多梁式鋼- 混凝土連續組合梁在城市高架中的應用

岳章勝，蔣海軍，王利偉

（青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266071）

1 工程概述

新機場高速連接線（雙埠- 夏莊段）工程全長約9.8 km，其中路基段長0.4 km，高架段長9.4 km。主線高架上部結構標準段采用30 m 跨預制混凝土小箱梁，下部結構采用倒T 蓋梁和花瓶型墩。在跨越仙山西路處，設置有一聯（53+71+42）m 連續組合梁，橋梁設計荷載：城-A 級，雙向6 車道，設計使用年限100 a。為與兩側混凝土小箱梁相銜接、保證橋梁景觀效果，連續梁采用多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁，中墩為花瓶型墩，中橫梁采用暗橫梁結構型式，端橫梁擱置于倒T 蓋梁上。中支點斷面見圖1，邊支點斷面見圖2。

圖1 中支點處橫斷面圖（單位：mm）

圖2 邊支點處橫斷面圖（單位：mm）

2 橋梁構造與主要參數

（53+71+42）m 連續組合梁橋梁寬26.6 m，橫向設置4 片鋼箱梁，單片梁寬3.3 m，梁間距6.6 m。中支點梁高3.8 m，跨中梁高2.3 m。為與兩側預制混凝土小箱梁順接，邊支點梁高由邊跨中2.3 m 漸變至梁端1.68 m，混凝土橋面板厚0.26~0.34 m。主梁采用Q345qD 鋼材，橋面板采用C50 低收縮混凝土，縱向設置預應力。鋼主梁上翼緣寬600~1 000 mm，厚25~40 mm，腹板厚16~20 mm，底板厚20~25 mm。底板縱向加勁肋采用板肋，橫向加勁肋采用T 肋；腹板縱向加勁、橫向加勁均采用板肋。橫向聯系梁間距5 m，采用工字型截面。中橫梁采用箱形截面，寬度4.1 m，支點間距5.5 m。每片鋼箱梁端橫梁底設置2個球型支座，支座間距2.2 m。跨中橫斷面見圖3，橫向聯系梁處橫斷面見圖4。

圖3 跨中橫斷面圖（單位：mm）

圖4 橫向聯系梁處橫斷面圖（單位：mm）

3 縱向計算圖式

目前國內外對多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁橫向分布系數計算研究的文獻很少[1]，且由于中支點采用暗蓋梁，其空間受力特征較明顯，常規的橫向分布系數已經不能反映該橋的實際受力狀況[2]。因此，本文通過對該橋采用單梁模型和梁格模型，對中橫梁暗蓋梁進行單梁和實體模型進行對比分析，確保橋梁在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下受力滿足規范要求[3]。

3.1 單梁模型

（1） 采用橋梁博士按照剛接板梁法計算橫向分布系數，計算結果見表1。

表1 橫向分布系數計算結果

（2）采用美國規范計算橫向分布系數，計算結果見表2。

表2 美國規范計算邊梁橫向分布系數

式中：Nl為所考慮的加載車道數；Nb為所考慮縱梁數。

由表2 計算結果可知，根據美國規范計算的邊梁橫向分布系數較大，單梁模型按照最不利的橫向分布系數進行取值計算。 采用通用有限元軟件Midas Civil 進行建模，鋼主梁與混凝土橋面板疊合通過施工階段聯合截面實現，在中橫梁和端橫梁位置處設置邊界條件，單梁模型見圖5。

圖5 單梁模型

3.2 梁格模型

考慮每片梁的空間位置關系，主梁之間通過實際橫梁和虛擬橫梁進行橫向聯系，采用Midas Civil建立全橋梁格模型，鋼主梁與混凝土橋面板疊合通過施工階段聯合截面實現。恒載按照實際位置施加，活載按照最不利車道位置進行加載[4]，并自動進行荷載組合，梁格模型見圖6。

圖6 梁格模型

3.3 邊梁縱向應力對比分析

分別對單梁模型與梁格模型提取鋼主梁支點與跨中最不利應力結果，見表3。

從表3 可以看出，單梁模型計算結果與梁格模型在支點處計算結果接近，在跨中處存在一定偏差，但均能滿足工程應用需求。值得注意的是，由于中支點采用暗橫梁結構，梁格模型中梁支撐于中支點處，其剛度比邊梁大，恒載作用下四片梁應力分布不均勻，支點中梁應力比邊梁大[5]。

表3 基本組合下成橋最大(最小)應力結果對比

4 中橫梁橫向計算分析

中橫梁桿系結果通過梁格模型直接提取，實體模型通過Midas Civil 擴展成板單元而成，邊界條件通過對支座墊板節點施加約束來施加，實體模型見圖7。活載通過梁格模型中橫梁最不利荷載位置進行移動荷載追蹤，并將活載反力作用于中橫梁最不利荷載位置。恒載按照腹板慣性矩占全截面慣性矩的比例進行分配，施加在對應的腹板位置。梁格模型與實體模型中橫梁應力結果見表4。

圖7 中橫梁實體模型（頂板消隱）

從表4 可以看出，中橫梁梁格模型與實體模型頂、底緣應力比較接近，均在規范允許范圍內[6]。梁格模型基本上能反映多梁式鋼- 混凝土組合梁的受力特性，能同時反映縱向應力和橫向應力結果。其計算結果用于工程實踐是合適的。目前，橋梁已完成荷載試驗并通車運營，各項指標良好。

表4 基本組合下中橫梁最大(最小)應力

5 結語

通過對多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁橋采用多種方法進行對比分析，結果表明：對于中橫梁采用暗橫梁的多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁，單梁模型與梁格模型計算結果存在一定的偏差，但均能滿足結構工程使用要求[7]。對于城市高架跨越路口處采用多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁，景觀方面能與兩邊簡支混凝土小箱梁很好地匹配，各項受力指標也能滿足規范要求，可在裝配式城市高架工程中大力推廣應用[8]。