武漢軌道交通40 m簡支鋼—混結合梁設計

黎順生

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

武漢軌道交通40 m簡支鋼—混結合梁設計

黎順生

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

鋼—混凝土結合梁橋具有剛度大、噪聲小、建筑高度低等優點。武漢軌道交通40 m簡支鋼—混結合梁上跨既有京廣鐵路，與地面高差較大，采用分段吊裝和拖拉就位相結合的方法架設鋼梁。本文比較了三種施工方案，分析了不同施工方案對鋼梁的應力的影響;并采用改變混凝土收縮徐變系數的方法，來分析收縮徐變對結合梁應力重分布的影響，即混凝土橋面板對主梁應力的貢獻。

結合梁 鋼梁 混凝土 收縮徐變

與鋼橋相比，鋼—混凝土結合梁橋具有節省鋼材、建筑高度低、噪聲小、耐疲勞等優點;與混凝土橋相比，鋼—混凝土結合梁橋具有重量輕、剛度大、制造簡單、施工速度快等優點。結合梁是由鋼材和混凝土兩種性質不同的材料緊密組合的一個整體，混凝土的收縮、徐變的影響必然會導致鋼梁與混凝土直接發生應力重分布，因此如何準確地估計收縮徐變對結合梁的影響，對保證結構的施工質量和安全性都很重要。

本文以武漢軌道交通40 m簡支鋼—混結合梁設計為例，該橋上跨既有京廣鐵路，由于既有鐵路凈空的限制，與地面高差較大，并且施工期間既有鐵路不能中斷，因此必須采用分段吊裝和拖拉就位相結合的方法架設鋼梁，對三種不同施工方案，分析比較了施工階段鋼梁應力、使用階段鋼梁和混凝土應力。并采用改變收縮徐變系數的方法，根據不同的施工方案來分析收縮徐變對結合梁應力重分布的影響，即混凝土橋面板對主梁應力的貢獻。

1 施工方案介紹

施工方案1:施工階段不計施工臨時荷載，無臨時支墩。

施工方案2:施工階段計施工臨時荷載，無臨時支墩。

施工方案3:施工階段計施工臨時荷載，有臨時支墩，加臨時支墩跨度(10+20+10)m，臨時支墩在混凝土澆筑完，待強度達到90%后，施工二期恒載前拆除。

分三個施工階段進行分析:

施工階段1:安裝臨時支墩，吊裝鋼梁;

施工階段2:澆筑混凝土橋面;

施工階段3:上二期恒載。

2 計算模型

結合梁標準截面見圖1。

圖1 結合梁標準截面(單位:mm)

人行道不參與受力，故取計算截面如圖2。

圖2 計算截面(單位:mm)

主截面為鋼梁;附加截面為C50混凝土橋面板。

使用階段荷載取兩組荷載組合:

主力，自重+二期恒載+收縮徐變+輕軌活載;

主+附，自重+二期恒載+收縮徐變+輕軌活載+溫度變化。

3 施工方案結果分析

以跨中截面應力和臨時支墩處應力結果為例，計算結果見表1至表3。

表1 施工階段應力比較MPa

表2 使用階段鋼梁應力比較MPa

表3 使用階段混凝土跨中應力MPa

分析比較表1、表2和表3的計算結果，采用施工方案3對鋼梁上下緣的應力較有利，混凝土應力雖然比方案1、方案2要大，但也在容許值范圍內，相比較鋼梁應力的減小幅度比混凝土應力增加幅度要大得多，因此從鋼梁應力方面看，建議采用施工方案3。

4 改變收縮徐變系數計算結果分析

為了分析收縮徐變對結合梁應力重分布的影響，本文通過改變收縮徐變系數的方法，以最不利應力部位，即跨中應力的計算結果進行比算。

表4 施工方案1改變收縮徐變系數使用階段跨中應力比較MPa

分析表4的計算結果，收縮徐變系數增大25%，鋼梁應力增大，最大增大幅度6.3%，混凝土橋面板應力減小，最大減小幅度5%;收縮徐變系數減小25%，鋼梁應力減小，最大減小幅度6.3%，混凝土應力增大，最大增大幅度5%。

表5 施工方案2改變收縮徐變系數使用階段跨中應力比較MPa

分析表5的計算結果，收縮徐變系數增大25%，鋼梁應力增大，最大增大幅度5.5%，混凝土橋面板應力減小，最大減小幅度6%;收縮徐變系數減小25%，鋼梁應力減小，最大減小幅度5.5%，混凝土應力增大，最大增大幅度5%。

分析表6的計算結果，收縮徐變系數增大25%，鋼梁應力增大，最大增大幅度13%，混凝土橋面板應力減小，最大減小幅度5%;收縮徐變系數減小25%，鋼梁應力減小，最大減小幅度13%，混凝土應力增大，最大增大幅度5%。

表6 施工方案3改變收縮徐變系數使用階段跨中應力比較MPa

對比三個施工方案改變收縮徐變系數后的應力計算結果，方案1、2鋼梁和混凝土橋面板應力變化幅度基本相同，方案3鋼梁的應力變化幅度要比混凝土橋面板變化大得多，但方案3鋼梁應力實際值還是比方案1、2的鋼梁應力小，特別是鋼梁上緣應力要小得多，因此還是建議采用施工方案3。

5 結論

臨時支墩的設置對鋼梁的應力影響較大，特別是運營階段鋼梁的應力比不設臨時支墩減小大約24%，雖然混凝土橋面板的應力反而會有所增加，但還在容許范圍內，因此在施工簡支結合梁過程中，如果條件容許，設置臨時支墩對結構施工和運營期間的安全性都有較大的貢獻。

雖然改變收縮徐變系數后三個施工方案應力變化幅度不一樣，但總的趨勢是一致的，即隨著收縮徐變對橋面板的影響加大，鋼梁的應力會增大，混凝土橋面板的應力減小。可以看出不管哪種施工方案，收縮徐變對結合梁應力重分布影響都是不可避免的，因此在設計簡支結合梁中必須充分考慮到收縮徐變對結合梁的有利和不利的影響。

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U442.5

B

1003-1995(2011)02-0021-03

2010-08-08;

2010-11-01

黎順生(1979—)，男，湖北紅安人，工程師，碩士。

(責任審編 王天威)