京滬高速公路改擴建工程鋼混組合梁結構設計及應用

王同衛，姜美文，刁榮亭，王海山

（山東省交通規劃設計院有限公司，山東 濟南 250031）

引言

京滬高速公路萊蕪至臨沂（魯蘇界）段改擴建工程項目被列為交通運輸部第二批綠色公路典型示范工程。貫徹交通部綠色公路理念，結合鋼結構橋梁能夠實現循環利用的特點，京滬高速公路改擴建工程上跨主線天橋實現全部采用鋼結構橋梁設計。

1 工程概況

京滬改擴建工程蒙陰段共設天橋20座，其中15座上部結構型式采用鋼混組合結構、5座采用鋼箱梁，下部結構型式采用柱式墩、U臺，基礎采用擴大基礎。橋跨組合2×30 m，橋梁寬度8 m，與主線交角為90°，設計橋下凈空大于5.0 m。橋梁布置見圖1、圖2。

圖1 橋梁立面布置

圖2 橋梁橫斷面

2 組合梁結構設計要點

2.1 結構選型

京滬高速公路改擴建工程上跨天橋主要位于主線路塹區段，橋跨采用兩跨，在主線中分帶上設置橋墩。簡支鋼混組合梁結構施工簡便，現場可整跨吊裝，無需設置臨時墩進行跨間連接，對橋下京滬高速主線保通干擾較小；受力上可避免連續梁負彎矩區混凝土受拉的問題；另外，上跨天橋的引道為地方道路，設計速度一般不高，連續梁結構橋面更為平順的優勢難以發揮；故上部結構形式選定為簡支鋼板組合梁。

2.2 鋼主梁間距

通過對各國鋼混組合梁結構施工圖設計進行調研，搜集了大量相關資料。美國鋼主梁間距一般在3 m以內，梁高允許情況下一般設置桁架式橫聯。歐洲各國之間的鋼混組合梁橋設計風格有明顯差異，其中英國的設計風格與美國類似；德國近些年設計方案通常為在工廠內先澆筑一層較薄的混凝土翼緣，現場再澆筑橋面板整體化層；法國大量使用構造簡潔的大間距雙主梁橋。在日本，類似于美國的那種小間距鋼主梁現在也比較常用，采用桁架式橫聯，設置平縱聯，但大間距鋼主梁的新建橋梁數量也在逐年增加，大間距鋼主梁間距一般控制在6 m左右，橫聯采用小橫梁，不設平縱聯。這種橋與法國的小橫梁雙主梁橋非常類似，只是它不再強調要做成雙主梁，橋較寬時就增加主梁片數。

上跨主線天橋對梁高有一定限制，小間距鋼板梁每道梁分攤的荷載較小，主梁梁高相應較小，故設計中采用小間距鋼主梁；天橋鋼混組合梁結構采用三主梁結構，鋼主梁間距采用3 m，鋼主梁外懸臂長度采用1 m。

2.3 鋼主梁設計

鋼主梁采用3片工字形直腹板鋼梁，鋼混組合橋面板和鋼主梁頂板通過抗剪連接件結合；3片鋼主梁中心間距為3 m，鋼主梁高度1.3 m，鋼主梁頂面對齊，頂板及底板厚度均向下變化；鋼主梁頂板寬度為0.5 m，底板跨中寬度為0.9 m，底板靠近支點處寬度為0.7 m；主梁之間采用橫梁加強橫向聯系，跨內中橫梁為小橫梁，支點處橫梁為大橫梁；鋼主梁順橋向節段長度為10 m，節段間拼接采用焊接；小橫梁標準間距為7.5 m，與兩片鋼主梁之間采用高強度螺栓連接；大橫梁與兩片鋼主梁之間采用焊接；上部結構典型橫斷面見圖3。

圖3 上部結構典型橫斷面

2.4 橋面板設計

考慮京滬高速公路主線保通因素，橋面板均采用鋼-混凝土組合橋面板，兩側懸臂寬度為1 m，跨間寬度為3 m，總寬度為8 m；承托處混凝土橋面板高度為0.35 m，跨間高度為0.25 m，承托斜率為1∶5。橋面板鋼底板厚度為6 mm，側端板厚度為8 mm，在底板上設置橫肋，順橋向間距為0.5 m，橫肋高度為166 mm，厚度為18 mm，中間開設直徑70 mm的通孔，孔間距為225 mm；組合橋面板標準寬度2.5 m，在橫肋上鋪設橫向及縱向鋼筋，鋼筋直徑為16 mm，縱橫向間距均為100 mm。

2.5 抗剪連接件設計

抗剪連接件采用D22×150圓柱頭焊釘和D16×80圓柱頭焊釘，在鋼主梁上橫橋向間距為120 mm， 順橋向間距為250 mm，支點處橫橋向間距為250 mm。 圓柱頭焊釘的焊接使用自動控制的焊釘焊接專用設備，焊接工藝及設備與焊釘產品相適應，焊劑、焊接瓷環與圓柱頭焊釘相協調。

2.6 鋼主梁線形設計

考慮鋼梁自重作用和部分活載作用引起的梁體下撓，鋼梁加工制造時設置預拱度，鋼梁立面線型包括設計曲線和預拱度曲線兩部分，工廠制造時按兩部分的疊加曲線進行加工制作，鋼主梁在成橋狀態下鋼梁呈現向上微拱，鋼主梁平面線型按設計道路中心線擬定。

3 施工工藝及施工工序

根據交通運輸條件，鋼主梁縱向分割成7～20 m 長梁段，寬度控制在4 m寬度以內。根據實際情況及鋼主梁結構特點，鋼主梁采用單個梁段在廠內加工制作，現場組裝栓接成整體，底漆涂裝及箱內中間漆在廠內涂裝，采用長車公路運輸，在現場建立與廠內基本一致的加工設施，將運輸到現場的組件組裝拼接成一個整體段，采用大型起重設備對單跨30 m長整體三片鋼主梁整體吊裝。

3.1 加工制作

鋼構廠按照節段劃分線分段制作鋼構件。鋼主梁構件的制作主要分為橋面板、橋底板、橋內側腹板、橋中腹板、橋外側腹板、隔艙板、U型肋、I型肋及其肋板等零部件的制作。鋼主梁在拼裝地面胎架流水線上進行組裝、焊接。鋼主梁通過胎架進行組立、焊接以及矯正。零部件加工通過在數控及機械設備進行。鋼主梁結構加工制作，以最大限度使用機械操作并利用工裝夾具，以減少手工操作的隨機性和不穩定性，提高構件的準確率及生產效率。經驗收合格后方可運輸至工地。

3.2 構件運輸

鋼構件在工廠加工、防腐、預拼裝，驗收合格后,運至工地。運輸采用長車進行運輸，對于超寬車輛報請交通運輸部門批準后方可起運。長車設置必要標志。鋼主梁采取牢固的包裝，以防構件受損。

3.3 現場拼裝

在橋位附近的地面臨時場地對鋼主梁進行節段拼接，現場焊接端橫梁及中橫梁，形成整體鋼板梁，并按工地焊接的要求進行探傷檢測。工地內拼接長度一般在7～16 m。鋼主梁現場組裝焊接要求達到與工廠加工水平一致的質量標準。拼接需要在場地內拼裝的臨時加工棚內進行，臨時加工棚要求隔風擋雨密閉，并安裝保暖或降溫設施，保持加工棚內良好的施工環境。主梁組裝按圖紙要求加工胎架，所使用設備按照廠內設備配置，箱梁焊接采用自動弧焊機或CO2保護焊，特殊情況采用電弧焊接。

3.4 現場安裝

吊裝整跨鋼主梁，在橋臺（墩）頂上安放支座，確保鋼梁就位，單跨鋼主梁重量約為77 t。為了確保車輛通行，鋼主梁整體采用分幅吊裝。（1）按交通組織方案布置各類標志標牌，將高速主線車輛導改至半幅雙向通行。（2）300 t汽車吊機就位，對整跨鋼主梁進行試吊。（3）吊裝整跨鋼主梁，精確放樣調整高程，平穩落梁至墩臺支座上。（4）重復以上施工工序，吊裝另外一跨鋼主梁。（5）搭設模板，鋪設橋面板鋼筋，澆筑混凝土橋面板，先跨中后支點，注意預埋構件的埋設；現澆砼強度須達到100%，齡期≥14 d后拆除模板,施工伸縮縫、防撞護欄。（6）施工橋面鋪裝；安裝排水設施及防拋網；對鋼梁局部做補充涂裝 ,整體涂裝。

圖4 現場吊裝

4 結語

通過對鋼混組合梁天橋設計進行梳理分析，明確了鋼混組合結構天橋設計要點。通過對整體吊裝施工工藝及施工工序進行全過程闡述，明確了鋼混組合梁天橋的施工順序及關鍵節點。鋼混組合結構橋梁具有自重輕、施工快、吊裝方便等優點，是一種值得推廣的橋梁結構形式。