橋梁設計中組合拼裝鋼混疊合梁的應用初探

高修彥

（永昌路橋集團有限公司，山東 濟寧 272400）

疊合梁按照施工方法的不同主要可以分為無臨時支撐與有臨時支撐兩種，臨時支撐可以在很大程度上降低施工過程中的鋼梁應力，確保組合截面共同承擔荷載。近年來在橋梁設計中得到廣泛應用的鋼混疊合梁，其優勢在于受力性能良好，但對于較大跨徑的鋼混疊合梁來說，施工過程中開口斷面鋼主梁往往會因為剛度而面臨失穩的風險，這對設計方案制定與施工管理均有較高的要求。本文以具體的橋梁設計為例，通過開展組合拼裝鋼混疊合梁設計，有效解決了開口斷面鋼主梁剛度不足的問題。

一、項目概況

某橋梁設計全寬為20.8m，共計4跨，最大設計通航船型為1000噸級，年設計通過能力為2000萬噸。橋墩基礎位于導航墻之后，船閘采用50m橋跨。為充分保證船閘航行安全，技術團隊特對懸澆結構、全鋼箱梁結構在項目的可行性方面進行了分析論證，發現均有所不足。尤其是全鋼箱梁結構會較大幅度地增加項目的工程造價。經過項目技術人員商議決定，該橋梁決定采用55m鋼混疊合梁方案，同時為降低鋼主梁失穩的風險，還設計了組合拼裝鋼混疊合梁方案。

二、結構設計要點

鋼混疊合梁的鋼主梁主要有兩種形式，即工字形鋼板梁和鋼箱梁。該項目船閘采用鋼混疊合梁，鋼箱部分采用開口斷面小箱梁，橋面板采用鋼筋混凝土構件。鋼箱上頂板與中橫梁頂板均焊接剪力釘，并將其與板面混凝土澆筑成一個整體，運輸至施工現場開始吊裝施工，梁間距控制在4.55m，橫向布置4片梁，單片最大吊裝重量控制為245t。待所有的吊裝工作完成后，再開展澆筑橋面板濕接混凝土與橫線連接施工。

在結構設計方面，該項目的主梁截面由預制開口鋼箱梁與現澆預應力混凝土橋面板組成，并借助抗剪連接器連接，疊合梁的鋼梁由主梁、加勁肋及橫隔梁組成，且鋼結構部分采用Q345qD全焊接鋼梁。因為該項目所設計橋梁采用混凝土預制小箱梁，為確保外部結果更具有安全性和協調性，鋼混疊合梁采用與混凝土小箱梁外觀相似的倒梯形鋼箱，每一片鋼箱的梁底寬度控制為1.7m，橫梁向共計布置4片梁，中距控制為4.55m，鋼筋混凝土橋面板的厚度控制為0.22m，跨中鋼梁的梁高度控制為2.4m，總梁設計高度為2.6m，跨中底板的鋼板厚度為30mm，梁端底板的鋼板厚度為20mm。鋼筋混凝土橋面板與鋼梁上翼緣板頂面設置剪力鍵，剪力鍵采用20mm×180mm焊燈。鋼混疊合梁所使用的每一片主梁均預先在工廠進行加工，完成焊接制作流程，確保接口焊接強度不低于母材強度，待胎架上形成純鋼界面之后，開展橋面板鋼筋澆筑混凝土的綁扎工作。

圖1 船閘橋梁格模型

三、結構計算要點

目前建筑行業在開展疊合梁設計過程中通常會選用彈性計算方法，設定鋼材與混凝土均是理想狀態下的線彈性材料，在計算承載力極限狀態時，以計算截面的邊緣應力達到材料強度設計值為準。該項目在開展橋梁設計時主要有以下幾點假設：一是假設鋼材與混凝土均屬于理想狀態下的線彈性材料，且應力與應變均呈線性關系；二是不對鋼梁與混凝土橋面板之間的滑移作分析，即認定兩者之間的連接牢固可靠；三是假設疊合梁截面應變可以滿足平截面。采用建模軟件所獲得的船閘橋梁格模型如圖1所示。

技術人員依據船閘橋梁格模型、《鋼混凝土組合橋梁設計規范》及《公路鋼結構橋梁設計規范》對橋梁的主梁抗彎能力、施工階段持久狀況應力及抗剪承載力均進行了計算論證，發現相應的數據結果均滿足此次橋梁設計要求。該項目橋梁施工階段持久狀況應力計算結果如表1所示。通過最終的結果計算，鋼混疊合梁的受力性能良好，結構抗疲勞能力較強，整體剛度較大，且混凝土橋面板整體處于受壓狀態，有良好的耐久性。

表1 橋梁施工階段持久狀況應力計算結果

四、施工要點

該項目在確定吊裝方式時，分別對常規幾種吊裝方式的可行性進行分析論證，包括雙機抬吊整孔架設法、自行式吊機整孔架設法及門架吊機整孔架設法，發現與該項目的吊裝施工要求均有一定差異，實用性和適用性均不強。最后根據現場作業條件采用了400t的浮吊開展吊裝，主要吊裝流程包括臨時封航、浮吊就位與拋錨、試吊裝、將平板運輸船轉移至臨時停靠點、浮吊提梁前行、達到吊裝位置后調整落梁位置。

在試吊過程中，待梁體捆綁掛鉤完成后，操作人員緩慢啟動浮吊，將梁體吊起，高度控制在距離船10cm處，試吊時間控制為10min～15min，并由專業的施工人員對梁體結構、浮吊和吊具等進行全面的質量檢查，確保各項數據均滿足施工要求后，方可開展后續作業。需要注意的是，待試吊工作完成后，當浮吊提梁前行時，浮吊需要在現有橋梁墩上掛裝好拉錨，并采用10t的卷揚機緩慢拉動，達到預定位置后固定再提梁前行。當梁體順利吊裝至蓋梁頂部后，操作人員可以緩慢降落浮吊，待降落至距離支座5cm～10cm時，由地面人員協助，精準確定調整梁的位置，確保將梁體準確落到指定位置。梁體準確就位后，相關的測量人員需要立即開展施工放樣，重點確定梁體的軸線和梁端的位置偏差，待所有數據均滿足施工設計方案標準后卸鉤，再開展下一片梁施工。

五、結語

在橋梁設計中應用組合拼裝鋼混疊合梁可以有效解決大跨徑鋼混疊合梁無法在通航水域中搭設臨時支架的問題，同時借助大型浮吊設備可以確保梁體準確落到預定位置，具有較高的精度，能夠保障施工順利完成。