城市立交匝道小半徑曲線鋼混疊合梁設計關鍵技術

王偉臣

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 引言

作為一種組合結構，隨著近年城市建設的高速發展，鋼混疊合梁橋在城市橋梁中的應用越來越多，城市立交或高架橋跨越既有道（線）路、河流、大型構筑物時，鋼混疊合梁更能充分發揮其自重輕、剛度大、跨越能力強、結構高度矮、施工快速、節約工期，尤其是減少施工期間對下穿線路交通的影響，便于施工期間交通疏解的特點。

1 工程概況

1.1 總體設計

深圳市皇崗-彩田立交彩田路北延段工程C匝道為彩田路北側轉向皇崗路西側的左轉匝道，其第二聯（C3#～C9#墩）上跨皇崗路，跨徑布置為（30+48+30）m，為關鍵性節點工程。綜合橋梁豎向線形、施工方案、交通疏解和凈空因素，采用鋼混疊合梁設計。橋梁總體布置如圖1所示。

圖1 橋梁總體布置簡圖（單位：m）

1.2 工程特點

C匝道橋平面線形是由直線、緩和曲線、圓曲線組成的復曲線,第二聯位于緩和曲線（Ls=60.167 m）和圓曲線段（L=47.783 m）上。工程特點主要體現在：

（1）平面的曲率半徑小，僅為100 m。

（2）對小半徑曲線梁橋而言，其跨度較大，設計跨度為48 m。

（3）橋梁縱坡大，最大縱坡5.35%，最小縱坡4.8%。

1.3 技術標準

（1）設計行車速度：40 km/h。

（2）橋下凈空：不小于5 m。

（3）橋梁寬度：0.85 m（防撞護欄）+8.0 m（車行道）+0.85 m（防撞護欄）=9.7 m。

（4）結構設計基準期：100年。

（5）汽車荷載：城-A級。

（6）地震設防烈度為7度，地震動峰值加速度0.1g。

1.4 上部結構

匝道橋全寬9.7 m，主梁頂板全寬8.8 m，采用等高度連續梁，橋梁中線處梁高2.0 m，高跨比為2/48=1/24,其中鋼箱梁高度為1.65 m，混凝土橋面板高度為0.35 m。

1.5 下部結構

下部結構C3#、C6#墩為帶蓋梁的混凝土圓形雙柱墩，C4#、C5#墩為鋼管混凝土圓柱墩，橋墩基礎均為鉆孔灌注樁，嵌巖樁設計。C3#、C6#下部結構為兩樁兩柱的單排樁柱式結構，橋墩直徑為1.2 m，樁基直徑為1.5 m；C4#、C5#墩橋墩均與主梁固結，樁基均為4根直徑1.2 m的灌注樁，樁柱之間設置5.5 m×5.5 m×2.15 m的承臺，其中C4#墩為2根直徑1.5 m的雙柱墩，C5#墩為直徑1.8 m的獨柱墩。

2 計算分析

2.1 計算模型

結構計算采用MIDAS/Civil軟件，應用其內置的聯合截面功能模擬主梁單元，上下部結構離散為空間梁單元，橋墩偏保守地忽略了外包鋼管的作用，按混凝土材料計算，邊界支承單元考慮永久支撐及施工臨時支撐的作用。計算模型如圖2所示。

計算過程嚴格按照施工流程進行模擬。鋼箱梁分為5個節段進行安裝，橋梁主要施工流程為：搭設每段鋼箱梁接口處臨時支架→吊裝鋼箱梁各制作節段→完成鋼箱梁各制作節段的連接、墩梁固結并澆筑橫梁混凝土→澆筑邊墩配重及橋面板混凝土→張拉預應力，孔道灌漿→拆除全部臨時支架→施工護欄及橋面鋪裝→成橋。

2.2 材料力學性能及計算參數

計算采用的材料力學性能及計算參數均按相應規范取值。

2.3 計算荷載及荷載組合

（1）恒載：結構自重、預加力、混凝土收縮及徐變。

（2）活載：汽車，城-A級。

（3）支座不均勻沉降：5 mm。

（4）溫度荷載：整體升降溫±25℃，梯度溫度按規范計算。

（5）荷載組合。根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2015），考慮以下組合：

組合1：恒載。

組合2：恒載+汽車荷載。

組合3：恒載+支座不均勻沉降+汽車。

組合4：荷載恒載+汽車荷載+溫度荷載。

組合5：恒載+汽車荷載+支座不均勻沉降+溫度荷載。

3 設計關鍵技術

3.1 材料選擇

鋼箱梁采用Q345qC級鋼； 橋面板采用C50補償收縮混凝土。

橋面板與鋼箱梁的連接采用ML15鉚螺鋼，長度為150mm,均在工廠焊接完成。

主梁頂板縱向預應力鋼朿采用fpk=1 860 MPa、直徑為15.2 mm的鋼絞線，錨固采用群錨錨具，波紋管采用鍍鋅金屬波紋管。

3.2 鋼箱梁構造

鋼箱梁在順橋向分為5個制作節段，各節段長度分別為 21.5 m、17 m、31 m、17 m、21.5 m，節段吊裝最大重量為80.2 t。

鋼箱梁橋梁中線處梁高1.65 m，采用單箱雙室開口斷面，箱梁底板寬5.04 m，箱室凈寬2.466 m。鋼箱梁上翼緣板厚20 mm，底板厚25 mm，腹板厚16 mm，頂板、底板、腹板厚度全橋一致。

鋼箱梁縱向每隔4 m左右設置一道橫隔板，對腹板起側向支撐作用。橫隔板上翼緣板厚20 mm，腹板厚16 mm。鋼梁底板每個箱室設置4道縱向加勁肋，間距為500 mm；腹板每隔1 m設置一道豎向加勁肋，并在距離梁底0.7 m處設置一道縱向加勁肋。

橋面板厚度全橋縱向保持一致，橫向為變厚度截面，懸臂端厚0.2 m，腹板支撐處厚0.35 m，板跨中厚0.28 m。

主梁一般橫斷面（有無橫隔板各示出一半）如圖3所示。

圖3 主梁一般橫斷面（單位：mm）

3.3 鋼模板

為降低橋面板混凝土濕重階段對鋼箱梁應力的影響，減輕結構的附加重量，采用4 mm厚的壓型鋼板作為橋面板混凝土澆筑的模板，橫向焊接在鋼箱梁上翼緣，并作為鋼箱梁的一部分不再拆除。

3.4 橫向支撐桿件

鋼箱梁每隔0.35 m設置一道8#槽鋼作為鋼箱梁的橫向支撐桿件并兼作鋼模板的支撐，槽鋼與鋼模板點焊連接，共同承擔橋面板施工荷載的作用，提高鋼箱梁施工時抗扭剛度的同時也防止混凝土澆筑過程中產生豎向變形導致開裂。

3.5 支點底板加強構造

為避免支點位置鋼箱梁底板受壓局部屈曲，提高支點兩側底板的局部穩定性，分散局部應力，同時增加橫梁的強度和剛度，距端支點1.5 m范圍、中支點左右各1.5 m范圍箱室內滿灌C50無收縮混凝土，另在中支點左右兩側各4.5 m（含橫梁范圍）箱梁底板上澆筑0.2 m厚的C50補償收縮混凝土。

3.6 橋面橫坡

對于疊合梁而言，由于鋼箱梁腹板很薄，設計應使腹板保持豎直，防止失穩。該橋橋面超高橫坡為2.0%，如通過調整橋面板厚度來實現橫坡，勢必增加主梁結構自重，設計中采用調整內外側腹板高度的方法來實現橋面橫坡。

3.7 補償收縮混凝土

橋面板、端橫梁、中橫梁采用C50補償收縮混凝土，以減少混凝土收縮對結構的不利影響。補償收縮混凝土采用UEA混凝土膨脹劑，摻量為8%，并不宜過大,防止過大膨脹率造成副作用。

3.8 連接件

連接件主要承受鋼梁與橋面板結合面的剪力，在一定情況下還要考慮抗拉作用，是疊合梁受力的關鍵部件。設計選用圓柱頭焊釘連接件，其抗剪性能不受剪力方向影響，抗拉性能好，具有結合良好、方便施工、易于焊接的優點。材料為ML15鉚螺鋼,高頻電磁焊與主梁連接。

焊釘直徑為22 mm，熔后高度為150 mm。鋼箱梁上翼緣布置4列，縱橫向間距均為100 mm；橫隔板上翼緣布置2列，橫橋向間距為200 mm（橫梁位置為100 mm），順橋向間距為100 mm。

3.9 小半徑曲線梁構造措施

橋梁屬于小半徑曲線梁，且縱坡較大，為保證橋梁的抗傾覆、抗滑和抗震穩定性，橋梁中墩均與主梁固結，固結通過橋墩鋼筋、墩身外包鋼管、箱梁內的剪力釘、橫梁范圍箱內澆筑混凝土實現。

橋面板采用了預應力的小半徑曲線鋼混疊合梁，在預應力、混凝土收縮和徐變的作用下，橋梁邊支座容易出現外側支座反力過小或負反力的情況，這是小半徑曲線鋼混疊合梁設計時需要特別注意的地方。為平衡邊支座反力，避免出現負反力，設計中采取以下措施：

（1）端橫梁延伸出梁體增加支座間距，橫梁外伸出底板范圍每側各1 m，支座間距為6.04 m。

（2）端橫梁相鄰的3 m范圍曲線外側箱室內灌注鋼屑混凝土配重。

（3）端橫梁內灌注C50補償收縮混凝土，增加端橫梁強度和剛度的同時兼具壓重效果。

3.1 0鋼箱梁接頭

為減少施工過程中鋼箱梁的內力和變形，鋼箱梁拼接接頭一般設置在橋跨1/4～1/5跨附近，實際位置在中支點左右側9 m處。鋼箱梁節段拼接縫處翼緣頂板、底板和腹板采用高強螺栓進行拼接，縱向加勁肋采用對接焊接。高強螺栓為10.9S級，規格M24，設計為摩擦型連接，連接件和接觸面均需噴砂處理，要求安裝時摩擦系數不小于0.45，出廠時摩擦系數不小于0.55。

3.1 1臨時支架

臨時支架剛度應滿足施工需要，施工過程中其沉降不應大于5 mm。 設立4組臨時支架，邊跨臨時支架最大反力為2 100 kN，中跨臨時支架最大反力為2 500 kN，考慮到橋梁為小半徑曲線梁，支座內外側反力存在較大的不均勻性，臨時支架的安全系數應不小于2.0。臨時支架基礎根據設計支架反力和地基情況進行設計，以滿足受力和剛度需要。

3.1 2橋面板澆筑順序

橋面板采用分批整體澆筑的施工方法，第一階段先澆筑各跨跨中區段混凝土，待第一階段混凝土硬化后澆筑支點區段混凝土，混凝土強度達到設計強度后進入下一工序。

4 結語

目前我國大力提倡發展裝配式建筑，2016年交通運輸部和國務院辦公廳相繼發布了《關于推進公路鋼結構橋梁建設的指導意見》《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，這些政策的出臺為鋼混疊合梁的發展、應用提供了更廣闊的空間和前景。