雙面組合連續梁橋施工階段模擬分析

劉小軍

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

鋼-混凝土組合梁橋已在世界范圍內廣泛應用[1]。它合理地利用現今土木工程界最重要的兩種材料的力學特性，通過抗剪連接件將混凝土板與鋼梁組合成整體，避免了混凝土受拉易開裂，鋼梁受壓易失穩的不利問題，同時還具備較輕的自重和較高的剛度[2-3]。

鋼-混凝土組合連續梁橋中支座位置處會出現鋼梁受壓，混凝土受拉的不利情況，容易造成混凝土板開裂，降低結構的剛度和耐久性。通過在負彎矩區鋼箱梁內澆筑混凝土，形成雙面組合梁結構可以明顯改善這一問題，如圖1所示，同時給予鋼箱梁腹板以側向支撐，在一定范圍內防止鋼結構的局部失穩[4-5]。

圖1 組合梁截面示意圖

本文以一座典型的鋼-混雙面組合箱梁橋為依托，介紹了相關鋼箱梁底板混凝土與頂板混凝土分段澆筑的方法。同時，運用有限元軟件建立該橋的精細化有限元模型，采用施工階段模擬的方法，分析設置鋼箱梁底板混凝土對鋼-混組合梁橋的影響，計算得到了各施工階段控制截面的豎向位移、鋼箱梁應力和混凝土應力。

1 工程概況及有限元模型建立

本文依托某實際鋼-混雙面組合連續箱梁橋。該橋為某高速匝道橋，全長90 m，其跨徑布置為3×30 m，橋梁中心線處于半徑R=90 m圓弧線上。主梁采用雙箱單室，雙箱之間用橫梁連接，鋼箱梁頂板寬8.5 m，單箱底板寬2.0 m，外側單懸臂1.25 m，梁中心高度為1.695 m，兩個中支座截面左右8 m澆筑箱梁底板混凝土。該橋采用C50混凝土、Q345qD鋼材，鋼筋等級為HRB335，有限元分析中采用實體單元模擬混凝土，板單元模擬鋼材，鋼筋單元模擬鋼筋，有限元模型如圖2所示。

圖2 全橋空間精細化模型

鋼箱梁底板混凝土與橋面混凝土分段澆筑的理論方法如圖3所示，有限元分析中加入預加荷載的概念[6]，如圖4所示，為的是給負彎矩區混凝土施加預壓應力，防止混凝土開裂。分析工況有二，具體的施工階段如表1所示。

圖3 底板混凝土與頂板混凝土分段澆筑理論方法

圖4 預加荷載施加預應力法

表1 施工階段劃分

2 計算結果分析

隨著施工階段的進行，計算得到工況一與工況二的結果如圖5～圖9所示，當在箱梁底板設置混凝土形成雙面組合梁時，結構的豎向位移與鋼梁應力均有所降低，說明雙面組合梁能夠增加結構的剛度與強度。值得注意的是第六階段卸掉預加荷載后支座截面混凝土呈受壓狀態，說明預加荷載法能夠給混凝土板施加預壓應力，同時成橋狀態時工況一中支座截面混凝土橋面板受壓，工況二橋面板受拉，說明雙面組合梁對負彎矩區抗裂有積極作用。

對比圖7～圖9可以分析得到，連續梁橋的鋼梁受力狀態為支座截面大于邊跨跨中大于中跨跨中，所以設計施工中應注重支座截面的控制與監測。

圖5 跨中豎向位移

圖6 支座截面混凝土橋面板應力

圖7 邊跨跨中鋼梁應力

圖8 支座截面鋼梁應力

圖9 中跨跨中鋼梁應力

3 結論

a）雙面組合連續梁能夠有效減小結構的豎向位移、鋼梁應力和負彎矩區橋面板混凝土受拉應力，提高結構的剛度、抗疲勞性和抗裂性。

b）預加荷載法能夠給負彎矩區混凝土施加預壓應力，應進一步研究預加荷載法的施工工藝，提高施加預應力的效果。

c）連續梁橋的鋼梁受力狀態為支座截面大于邊跨跨中大于中跨跨中，設計施工中應加強對支座截面的控制與監測。