鋼混疊合梁橋設計與分析

沈玉強

（重慶市交通規劃勘察設計院，重慶 400000）

鋼混疊合梁結構相對于其他橋梁施工結構而言，在節約材料、施工便利和安全性能上具有極大的優勢，在國內外的橋梁建設工程中，已經得到了大范圍的應用[1]。本文以某市外城區新建市政道路跨越原高速公路主橋（60+80+50）并苜蓿葉式連接線鋼混疊合梁橋為例，介紹了鋼混疊合梁橋的設計與分析要點，為以后類似工程的開展提供參考方案。

一、工程概況

（一）橋梁總體設計

本橋主橋跨徑為（60+80+50）m，兩側引橋結構設計為兩聯3-30m預應力混凝土連續箱梁。由于原高速公路兩側房建設施及預留條件不同，兼顧施工過程中保障高速公路順暢的要求，對橋梁主體結構采用主跨徑80m的非對稱設計，一次性跨越高速公路，并預留高速直通立交接口，采用鋼混疊合梁橋結構。

（二）技術標準

道路橋梁工程為城市段國道改造工程，設計最大行車速度為60km/h；跨越高速公路部分橋下凈空不得低于5.5m，其余部分凈空不得低于5m；橋面總體設計為雙向六車道，引線部分雙向八車道；汽車荷載為城市-A級；設計防震烈度為7度，防撞等級為SS級，結構設計安全等級為一級。

（三）結構設計

上部結構設計為鋼混疊合梁結構，結構組成部分為混凝土橋面板和鋼梁。混凝土橋面板頂板寬25.6m，厚40cm~50cm，懸臂長3m。混凝土規格為C50無收縮混凝土，應力鋼束采用縱向布置方式[2]。在施工設計中，將C50無收縮混凝土在支點橫梁處澆筑至梁箱內，從而與橋面之間形成一體結構。

二、計算分析

（一）計算條件

在滿足設計技術標準的條件下，施工方案采用鋼箱體集中預制，現場拼裝完成后整體澆筑的方案進行，其他荷載計算在達到技術標準要求的情況下，按照對應的公式進行計算。

（二）計算模型

鋼箱、鋼構件和混凝土頂板的計算規范，嚴格按照國家及行業最高標準執行，其主要規范標準如下：《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》（JTJ-86）、《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）等。設計軟件采用《橋梁博士4.0》，其結構計算模型如圖1所示：

圖1 結構計算模型圖

在計算過程中，將全橋分為70個共建單元，其主要控制點如表1所示：

表1 共建單元主要控制點

結構的施工過程從搭設支架，架設鋼梁至最終365d考慮徐變結束，共十三個階段。其具體過程包括從前期的搭設支架、架設鋼梁，然后對縱向鋼梁進行對接，之后再對完成的鋼梁進行體系轉換。中間的階段主要是混凝土施工的過程，從澆筑墩頂混凝土，使箱梁底部的混凝土能夠與結構一起承受壓力，之后再澆筑彎矩區段的混凝土，同樣使其參與結構的受力。

（三）計算內容

本階段的驗算內容主要包括四個部分：第一是在施工過程中，對鋼箱梁應力進行驗算，在進行結構分析之前，應當仔細分析其受力過程，使鋼梁或者組合結構的優勢得到充分的發揮。第二是在施工過程中，對混凝土板應力進行驗算，在現行技術條件下，橋面板一般采用預應力混凝土現澆結構進行施工。第三是驗算使用階段的鋼箱梁應力，其計算采用容許應力法，其結果對最終組合系數不產生任何影響。第四是使用階段混凝土板應力驗算，其包括的內容比較多，有正截面抗裂驗算、正截面壓應力驗算、斜截面抗裂驗算、主壓應力驗算等。

（四）計算結果分析

根據計算模型計算，鋼箱梁最大壓應力80Mpa，最大拉應力-170Mpa，均小于容許應力205Mppa；混凝土板壓應力8.7Mpa，小于規范要求22.70（0.71fck）；鋼箱梁最大剪應力88Mpa，小于容許應力121Mpa；短期效應組合下混凝土板上下最大拉應力-0.9Mpa，滿足規范A類構件要求，最大壓應力11.9Mpa，短期效應組合小最大主拉應力為-1.18Mpa，最大主壓應力為12.1Mpa，根據以上計算，顯示在施工及使用階段，鋼混疊合梁設計滿足相關規范要求。

三、剪力釘設計

剪力釘連接件相關數據的計算，應當以《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）的相關條例，進行段間距的劃分，同時得出需要的數量。對于集中負載較大的剪跨區段，對連接件按照個數在相應的區間內進行比例分配。本工程案例中，在組合荷載工況下剪力釘集束式與均布式布置最大縱向剪力分別為64.50KN和68.12KN。

四、撓度計算

鋼混疊合梁橋的最后一步設計程序，是進行撓度計算。其撓度計算應當按照荷載的標準組合與準永久組合兩種方式進行，取其最大值為準。在采用力學公式進行計算后，要按照規范的要求，對采用組合結構的剛度進行折減，確保計算數據的準確性。本案例工程中組合荷載工況下剪力釘集束式與均布式組合跨梁中最大撓度分別為23.4.4mm和234.7mm。

五、結束語

在本項目的設計過程中，采用了剪力釘連接橋面板與鋼梁的形式，在其完成結合之后，再進行張拉預應力。通過與其他施工方式相對比，分析得知本施工方案具有各方面的優缺點：其優點在于本方案在施工過程中，對現有交通狀況影響較小，基本能夠確保高速公路穩定通行，施工工期短，減少了施工成本。缺點是預應力部分張拉力與鋼梁結合在一起，增加了預應力的使用量。