簡支斜交鋼混組合梁橋的設計與施工

王 彬

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

紅星東街互通MK0+916.738 跨線橋位于國道207 線晉城市過境段公路改線新增交叉工程第HT1合同段，為跨越長晉高速公路而設。由于該橋處于采空區范圍，處置方案采用全充填壓力注漿法處治，漿液為水泥粉煤灰漿，這種工藝成熟，安全可靠。橋梁結構形式采用簡支梁結構。由于該橋橋面寬度為43.5 m 且前右角度48°，長晉高速公路路基寬度24.5 m，擬定主跨為50 m 簡支超寬斜交鋼混組合梁結構。

橋梁全長為206 m，采用整體式路基分幅設計，左、右幅上部結構均采用（2×25）m 先簡支后橋面連續預應力混凝土小箱梁+50 m 簡支鋼混組合梁+（4×25）m 先簡支后橋面連續預應力混凝土小箱梁。平面位于直線段+R=1 700 m、Ls=180 m 的圓曲線上（左轉）內，第3 孔跨長晉高速公路，全橋橋墩（臺）均采用平行布置，主線與長晉高速公路交叉角度為131.73°。

2 主要技術標準

a）公路等級 一級，雙向十車道；

b）設計速度 80 km/h；

c）橋面寬度 橋面總寬42.3 m；

d）橋梁設計荷載 公路-Ⅰ級；

e）設計基準期 100年；

f）地震動峰值加速度 0.05g。

3 主跨結構設計

3.1 總體布置

全橋分4 聯布置，總長206 m，橋型布置如圖1所示。第1、第3、第4 聯為25 m 預制小箱梁，第2聯為簡支50 m 鋼混組合梁。本文主要介紹第2 聯鋼混組合梁結構，其平面布置如圖2所示。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

圖2 主跨半幅組合梁平面布置示意圖（單位：cm）

3.2 結構設計

3.2.1 鋼板梁設計

主跨50 m 鋼混組合梁，梁高2 400 mm，其中鋼梁高2 000 mm，混凝土橋面板厚250 mm，單幅橫斷面布置12 片（6 片預制組合梁），每兩根間距為1 600 mm 的工字鋼梁與混凝土橋面板結合構成π形預制組合梁，相鄰π 形預制組合梁間距3.6 m，鋼梁間用橫向聯結系連接，混凝土橋面板用現澆濕接縫連接[1-4]。主跨半幅組合梁橫斷面布置示意圖如圖3所示。

圖3 主跨半幅組合梁橫斷面布置示意圖（單位：cm）

單根鋼板梁采用工字形截面，上翼緣厚25 mm，翼緣寬400 mm；下翼緣厚36 mm、28 mm 兩種規格，翼緣寬度800 mm；腹板厚度18 mm，支點局部加厚到25 mm，腹板縱向每1 500 mm 設雙側橫向加勁肋，厚度12 mm。每兩根間距1 600 mm 的工字鋼梁與混凝土橋面板結合構成π 形預制鋼混組合梁，采用架橋機架設[3-5]。

3.2.2 混凝土橋面板設計

單片組合梁預制部分混凝土橋面板寬2.8 m，厚250 mm，鋼板梁頂承托處厚400 mm，承托處倒角20 cm×15 cm；懸臂長40 cm。橋面板設置單向2%橫坡。

圖4 組合梁典型斷面圖（單位：cm）

橋面板采用C50 微膨脹混凝土，與鋼板梁現澆結為整體，構造如圖4所示。組合梁的預制存放，須待收縮徐變大部分完成以后架設。橋面鋪裝設置防水層，提高預制鋼混組合梁的耐久性，橋面鋪裝采用12 cm 厚瀝青混凝土材料[6]。

3.2.3 剪力連接鍵設計

剪力連接鍵材質為ML15 的電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘，規格為φ22×150 mm。剪力釘單個鋼板梁翼緣橫向布3 排，縱向跨中區段間距150 mm，支點區域間距115 mm[1-2]。

3.2.4 橫向聯結系

跨中區域橫向聯結系每隔6 m 設置一道，采用工字型桿件與鋼板梁腹板通過高強螺栓連接。橫向聯結系高 1 200 mm，上、下翼緣厚 16 mm，寬400 mm；腹板厚12 mm。

為增強預制組合梁支點處的橫向連接，并合理分配結構內力，在支點處設置1.3 m 厚的現澆混凝土端橫梁，端橫梁與鋼板梁通過剪力釘連接為整體[7-9]。

3.3 鋼板梁的防腐與涂裝設計

鋼構件的除銹、防腐和涂裝應在板件制作驗收質量合格后進行，鋼構件表面的除銹方法應采用噴砂除銹，除銹等級按規范要求達到Sa2.5 級。

根據《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》（JTG/T 722-01—2008）要求，應按照大氣腐蝕種類C3 設計，采用長效型（保護年限為25年）的涂裝體系，所有鋼板進場后均要噴涂20～25μm 車間底漆，鋼結構具體防腐措施見表1所示。

表1 鋼結構防腐要求

鋼梁上翼緣鋼混接觸面，僅兩側邊緣30 mm 范圍內按表1涂裝，中間部分噴砂除銹后噴涂1 道環氧富鋅底漆，厚度40μm。

4 施工方案

4.1 鋼混組合梁施工流程

a）鋼板梁在工廠制造，預拼裝檢驗合格后，分節段運抵工地鋼梁存放場；

b）工地現場拼接各段鋼板梁，形成整跨單梁；

c）清理鋼梁上翼緣及栓釘雜物，綁扎預制橋面板鋼筋；

d）澆筑預制橋面板混凝土，每兩片鋼梁與橋面板形成π 形鋼混組合梁；

e）預制鋼混組合梁存放不宜過長，應在1 個月內架設，否則成橋線形預拱偏大；

f）使用架橋機逐片架設預制鋼板- 混凝土組合梁；

g）拼接組合梁間的橫向聯結系；

h）綁扎端橫梁鋼筋，并澆筑該段混凝土；

i）綁扎現澆濕接縫及邊梁現澆翼緣帶鋼筋，并澆筑該段混凝土；

j）綁扎防撞護欄鋼筋，并澆筑該段混凝土；

k）完成防水層、橋面鋪裝及其他附屬工程的施工。

4.2 鋼板梁制作

鋼板梁必須按照設計文件的技術要求及相關國家標準進行制作，預拼裝檢驗合格后，分節段運抵橋位或工地鋼梁存放場。鋼板梁各制作段間采用高強螺栓全截面拼接，鋼梁之間的橫聯也采用高強螺栓全截面拼接。鋼結構應由具有較高加工能力和相應加工經驗的專業鋼結構企業加工制作。鋼梁在出廠前應進行預拼裝，梁長及橫聯等主要尺寸偏差必須在相關規范允許范圍內[1-2]。

4.3 剪力釘施工

栓釘出廠前，必須按《電弧焊栓焊用螺柱和瓷環》（GB/T 10433—2002）的各項要求指標做合格試驗，只有通過合格試驗，栓釘、底面金屬及焊接瓷環的組合體才算合格。

4.4 高強螺栓連接施工

a）制孔 鋼構件調整就位的鋼梁接口處測量確定螺栓孔的位置，制孔時不得使用潤滑液，清理孔緣毛刺，沾梁油污者以汽油清洗，摩擦面受損者按規定的工藝處理。

b）栓接順序 按先底板再腹板后上翼板且從鋼梁一端向另一端的順序進行。

c）高強螺栓應當順暢穿入，不得強行打入，穿入后方向全橋要一致，注意墊圈使用方向。

d）擰緊旋擰螺母，施擰時要連接、平衡、不間斷，沖擊作業。擰緊后續螺栓會降低以前擰緊螺栓的預應力，需復擰達終擰扭矩。

4.5 混凝土橋面板施工

a）先在場地將鋼梁組裝為整跨單梁，每兩個單梁組成一個π 形主梁，綁扎橋面板鋼筋，澆筑混凝土。預制臺座應確保穩定，消除不均勻沉降，并根據鋼梁預拱度設置起拱。

b）澆筑混凝土時應清除雜物（含栓釘上的瓷環）及鋼箱上翼緣頂板上的灰塵、油脂等，保證鋼箱梁上翼緣及栓釘的清潔。

c）預制鋼混凝土梁存放至少7 d，混凝土橋面板強度達到設計強度的90%，方可移梁。

5 結論

a）對橋面寬度大，斜交角度大，且跨越通行公路的橋梁，可采用預制鋼混組合梁橋，采用架橋機一次架設成橋。

b）對鋼混組合梁橋剪力鍵設計可采用栓釘剪力鍵。

c）橋面寬度大，斜交角度大的鋼混組合梁橋橫向聯結系采用垂直路線方向設置，結構簡單，構造連接可標準化。

d）采用鋼混組合梁橋方案可有效降低斜交角度大帶來的扭轉效應影響。