鋼混結合梁梁板起頂結合技術

王世峰，黃海歐，陳超華，孫曉偉

（中交二航局第五工程分公司，湖北 武漢 430012）

0 引言

橋梁上部結構采用鋼箱梁時，由于瀝青與鋼板結合差，橋面質量問題頻現；采用混凝土主梁時，又因梁體自重大、施工速度慢等原因，較難在大跨度橋梁中應用。鋼混結合梁較好地綜合了兩者的優勢，充分發揮鋼材的抗拉、抗彎性能以及混凝土的抗壓性能，瀝青與混凝土橋面板結合好，保證了橋面系質量。鋼混結合梁還具有抗震性能優良、自重輕、施工快等特點，應用日趨廣泛。

結合梁結構受力性能直接取決于鋼主梁和預制橋面板的結合質量，武漢二七長江大橋6×90 m連續梁橋在鋼槽梁與預制橋面板結合施工中采用一系列創新工藝，成橋線形、結構受力狀態達到了設計目標，具有較好的推廣價值。

1 工程概況

武漢二七長江大橋是武漢市二環線控制工程之一，主橋采用三塔斜拉橋，主跨616 m，上部結構采用結合梁，是世界最大跨度的三塔斜拉橋和世界最大跨度的結合梁橋[1]。漢口側非通航孔深水區采用6×90 m鋼混結合連續梁[2]，對應墩號從漢口側至武昌側依次為N6～N1墩、1墩，見圖1。

主梁上、下游分幅布置，為單箱單室鋼-混結合梁結構（如圖2），結合梁由下部鋼槽梁和上部混凝土面板通過剪力釘結合而成。鋼槽梁高3.55 m，采用頂推法架設，每跨中間設置1個臨時墩；橋面板厚28～45 cm，橋面板與鋼槽梁頂板接觸面鋪墊橡膠條、預埋壓漿管（如圖3）。

橡膠條斷面尺寸為20 mm×20 mm，抗壓強度＞1 MPa時壓縮量＜1 mm，使橋面板不與鋼槽梁直接接觸。壓漿管采用外徑18 mm無縫鋼管，通過灌漿對該部位鋼槽梁頂板進行了防腐封閉。

2 梁板結合方式選擇

鋼混結合梁的鋼主梁與橋面板結合方法主要有兩種，目前常用的工藝是在鋼主梁、橋面板安裝完后澆筑濕接縫混凝土。施工過程中橋面板處于無應力狀態（不考慮自重影響），只有在二期恒載、后期荷載作用下橋面板才會與鋼梁共同受力，發揮結合梁作用。這種結合方式可稱為“被動結合”，廣泛應用于斜拉橋、懸索橋、系桿拱橋等有索橋梁中。當被動結合的結合梁在負彎矩作用下或在溫度變化、混凝土收縮徐變時，橋面板在拉應力作用下易開裂，影響橋梁使用壽命。

鋼主梁與橋面板結合的另一種方法可稱為“主動結合”，其工藝為：在鋼主梁、橋面板安裝完成后，采取措施將連續梁支點處未結合的主梁起頂一定高度，相鄰支點處主梁鎖定，然后澆筑接縫混凝土，混凝土達到強度及一定的養護齡期后，再下落主梁。橋面板儲備了壓應力，在結合梁承受外界荷載之前鋼主梁與橋面板主動結合在一起共同受力。主動結合更加充分地發揮了鋼材的抗彎、抗拉性能以及混凝土的抗壓性能，并通過對橋面板的壓應力儲備使結合梁橋面板的拉應力有效減小或抵消，減少橋面開裂，延長橋梁使用壽命。

武漢二七長江大橋6×90 m連續梁橋結合梁剛度較小，墩頂橋面板承受拉應力較大。若采用常規的被動結合方式，結合梁的使用性能將大打折扣，故本橋采用了梁板主動結合的施工方法。

3 梁板結合技術

3.1 施工順序

首先進行墩頂區橋面板與鋼槽梁結合（圖4），使其獲得較大壓應力儲備，然后進行跨中區（臨時墩頂）橋面板與鋼槽梁結合。結合施工從N3號墩開始，向兩側對稱進行。結合順序依次為N3→N2、N4→N1、N5→L1、L6→L2、L5→L3→L4，直至完成所有梁板結合施工，進行落梁及受力體系轉換，將結合梁回落至永久墩支座上，完成結合梁主體結構施工。

3.2 起頂理論計算

3.2.1 整體建模計算

采用結構計算軟件Midas進行模擬計算，鋼槽梁采用梁單元建立，結合梁采用施工階段聯合截面建立，共劃分1 713個節點，1 712個梁單元。建模時所采用的坐標系為直角坐標系，X軸為橋的橫向，Z軸為橋的豎向，Y軸為橋的縱向。

有限元模型在各施工階段，起頂墩的起頂量采用強迫位移模擬，起頂墩相鄰兩側的主墩約束DZ、DX、RZ；其余各墩約束DZ，同時施加相應“DX、DY”、“RX、RY、RZ”約束使結構保持靜定。其中“DX、DY、DZ”分別表示節點平動自動度，“RX、RY、RZ”分別表示節點轉動自由度。

所施加荷載包括鋼槽梁自重、橫隔板重量、橋面板重量以及剪力釘重量等。

通過不同工況計算，得到使鋼梁獲得目標應力的預變形（起頂量）及所需的頂升力。

3.2.2 起頂量計算

各墩起頂量見表1。

3.2.3 起頂力計算

各墩起頂錨固力匯總見表2。

3.3 結合梁起頂結合施工

3.3.1 起頂千斤頂及鋼墊塊布置

梁板結合施工時，濕接縫混凝土養護周期為21 d，起頂點受力持續時間較長，墩頂起頂支墊布置時要考慮千斤頂與鋼墊塊之間的受力轉換問題，設置可拆卸的鋼墊塊支撐。

根據計算，單側支墊需承受1 100 t的壓力，每個受力點設置3個鋼支墩、2臺800 t千斤頂。千斤頂及鋼墊塊布置見圖5。

表1 橋面板結合起頂頂升量計算結果表

表2 各工況起頂力、錨固力表t

3.3.2 反拉錨點布置

墩頂起頂時以應力控制為主。為使鋼槽梁獲得預期應力的同時盡量減少起頂量，需在相鄰兩個墩頂對鋼槽梁進行反拉錨固。根據建模計算，在施工過程中錨固力最大約600 t。在結構墩及臨時墩墩頂布置精軋螺紋鋼錨固裝置，來提供錨固力，并在每根精軋螺紋鋼上面安裝壓力傳感裝置（見圖6），實測受力情況，確保結構安全。

3.3.3 結合梁起頂結合

首先通過千斤頂將N3墩處鋼槽梁頂起30 cm（相鄰墩頂精軋螺紋鋼分批次錨固），監測鋼槽梁頂、底板應力，若與計算值相符則將鋼槽梁擱置在鋼墊塊上，澆筑接縫混凝土，結合N3墩頂區橋面板。待現澆混凝土達到設計強度90%后，張拉橋面板二期橫向預應力鋼束，然后將N3墩處鋼槽梁回落。按順序進行后續梁板結合施工。

3.4 后壓漿施工

完成所有梁板結合施工后，將結合梁回落至永久墩支座上。

將橋面板與鋼槽梁頂板間壓滿水泥漿，實現鋼槽梁頂板裸露部分封閉防腐。

4 梁板結合施工效果

在特征斷面鋼槽梁頂板、底板以及濕接縫預埋應力元件，對梁板結合施工過程進行監測。以N3墩處梁板結合為例進行比較。

在N3墩頂附近鋼槽梁的頂、底板上下側安裝點焊式應變計，在N3墩頂正上方橋面板的兩側翼緣、中間位置預埋內埋式應變計，應變計布置見圖7。

4.1 起頂力、反拉錨固力情況

N3墩處梁板結合起頂過程N3墩頂起頂力及相鄰墩錨固力實測值與理論計算值對照見表3。

通過對表3數據分析，N3墩起頂過程中起頂力、錨固力與理論計算數據基本吻合。最大差值出現在起頂至20 cm時的頂升力，最大偏差值為117 t，為理論計算值的6.27%。

表3 鋼槽梁底板應力對照表

4.2 鋼槽梁應力情況

N3墩處梁板結合起頂過程施工應力監測數據與理論計算值對照見表4、表5。

表4 鋼槽梁底板應力對照表

表5 各工況鋼槽梁頂板應力增量表

通過對表4、表5數據分析，N3墩起頂過程中鋼槽梁頂板、底板的理論與實測應力基本吻合。最大差值出現在起頂至30 cm時鋼槽梁頂板下側，最大偏差值為22.5 MPa，為理論計算值的12.7%。

4.3 橋面板應力情況

N3墩處梁板結合完成落梁后，橋面板3個測點順橋向壓應力為14 MPa、16 MPa、13.6 MPa，與理論計算橋面板14～18.5 MPa的壓應力儲備值吻合。

通過對梁板結合施工過程進行理論計算和實測，結果表明：頂升力與錨固力均未超過設計范圍，錨固裝置受力滿足施工要求；頂升過程中鋼槽梁受力良好，理論與實測應力偏差較小；結合梁結合后，負彎矩區橋面板順橋向壓應力的理論與實測值基本吻合，壓應力儲備為14～18.5 MPa。

5 結語

武漢二七長江大橋成功采用梁、板主動結合，較好地解決了結合梁橋面板在墩頂區受拉開裂問題，整個6×90 m結合梁橋面板沒有使用縱向預應力體系。鋼混結合梁的兩種材料受力特性得到了充分發揮，有效推動了鋼混結合梁的應用。

[1] 陳超華，徐斯林，穆清君.大型鋼吊箱拉靠墩系統精確定位施工技術[J].橋梁建設，2011（6）：71-75.

[2] 王世峰，陳超華，孫曉偉.多變豎曲線鋼槽梁拼裝及頂推施工技術[J].中外公路，2012（3）：237－241.