中、小跨径钢板组合梁桥设计难点研究

张大伟

（天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

0 引言

相对于钢筋混凝土桥梁，钢结构桥梁具有自重轻、材料力学性能明确、破坏机理清晰、质量可靠度高、耐久性好、易于工厂化、自动化生产、施工速度快、建筑周期短、抗震性能好、节能环保可循环利用等优点，是桥梁发展的趋势。由于钢结构桥梁的跨越能力较强，国内很多大桥已经普遍采用钢结构，但是在中、小跨径桥梁中应用的并不多。伴随着国家的经济发展、钢结构产能提高以及国家产业政策的支持，在中、小跨径桥梁中大量采用钢结构是目前桥梁发展的趋势。

中、小跨径桥梁可采用的钢结构桥梁结构主要有钢箱梁、钢-混组合梁等。钢箱梁抗扭能力强、整体性好、适用城市立交中异型、曲线桥以及大跨度连续梁桥，钢箱梁整体用钢量较大，造价较高，同时由于钢桥面的特殊性，需采用特殊铺装结构，施工难度大且经济性较差。钢-混凝土组合梁可以充分发挥钢结构受拉、混凝土受压的材料特点，充分利用材料性能，从而达到节省钢材的目的，用钢量较低。同时桥面可以采用常规的铺装形式，施工简单，造价低。因此在中、小跨径桥梁中采用钢-混组合梁是比较合理的结构形式。

在钢-混组合梁结构中，钢板组合梁更具有优越性，钢板组合梁的钢纵梁多采用开口工字钢，由于是开口截面，因此钢板组合梁在制作及安装等方面都很便捷（见图1）；从受力性能方面考虑，钢板组合梁比较适合于中、小跨径桥梁（30～50 m）；同时钢板组合梁体积和重量都比较适中，更便于运输以及安装；相对于钢箱组合梁，钢板组合梁用钢量更小，经济性更好[1-4]。

图1 钢板组合梁

1 中、小跨径钢板组合梁的设计难点

为了保证桥梁线形的流畅性以及行车舒适性，中、小跨径钢板组合梁多采用连续梁结构，而钢板组合梁的特点在于发挥钢结构受拉、混凝土受压的材料特点，充分利用材料性能，从而达到节省钢材的目的。而对于连续梁的支点处负弯矩区，组合梁的受力方式为钢结构受压、混凝土受拉。钢结构受压可以通过设置局部加劲肋等构造措施解决，而混凝土拉应力过大则会产生裂缝，如果裂缝宽度过大则难以满足规范要求，同时裂缝过大也不利于桥梁的耐久性。因此解决钢板组合梁负弯矩区混凝土受拉裂缝问题是钢板组合梁设计的难点。

2 钢板组合梁负弯矩区混凝土裂缝的控制方法

2.1 裂缝控制方法概述。

在钢板组合梁结构设计过程中，通常控制负弯矩区混凝土裂缝的方法主要有以下几种：

（1）采用高性能混凝土（微膨胀纤维混凝土）,

用现代混凝土技术提高普通混凝土性能，以耐久性作为设计的主要指标，针对于不同的用途要求，保证混凝土的适用性和强度，并达到高耐久性、高体积稳定性和经济性。

（2）调整混凝土桥面板的施工顺序

合理调整混凝土的浇筑顺序，如在连续组合梁中先浇正弯矩区混凝土，后浇支座负弯矩区混凝土，能够减少负弯矩区混凝土的受力，同时也可以降低收缩徐变等不利因素对混凝土开裂的影响。

（3）支点强迫位移法

该方法在桥梁架设时，增加中支点临时支座的高度，待负弯矩区混凝土浇筑硬化以后，再降低中支点的高度（落梁），从而使受拉区的混凝土桥面板受压，从而达到抗裂目的。

（4）张拉预应力钢束

通过在连续组合梁桥负弯矩区段张拉纵向预应力筋的方法，对受拉区混凝土桥面板施加压应力，保证受拉区混凝土桥面板的抗裂性。

（5）采用预制桥面板（存梁6个月）

预制桥面板需要存梁6个月以上，可以有效减小收缩徐变的不利影响，从而达到控制裂缝的目的。

2.2 中、小跨径钢板组合梁的适用方法分析

组合梁桥负弯矩张拉预应力是一种比较常见的做法，但是一般常用于大跨径组合梁桥，小跨径组合梁桥负弯矩预应力钢束较短，预应力损失较大，难以达到理论的钢束应力值要求，同时施工工序也比较复杂。中、小跨径桥梁施工时，施工工期以及施工的便利性都是需要重点考虑的因素，因此在中、小跨径组合梁施工时，采用调整混凝土桥面板的施工顺序以及支点强迫位移法是合理的方式。如果有充足的存梁时间和场地，采用预制混凝土桥面板也是一种有效的方法。

3 案例分析

3.1 项目介绍

本工程为城市跨线立交桥，现状交通十分繁忙，拥堵问题严重，同时本项目施工期间难以实现有效的交通分流。为了最大程度较少对交通的影响，在不断交的前提下最大程度减少工期，本项目全桥采用钢板组合梁结构，在实现桥梁快速施工，保证现场不断交的前提下，同时解决传统桥梁的交通、污染、养护等方面的问题。

3.2 结构设计及计算

桥梁上部结构采用5×30 m跨钢板组合梁形式，结构连续，单幅桥梁宽度10.5 m，为了保证桥下通行净空，最大程度降低梁高，横桥向设置四片钢纵梁。为了确定合理的梁高以及混凝土桥面板的施工方法，分别对不同纵梁高度、落梁高度以及负弯矩区桥面板施工方法进行了计算比选，结果见表1～表3。

表1 负弯矩桥面板现浇、落梁（1、3号墩：400 mm；2 号墩：530 mm）

表2 负弯矩桥面板现浇、落梁（1、3号墩：450 mm；2 号墩：600 mm）

表3 负弯矩桥面板预制、落梁（1、3号墩：400 mm；2号墩：530 mm）

3.2 计算结果分析

通过表1可见，三种梁高的钢梁应力以及裂缝大小变化有限，从经济性以及减小梁高的角度考虑，选择1 200 mm梁高较合理；通过表1与表2对比可见，在1、3号墩落梁400 mm、2号墩落梁530 mm的基础上再增加落梁高度效果不明显，因此维持原落梁高度（1、3号墩：400 mm；2 号墩：530 mm）较合理；通过表1与表3对比可见，负弯矩区桥面板采用预制桥面板（存梁6个月），可以有效的减少混凝土收缩徐变的不利影响，从而减小负弯矩混凝土裂缝。桥梁最终方案采用1 200 mm梁高，鉴于本项目规模不大，负弯矩区混凝土推荐采用现浇的方式，并且采用落梁施工。

4 结论

（1）中、小跨径桥梁采用钢板组合梁，通过调整施工顺序以及采用落梁等施工方式，可以有效的解决负弯矩区裂缝过大的问题，从而满足规范要求。

（2）负弯矩区混凝土采用预制结构（存梁6个月），可以有效的减少混凝土收缩徐变的不利影响，从而减小混凝土裂缝。

（3）如果工程规模较大，具备存梁的时间以及场地要求，建议采用预制桥面板方案。

（4）如果桥梁规模有限，同时受到整体工期安排、存梁场地的限制，可采用负弯矩混凝土现浇结合落梁的施工方案。