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金德

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市　200092）

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金德

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

結合?？谑泻Ｐ懵犯呒芄こ?，介紹了組合結構橋梁在高架主線、立交匝道、拼寬橋梁中的應用，并分析了連續結構負彎矩橋面板的處理方法及鋼結構耐久性處理方法，說明組合結構橋梁在城市高架立交中應用前景廣泛。

組合結構橋梁；負彎矩；裂縫；耐久性

0　引言

組合結構橋梁大約在20世紀30年代從歐洲開始發展起來，20世紀中葉在歐美日本等國迎來了高速發展期，建造了大量的類型豐富的組合結構橋梁。組合結構以其受力的合理性、造價的經濟性以及施工的便利性等突出優點而應用廣泛。1971年歐洲國際混凝土委員會、歐洲鋼結構大會、國際預應力聯盟和國際橋梁及結構工程協會組成了組合結構聯合委員會，總結了之前組合結構發展中所取得的經驗與教訓，編制了組合結構準則，作為各國編制規范時的指導性文件，進一步促進了組合結構橋梁的快速發展［1］。

鋼-混凝土組合梁是一種充分發揮混凝土和鋼材不同力學材料性能的橋梁結構，不僅使材料物盡其用，有效地降低結構高度，突顯結構外型的輕巧、靈動，而且鋼材的彩色涂裝可賦予更強的視覺沖擊力與鮮活的生命力。

該工程針對海秀路的設計技術標準和具體建設條件，充分研究鋼-混凝土組合結構橋梁在運營階段與施工階段的受力特性，解決橋梁設計和施工中的關鍵技術問題，達到提高結構安全性和降低橋梁總造價的目的。

1　工程概述

海秀快速路（一期）工程全線采用高架橋梁結構形式，西起長濱路，向東沿海盛路、海秀路線位，依次跨越綠色長廊、五源河、永萬西路、港澳大道、永萬東路、秀英溝、秀英大道、金鼎路、丘海大道、中心十號路、世貿南路、僑中路、南沙路、龍昆路等相交道路和河道，與現狀的國興大道相接，路線全長約14.3 km，主線橋梁總長13.4 km。

主線高架兩側布置10對平行上、下匝道，長濱路立交近期設置一對匝道，海秀路-龍昆路立交設置了4條匝道。該項目在高架主線跨路口、小半徑匝道、老橋拼寬等環境下均使用了組合結構橋梁。

海秀快速路橋梁荷載為城A級；橋梁設計基準期100 a，設計使用年限100 a；橋梁設計環境類別II類，主線高架、平行匝道和立交匝道設計安全等級為一級。

組合結構橋面板混凝土采用了C50復合纖維混凝土，提高主橋現澆混凝土的抗裂性，減小收縮率，提高密實度。橋梁用鋼筋采用了符合規范要求的HPB300，以及HRB400鋼筋。

主體結構鋼材采用了滿足《橋梁用結構鋼》（GB/T 714）要求的Q345qD，其中，局部板厚t=50 mm時采用Q370qDz15。水平連接撐等位置采用了符合《碳素結構鋼》（GB/T 700）相關要求的Q235C。圓柱頭焊釘鋼材選擇了滿足《冷鐓和冷擠壓用鋼》（GB/T 6478）和《電弧螺柱用圓柱頭焊釘》（GB/T 10433）的ML15材料。

2　背景工程

2.1高架主線組合橋梁設計

主線高架組合結構橋梁主要用于跨越橫向交叉路口或河道、溝渠的大跨徑橋梁。一般高架為減少對地面交通或河道、溝渠防洪的影響，常布置較大跨徑，通常采用預應力混凝土連續梁或者鋼結構簡支梁。該項目采用的組合結構橋梁，相比于預應力混凝土連續梁，大大減少了施工期間對橋下周邊環境的影響，而造價僅增加10%左右；相比于純鋼結構橋梁，不僅造價低，還解決了鋼橋面鋪裝易損壞以及鋼橋面板易發生疲勞裂紋的難題。

海秀路高架主線組合結構橋梁跨徑42～60 m，橋寬25.5～42.5 m，均采用了簡支受力結構形式，斷面采用了流線型大挑臂單箱多室斜腹板斷面，斷面形狀與主線預應力混凝土連續梁近似。立面上采用魚腹式構造，跨中梁高約1/20跨徑，支點梁高與相鄰跨橋梁結構相同。見圖1、圖2。

2.2立交匝道組合梁設計

立交匝道設計中，為適應道路線形，經常采用小半徑橋梁；另外，很多時候為了跨越溝渠或者道路，又不得不采用大跨徑，而小半徑及大跨徑的組合常常是立交橋梁結構設計中的難點，很多時候甚至會因為結構難以處理而影響立交的布置形式。常規的鋼筋混凝土連續梁通常用于25 m左右的小跨徑，其曲線適應能力也較好；當跨徑增大時，多采用預應力混凝土連續梁，但這種結構的小半徑適應能力較差，一般用于曲線半徑大于100 m的情況；當曲線半徑更小，又需要較大跨徑時，目前基本都使用鋼結構，其對于小半徑及大跨徑的適應能力均較強，但其造價顯著增加，并且鋪裝及橋面板疲勞問題突出。

海秀快速路在長濱路立交、龍昆路立交中的大跨徑、小半徑的匝道采用了組合結構形式。相比于常用的鋼筋混凝土連續梁，顯著提高了跨越能力；相比于預應力混凝土連續梁，不僅提高了跨越能力，且小半徑狀況下受力性能更好；相比于鋼結構，減少了造價，解決了鋼結構鋪裝易損壞和鋼橋面板易疲勞破壞的難題。

海秀快速路在立交匝道中的組合結構采用了斜腹板單箱單室的結構形式，斷面形狀與相鄰跨混凝土梁近似（見圖3）。最小半徑80 m，該聯橋梁同時達到35 m跨徑，此外，匝道橋最大跨徑達到了65 m，也采用了組合結構。立交匝道中大部分采用了連續結構以降低梁高，提高跨越能力。

圖1　主線60 m跨簡支鋼-混凝土組合大箱梁立面（單位：mm）

圖2　主線60 m跨25.5 m寬簡支鋼-混凝土組合大箱梁跨中斷面（單位：mm）

圖3　匝道鋼-混凝土組合鋼箱梁跨中斷面（單位：mm）

2.3拼寬組合橋梁設計

海秀路高架在龍昆路立交中需要采用新橋與老橋拼寬的技術。老橋是20世紀90年代建造的疊合混凝土空心板，跨徑20 m。根據道路線形，新橋與老橋拼寬位置最小寬度4.2 m，最大寬度8.2 m。其次，橋下現有交通較為繁忙，需減少施工對于地面交通的影響。另外，受橫坡的影響，還要求拼寬結構高度盡可能小，以減少對于橫向交通凈空的影響。

通常拼寬結構需要采用與老橋相同的結構形式，以達到近似的結構剛度來減少對于拼接縫的不利影響。對于該項目而言，采用預制的空心板結構將在蓋梁位置增加梁高，且縱向結構高度相比于老橋不能明顯降低，將影響橋下凈空，對橋寬變化的適應性也較差；采用現澆結構則需要搭設滿堂支架，對于地面現狀交通影響較大；采用鋼結構時，由于剛度不能與老橋匹配，將造成拼縫易損壞。

在這種建設條件下采用組合結構作為拼寬結構，能夠較好地處理橋寬變化較大的情況，也減少了建設期間對于地面交通的影響，相對于混凝土結構，顯著降低了梁高，并且經過結構計算，新橋與老橋在跨中挑臂位置均能夠達到1/2 500L以下的活載變形，結構剛度較好。最終選擇了采用組合結構作為拼寬橋梁結構形式（見圖4）。

圖4　拼寬鋼-混凝土組合鋼箱梁空腹式橫梁斷面（單位：：mm）

3　組合結構橋梁特殊問題的考慮

3.1負彎矩混凝土橋面板處理方案

海口市海秀路高架在立交匝道、拼寬橋梁中應用了連續結構形式，組合結構中連續梁中支點混凝土橋面板受拉易開裂的問題是組合結構連續梁設計中的關鍵技術問題。針對這個問題，目前在設計中主要采用了兩種方法來進行處理：一是允許橋面板混凝土開裂，但限制其裂縫寬度；其二是不允許橋面板混凝土開裂，通常是對橋面板混凝土施加預應力。

目前對組合結構橋梁施加預加力常用的方法主要有張拉鋼絲束法、預彎組合梁法、支座位移法［2］。張拉鋼絲束法不論是采用體外預應力對全橋進行整體張拉還是對負彎矩區域混凝土橋面板進行局部張拉，都會對鋼結構造成附加力，減少了預應力效果，增大鋼梁受力。此外，預彎組合梁法及支座位移法的施工方法復雜，對于中小跨徑橋梁，一般施工隊伍能力較弱，增加施工難度也增加了施工安全風險。

因此，該橋選擇了施工較為簡便的強配筋法處理負彎矩區橋面板的受力問題。根據全橋整體的計算結果配置普通鋼筋，一般30 m左右跨徑連續梁負彎矩區橋面板的配筋率約3.5%，通過減小直徑，增加鋼筋數量，達到了較好的結構受力效果，組合工況下橋面板裂縫寬度有效控制在0.1 mm以下。

3.2鋼結構耐久性

海秀路高架均處于近海環境，由于大氣環境具有高度的腐蝕性，對鋼材腐蝕作用很強。目前，近海及海洋環境下鋼結構工程耐腐蝕的措施除正確設計構件、合理選材外，通常有以下幾種方式：（1）采用厚漿型重防腐涂料；（2）采用陽極性金屬熱噴涂層或復合涂層；（3）設計構件時考慮足夠的腐蝕裕量；（4）采用耐腐蝕材料包套；（5）根據電化學腐蝕原理，采用犧牲陽極。結合對當地環境分析，參考類似工程防腐措施，該工程推薦采用長效防腐金屬熱噴涂層復合體系，見表1。

表1　鋼結構外防腐涂裝設計方案

內表面也考慮適當增強防腐性能，尤其是在施工橋面板混凝土時，增加其耐磨性能，減少箱內支架對鋼結構內表面的損壞，采用了表2的涂裝設計方案。

表2　鋼結構內防腐涂裝設計方案

3.3鋼-混凝土結合面結構耐久性

鋼-混凝土組合結構結合面指橋面板混凝土與鋼結構頂板頂面之間的結合面，此結合面的耐久性對于組合結構整體受力極其重要，處理不當將對剪力釘產生腐蝕，改變結構組合式的受力模式，嚴重縮短結構壽命。按照EC4規范［3］中的相關構造要求，該橋對鋼結構頂板頂面的兩側區域以及中間區域做了區別對待，兩側5 cm范圍內按照鋼結構外表面防腐體系處理，而中間部分僅做機械打磨，以增加結合面的結合強度。此外，在鋼與混凝土的接縫位置，采用了專用密封膠進行密封，防止水汽進入結合面。

4　結語

本文以?？诤Ｐ懵犯呒転楣こ瘫尘埃榻B了組合結構在高架主線橋梁、立交匝道橋梁以及拼寬橋梁中的應用，相比于普通鋼筋混凝土、預應力鋼筋混凝土橋梁以及純鋼結構橋梁，組合結構橋梁具有自身的特點并在一定條件下具有明顯的優勢。海秀路高架中大量應用的組合結構合理地處理了結構難點，降低了造價，并減少了施工對于橋下環境的影響。此外，文章介紹了組合結構負彎矩混凝土處理技術以及耐久性處理技術，對于今后城市立交高架橋梁中組合結構的應用具有良好的借鑒意義。

［1］劉玉擎.組合結構橋梁［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］邵長宇.大跨度鋼-混凝土連續組合箱梁橋關鍵技術研究［D］.上海:同濟大學，2006.

［3］EURO CODE 4 Composite Steel and Concrete Struetural，Part2: Bridges［S］.1996.

U448.21+6

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1009-7716（2016）06-0066-03

2016-03-18

金德（1972-），男，上海人，高級工程師，從事橋梁工程設計工作。