鋼混組合連續梁轉換體系對負彎矩區的影響

摘??要：負彎矩區抗裂設計是鋼混組合連續梁設計中的重要組成部分，本文簡要介紹了鋼混組合連續梁負彎矩區抗裂設計的重要意義;總結了幾種常用抗裂設計方法;并結合實際工程案例，簡要分析了施工過程中結構體系的轉換對裂縫寬度的影響規律。本文在優化鋼混組合梁受力性能、提高鋼混組合連續梁可靠性與安全性方面給相關設計人員提供一定的參考

關鍵詞：鋼混組合連續梁;有限元分析;裂縫寬度

中圖分類號：U442.5 ??文獻標識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

0?引言

近年來，隨著我國鋼結構工程建設的大力發展，鋼結構橋梁在實際工程中的應用也越來越普遍。與混凝土梁橋相比，鋼結構梁橋具有重量輕、梁高小、跨越能力強、施工快速等諸多優點，而且對橋下道路的正常交通影響也較小。但是，由于鋼橋面板造價高、橋面耐久性，在實際公路橋梁中，更多的采用鋼混組合梁的形式。

但是，鋼混組合梁存在著明顯的缺點，由于鋼混組合連續梁的墩頂負彎矩區混凝土橋面板始終處于受拉狀態，在荷載長期作用之下，混凝土板很容易出現大面積裂縫，裂縫出現之后，鋼混組合梁的截面剛度隨著裂縫的發展不斷下降，內部鋼筋與鋼梁很容易發生腐蝕，降低組合梁的耐久性，對橋梁的正常使用年限產生較大影響，是限制鋼混組合連續梁向更大跨徑發展的重要因素。

因此，鋼混組合梁負彎矩區的抗裂設計工作非常重要。針對這一問題，國內外專家提出了很多解決方法，其中被廣泛接受并應用的主要有：支座頂升回落法、跨中配重法、施加預應力法、采用高性能混凝土法。另外，施工過程中不同的施工順序對負彎矩區的裂縫寬度也有很大影響，如橋面板澆筑順序、從施工階段臨時結構體系到最終連續梁結構體系完成的時機等。

下面結合某50+80+50m三跨鋼-混組合梁實際案例，建立Midas平面桿系單元模型，針對不同結構體系的轉換時機，進行鋼混組合梁負彎矩區裂縫寬度的比較。

1工程概況

1.1 技術標準

（1）設計荷載為汽車荷載：公路I級;

（2）標準橫斷面雙幅雙向四車道：2×（0.5m+9m+0.5m）;

（3）橋梁設計安全等級為一級，結構重要性系數γ=1.1;

（4）環境類別為I類環境。

1.2 橋梁結構形式

本橋跨徑布置為50+80+50m三跨鋼-混組合梁，橋寬10m。橋面板采用預制鋼筋砼結構，板厚為0.28m（加腋處0.45m）。鋼梁梁高沿縱向折線變化，邊跨及跨中梁高2.63m，如圖1所示;中支點處鋼梁高4.03m，如圖2所示。

橫斷面采用槽型鋼加預制混凝土板的斷面形式，混凝土橋面板和鋼主梁通過剪力釘連接。鋼梁斷面采用斜腹式單箱單室槽型梁，腹板傾角14°，頂板處腹板中心距6m，底板處腹板中心距4m～4.79m。

2結構模型建立

根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64-2015）第11.1.3條，及《公路鋼混組合橋梁設計與施工規范》（JTG/T D64-01-2015）第5.3.1、7.1.2條規定，混凝土板按照普通鋼筋混凝土構件設計時，連續組合梁的整體分析應采用開裂分析方法。即在中支座兩側各0.15L范圍內，組合梁取用開裂截面剛度EI，不考慮混凝土板而只計入有效寬度范圍內負彎矩鋼筋截面對截面剛度的影響，其余截面仍取未開裂截面剛度EI。

因此本次計算建模時，中支座兩側各12.5m范圍內主梁截面僅考慮由橋面板鋼筋及鋼梁組成，將開裂區鋼筋等效為混凝土，與鋼梁形成組合截面。橋面板混凝土部分以荷載形式施加到主梁上，不考慮其剛度影響，全橋模型如圖3所示。

對于箱型截面梁，采用梁單元進行整體計算時，應考慮翼緣的有效寬度。可根據規范進行計算。其中，橋面板全截面有效，中支點附近底板受壓區折減系數為0.97，邊支點及跨中處底板折減系數為0.98、0.92。

3裂縫寬度研究

3.1施工方案

本項目采用大節段吊裝的施工方式，鋼梁沿縱向劃分為五個節段，詳見圖4。本文就如下幾種施工順序，進行裂縫寬度的比較分析：

施工方案一：

（1）架設臨時墩，分節段吊裝鋼梁，將鋼梁焊接為整體;

（2）撤除臨時墩;

（3）安裝邊跨及中跨跨中橋面板，澆筑濕接縫;

（4）安裝墩頂橋面板，澆筑濕接縫;

（5）鋪裝、護欄施工;

（6）全橋竣工。

施工方案二：

（1）架設臨時墩，分節段吊裝鋼梁，將鋼梁焊接為整體;

（2）安裝邊跨及中跨跨中橋面板，澆筑濕接縫;

（3）撤除臨時墩;

（4）安裝墩頂橋面板，澆筑濕接縫;

（5）鋪裝、護欄施工;

（6）全橋竣工。

施工方案三：

（1）架設臨時墩，分節段吊裝鋼梁，將鋼梁焊接為整體;

（2）安裝邊跨及中跨跨中橋面板，澆筑濕接縫;

（3）安裝墩頂橋面板，澆筑濕接縫;

（4）撤除臨時墩;

（5）鋪裝、護欄施工;

（6）全橋竣工。

3.2 計算結果分析

通過Midas模型計算結構內力，根據相關規范進行計算，墩頂最大負彎矩及裂縫寬度如表1。

4結論

根據以上分析結果可知，當跨中橋面板澆筑完成之后再撤除臨時墩，橋面板裂縫寬度值最小，與所有橋面板澆筑完成之后再撤除臨時墩相比，減小了4.7%。這是因為在跨中橋面板混凝土硬化之后撤除臨時支撐，連續梁在自重作用下產生變形，此時再澆筑墩頂混凝土，相當于提前釋放了一部分混凝土的拉應力，減小了混凝土裂縫寬度。

另外，在架設鋼梁時，在臨時支撐處設置一定的向上的撓度，或者在撤除臨時支撐后，在跨中進行堆載預壓，有效減小混凝土裂縫寬度，可以更好的達到這種效果，。在實際工程設計的過程中，應根據不同結構的特點，合理進行模型構建、準確確定混凝土橋面板寬度，對不同的施工方式及施工流程進行比較，提出合理有效的負彎矩區抗裂措施，保證鋼混組合連續梁結構更為穩定，減少鋼混組合連續梁結構失穩現象的發生。

參考文獻

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收稿日期：2019-05-26

作者簡介：支琛（1984—），女，山東新泰人，本科，助理工程師，研究方向：橋梁設計。

Influence of Steel-Current Combined Continuous Beam Conversion System on Negative Moment Area

ZHI Chen

（Zhejiang Transportation Planning and Design Institute， Hangzhou 310030， China）

Abstract： The anti-crack design of negative bending moment zone is an important part of the design of steel-concrete composite continuous beam. This paper briefly introduces the significance of anti-crack design in the negative bending moment zone of steel-concrete composite continuous beam. It summarizes several common anti-cracking designs. The method is combined with the actual engineering case to analyze the influence of the transformation of the structural system on the crack width during the construction process. In this paper， the relevant designers are provided with certain reference in optimizing the mechanical performance of steel-concrete composite beams and improving the reliability and safety of steel-concrete composite continuous beams.

Key words： steel-concrete composite continuous beam; finite element analysis; crack width