山區高速公路中簡支I形鋼—混凝土組合梁橋技術研究

張鑫甜

浙江交工路橋建設有限公司，中國·浙江 杭州 310051

1 引言

在地形以及高速公路線性標準限制下，山區高速公路工程中橋梁占比幅度較大，同時曲線、大縱坡等是此類路橋工程的顯著特征。在山區路橋工程建設中，大跨徑橋梁中懸臂澆筑箱梁橋型應用較為成熟，而中等跨徑橋梁則主要采用預制拼裝多梁式T型梁，然而該形式在曲線橋建設過程中，T梁的抗扭以及梁體平衡受力能力相對較差，使得橋梁下部在曲梁彎扭作用下需要承受更大的不平衡力，同時其施工難度較大，因此適用性較低，僅能應用于曲率半徑在250m以上的橋梁上。受此情況影響，有技術人員提出采用簡支I形鋼—混凝土組合技術，有效彌補T梁結構的短板。由此，該技術也成為行業內重點研究內容。

2 鋼—混凝土組合結構概述

隨著科學技術不斷發展，施工技術也隨之進入快速發展階段，各種新興技術層出不窮，為中國現代化建設提供有力保障。鋼—混凝土組合結構是一種基于鋼結構以及鋼筋混凝土結構的新型結構設計方案。其在實際應用過程中呈現出極大的優勢，相較于鋼筋混凝土結構，其自重較低、抗震性能大幅提升、構件截面尺寸縮小、有效使用空間大幅提升，同時該形式還可以有效滿足經濟性以及施工效率性需求。而相較于鋼結構，在用鋼量降低的同時剛度、穩定性以及整體性大幅提升[1]，結構抗火性以及耐久性也得到顯著提升。該結構經過我國大量工程實踐經驗檢驗，最終結果顯示其具備較好的技術經濟效益以及社會效益。

當前應用較為廣泛的鋼—混凝土組合結構主要利用連接件將鋼板梁以及混凝土橋面相連接，提升其抗彎剛度，在降低梁高的同時提升跨徑。鋼板梁通常采用3塊鋼板進行焊接處理，使其成為I形截面的鋼梁，并沿橋梁縱向進行布置，作為主梁承受橋板部分傳導而來的交通荷載。主梁I形鋼具有很大的面內抗彎及抗剪強度，但面外剛度比較小，通常要將2根以上的I形鋼并排設置，并用橫梁、水平及豎向橫撐等輔助構件連接成一體，共同承擔豎、橫向荷載。由于腹板比較薄、容易發生局部屈曲，往往要在腹板的縱橫向焊接加勁肋，還要在支座處焊接端部加勁肋[2]。

3 案例概述

為深入探究簡支I型鋼—混凝土組合梁橋技術應用要點，本文選取實際案例進行具體說明。案例工程為某山區地帶高速公路互通立體交叉上的匝道橋。依據線路實際需求，該橋梁平面以及縱面分別在R=57.25m曲線上以及R=1657.294m凸曲面上。因此，施工技術人員依據相關設計規范以及工程實際要求對其進行設計并提出簡支裝配式預應力混凝土組合T梁、鋼箱梁以及鋼—混凝土組合橋梁3中方案，在經過反復驗證后，施工單位最終采用鋼—混凝土組合橋梁方案[3]

4 結構形式及材料選用要點

4.1 橫斷面組成及布置要點

鋼筋混凝土橋面板、抗剪連接件以及鋼梁是簡支I型鋼—混凝土組合梁結構主要構成部分。其中橋面板不僅承擔著承壓件這一重要功能，同時也是確保橋梁結構穩定的重要基礎保障，通常情況下該橋面板部分依據實際情況主要采用現澆鋼筋混凝土板、壓型鋼板混凝土組合板等形式。案例工程，施工單位依據實際情況選擇C60現澆鋼筋混凝土橋面板，其優勢在于結構簡單，施工效率有保障。設計人員在實際工作中將橋面板規格設計為橋面板寬10m，懸臂端厚25cm，根部厚度45cm，鋼梁上緣兩側設置75cm×25cm的承托。同時，技術人員考慮到抗剪連接件是兩節橋面板以及鋼梁的重要紐帶，實際應用過程中需要承受二之間的縱向剪力以及掀起力，因此，技術人員決定采用規格為的栓釘連接件，其長度以及縱橫向間距分別為170mm以及12.5cm，其他技術條件則依照《圓柱式焊釘》規定選取。

在整個組合梁中，鋼梁部件需要承擔拉力以及剪力作用，因此鋼梁部件通常選取熱軋H型鋼、焊接工字形鋼梁等，具體選擇過程中需要依據施工實際需求進行。案例工程中，技術人員考慮到橋梁跨徑有限[4]，因此選擇焊接工字形鋼梁形式，水平方向選用工字型鋼梁3片組成，全梁段采用單梁整體性制造，具體規格如表1所示，橫斷面布置如圖1所示。

圖1 主梁標準斷面圖

表1 鋼梁具體參數

4.2 連接系設置

為使I形截面鋼梁具備足夠的穩定、剛度和彎扭性能，必須在全梁段范圍內設置隔倉板、腹板縱向加勁肋、豎向加勁肋，同時為保證主梁間的整體性及荷載在腹板間的有效傳遞，達到內力合理分配的目的，需設置橫膈梁。設置時要考慮受力和構造等因素，選用合適的形式和間距。設計采用每4m左右設置1道大橫膈梁，避免橋面板施加預應力，每4m左右設置1道隔倉板，與橫膈梁交錯布置，每2m段中間設置l道豎向加勁肋，腹板內外側設置2道縱向加勁肋，全梁段通長布置，鋼板厚均為16mm。

4.3 組合梁梁高選取要點

在梁高選取方面，技術人員應主要的重點應為橋梁承載力、剛度、經濟性等方面。依據經濟性進行設計的梁高通常會在實際設計可能梁高之上，而依據剛度進行設計的最小梁高與實際設計可能梁高相近，但是這種設計會導致用鋼量大幅提升，且用鋼量、截面抗彎模量、活載撓跨比等均會隨著梁高增長而變換，其中后兩者變化程度較為顯著，遠高于用鋼量。由此，設計人員在實際工作過程中應在充分滿足梁高設計要求的同時，合理地增大梁高，達到兼顧優化結構以及節約鋼材的目標。

針對簡支組合橋梁應用較為廣泛的工字型組合斷面，其高跨比范圍在1/15～1/20區間范圍內，其跨徑在35m內，考慮到案例橋梁工程跨徑設計為21m，因此可確定其高跨比應為1/13。

4.4 材料選用要點

簡支組合橋梁實際施工所需材料主要為結構鋼以及鋼釬維混凝土。

在結構鋼材料中，案例工程設計采用平均含碳量為0.16%的16Mnq鋼，同時技術人員對具體型號進行嚴謹的比選。考慮到橋梁結構部位對整體穩定性的重要成都，技術人員出于提升材料焊接吸能的以及沖擊韌性的考慮，巨鼎采用Q345—D鋼，要求P.S含量控制在0.025%以下，其他參數指標應滿足GB/T 1591—94規定要求[5]。

在鋼纖維混凝土材料中，技術人員考慮到橋面板形式選用C60現澆鋼筋混凝土板方案，因此，為切實降低收縮率，最大限度地降低收縮裂縫產生的概率，提升混凝土抗彎拉、抗剪切以及抗滲性能，決定在混凝土內適當地融入鋼纖維。針對此材料選用，我國尚未制定相應的規程，因此技術人員在參照相關行業規范以及試驗結果后決定采用了銑削型鋼纖維，其性能、施工控制優于剪切鋼纖維，摻量為55～60kg/m3，28d的彎拉強度應達到7.25MPa。

5 結語

綜上所述，論文所研究案例在應用簡支I型鋼—混凝土組合橋梁設計后取得較好成效，工程建設成果完成符合設計以及使用需求。由此可見，該技術具備較大推廣應用價值。