三跨钢—混组合连续梁桥桥面混凝土抗裂研究

管 乐 钱利芹

(1.温州设计集团有限公司，浙江 温州 325000； 2.金华市婺城区公路管理段，浙江 金华 321000)

三跨钢—混组合连续梁桥桥面混凝土抗裂研究

管 乐1钱利芹2

(1.温州设计集团有限公司，浙江 温州 325000； 2.金华市婺城区公路管理段，浙江 金华 321000)

结合工程设计实践，综合分析了影响钢—混组合连续梁桥混凝土拉应力的主要因素，对桥梁负弯矩段桥面板抗裂措施作了研究，并比较了多种控制混凝土拉应力的工程措施，为类似工程的设计提供可供选择的建议。

组合梁，拉应力，设计，抗裂措施

0 引言

组合梁桥是指用剪力键将钢板梁、钢箱梁等构件和钢筋混凝土桥面构件结合在一起形成组合截面的一种复合式结构。组合梁桥采用最多的是简支梁桥，因为简支梁上部受压、下部受拉，与组合梁的材料分布相适应[1]。由于连续梁较简支梁具有结构静动力刚度大、行车舒适性高的优点，随着技术的发展，组合梁的使用也逐渐拓展到连续梁桥。由于连续梁桥不可避免的存在相当大的负弯矩，控制混凝土桥面板的开裂是设计的重点之一[2-4]。国内学者邵长宇[5]、王燕[6]等人采用了施加预应力、支点升降等抗裂措施，取得了良好的抗裂效果。

本文以温州市下斜河大桥为工程背景，进一步定量分析了影响桥面板开裂的各种因素，在此基础上评估各种抗裂措施的实施效果。

1 工程背景

温州市六虹桥路延伸段是温州市西部重要的一条城市主干道。由于西部瓯海新城的快速开发，并逐渐投入使用，六虹桥路延伸段的建设也变得日趋紧迫。为满足建设单位一年完成设计施工的任务要求，作为工程的重要控制性节点的下斜河大桥，在设计过程中经多方比选，采用了三跨变截面钢—混组合梁的方案，在施工速度和工程造价等方面取得了平衡。

2 桥梁总体结构设计

桥梁所跨越的下斜河为温州市准七级航道，规划道路红线和河道交界仅为26°，为减少主跨跨径，桥梁横向采用左右幅分离式错孔布置。左幅桥为2×30 m简支小箱梁+(44.4+69.8+44.4) m钢混组合梁+2×30 m简支小箱梁，右幅桥为1×30 m简支小箱梁+(45.725+72.256+45.725) m钢混组合梁+3×30 m简支小箱梁。钢混组合梁单幅宽度为12.5 m，人行道宽2.5 m，车行道宽9.5 m，防撞护栏宽0.5 m。设计荷载为城—B汽车荷载、3.45 kN/m2人群荷载。

主桥组合梁采用双箱单室结构，钢梁断面采用槽形断面，混凝土桥面板厚度为35 cm。中支点处梁高3.5 m，中跨跨中和边支点处梁高2.395 m，梁高延梁长按二次抛物线布置。中支点处钢梁底板厚30 mm，钢梁顶板厚30 mm，腹板厚25 mm。边支点和中跨跨中处钢梁底板厚25 mm，钢梁顶板厚30 mm，腹板厚20 mm(见图1～图3)。

3 混凝土拉应力产生的因素分析

1)钢—混组合连续梁由于其结构的特性，中支点处在自重和活荷载的作用下截面上部自然地出现拉应力，这是结构规律使然。

2)由于混凝土材料存在收缩徐变的特性，而钢材并无上述特性，当混凝土发生收缩徐变的时候，钢材对混凝土产生约束，类似于温度梯度的作用，组合截面也会产生相应的自应力和次应力。这部分作用产生的拉应力占有相当大的比例。

3)温度梯度和不均匀沉降等可变作用的影响。

各个工况对中支点桥面混凝土产生的拉应力如表1所示。

表1 各工况拉应力

由表1可知，由于施工工序的影响，中支点混凝土桥面板并不承受结构(钢梁和混凝土桥面板)自重，仅承受二期恒载、活荷载等后期作用，一定程度也已大大减少混凝土桥面板的受力。在各种后期作用中，影响最大的是收缩徐变，占到了所有影响因素之和的41%。而其他各种因素产生的拉应力，是由桥梁总体结构布置决定的，在设计中已经难以减少。

4 桥梁负弯矩段桥面板抗裂措施

1)控制混凝土开裂最有效和常规的方法即是施加预应力。本工程采用了三种方法给混凝土桥面板(特别是中支点桥面板)施加预应力，分别是：a.张拉体内预应力钢束；b.中支点临时顶升；c.跨中位置临时堆载。其中2点～3点的做法其原理类似，即是利用钢材料的弹性变形的能力，在中支点混凝土尚未浇筑时，先施加一个能使中支点产生负弯矩的临时荷载；在中支点混凝土浇筑并达到强度后，再卸载该临时荷载，此时即相当于给此处施加正弯矩，从而给混凝土桥面板提供了预压力；d.通过调整桥面板浇筑顺序，使负弯矩段的桥面板混凝土后期浇筑，避免负弯矩段桥面混凝土过早的承受结构重力产生负弯矩。本工程综合使用了上述四种抗裂措施。

本工程施工顺序如下：

阶段一:钢梁架设完毕后，浇筑边跨和中跨跨中位置处的混凝土桥面板和中支点底板处混凝土，混凝土达到强度后，在桥面板上施加100 kN/m的临时堆载，并将中支点临时顶升35 cm。

阶段二:浇筑中支点顶部混凝土桥面板。

阶段三:中支点顶板混凝土达到强度后，卸除临时堆载并回降中支点顶升高度。

具体施工顺序如图4所示。

以右幅桥为例，上述几种方法对中支点桥面混凝土提供预压应力如表2所示。

表2 各工况作用下预压应力表

由表1和表2可知，本工程采用上述方法产生的预压力已足以克服混凝土桥面的拉应力，并有一定的压应力储备。

2)我们注意到混凝土桥面板产生拉应力的各种因素中，占比最大的是收缩徐变，而影响收缩徐变最主要的变量即是时间，通常的方法是采用达到一定龄期的预制桥面板代替现浇桥面板。以本工程为例计算，图5表示了收缩徐变产生的拉应力随混凝土龄期的变化趋势。从图中可以看到随着混凝土龄期的增长其拉应力随之降低，但在150 d龄期之后其变化速率较小，意味着在此之后，预制桥面板堆仓时间的消耗并不能取得太明显的工程效果。综合本图显示的变化趋势和工程实际，150 d的混凝土龄期是

既能取得较好的工程效果，同时预制板的堆仓时间也较为容易接受。这和其他工程实践也是相符的。但在本工程中由于工期限制，并未采用该方法实施。

5 各种抗裂措施得失分析

1)通过上面的分析可以知道，预应力钢束提供了最大的预压力，临时顶升和堆载分别次之。分析其原因，主要是因为临时顶升和堆载这两种措施由于受到顶升设备以及钢材拉应力指标的限制，设计中受到一定的限制，而预应力钢束的布置在设计中便于实现。但是临时顶升和堆载这两种措施总共也提供了5.36 MPa的压应力，相当于预应力效应钢束的66%，其产生的效果也是相当的明显。从节约预应力材料的角度看，相当于节省了0.66倍设计预应力钢束的材料，其作用也是相当可观的。在一般情况下，应优先采用这两种措施，充分利用钢材性能提供低成本的预应力。2)本工程设计采用无支架施工，并通过调整混凝土浇筑的顺序，使得中支点处混凝土不承受结构自重，该方法也相当程度上减少了混凝土的拉应力。但是，混凝土受力的减少意味着钢结构部分受力的增加，结构两种材料的受力分配需要针对具体工程具体分析，才能得出最佳的结论。根据上述工程的分析，对于混凝土拉应力较大，同时桥梁施工中也不便于支架施工的，可以考虑该方法。3)由于混凝土收缩徐变是造成混凝土拉应力的主要因素，从上文的分析可以知道，采用预制桥面板能有效的减少混凝土拉应力。因此，条件允许时，应优先采用预制桥面板，以减少混凝土的拉应力。

[1] 吴 冲.现代钢桥[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2] 李升伟.混合梁斜拉桥钢混结合段PBL剪力键的研究[D].武汉：华中科技大学,2013.

[3] 黄彩萍.混合梁斜拉桥钢混结合段受力性能的试验研究与理论分析[D].武汉：华中科技大学,2012.

[4] 王亚齐.混合梁斜拉桥钢混结合段受力机理分析[D].武汉：华中科技大学,2012.

[5] 邵长宇.大跨连续组合箱梁桥的概念设计[J].桥梁建设，2008(1)：9-10.

[6] 王 燕，康 浩.宁波绕城东段高架桥钢混叠合梁设计[J].公路，2012(5)：50-51.

Study of concrete crack of three-span steel-concrete composite continuous bridge

Guan Le1Qian Liqin2

(1.WenzhouDesignAssemblyCompanyLtd,Wenzhou325000,China;2.JinhuaWuchengHighwayAdministrationSection,Jinhua321000,China)

Combining with engineering design practice, the article comprehensively analyzes major factors influencing steel-concrete composite continuous beam bridge concrete tensile stress, studies bridge deck anti-cracking measures of negative bending moment section, and compares various concrete tensile stress engineering controlling measures, which has provided some suggestions for similar engineering design.

composite bridge, tensile stress, design, anti-cracking measures

2015-04-07

管 乐(1981- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)17-0169-02

U445.71

A