高速公路鋼混組合箱梁橋設計

石利強

(山西省交通規劃勘察設計院，山西太原 030012)

1 工程概況

秦城樞紐為忻阜高速和大運高速公路交叉而設置，是忻阜高速公路的重點工程，H匝道橋為該樞紐中跨越原太高速公路的跨線橋。為了最大限度地減少對既有道路交通的影響，該橋選用施工方便、架設速度快、跨越性能好的(28.5+45+28.5)m的三跨連續鋼混組合箱梁結構，全長為110.0 m。

2 設計技術標準

1)設計速度:H匝道橋按60 km/h。2)設計車輛荷載:公路—Ⅰ級。3)橋面凈寬:9.5 m。4)環境類別:總體按Ⅱ類環境設計，部分結構按Ⅰ類環境控制。5)地震烈度:地震峰值加速度為0.2g，特征周期值 0.45 s，橋梁按 8 度設防。

3 結構設計

3.1 上部結構

主梁是由鋼梁和混凝土橋面板組成的箱形斷面，共有兩個箱室，兩個箱體之間通過橫向連接系相連接，鋼梁主要由頂板、腹板、底板、腹板豎向加勁肋、底板縱向加勁肋、橫隔板、橫隔板加勁肋及橫向連接系組成。主梁采用C50混凝土，鋼梁鋼板采用符合國標GB 1591-94低合金高強度結構鋼的Q345E鋼板。主梁橫斷面如圖1所示。

3.2 下部結構

下部結構采用花瓶式墩，單個橋墩由兩個花瓶式墩柱組成，兩個墩柱之間由蓋梁相連接;橋墩、橋臺基礎采用鉆孔灌注樁。

4 整體計算分析

鋼混組合梁橋的主梁是由鋼梁和混凝土橋面板組成，在不同的工作階段，其荷載的分配方式也有所不同。為此，在結構設計時對該橋施工階段和使用階段的主要工況進行了基于桿系模型的整體仿真計算，以掌握結構受力狀態，保證結構的安全性。

計算時將鋼主梁作為主截面模擬，混凝土橋面板作為附加截面進行模擬，并同時考慮預應力效應。全橋劃分為104個單元，105個節點，其中A段為1號～35號單元，B段為36號～69號單元，C段為70號～104號單元。

4.1 荷載參數選取

1)恒載。一期恒載:鋼箱梁重量按設計尺寸計算，混凝土容重取26 kN/m3;

2)混凝土的收縮及徐變作用。按JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范規定計算，年平均相對濕度80%，混凝土收縮徐變3 000 d;

3)預應力作用。縱向預應力筋采用直徑15.2的低松弛預應力鋼束，采用兩端張拉。考慮預應力張拉錨固、壓漿和混凝土形成組合截面的過程，預應力損失同步計入。

4)溫度荷載(兩種)。整體溫差:按JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范規定，計算時取體系升溫溫差20℃，降溫溫差20℃;梯度溫度:依據JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范第4.3.10條的規定，橋面鋪裝為10 cm瀝青混凝土，最高溫度T1取14℃，T2取5.5℃，豎向日照反溫差為正溫差乘以－0.5。

5)汽車荷載:公路—Ⅰ級。選取單根主梁分析計算，其橫向分布系數按杠桿法進行計算。

6)沖擊力。按04規范上進行取值，求取其沖擊系數為0.088 65。負彎矩區的沖擊系數為0.186 2。

4.2 各計算工況說明及計算分析結果

主梁鋼箱梁部分采用分段制作:A，C段34.5 m，B段33 m，然后整體吊裝后拼接，最后澆筑混凝土橋面板。該橋施工工序示意圖如圖2所示。

限于篇幅，計算時主要考慮了三種工況，各工況及各工況下該橋主梁結構的內力、應力及變形計算結果如下:

工況一:架設A，B，C段，各梁段分別處于簡單支撐狀態。本階段模擬鋼箱梁各個梁段簡單吊裝在墩臺支架上的狀態，沒有安裝混凝土橋面板，只有鋼箱梁主截面。鋼梁段A和C在吊裝就位后處于帶懸臂的簡支梁狀態;鋼梁B位于三個臨時墩上，受力體系為對稱布置的兩跨連續梁。鋼梁只受到自重荷載的作用，應力水平較低。主梁的內力、應力及變形計算結果如圖3～圖5所示。

工況二:模擬拼接好三段箱梁，填充箱梁內部無收縮混凝土，澆筑完除墩頂兩側范圍6 m的混凝土橋面板，混凝土橋面板作為附加截面與鋼梁主截面共同參與受力后拆除臨時支架的情形。主梁的內力、應力及變形計算結果如圖6～圖9所示。由圖6～圖9可知，該階段由于中跨的臨時支撐拆除，導致中跨的正彎矩和中墩頂部的負彎矩均增大，邊跨的正彎矩減小。中跨正彎矩的增加會給中跨已經澆筑的混凝土橋面板施加預壓應力，邊跨正彎矩的減小會使得已經參與受力的邊跨混凝土板出現拉應力，同時由于中跨的臨時墩拆除會使得中跨出現較大的豎向變形，邊跨的豎向變形會減小一些。

工況三:使用階段荷載效應分析。在使用階段結構承受的活載主要是汽車荷載，汽車荷載的效應占活載效應的比例很高，有必要對汽車荷載產生的結構效應進行分析，其計算結果如圖10～圖13所示。

由以上汽車荷載產生的應力分布計算結果可知，在汽車荷載作用下，混凝土板和鋼梁共同受力，且其應力分布規律相似。在最大汽車荷載效應下，跨中附近混凝土全截面受壓，鋼梁上緣受壓，下緣受拉;支點附近混凝土全截面受拉，鋼梁上緣受拉，下緣受壓。在最小汽車荷載作用下，其效應正好相反。

5 結語

本文對鋼混組合箱梁橋的結構設計做了簡要介紹，并通過整體分析計算表明，主梁結構的內力、應力及變形計算結果總體處于規范允許范圍，所以該結構設計是可行的、合理的，從而確保了該結構設計的安全性和可靠性。

［1］劉玉擎.組合結構橋梁［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］黃 僑.橋梁鋼—混凝土組合結構設計原理［M］.北京:人民交通出版社，2004.