鋼混混合連續剛構橋結構體系的設計與施工分析

曾 勇

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

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鋼混混合連續剛構橋結構體系的設計與施工分析

曾 勇

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

結合具體的工程實例對鋼混組合連續剛構橋結構體系的設計與施工及施工進行深入分析，供相關人士參考。

鋼混混合連續剛構橋；結構體系；設計；施工

1 工程概況

本文所提及的鋼混混合連續剛構橋結構體系采用的是長聯大跨徑鋼混組合式剛構-連續組合梁橋。橋梁跨徑組成為：87.75+4×138+330+133.75 m。本橋總長為1 103.5 m，橋臺的兩端處設置了伸縮縫，為單向四車道橋面，橋面全寬為19 m，上游側設有3 m寬的人行道，行車道總寬為15.5 m，橋面設雙向橫坡1.5%。本橋梁結構采用的是連續梁與連續剛構混合連續體系，其中1號、2號墩均為墩梁分離(簡單支承)，3號、4號、5號、7號墩均為墩梁固結。在5號墩和7號墩之間的橋梁主跨則采用鋼混混合結構形式，橋梁跨中中部通過108 m的梁段采用鋼箱梁來減輕橋梁自重，改善結構受力，減小混凝土收縮徐變對結構的不利影響影響，也縮短了施工工期。橋梁采用鋼筋混凝土雙支薄壁墩作為主墩，采用鋼筋混凝土空心墩作為次墩。

2 結構體系設計分析

2.1 設計參數

設計基準年限：100年；設計行車速度：60 km/h；橋面寬度：19.0 m；橋面坡度：縱向0.0%、橫向1.5%；設計荷載：城A級。

設計溫度：最高溫度取用42.2 ℃，最低溫度取用-1.8 ℃，最高月平均溫度取用37.7 ℃，最低月平均溫度取用5.7 ℃，日均最大的溫差取用11.9 ℃，合龍時溫度取用15～25 ℃。

設計通航等級：國家Ⅰ級。

2.2 有限元模型驗算

本文所研究的鋼桁架混合剛構橋全橋長度為1 103.5m，為一座7跨長聯的鋼-混凝土混合式連續剛構梁橋，橋跨布置為(87.75+138+330+133.75)m，主跨330 m，跨中為108 m鋼箱梁，兩側鋼筋混凝土箱梁各110 m。橋面寬為19 m，車道設置為單項四車道，橋面設有1.5%的橫坡，在本文章中只建立涉及5#墩和7#墩的原實橋部分模型，全長為597.5 m，橋垮布置為(133.75+330+133.75)m，將原鋼混混合剛構橋中跨中部分108 m的鋼箱梁部分替換成鋼桁架梁，(以下簡稱鋼桁架混合剛構橋模型)。

(1)完整的空間有限元模型

所建立的模型將全橋離散成為413個節點，共720個單元，下部結構兩個橋墩離散成為88個節點，84個單元，橋墩部分每2m構成一個單元，橋墩為雙肢薄壁墩，每肢21個單元；上部結構分為箱梁節段和鋼桁架梁段，鋼桁架梁段離散成171個節點，483個單元，箱梁節段離散成為145個節點，144個單元，箱梁節段每4 m一個單元，合攏段每1.2 m一個單元，鋼混結合段單元長2.5 m；橋面采用板單元，橋面板縱肋采用板單元中自帶縱肋建模菜單建模，橫肋由于有變截面要求，因此單獨建立單元模擬。

(2)有限元模型驗算分析

前面已經通過手算對鋼桁架的應力做了簡單的計算，下表將對鋼桁架混合剛構橋進行完整的PSC驗算分析，所有驗算結果都是嚴格按照《橋規D62》要求進行的，分別進行了施工階段法向壓應力驗算、受拉區鋼筋的拉應力驗算、正截面抗裂驗算、斜截面抗裂驗算、正截面抗壓驗算、斜截面抗壓驗算和使用階段抗彎驗算等7個方面的驗算，驗算結果如下：

①施工階段法向壓應力驗算

根據《橋規D62》7.2.8規定：預應力混凝土受彎構件，截面邊緣混凝土的法向拉應力和壓應力在預應力和構件自總等施工荷載時應滿足以下規定：因此各單元在施工過程中最大壓應力不得超過：0.7×(0.75×38.5)=20.212 MPa；最大拉應力不得超過：1.15×(0.75×2.85)=2.458 MPa。

②受拉區鋼筋的拉應力驗算

根據《橋規D62》7.1.5和7.2.4規定，施工階段和使用階段預應力鋼筋應滿足以下規定：施工階段鋼束的容許拉應力為：0.75×1 860=1 395 MPa；使用階段鋼束的容許拉應力為：0.65×1 860=1 209 MPa。

③正截面抗裂驗算

根據《橋規D62》第6.3.1條規定：全預應力混凝土構件，在作用短期效應組合下應符合要求：σst-0.85σpc≤0。

④斜截面抗裂驗算

根據《橋規D62》第6.3.1條規定：全預應力混凝土構件，在荷載短期效應組合下：C60混凝土最大容許主拉應力σtp=0.6ftk=0.6×2.85=1.71 MPa。

⑤正截面抗壓驗算

根據《橋規D62》第7.1.5條規定：在使用荷載作用下，預應力混凝土構件的法向壓應力(扣除全部預應力損失)應符合下列要求：C60混凝土的最大容許壓應力[σ]=0.5fck=0.50×38.5=19.25 MPa。

⑥斜截面抗壓驗算

根據《橋規D62》第7.1.6條規定：全預應力混凝土構件，在標準組合下：C60混凝土最大容許主壓應力σcp=0.6fck=0.6×38.5=23.1 MPa。

由上表可以看出7個驗算結果都是符合規范要求的。

3 工程施工分析

3.1 主要材料

墩身采用的是標號為C45鋼筋混凝土；1號墩、2號墩、3號墩其上部結構箱梁采用標號為C50的預應力混凝土；其余采用標號為C60的預應力混凝土；主跨主結構部分鋼箱梁采用Q345鋼材，輔助結構部分采用Q235B鋼材。

3.2 上部結構形式及其施工方案

在本橋中，均為箱型截面的預應力混凝土箱梁和鋼箱梁組成了本橋的主梁部分。墩頂箱梁的梁高為16 m，跨中108 m梁段部分梁高為4.5 m等截面鋼梁，變截面段均成二次拋物線變化。箱梁底板寬為9 m，箱梁翼緣懸臂長為5 m，頂板寬度為19 m。主跨330 m梁段內跨中長為108 m的梁段為鋼箱梁，為了增強梁端整體剛度單箱單室的鋼箱梁設置了一道縱向橫隔板。其余各節段和邊跨均采用的是單箱單室的預應力混凝土結構。包括有北岸和南岸現澆梁段、1號懸臂梁段、2號懸臂梁段、3號懸臂梁段和4號過渡梁段，以上除了4號墩頂箱梁高為5 m以外，其余墩頂箱梁高均為8 m。雙層瀝青混凝土結構鋪裝作為本橋橋面鋪裝，橋面鋪裝下層采用的是澆筑式瀝青混凝土，鋪裝上層則采用的是改性瀝青SMA。

本橋的預應力體系較為復雜采用的是多向預應力技術，其預應力鋼束包括有橋梁縱向預應力鋼束、豎向預應力鋼束、橫向預應力鋼束及主跨混凝土和鋼箱梁部分的體外預應力體系，其作用主要是調整后期的結構撓度。

本橋采用懸臂澆筑的施工方法對1號、2號、3號、5號、7號橋墩處主梁進行施工，每節段施工節段長度根據其重量控制在3～6 m不等，采用后支點的三角掛籃作為節段混凝土澆筑的承載架。4號橋墩處主梁施工采用支架施工。5號墩和7號墩之間混凝土箱梁與鋼箱梁之間的結合部分依靠三角掛籃進行提升到位施工，跨中的鋼箱梁部分的自重約1 400 t，采用交通船整體運輸至安裝位置，再采用液壓千斤頂整體提升吊裝。

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[3] 夏衛峰，郭海軍.大跨徑混合梁連續剛構橋鋼箱梁施工技術[J].中外建筑，2014，(8)：143-145.

2016-01-21

曾勇，男，湖南邵東人，助理工程師，研究方向：橋梁工程設計。

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1008-3383(2016)08-0073-02