鋼－混連續組合梁負彎矩區處理方法研究

陳林(遼寧省交通規劃設計院)

鋼－混連續組合梁負彎矩區處理方法研究

陳林
(遼寧省交通規劃設計院)

摘要:鋼－混組合梁具有自重小、抗震性能好且用鋼少、剛度大饒度小特點，鋼－混連續組合梁與簡支組合梁相比，可以提高負載能力，增強剛度，增大應用跨度。但其墩頂負彎矩區會產生混凝土受拉、鋼梁受壓的不利情況，通過介紹鋼－混連續組合梁橋負彎矩區的設計處理方法，比較了各種方法對減小負彎矩區內混凝土橋面板的拉應力，從而限制裂縫寬度、防止鋼梁失穩的作用。并最終達到改善了負彎矩區橋面板的受力性能，確保結構的耐久性和使用性能。

關鍵詞:鋼－混連續組合梁;負彎矩區

中圖分類號:U445

文獻標識碼:??: C

文章編號:??:1008－3383(2015)01－0127－01

收稿日期:2014－11－11

1　概述

隨著我國公路及城市建設的不斷發展，鋼－混組合梁橋由于跨越能力大、建筑高度小、抗震性能好及施工快等優點，得到了廣泛的應用。鋼－混組合梁已經成為市政工程，公路工程、建筑工程中比較常見的一種結構形式。隨著橋梁向輕型化及和大跨度方向的發展，鋼－混組合梁也由簡支結構向多跨連續結構發展。鋼－混連續組合梁與簡支組合梁相比，其墩頂負彎矩區會產生混凝土受拉、鋼梁受壓的不利情況，如何控制負彎矩區混凝土橋面板的裂縫寬度值，是解決連續組合梁橋設計問題的關鍵。介紹了鋼－混連續組合梁設計中的幾種常見的改善負彎矩區橋面板受力的方法，并進行分析對比，為同類型的橋梁設計提供依據。

2　負彎矩區的設計處理方法

2．1設計方法

根據混凝土橋面板的受力特性，一般可以分為以下三種方法:嚴禁出現拉應力;嚴禁出現裂縫;限制裂縫寬度。

2．2發展歷程

對于負彎矩區混凝土橋面板受拉問題，較常見的方法是橋面板中配置預應力鋼束，這樣可以使混凝土橋面在活荷載的作用下不產生或著僅產生較小的拉應力，隨著鋼－混連續組合梁研究的不斷深入，用限制裂縫寬度取代限制拉應力的設計理念，得到了大多數設計人員的認可。

2．3處理方法

(1)配置預應力鋼筋法

依據預應力鋼筋直接給橋面板施加預應力，配置預應力鋼筋可以有效的控制墩頂處橋面板的拉應力，避免墩頂處橋面板在活載與恒載的作用出現受拉狀態，防止墩頂處混凝土橋面板出現開裂。橋面板施加預應力，可以在橋面板與鋼梁已組合后，也可以在組合前進行施加預應力的施工。要注意的是在組合后施加的預應力一部分將被鋼梁分擔，施加的壓力比較大。在現場施加預應力并不容易、施工周期也長，今后對橋面板的局部翻新也比較困難。

(2)調整支座高度法

通過調整升高中間支座的豎向高度，使中跨鋼梁形成一定的預拱度，隨后澆筑混凝土橋面板，待混凝土橋面板硬化與鋼梁緊密結合后，降低中支座高度，使鋼梁回落到設計高度。支座頂升時相當于給鋼梁一個負彎矩，當支座回落時，相當于在鋼－混連續組合梁上施加一個正彎矩，使得混凝土橋面板產生部分壓應力，這樣可以部分或全部抵消由荷載產生的的拉應力，從而達到控制裂縫寬度的作用。其中，支座頂升的高度對預壓應力的大小有很大的影響。實際施工時，應根據跨徑、孔數等條件合理的選擇支座頂升的順序和高度值。

(3)加載配重法

合理的利用鋼材的彈性變形恢復能力，加載配重前應先澆筑跨中正彎矩區域內的混凝土橋面板，待其硬化后方可選擇配重進行加載，一般情況下選用水箱作為壓重物;然后澆筑負彎矩區的混凝土橋面板，待達到設計強度后撤去配重。由于正彎矩區段壓重的卸載，支點附近產生產生一個反向的正彎矩，達到預應力的效果。但在卸除臨時支撐施加配重的過程中，墩頂橋面板并未參與受力，支座處的負彎矩全部由鋼梁承擔，所以應負彎矩區鋼梁進行強度和穩定性驗算。

(4)部分組合梁法

連接件沿梁全長布置，混凝土橋面板在負彎矩處就會受到很到的拉應力。要減少拉應力除以上幾種方法外，還可以將負彎矩區段設計為非結合或柔性結合結構，即在負彎矩區段不布設連接件或僅設置柔性連接件，這種方法稱為部分組合梁法。采用部分組合梁，在均布荷載作用下，橋面板負彎矩處的拉應力能夠顯著的降低，但是在設置連接件的分界處會造成很大的應力集中，必須采取相應的構造措施，如使橋面板的縱向鋼筋連續通過，并適當的加強。或者在鋼梁上適當的焊接錨固鋼筋，起到彈性剪力連接件的作用，達到過渡的效果。

在實際工程中，往往根據項目的具體情況，采用一種或多種方法來控制負彎矩區混凝土橋面板的拉應力，以達到控制裂縫寬度、防止鋼梁失穩的作用。

3　工程實例

3．1上海長江大橋非通航孔橋

上海長江大橋非通航孔橋組合梁負彎矩區允許橋面板開裂，但同時控制裂縫寬度，橋梁縱向未不設置預應力束。但為了控制橋面板裂縫寬度，改善結構的受力及使用性能，采取了以下措施。

(1)根據計算提高普通鋼筋的配筋率，保證混凝土橋面板的裂縫寬度不超過0．1 mm。

(2)采用簡支變連續的施工方法，先澆筑跨中處混凝土橋面板，待硬化后再澆筑組合梁負彎矩處橋面板，使其與鋼梁滯后結合，使負彎矩處橋面板在一期恒載作用下不參與受力，在活載及二期恒載作用下與鋼梁共同受力。

(3)采用支點升降法，調整提升中支座高度，對梁頂升，澆筑相應橋面板，待硬化與鋼梁結合后再回落支座高度，施工步驟如下。①鋼梁吊裝至墩頂，按7孔一聯將鋼梁全部

焊接完成，隨后按先中支點后邊支點的順序實施支點升降操作;②澆筑4號、5號支點處底板混凝土，完成與鋼梁底板結合;③提升4號、5號支點高度，中跨鋼梁形成一定的預拱度，具體頂升值見表1;④澆筑4號、5號支點處負彎矩區橋面板，混凝土硬化后與鋼梁結合成整體;⑤降低4號、5號支點高度，使組合梁回落至設計高度，具體回落值見表1;⑥對6號與3號，7號與2號支點按以上步驟重復操作，最終完成調整。

通過支點升降法，使負彎矩區橋面板能產生3～4 MPa的壓應力，混凝土收縮徐變后還存在2．4～2．9 MPa壓應力，說明了支點升降法對減小負彎矩區中混凝土板的拉應力起到了比較好的效果。

表1　支點抬升量與回落梁

3．2九堡大橋南、北側水中引橋

九堡大橋南、北側水中引橋按允許橋面板開裂，同時控制裂縫寬度的原則進行設計。取消體內預應力束，為了改善結構的受力及使用性能，采取了以下措施:

(1)合理優化普通鋼筋的布置形式，從選擇合理的鋼筋間距和直徑，提高縱向鋼筋配筋率等多個方面來為了改善結構的受力及控制裂縫寬度及分布。

(2)通過施加體外預應力，改善負彎矩區橋面板的受力性能。按照連續梁橋的受力特性及正、負彎矩的分布情況，在組合梁內部設置6束фS15－27體外縱向預應力索，通過張拉體外預應力索，使得組合箱梁支點處產生正彎矩，跨中處產生負彎矩，從而較好的改善了負彎矩區橋面板的受力性能。橋面板縱向無體內預應力的設計，在方便施工的同時，也為橋面板可更換提供了條件。此外，體外索也可輔助調整結構內力分布，適應橋面板更換或修補時的受力需要。

(3)預制橋面板施工采用先跨中，后支點的施工順序，分布間斷施工法，可以有效的減小了負彎矩區橋面板的恒載拉應力，提高負彎矩區混凝土橋面板的受力及使用性能。

(4)通過在橋面板混凝土中摻加復合纖維，提高橋面防水層性能來改善負彎矩區混凝土的性能。通過在支點負彎矩區橋面板摻入高模量、高強度復合纖維，減少混凝土收縮徐變階段所產生的裂紋，從而提高混凝土橋面板的密實度和抗裂性能。另外，在支點負彎矩區的橋面板頂面采用加強型防水黏結體系，以提高橋面板開裂后的防水性能。

4　結語

通過介紹鋼－混連續組合梁橋負彎矩區的設計處理方法，詳細比較了各種方法對減小負彎矩區中混凝土板的拉應力，從而達到限制裂縫寬度、防止鋼梁失穩的作用。并通過實例介紹了各種方法在工程中的應用情況，在實際中，往往可以根據項目的具體情況，采用不同的處理方法。并最終達到改善了負彎矩區橋面板的受力性能，確保結構的耐久性和使用性能的作用。

參考文獻:

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