整體預(yù)制疊合梁設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究

魏一絎，師發(fā)明，鄧佳承

（1.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司第七分院，浙江 杭州 310051；2.杭州市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理中心，浙江 杭州 310006；3.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司第七分院，浙江 杭州 310051）

1 工程概況

莫干山路快速路作為杭州市“四縱五橫三連十一延伸”快速路網(wǎng)中“三連”之一，項(xiàng)目南起現(xiàn)狀留石快速路T 型立交，北至繞城北線(xiàn)104 國(guó)道收費(fèi)站。高架主線(xiàn)全長(zhǎng)約4 960 m，起點(diǎn)接現(xiàn)狀留石快速路T型立交落地匝道，終點(diǎn)跨棕櫚路后落地。由于周邊現(xiàn)狀條件局限、工期短等因素制約，高架采用全預(yù)制拼裝工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

莫干山路高架主線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬度26 m（見(jiàn)圖1），采用多跨35 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑，結(jié)構(gòu)連續(xù)，根據(jù)布孔情況設(shè)置連續(xù)孔數(shù)。上部結(jié)構(gòu)鋼-混疊合梁整體預(yù)制、吊裝，橋面板與鋼梁在工廠(chǎng)共同預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝后現(xiàn)澆縱、橫向濕接縫形成整體。

圖1 莫干山路高架橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：mm）

疊合梁鋼梁梁高1.3 m，混凝土橋面板厚0.22 m，承托處厚0.3 m，總高1.6 m。26 m 標(biāo)準(zhǔn)段上部結(jié)構(gòu)橫向分6 部分，邊梁寬度3.6 m，中梁寬度3.4 m，濕接縫寬度1 m。35 m 跨間設(shè)置1 道橫隔板，墩頂設(shè)置橫梁。單塊疊合梁底板水平，疊合梁腹板及混凝土橋面板做2%橫坡。

考慮施工期間梁板運(yùn)輸問(wèn)題，對(duì)斷面寬度進(jìn)行優(yōu)化。單片梁板控制在3.75 m 以?xún)?nèi)，減少因梁板超寬造成的程序?qū)徟斑\(yùn)輸難度。單片邊梁最大吊裝重量約為110 t。

疊合梁整體預(yù)制完成后，整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后吊裝。吊裝后墩頂位置鋼梁部分對(duì)接形成連續(xù)，現(xiàn)澆縱向濕接縫及墩頂橫梁?？v向濕接縫1 m 寬，端橫梁0.8 m 寬，中橫梁1.2 m 寬，端橫梁?jiǎn)蝹?cè)及中橫梁兩側(cè)各預(yù)留0.5 m 橫向濕接縫與橫梁一同澆筑。

2.1 鋼梁設(shè)計(jì)

疊合梁鋼梁采用半開(kāi)口箱型斷面，與小箱梁類(lèi)似斜腹板型式，增加橫向抗扭剛度，較工字型梁板外形更加美觀，同時(shí)較少鋼材外露面，更有利于鋼材防腐及后期養(yǎng)護(hù)。單位面積用鋼量約240 kg/m2。

疊合梁鋼梁主要由上翼緣板、腹板、底板、腹板加勁肋、底板加勁肋、橫隔板及橫梁組成。上翼緣板等寬，寬度480 mm，板厚20 mm；腹板采用斜腹板，板厚14 mm；底板跨中寬度1 600 mm，橫梁及跨中橫隔板位置突出540 mm，板厚20～40 mm。腹板設(shè)置橫向T 型加勁肋，寬度250 mm，板厚10 mm，間隔1.5 m一道。底板設(shè)置兩道縱向加勁肋，高度180 mm，板厚16 mm。

2.2 橋面板設(shè)計(jì)

橋面板與鋼梁在工廠(chǎng)共同預(yù)制，鋼梁預(yù)制完成后可兼做橋面板胎架，單塊邊梁橋面板寬3.6 m，單塊中梁橋面板寬3.4 m；邊跨橋面板預(yù)制長(zhǎng)度32.52 m，中跨橋面板預(yù)制長(zhǎng)度32.8 m。橋面板厚0.22 m，承托及橫梁位置厚0.3 m，橫梁外設(shè)置1 m 長(zhǎng)厚度變化段及銜接段。

橋面板橫向受力鋼筋直徑18～22 mm，縱向受力鋼筋直徑16～28 mm。墩頂現(xiàn)澆段鋼筋直徑均采用28 mm。

混凝土橋面板與疊合梁之間通過(guò)布置于疊合梁上翼緣板的焊釘剪力鍵連接，剪力鍵采用圓頭焊釘，材質(zhì)為ML15，剪力釘需滿(mǎn)足《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》（GB/T 10433）及《冷鐓和冷擠壓用鋼》（GB 6478）的規(guī)定。焊釘直徑22 mm，高240 mm，采用群釘布置，布置根據(jù)受力120～300 mm 間距。

2.3 橫梁設(shè)計(jì)

端橫梁位置采用混凝土橫梁，經(jīng)與后期管養(yǎng)溝通，伸縮縫位置端封板后期養(yǎng)護(hù)困難，取消端部封板設(shè)置，減少后期養(yǎng)護(hù)問(wèn)題。中橫梁位置同樣采用混凝土橫梁，僅底板及部分腹板對(duì)接焊，減少中橫梁處U型主梁全斷面對(duì)接施工難度，減少對(duì)接焊縫。端橫梁及中橫梁立面見(jiàn)圖2。

圖2 端橫梁及中橫梁立面（單位：mm）

3 整體預(yù)制疊合梁負(fù)彎矩區(qū)處理比選

連續(xù)鋼混疊合梁墩頂處存在混凝土受拉的不利影響。采取有效措施，減小墩頂負(fù)彎矩引起墩頂處混凝土開(kāi)裂，是整體預(yù)制連續(xù)疊合梁設(shè)計(jì)及施工的關(guān)鍵。

根據(jù)現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)，一般可采用優(yōu)化橋面板施工順序、堆載預(yù)壓法、支點(diǎn)預(yù)頂升法、配置預(yù)應(yīng)力筋、高配筋現(xiàn)澆混凝土法[1]、負(fù)彎矩區(qū)采用高性能材料替代或增強(qiáng)混凝土板等方法來(lái)控制連續(xù)疊合梁負(fù)彎矩區(qū)裂縫。

針對(duì)本項(xiàng)目疊合梁整體預(yù)制，整體吊裝形式的限制條件，對(duì)堆載預(yù)壓法、支點(diǎn)預(yù)頂升法和負(fù)彎矩區(qū)采用高性能材料替代等方法進(jìn)行分析比選，以期能對(duì)施工方案和施工組織優(yōu)化提供技術(shù)支持。

3.1 建模分析

采用Midas Civil 軟件建立3×35 m 連續(xù)鋼-混疊合梁空間有限元模型（見(jiàn)圖3），針對(duì)堆載預(yù)壓法、支點(diǎn)預(yù)頂升法兩種施工措施進(jìn)行比選分析。模型中半開(kāi)口箱型主梁、墩頂現(xiàn)澆段均采用軟件自帶組合梁截面進(jìn)行模擬，橫梁及橋面板均采用梁?jiǎn)卧M，縱橫形成梁格模型進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算疊合梁時(shí)可不考慮混凝土橋面板與鋼梁之間的滑移效應(yīng)[2]。負(fù)彎矩區(qū)分析時(shí)應(yīng)考慮截面開(kāi)裂引起的內(nèi)力重分布[3]。

圖3 計(jì)算模型

3.2 堆載預(yù)壓法

原設(shè)計(jì)考慮采用24 kN/m 荷載進(jìn)行堆載預(yù)壓，堆載范圍為各跨跨中15 m 范圍內(nèi)。堆載完成后澆筑負(fù)彎矩區(qū)段混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，撤去臨時(shí)荷載[4]。通過(guò)調(diào)整堆載重量對(duì)墩頂負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力分別進(jìn)行驗(yàn)算，基本物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 不同堆載預(yù)壓效果

計(jì)算表明，在預(yù)壓荷載作用下，從16 kN/m 到40 kN/m，混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力儲(chǔ)備僅從0.32 MPa升至1.09 MPa，預(yù)壓荷載的提升對(duì)于負(fù)彎矩區(qū)混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力增強(qiáng)效果并不明顯。鋼梁應(yīng)力隨壓重增加，從162.9 MPa 升至191.4 MPa，變化幅度較小，施工過(guò)程中堆載發(fā)生變化對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響并不會(huì)太大。缺點(diǎn)是堆載方式復(fù)雜易造成施工不便，工作量較大。

3.2 支點(diǎn)預(yù)頂升法

調(diào)整支點(diǎn)高度法，一般在鋼梁架設(shè)時(shí)，將中支點(diǎn)抬升一定高度，然后在負(fù)彎矩區(qū)澆筑混凝土橋面板，待混凝土橋面板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，將中支點(diǎn)下降至設(shè)計(jì)高度，從而使混凝土橋面板產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力[4]。基本物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 不同支點(diǎn)頂升高度效果

計(jì)算表明，頂升高度從10～40 cm，混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力儲(chǔ)備從0.86 MPa 升至4.41 MPa，頂升方案對(duì)于提升負(fù)彎矩區(qū)混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力效果較為明顯。鋼梁應(yīng)力隨頂升高度增加，從168.1 MPa 升至240 MPa，變化幅度較大，需嚴(yán)格控制頂升高度。對(duì)于多梁式疊合梁，支點(diǎn)預(yù)頂升需要同步控制內(nèi)力和位移，支點(diǎn)高度調(diào)整控制過(guò)于復(fù)雜，而且不利于橋面板標(biāo)高的控制[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于本項(xiàng)目多梁式整體預(yù)制疊合梁，堆載預(yù)壓法是一個(gè)相對(duì)更為安全且合理的施工方案。

中支點(diǎn)頂升方案對(duì)于提升負(fù)彎矩區(qū)混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力效果較好。但對(duì)于多梁式疊合梁，需要同步控制內(nèi)力和位移，支點(diǎn)高度調(diào)整控制過(guò)于復(fù)雜，而且不利于橋面板標(biāo)高的控制。

莫干山路高架橋設(shè)計(jì)時(shí)已考慮墩頂負(fù)彎矩范圍內(nèi)鋼筋加強(qiáng)，使混凝土頂板受拉時(shí)裂縫仍能滿(mǎn)足規(guī)范要求。針對(duì)工期較緊的特殊情況下，標(biāo)準(zhǔn)段施工時(shí)亦可考慮在墩頂負(fù)彎矩區(qū)現(xiàn)澆段采用強(qiáng)度等級(jí)不小于CF50、彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于4.8 MPa 的鋼纖維混凝土。