沈陽市高架橋的結構型式

王曉偉

（沈陽市市政工程設計研究院有限公司，遼寧　沈陽 110015）

0　引言

隨著沈陽市經濟的發展及交通整體規劃的需求，沈陽市制定了《沈陽市綜合交通規劃》與《沈陽市快速路系統建設規劃》。文中提到：沈陽市快速路路網結構為“兩橫、兩縱、四環、十二射”的快速路系統。其中，一環、二環，實現中心城區保護殼；三環、四環，進行城市內外交通轉換，屏蔽過境交通；十二射便捷實現城市組團間交通、城市出入交通；兩橫兩縱加密路網結構。

據此沈陽市在2010年開始大規模修建城市高架橋梁，主要有一環、二環、迎賓路、東陵路、北一路高架等。再加上在上世紀九十年代建設的北海高架橋、東西快速干道高架橋、二環西南高架橋，沈陽的快速交通網絡已逐步形成。

1　高架橋的結構型式

目前沈陽市建設的高架橋的結構型式主要有混凝土箱梁、鋼混非組合梁、鋼混組合梁、鋼箱梁這四種結構型式。

長期以來，我國橋梁主要采用鋼筋及預應力混凝土結構，是由我國社會的經濟水平及建設發展決定的。隨著經濟水平的提高及鋼結構擁有自重輕、強度高、耐久性好、易于工廠化、建設周期短、抗震性能好、節能環保、可循環利用等混凝土結構無法比擬的優點，從橋梁建設品質、耐久性、資源節約、和全壽命周期成本等多方面考慮，交通部于2016年下發了《關于推進公路鋼結構橋梁建設的指導意見》的通知來推進鋼結構的發展及使用。實際上沈陽市從2015年就已經開始大力推進鋼結構橋梁的建設。

1.1　混凝土箱梁

混凝土箱梁是橋梁采用的一種非常普遍的結構型式。早期的橋梁采用的尤其多，不論是小跨徑橋梁，還是大跨徑的拱橋、斜拉橋、懸索橋都大量使用。其材料易獲得、施工簡單、技術要求低、造價便宜，在前些年經濟水平較低的年代得到了廣泛的應用。沈陽市高架橋梁在2010年建設的一環、二環的部分高架橋主要采用普通鋼筋混凝土箱梁及預應力混凝土箱梁。其標準跨徑30 m，橋寬為23.5 m，梁高為2.2 m，橫斷面型式為飛燕式（見圖 1）。

圖1　混凝土箱梁橫斷面圖（單位：cm）

1.2　鋼混非組合梁

沈陽市北一路高架橋采用的鋼混非組合梁，其鋼梁部分為工字形鋼板梁，橋面板為合成橋面板。橋梁標準跨徑為30 m，鋼板梁梁高1.9 m，橋面板厚度0.25～0.34 m，總高2.24 m。橋寬有17.5 m和23.5 m兩種。

鋼板混凝土組合梁是一種常用結構，設計、建造簡便，跨徑范圍30 m至130 m，是一種非常經濟耐久的結構。早期的鋼板梁腹板采用縱橫向加勁肋及多主梁型式，而且為了鋼板梁的穩定設置了平聯、風撐及較多的橫梁等，導致用鋼量大，同時也增加了工廠的工作量及施工的復雜性。隨著科技的發展、設計理論的完善，現在已發展出了雙主梁或少主梁型式，并且簡化了加勁肋、連接結構、風撐等構件，不僅減少了用鋼量，同時也減少工廠的工作量，加快了施工周期，明顯提高了經濟指標及社會效益。這些進步在鋼混非組合梁中也得到同樣的體現。

北一路高架橋采用的鋼混非組合梁，其受力特點與通常的鋼混組合梁不同。鋼梁承受全部的恒載與活載，混凝土橋面板僅作為單向板承受活載的輪載，受力簡單明確，能有效地減少混凝土橋面板的病害，但用鋼量較鋼混組合梁略高。

北一路高架橋的橋面板采用合成橋面板。在橋面板下緣采用薄鋼板（6～8 mm），并在鋼板上焊接加勁肋來代替混凝土橋面板下層鋼筋并增加鋼板剛度，且兼做橋面板混凝土部分的施工底模，同時在薄鋼板上焊接剪力釘以增加與混凝土的結合。合成橋面板適合跨度較大的橋面板，目前我國除沈陽市北一路高架采用合成橋面板外，尚無應用（見圖 2）。

圖2　鋼混非組合梁橫斷面圖（單位：mm）

1.3　鋼箱混凝土組合梁

鋼箱混凝土組合梁中的鋼梁部分分為閉口、開口（槽形）；也有單箱、多箱（窄箱）。鋼梁與混凝土組合形成的鋼箱組合梁，其特點是整體性好、抗扭能力強、適合曲線線路及更大的跨越能力，在我國各地橋梁建設中發展迅速。目前連續鋼箱混凝土組合梁橋的最大跨徑已經超過200 m，單箱橋面寬度超過30 m。它是目前城市高架橋梁的主要橋型之一。在20世紀80年代以后，隨著計算理論與新的施工方法的產生，橋梁工作者對鋼混組合橋梁的認識有了新的發展。為解決連續鋼混組合梁橋中支點負彎矩區的混凝土橋面板開裂問題，發展了允許混凝土橋面板開裂、限制其裂縫寬度在可接受的范圍的設計方法。在施工方面，針對現澆混凝土橋面板發展了中支點橋面板滯后澆筑的間斷施工法，即皮爾格法。

沈陽市于1997年修建的東西快速干道高架橋采用的是多箱（兩個箱室）鋼箱組合梁，兩個鋼箱之間用橫系梁連接。標準跨徑30 m，橋寬17.8 m，中心梁高1.6 m，見圖3所示。

圖3　鋼箱混凝土組合梁橫斷面圖（單位：cm）

從2015年開始，沈陽市高架橋主要采用單箱鋼混組合梁。為保證整個城市高架橋的整體景觀性，其外形與早期建設的混凝土梁外形保持一致，也是飛燕式箱梁，且是槽型梁結構。鋼梁高1.8 m，混凝土橋面板厚度0.25～0.4 m，見圖4所示。

圖4　單箱鋼混組合梁橫斷面圖（單位：mm）

1.4　鋼箱梁

盡管國家推進鋼結構的發展及使用，但由于全鋼箱梁的造價高昂，在沈陽市的高架橋中采用得比較少，只是在大跨徑及重要的路口為減小施工期間對交通的影響，才采用全鋼箱梁。其是與其他結構型式的組合使用。組合方式為混凝土梁+鋼箱梁、鋼混組合梁+鋼梁、鋼混非組合梁+鋼梁等。鋼箱梁橫斷面外形同樣為飛燕式箱梁，見圖5所示。

圖5　鋼箱梁橫斷面圖（單位：cm）

2　鋼結構與混凝土的連接

鋼混組合梁是由鋼材及混凝土兩種不同的材料組成的橋梁結構。通過連接件實現共同工作，發揮鋼材及混凝土這兩種材料的各自優勢。其連接件的形式多種多樣。由于鋼和混凝土界面承受著剪、拉拔的作用，因此連接件不僅能夠承擔剪力，還要能夠承受拉拔力。

連接件型式較多。按結構形式可分為鋼筋連接件、型鋼連接件、馬蹄形連接件、剪力釘連接件、開孔板連接件；按剛度又可分為剛性連接件、彈性連接件、柔性連接件、剛度滯后連接件。

沈陽市高架橋鋼混組合結構橋梁的連接件均采用剪力釘連接件。其特點是施工簡單便捷，質量可靠度高。

而北一路高架橋采用的鋼混非組合梁的剪力釘連接件的布置較普通的鋼混組合梁稀疏，且僅在鋼板梁上翼緣布置，在橫梁處（除上翼緣外）均不布置連接件。連接件縱向剛度小，以達到鋼梁承受全部的荷載與活載，混凝土橋面板僅作為單向板承受活載輪載的受力要求。

3　施工方法

混凝土箱梁多采用滿堂支架現澆混凝土的施工方法。其施工簡單，但建設工期較長，對城市橋梁而言，施工期間，對交通的影響較大，這是由當時的經濟、建設發展水平決定的。

鋼混組合梁的鋼梁部分及鋼箱梁是在工廠分節段預制，在施工現場安裝，在鋼梁架設過程中僅需要少量的臨時墩（支架），或采用頂推鋼梁的施工方法，且在鋼梁部分架設完成后就可以拆除支架，然后再澆注混凝土橋面板。這樣對交通的影響就大大降低，社會效益得到顯著提高。

另外，為降低中支點負彎矩區混凝土開裂，擬采用皮爾格法施工混凝土橋面板。

4　結語

沈陽市高架橋梁的結構形式由混凝土梁逐步發展到鋼混組合梁、鋼混非組合梁、鋼箱梁。高架橋梁跨徑也由30 m發展到100 m左右。建設理念也從滿足交通這一基本需求轉變為加入美觀、綠色、環保、快速的理念。這與我國經濟發展、建設水平提高是相輔相成的。

目前沈陽市的高架橋梁的結構型式基本就是本文介紹的這些。而隨著城市橋梁建設的新理念的形成，新穎的、容易預制、快速安裝、環保的、快速投入使用、對交通影響小的結構型式會越來越得到歡迎。這就需要橋梁工作者繼續深入研究，以滿足社會發展的需求。

隨著鋼結構橋梁的大量建設，目前鋼結構存在的一些問題需要認真考慮。如鋼結構的耐久性（包括抗疲勞）、經濟性、采用更高強度的鋼材以避免局部構件板厚過大，加工、建設困難這些因素；另外，如何避免或減少鋼混組合梁混凝土橋面板的病害也是影響橋梁耐久性、經濟性的關鍵因素，尤其是北方地區存在除冰鹽病害的問題，以及鋼箱梁的橋面鋪裝等問題。以上這些問題對橋梁設計、建設人員也提出了新的要求。