鋼-混凝土組合連續梁橋負彎矩區施工控制研究

劉書偉

（深圳市綜合交通設計研究院，廣東深圳518003）

0 引言

鋼-混凝土組合梁橋是指將鋼梁與混凝土橋面板通過抗剪連接件連接成整體并考慮共同受力的橋梁結構形式，在工程實踐中得到越來越廣泛的應用。組合連續梁中間支座附近為負彎矩區，由于上部的混凝土橋面板受拉而下部的鋼梁受壓，受力較為不利。

采用合理的施工方法是控制橋面板拉應力的重要途徑，一般可分為施加預應力和不施加預應力兩類方法。不施加預應力的方法主要有：混凝土板與鋼梁，以及混凝土板與板之間設置接縫；受拉區采用鋼正交異性板代替混凝土板、高配筋現澆混凝土法等。目前采用高配筋現澆混凝土法應用最為普遍，該法不對負彎矩區混凝土施加預應力，而采用配筋率高達3%～5%高配筋混凝土工地現澆，施工非常方便。

本文主要結合深圳市機場南路新建工程寶安立交主橋第6聯（50+82+50）m鋼-混凝土組合梁橋設計，從不同的施加預應力控制措施對減少負彎矩區混凝土拉應力進行分析研究。

1 施加預應力方法

對鋼-混凝土組合梁橋施加預應力主要有兩個目的，即預壓鋼梁提高鋼結構的彈性范圍或承載力和預壓混凝土提高橋面板的抗裂性。施加預應力是指通過各種手段使組合梁負彎矩區混凝土板中產生一定的預壓應力，以抵消或部分抵消二期恒載和活載引起的拉應力。

1.1 張拉預應力鋼束

對于連續組合梁橋，可采用全橋布置曲線或折線預應力束或僅對負彎矩區的混凝土橋面板施加預應力，具體可采用體外預應力和體內預應力兩種形式。

根據預應力作用結構不同，可分為僅對鋼梁施加預應力、僅對橋面板施加預應力和對組合結構施加預應力三種類型。張拉預應力鋼束可增加梁的剛度，有效地降低負彎矩區拉應力；但同時會增加施工工期，且存在控制預應力鋼束偏心量的問題等。

1.2 靜載預壓

首先架設鋼梁并澆筑受壓區的混凝土，待其硬化后在受壓區預加靜荷載。在該荷載狀態下，澆筑受拉區的混凝土，待受拉區混凝土硬化后去除前預加荷載。由于澆筑受拉區混凝土前后梁體截面剛度發生了重分布，在大多數截面內的應力并不為零，而在受拉區混凝土內的壓力就是所期望的預應力。施工順序見圖1（a）所示，靜載引起的彎矩見圖 1（b）所示。

由于必須將壓重加于結構上，且需采取有效措施控制橋面板壓重值，故采用預加靜荷法施加預應力施工時較為不便，工作量大。

1.3 支點強迫位移（見圖2）

在澆筑橋面板混凝土之前或之后，通過調整連續組合梁橋各支點的相對高度，可改變結構的內力分布，在負彎矩區內形成預壓力。支點的豎向位移值對結構的應力分布有很大影響，其調整的高度通常與梁跨度成正比，對于跨度較大的組合梁，頂升或降低支點的工程量可能太大而無法實施。此外，支點強迫位移法在混凝土橋面板內產生的預壓力會隨混凝土的收縮徐變的發展而有一定損失，同時采用此法會對正負彎矩區混凝土橋面板交界面處鋼梁頂板焊釘中產生很大的順橋向剪力，設計中應特別注意。

對于具有3個或3個以上中間支點的橋梁，可以同時頂升所有的中間支點，使鋼梁上翼緣產生拉應力，然后澆筑混凝土橋面板，當混凝土硬化后，將中間支點復位，從而使混凝土中形成壓應力。

圖1 靜載預壓施工順序及彎矩圖

圖2 支點強迫位移彎矩圖

2 工程實例分析

2.1 工程簡介

深圳市機場南路新建工程寶安立交主橋第6聯為跨徑（50+82+50）m的變截面鋼-混凝土組合連續梁橋，分左右幅，每幅采用雙箱單室，單個箱梁底寬3.10 m，箱間距2.275 m。每幅橋梁寬度13.25 m，箱梁在跨中高為2.2 m，墩頂高為4.2 m，梁高按二次拋物線變化，鋼梁頂板厚25 mm，腹板厚20～30 mm，底板厚25～40 mm。全橋設置三種類型的鋼束：橋面板負彎矩區短鋼束、橋面板通長鋼束和鋼箱梁內體外鋼束。橋面板體內預應力鋼束采用12-φs15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，設齒板在箱室內張拉。體外預應力采用22-φs15.2 mm環氧噴涂無粘結鋼絞線。

由于施工場地條件的限制，全橋共設置6個臨時支撐（見圖 3），鋼箱梁劃分為 A（20 m）、B（20 m）、C（36 m）、D（30 m）、E（36 m）、F（20 m）、G（20 m）等7個制作段。其中臨時支撐1～2、5～6均設置在分段處，中跨臨時支撐3和4需偏離地鐵9m，此時兩支撐間距48 m，且施工過程中臨時支撐3、4的最大支反力不能超過3 406 kN。

2.2 建模分析

本文對控制負彎矩區混凝土拉應力的不同方案進行研究。其中，方式一：橋面板整體澆筑，張拉負彎矩區短鋼束和通長鋼束；方式二：橋面板先支點后跨中分段澆筑，張拉負彎矩區短鋼束和通長鋼束；方式三：橋面板先跨中后支點分段澆筑,采取靜載預壓,考慮到荷載施加的可行性，邊跨預加靜荷載100 kN/m，中跨預加靜荷載150 kN/m（單幅），張拉通長鋼束；方式四：中支點頂升0.72 m，不施加預應力。

全橋采用MIDAS/civil 2011三維梁單元進行建模分析（見圖4），采用施工階段聯合截面進行鋼箱梁與混凝土橋面板參與受力階段模擬，全橋共劃分184個單元，根據施工控制方案的不同劃分相應的施工階段。

2.3 結果對比

根據橋梁施工控制條件，從負彎矩區正應力、臨時支撐支反力和施工難度等三個方面進行比較分析。其中成橋階段、收縮徐變完成和短、長期使用階段負彎矩區正應力計算結果，以及臨時支撐3最大支反力見表1所列。

根據負彎矩區正應力結果可知采用方式一和方式四均不能滿足規范要求，采用方式三除了需采用靜載預壓外，還需張拉預應力，其施工較方式二更為不便。另外從臨時支撐最大容許支反力來看，方式一和方式三也不滿足要求。

綜合考慮，采用方式二，既可以減少施工難度，又能滿足各方面控制條件的要求。

3 結論

鋼-混凝土連續組合梁橋負彎矩區為結構受力不利部位，可采用施加預應力和不施加預應力兩類方法進行負彎矩區拉應力控制。設計中，應結合具體情況，以及施工工期、施工難易程度等綜合

圖3 鋼-混凝土組合梁臨時支撐設置圖

圖4 有限元計算模型

表1 主要階段不同方案下負彎矩區正應力和臨時支撐3最大支反力一覽表

考慮，選用合適的施工控制方案。

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