钢-混叠合梁桥关键技术分析

□文/杨辉

钢-混叠合梁桥关键技术分析

□文/杨辉

文章以滨海新区西外环高速公路海河大桥工程为背景，介绍了钢-混叠合梁结构施工控制中的关键技术。

桁架；钢结构；预应力；叠合梁

1　工程概况

海河特大桥设计采用95 m+140 m+95 m钢桁架连续梁跨海河主河槽，主桥分为上下两幅，每幅横向由6榀桁架组成，桁架横向中心间距为3.56 m，一榀桁架由上弦、下弦和腹杆组成，上弦杆线形随道路纵断线型，下桁架线型为悬链线，腹杆分为竖杆和斜杆，腹杆节点之间的间距随梁高变化。桁架的线型在单跨之间采用以直代曲的做法，桥面板的悬臂部分为变宽，宽度从55～160㎝。上桁架、下桁架为箱型截面，上桁架为等高度箱型截面，下桁架为变高度箱型截面。截面普通段采用24 mm的钢板，下弦杆在中墩局部区域采用30 mm的钢板。在中墩墩位线两侧各17 m范围内，下弦杆内灌注混凝土并通过焊钉进行连接。桥梁横向联系分为上横撑、下横撑和上下平纵联。横向联系普通段采用16 mm厚度的钢板，局部加强段采用20 mm厚度的钢板。见图1和图2。

图1　总体布置

图2　横断面布置

2　施工控制要点

1）桥梁结构形式新颖。钢-混凝土叠合梁桥由于其受力性能和设计方法较传统钢桁梁桥复杂，只在铁路桥梁上有个别应用，目前还没有应用到公路桥梁的实例且相关研究滞后于工程实践，目前尚缺乏系统和成熟的组合桁梁桥分析计算理论和设计方法。本桥计算采用专业计算分析软件Midas，建立桥梁空间模型，模拟施工阶段结构空间受力与变形，结合参数修正和误差分析，最大限度的逼近桥梁真实状态。

2）钢桁架与混凝土桥面板协调作用机理。钢桁架上弦杆通过剪力连接件与混凝土桥面板连接，使两种性能不同的材料共同受力，连接件传递剪力的效果直接决定了结构受力性能，混凝土的强度、厚度、宽度，连接件的类型、高度等直接影响连接件性能。采取在混凝土桥面板和钢桁架安装应变传感器，通过施工各阶段的监测数据可以及时把握混凝土桥面板与钢桁架共同作用的性能，验证结构计算。

3）支架变形。包括弹性变形和非弹性变形，支架的沉降和变形直接影响到成桥线形和结构受力，过大的结构变形甚至会使用功能降低等严重后果。海河特大桥地处滨海软土地基，地下水位的变化直接影响到支架地基的承载能力。由于支架非弹性变形计算复杂，对于本桥支架进行充分的预压，通过实测支架弹性与非弹性变形值确定主梁定位标高。

4）温度对施工监测影响。本桥为钢-混凝土叠合梁结构，钢桁架变形、受力等受温度影响大。本桥主跨跨度及桥梁长度均较大，受温度影响更为明显。为准确确定施工阶段的定位标高，需严格控制主桁架定位时间，消除温度对结构变形和受力的影响，建议在22：00—7：00完成准确定位工作。此外，由于钢混叠合梁两种材料的膨胀系数不一样，因此温度对桥梁结构的受力影响也是施工监控需重点关注的。

3　施工控制的关键内容

1）根据施工图纸、施工组织设计等资料，对全桥进行复核计算并对全桥施工过程进行优化计算分析，对成桥状态进行预测及反馈控制分析，精确计算预抛高值。

2）对结构进行敏感性分析，预测各种施工误差对施工监控目标的敏感程度，从而确定需要重点监控参数；分析温度对全桥受力性能的影响，确定温度变化对施工过程的影响，控制施工过程的高程。

3）考虑施工期的不利荷载组合，模拟拆架过程，与施工、监理各方密切配合，给出支架的最佳拆除时机和拆架顺序。

4）通过每个安装阶段的标高定位调整，确保合龙段安装偏差控制在设计要求范围内，根据桥址实际气候及施工进程，确定合适的合龙温度以保证合龙顺利完成。

5）分析计算施工过程中各个杆件的受力情况，确定薄弱杆件的应力监控位置。

6）模拟混凝土板的应力情况，选定应力较大的位置进行应变计的布设。

4　施工控制的模型计算

结合工程精度要求，为便于计算，采用MidasCivil 2011有限元分析软件进行建模分析。钢-混叠合梁共设置梁单元5 030个，节点2 690个。假定剪力钉区域桥面板与钢箱梁能够共同受力和协调变形，即二者之间不发生相对滑移；抗拉板区域桥面板可以在钢桁架梁上自由伸缩，即二者之间可以自由相对滑移。

4.1重要施工阶段应力分析

满堂支架拆除阶段，全桥应力分布见图1。

图1　支架拆除阶段全桥应力分布

二期铺装完成后的成桥阶段，全桥应力分布见图2。

图2　成桥阶段全桥应力分布

4.2重要施工阶段挠度分析

满堂支架拆除阶段，全桥挠度分布见图3。

图3　支架拆除阶段全桥挠度分布

二期铺装完成后的成桥阶段，全桥挠度分布见图4。

图4　成桥阶段全桥挠度分布

5　结语

钢-混叠合梁是通过剪力件将钢梁与混凝土板连接起来共同受力、变形协调的一种梁，其充分利用了钢的优越抗拉性能和混凝土的优越抗压性能，显著提高了梁的刚度和稳定性。钢-混叠合梁具有结构轻盈、跨越性强、承载力大、便于架设、造型优美等优点，已成为近年来迅速发展的一种大跨径桥梁结构型式。

U443.35

C

1008-3197（2016）02-68-02

2016-03-10

杨辉/男，1975年出生，高级工程师，天津滨海新区高速公路投资发展有限公司，从事工程技术管理工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.023