整體預制疊合梁設計及關鍵技術研究

魏一絎，師發明，鄧佳承

（1.天津城建設計院有限公司第七分院，浙江 杭州 310051；2.杭州市城市基礎設施建設管理中心，浙江 杭州 310006；3.天津城建設計院有限公司第七分院，浙江 杭州 310051）

1 工程概況

莫干山路快速路作為杭州市“四縱五橫三連十一延伸”快速路網中“三連”之一，項目南起現狀留石快速路T 型立交，北至繞城北線104 國道收費站。高架主線全長約4 960 m，起點接現狀留石快速路T型立交落地匝道，終點跨棕櫚路后落地。由于周邊現狀條件局限、工期短等因素制約，高架采用全預制拼裝工藝進行設計及施工。

2 上部結構設計

莫干山路高架主線標準橫斷面寬度26 m（見圖1），采用多跨35 m 標準跨徑，結構連續，根據布孔情況設置連續孔數。上部結構鋼-混疊合梁整體預制、吊裝，橋面板與鋼梁在工廠共同預制，現場吊裝后現澆縱、橫向濕接縫形成整體。

圖1 莫干山路高架橋標準橫斷面（單位：mm）

疊合梁鋼梁梁高1.3 m，混凝土橋面板厚0.22 m，承托處厚0.3 m，總高1.6 m。26 m 標準段上部結構橫向分6 部分，邊梁寬度3.6 m，中梁寬度3.4 m，濕接縫寬度1 m。35 m 跨間設置1 道橫隔板，墩頂設置橫梁。單塊疊合梁底板水平，疊合梁腹板及混凝土橋面板做2%橫坡。

考慮施工期間梁板運輸問題，對斷面寬度進行優化。單片梁板控制在3.75 m 以內，減少因梁板超寬造成的程序審批及運輸難度。單片邊梁最大吊裝重量約為110 t。

疊合梁整體預制完成后，整體運輸到現場后吊裝。吊裝后墩頂位置鋼梁部分對接形成連續，現澆縱向濕接縫及墩頂橫梁。縱向濕接縫1 m 寬，端橫梁0.8 m 寬，中橫梁1.2 m 寬，端橫梁單側及中橫梁兩側各預留0.5 m 橫向濕接縫與橫梁一同澆筑。

2.1 鋼梁設計

疊合梁鋼梁采用半開口箱型斷面，與小箱梁類似斜腹板型式，增加橫向抗扭剛度，較工字型梁板外形更加美觀，同時較少鋼材外露面，更有利于鋼材防腐及后期養護。單位面積用鋼量約240 kg/m2。

疊合梁鋼梁主要由上翼緣板、腹板、底板、腹板加勁肋、底板加勁肋、橫隔板及橫梁組成。上翼緣板等寬，寬度480 mm，板厚20 mm；腹板采用斜腹板，板厚14 mm；底板跨中寬度1 600 mm，橫梁及跨中橫隔板位置突出540 mm，板厚20～40 mm。腹板設置橫向T 型加勁肋，寬度250 mm，板厚10 mm，間隔1.5 m一道。底板設置兩道縱向加勁肋，高度180 mm，板厚16 mm。

2.2 橋面板設計

橋面板與鋼梁在工廠共同預制，鋼梁預制完成后可兼做橋面板胎架，單塊邊梁橋面板寬3.6 m，單塊中梁橋面板寬3.4 m；邊跨橋面板預制長度32.52 m，中跨橋面板預制長度32.8 m。橋面板厚0.22 m，承托及橫梁位置厚0.3 m，橫梁外設置1 m 長厚度變化段及銜接段。

橋面板橫向受力鋼筋直徑18～22 mm，縱向受力鋼筋直徑16～28 mm。墩頂現澆段鋼筋直徑均采用28 mm。

混凝土橋面板與疊合梁之間通過布置于疊合梁上翼緣板的焊釘剪力鍵連接，剪力鍵采用圓頭焊釘，材質為ML15，剪力釘需滿足《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》（GB/T 10433）及《冷鐓和冷擠壓用鋼》（GB 6478）的規定。焊釘直徑22 mm，高240 mm，采用群釘布置，布置根據受力120～300 mm 間距。

2.3 橫梁設計

端橫梁位置采用混凝土橫梁，經與后期管養溝通，伸縮縫位置端封板后期養護困難，取消端部封板設置，減少后期養護問題。中橫梁位置同樣采用混凝土橫梁，僅底板及部分腹板對接焊，減少中橫梁處U型主梁全斷面對接施工難度，減少對接焊縫。端橫梁及中橫梁立面見圖2。

圖2 端橫梁及中橫梁立面（單位：mm）

3 整體預制疊合梁負彎矩區處理比選

連續鋼混疊合梁墩頂處存在混凝土受拉的不利影響。采取有效措施，減小墩頂負彎矩引起墩頂處混凝土開裂，是整體預制連續疊合梁設計及施工的關鍵。

根據現有工程經驗，一般可采用優化橋面板施工順序、堆載預壓法、支點預頂升法、配置預應力筋、高配筋現澆混凝土法[1]、負彎矩區采用高性能材料替代或增強混凝土板等方法來控制連續疊合梁負彎矩區裂縫。

針對本項目疊合梁整體預制，整體吊裝形式的限制條件，對堆載預壓法、支點預頂升法和負彎矩區采用高性能材料替代等方法進行分析比選，以期能對施工方案和施工組織優化提供技術支持。

3.1 建模分析

采用Midas Civil 軟件建立3×35 m 連續鋼-混疊合梁空間有限元模型（見圖3），針對堆載預壓法、支點預頂升法兩種施工措施進行比選分析。模型中半開口箱型主梁、墩頂現澆段均采用軟件自帶組合梁截面進行模擬，橫梁及橋面板均采用梁單元模擬，縱橫形成梁格模型進行分析計算。計算疊合梁時可不考慮混凝土橋面板與鋼梁之間的滑移效應[2]。負彎矩區分析時應考慮截面開裂引起的內力重分布[3]。

圖3 計算模型

3.2 堆載預壓法

原設計考慮采用24 kN/m 荷載進行堆載預壓，堆載范圍為各跨跨中15 m 范圍內。堆載完成后澆筑負彎矩區段混凝土，待混凝土達到設計強度后，撤去臨時荷載[4]。通過調整堆載重量對墩頂負彎矩區的混凝土橋面板儲備的壓應力分別進行驗算，基本物理力學參數見表1。

表1 不同堆載預壓效果

計算表明，在預壓荷載作用下，從16 kN/m 到40 kN/m，混凝土板儲備的壓應力儲備僅從0.32 MPa升至1.09 MPa，預壓荷載的提升對于負彎矩區混凝土板儲備的壓應力增強效果并不明顯。鋼梁應力隨壓重增加，從162.9 MPa 升至191.4 MPa，變化幅度較小，施工過程中堆載發生變化對結構安全影響并不會太大。缺點是堆載方式復雜易造成施工不便，工作量較大。

3.2 支點預頂升法

調整支點高度法，一般在鋼梁架設時，將中支點抬升一定高度，然后在負彎矩區澆筑混凝土橋面板，待混凝土橋面板達到設計強度后，將中支點下降至設計高度，從而使混凝土橋面板產生一定的壓應力[4]。基本物理力學參數見表2。

表2 不同支點頂升高度效果

計算表明，頂升高度從10～40 cm，混凝土板儲備的壓應力儲備從0.86 MPa 升至4.41 MPa，頂升方案對于提升負彎矩區混凝土板儲備的壓應力效果較為明顯。鋼梁應力隨頂升高度增加，從168.1 MPa 升至240 MPa，變化幅度較大，需嚴格控制頂升高度。對于多梁式疊合梁，支點預頂升需要同步控制內力和位移，支點高度調整控制過于復雜，而且不利于橋面板標高的控制[4]。

4 結語

對于本項目多梁式整體預制疊合梁，堆載預壓法是一個相對更為安全且合理的施工方案。

中支點頂升方案對于提升負彎矩區混凝土板儲備的壓應力效果較好。但對于多梁式疊合梁，需要同步控制內力和位移，支點高度調整控制過于復雜，而且不利于橋面板標高的控制。

莫干山路高架橋設計時已考慮墩頂負彎矩范圍內鋼筋加強，使混凝土頂板受拉時裂縫仍能滿足規范要求。針對工期較緊的特殊情況下，標準段施工時亦可考慮在墩頂負彎矩區現澆段采用強度等級不小于CF50、彎拉強度標準值不小于4.8 MPa 的鋼纖維混凝土。