中、小跨徑鋼板組合梁橋設計難點研究

張大偉

（天津城建設計院有限公司，天津市 300122）

0 引言

相對于鋼筋混凝土橋梁，鋼結構橋梁具有自重輕、材料力學性能明確、破壞機理清晰、質量可靠度高、耐久性好、易于工廠化、自動化生產、施工速度快、建筑周期短、抗震性能好、節(jié)能環(huán)保可循環(huán)利用等優(yōu)點，是橋梁發(fā)展的趨勢。由于鋼結構橋梁的跨越能力較強，國內很多大橋已經普遍采用鋼結構，但是在中、小跨徑橋梁中應用的并不多。伴隨著國家的經濟發(fā)展、鋼結構產能提高以及國家產業(yè)政策的支持，在中、小跨徑橋梁中大量采用鋼結構是目前橋梁發(fā)展的趨勢。

中、小跨徑橋梁可采用的鋼結構橋梁結構主要有鋼箱梁、鋼-混組合梁等。鋼箱梁抗扭能力強、整體性好、適用城市立交中異型、曲線橋以及大跨度連續(xù)梁橋，鋼箱梁整體用鋼量較大，造價較高，同時由于鋼橋面的特殊性，需采用特殊鋪裝結構，施工難度大且經濟性較差。鋼-混凝土組合梁可以充分發(fā)揮鋼結構受拉、混凝土受壓的材料特點，充分利用材料性能，從而達到節(jié)省鋼材的目的，用鋼量較低。同時橋面可以采用常規(guī)的鋪裝形式，施工簡單，造價低。因此在中、小跨徑橋梁中采用鋼-混組合梁是比較合理的結構形式。

在鋼-混組合梁結構中，鋼板組合梁更具有優(yōu)越性，鋼板組合梁的鋼縱梁多采用開口工字鋼，由于是開口截面，因此鋼板組合梁在制作及安裝等方面都很便捷（見圖1）；從受力性能方面考慮，鋼板組合梁比較適合于中、小跨徑橋梁（30～50 m）；同時鋼板組合梁體積和重量都比較適中，更便于運輸以及安裝；相對于鋼箱組合梁，鋼板組合梁用鋼量更小，經濟性更好[1-4]。

圖1 鋼板組合梁

1 中、小跨徑鋼板組合梁的設計難點

為了保證橋梁線形的流暢性以及行車舒適性，中、小跨徑鋼板組合梁多采用連續(xù)梁結構，而鋼板組合梁的特點在于發(fā)揮鋼結構受拉、混凝土受壓的材料特點，充分利用材料性能，從而達到節(jié)省鋼材的目的。而對于連續(xù)梁的支點處負彎矩區(qū)，組合梁的受力方式為鋼結構受壓、混凝土受拉。鋼結構受壓可以通過設置局部加勁肋等構造措施解決，而混凝土拉應力過大則會產生裂縫，如果裂縫寬度過大則難以滿足規(guī)范要求，同時裂縫過大也不利于橋梁的耐久性。因此解決鋼板組合梁負彎矩區(qū)混凝土受拉裂縫問題是鋼板組合梁設計的難點。

2 鋼板組合梁負彎矩區(qū)混凝土裂縫的控制方法

2.1 裂縫控制方法概述。

在鋼板組合梁結構設計過程中，通常控制負彎矩區(qū)混凝土裂縫的方法主要有以下幾種：

（1）采用高性能混凝土（微膨脹纖維混凝土）,

用現代混凝土技術提高普通混凝土性能，以耐久性作為設計的主要指標，針對于不同的用途要求，保證混凝土的適用性和強度，并達到高耐久性、高體積穩(wěn)定性和經濟性。

（2）調整混凝土橋面板的施工順序

合理調整混凝土的澆筑順序，如在連續(xù)組合梁中先澆正彎矩區(qū)混凝土，后澆支座負彎矩區(qū)混凝土，能夠減少負彎矩區(qū)混凝土的受力，同時也可以降低收縮徐變等不利因素對混凝土開裂的影響。

（3）支點強迫位移法

該方法在橋梁架設時，增加中支點臨時支座的高度，待負彎矩區(qū)混凝土澆筑硬化以后，再降低中支點的高度（落梁），從而使受拉區(qū)的混凝土橋面板受壓，從而達到抗裂目的。

（4）張拉預應力鋼束

通過在連續(xù)組合梁橋負彎矩區(qū)段張拉縱向預應力筋的方法，對受拉區(qū)混凝土橋面板施加壓應力，保證受拉區(qū)混凝土橋面板的抗裂性。

（5）采用預制橋面板（存梁6個月）

預制橋面板需要存梁6個月以上，可以有效減小收縮徐變的不利影響，從而達到控制裂縫的目的。

2.2 中、小跨徑鋼板組合梁的適用方法分析

組合梁橋負彎矩張拉預應力是一種比較常見的做法，但是一般常用于大跨徑組合梁橋，小跨徑組合梁橋負彎矩預應力鋼束較短，預應力損失較大，難以達到理論的鋼束應力值要求，同時施工工序也比較復雜。中、小跨徑橋梁施工時，施工工期以及施工的便利性都是需要重點考慮的因素，因此在中、小跨徑組合梁施工時，采用調整混凝土橋面板的施工順序以及支點強迫位移法是合理的方式。如果有充足的存梁時間和場地，采用預制混凝土橋面板也是一種有效的方法。

3 案例分析

3.1 項目介紹

本工程為城市跨線立交橋，現狀交通十分繁忙，擁堵問題嚴重，同時本項目施工期間難以實現有效的交通分流。為了最大程度較少對交通的影響，在不斷交的前提下最大程度減少工期，本項目全橋采用鋼板組合梁結構，在實現橋梁快速施工，保證現場不斷交的前提下，同時解決傳統橋梁的交通、污染、養(yǎng)護等方面的問題。

3.2 結構設計及計算

橋梁上部結構采用5×30 m跨鋼板組合梁形式，結構連續(xù)，單幅橋梁寬度10.5 m，為了保證橋下通行凈空，最大程度降低梁高，橫橋向設置四片鋼縱梁。為了確定合理的梁高以及混凝土橋面板的施工方法，分別對不同縱梁高度、落梁高度以及負彎矩區(qū)橋面板施工方法進行了計算比選，結果見表1～表3。

表1 負彎矩橋面板現澆、落梁（1、3號墩：400 mm；2 號墩：530 mm）

表2 負彎矩橋面板現澆、落梁（1、3號墩：450 mm；2 號墩：600 mm）

表3 負彎矩橋面板預制、落梁（1、3號墩：400 mm；2號墩：530 mm）

3.2 計算結果分析

通過表1可見，三種梁高的鋼梁應力以及裂縫大小變化有限，從經濟性以及減小梁高的角度考慮，選擇1 200 mm梁高較合理；通過表1與表2對比可見，在1、3號墩落梁400 mm、2號墩落梁530 mm的基礎上再增加落梁高度效果不明顯，因此維持原落梁高度（1、3號墩：400 mm；2 號墩：530 mm）較合理；通過表1與表3對比可見，負彎矩區(qū)橋面板采用預制橋面板（存梁6個月），可以有效的減少混凝土收縮徐變的不利影響，從而減小負彎矩混凝土裂縫。橋梁最終方案采用1 200 mm梁高，鑒于本項目規(guī)模不大，負彎矩區(qū)混凝土推薦采用現澆的方式，并且采用落梁施工。

4 結論

（1）中、小跨徑橋梁采用鋼板組合梁，通過調整施工順序以及采用落梁等施工方式，可以有效的解決負彎矩區(qū)裂縫過大的問題，從而滿足規(guī)范要求。

（2）負彎矩區(qū)混凝土采用預制結構（存梁6個月），可以有效的減少混凝土收縮徐變的不利影響，從而減小混凝土裂縫。

（3）如果工程規(guī)模較大，具備存梁的時間以及場地要求，建議采用預制橋面板方案。

（4）如果橋梁規(guī)模有限，同時受到整體工期安排、存梁場地的限制，可采用負彎矩混凝土現澆結合落梁的施工方案。