钢混叠合梁设计与施工

李思东

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆 401121）

城市建设中常规的高架桥结构形式为钢筋混凝土梁、钢混叠合梁、钢箱梁。钢筋混凝土梁国内多采用现浇方式，这种方式施工占地面积大，施工周期长，但它最为便宜。钢箱梁的现场施工速度最快，占地最小，在工厂将钢梁预制好，运输到现场进行连接即可；但是钢箱梁造价较高，同时钢箱梁在运营期间有噪声较大的缺点。钢混叠合梁采用底部为钢结构，顶部为混凝土结构，底部钢结构和部分混凝土桥面板块均可以在工厂预制，运输到现场，其余部分桥面板则在现场现浇。从环境角度，钢混叠合梁的桥面为混凝土结构，运营噪声小[1]；在施工方面，钢混叠合梁桥采用部分预制、部分现浇的方式结合，施工场地占用和钢箱梁有同样的优势。从造价上，钢混叠合梁比混凝土稍贵，但比钢箱梁更加经济合理[1-2]。另外，钢混叠合梁的跨度较钢筋混凝土梁大。因此，钢混叠合梁在我国城市桥梁建设中应用越来越多[3]。

1 工程概况

某工程修建于滨河路步道之上，全长约2.4km，为了占用现状滨河步道的人行空间，本项目均采用高架结构。为了尽量减少施工对现场的影响，经研究确定，除曲线半径较小的桥位采用混凝土梁结构外，其余高架均采用钢混叠合梁桥。

本项目钢混叠合梁桥标准宽度8.5m，最大宽度10m。受各种边界条件的限制，全线桥梁典型跨度为20~30m，桥跨布置为3×20m、3×30m、4×30m，均采用连续梁结构。钢混叠合梁典型桥跨布置如图1 所示，典型横断面如图2 所示。

图1 典型桥跨布置（单位：cm）

图2 典型横断面（单位：cm）

2 技术标准

（1）道路等级：城市次干路。

（2）设计行车速度：40km/h。

（3）桥面最大纵坡：5.5%，横坡1.5%。

（4）桥梁设计荷载：城-A 级。

（5）桥梁结构设计基准期：100 年。

（6）整体温度：整体升温25℃、降温25℃。

（7）地震设防烈度为Ⅵ度，设防分类为C 类。

3 桥梁结构设计

3.1 下部结构一般构造

为了保证更好的景观效果，桥墩均采用变截面花瓶墩（见图2）。墩底标准截面尺寸根据墩高确定，墩高12~22m 的墩底标准截面尺寸为宽1.8m×长1.6m；墩高12m 以下的墩底标准截面尺寸为宽1.6m×长1.4m；墩顶宽度根据主梁底部宽度尺寸确定，宽度为5.8~6.8m，纵向尺寸和墩底相同。桥墩桩基根据计算采用2.2m、2.5m 直径桩基础。

3.2 主梁结构设计

叠合梁桥全宽8.5~9.5m（如图3 所示），梁高1.6m，由混凝土桥面板和钢梁组成。桥面板采用C50 钢筋混凝土，分预预制和现浇两部分，预制采用PVA 纤维混凝土，墩顶负弯矩区及湿接缝的现浇段采用无收缩混凝土。混凝土桥面板为变宽结构，桥面板悬臂长度不变，桥梁宽度通过中部等厚段调整。根据钢主梁跨间距离不同，桥面板横向跨中标准厚度为25~30cm。桥面板两侧悬挑长度为1.7m，悬挑端部厚18cm，根部厚35cm。为了防止雨水沿着预制板底板流动形成水痕，在悬臂端部设置滴水槽。

图3 叠合梁一般构造（单位：mm）

桥面板和钢梁通过φ22mm 剪力钉连接，为了保证预制桥面板和钢梁紧密贴合，在工字钢梁两侧设置橡胶垫块，同时在中间设置环氧砂浆。剪力钉的设置个数由钢梁和桥面板之间的剪力确定，根据受力分析可知，桥面板和钢梁之间的剪力在跨中部分较小，在边支点和中支点支座位置剪力较大。结合叠合梁快速施工，将跨中部分桥面板采用预制施工，仅在预制桥面板中预留500mm×500mm 的后浇槽口，同时在预制桥面板之间设置500mm的后浇带，在这些后浇带处设置剪力钉与钢梁相连。由于边中支点处桥面板和钢梁之间的剪力较大，需要设置较多剪力钉，故此部分桥面板均采用现浇方式施工。

钢梁由两片工字钢组成，工字钢梁的间距随着桥宽变化，工字钢梁腹板中心线距为4.5~5.5m。钢梁材质为Q345qD，主梁高123cm。

工字钢梁上翼缘的宽度主要取决于剪力钉数量和横向布置宽度；通过布置分析，标准段工字钢梁上翼缘宽度采用60cm 较为合适。在桥面板和钢梁形成整体之前钢梁单独受力，上翼缘板受压，根据受力计算，上翼缘板厚度采用25mm 较为合适。工字钢梁下翼缘宽度取决于施工、运营阶段的总体受力和支座选型的尺寸大小；根据此两方面因素综合考虑，主梁下翼缘宽在跨中标准段为60cm，在边跨标准段为80cm，在中支点附近为1.1m；钢梁底板厚度根据受力需要取为40~50mm。

工字钢梁腹板厚取决于主梁在施工和运营阶段的剪力大小，根据受力分析，腹杆在跨中采用16mm 板厚，在边中支点处采用20mm 板厚，为了保证腹板不发生失稳，在腹板两侧设置成对竖向加劲肋，间距为1m；同时主梁间采用工字形横梁加强横向联系，横梁间距为4.0m，高度为60cm。

由于桥面板和钢梁之间的剪力在端支点处非常大，仅在顶板和混凝梁之间设置剪力钉不能完全满足受力要求，故将端横梁顶板面与主梁上翼缘平齐，在端横梁顶板也设置剪力钉与后浇混凝土连接；考虑到端横梁直接与桥面板相连，故将端横梁加高到90cm。在中支点处，由于工字钢梁底板处受力加大，故将中支点横梁整体下移与工字梁底板连接，保证工字梁在中支点处不发生失稳，同时适当加高中支点横梁到80cm，保证横梁足够刚度。

4 主梁施工

4.1 总体施工方案

（1）上部结构施工：钢梁采用工厂预制，然后运至现场安装；桥面板采用长3.5m、横向全宽预制，然后运至现场安装；桥面板现浇梁段的支架搭设在预制钢梁上或者支撑在地面，现场浇筑部分桥面板与工字钢采用剪力钉连接。

（2）下部结构施工：桩基础应采用机械成孔；桥墩墩身采用支架现浇施工；桥墩承台及桥台基坑采用明挖方式施工。

4.2 主要施工步骤

（1）首先开展下部结构桩基础、桥墩施工；由于主梁钢梁和部分桥面板都是预制结构，故可以同步在工厂加工钢梁和制作预制桥面板。

（2）搭设钢梁现场焊接施工支架，完成钢主梁纵横向连接焊接，钢主梁形成整体。

（3）拆除钢梁临时连接支架，吊装三跨跨中部分混凝土预制桥面板，并浇筑桥面板中间孔洞和预制桥面板之间的后浇带。

（4）在跨中桥面板上添加预压荷载：为了保证中支点处后浇混凝土桥面板有足够的压力，从而满足运营阶段中支点混凝桥面板的受力，在浇筑边中支点混凝土之前，先在跨中预制桥面板范围施加压重荷载，压重重量根据卸载后中支点需要的压力确定。

（5）浇筑边中支点处混凝土桥面板。

（6）待后浇混凝土强度达到设计值后，卸载跨中部分压重，中支点处混凝土桥面板获得受压储备，叠合梁整体体系形成。

（7）最后施工桥面铺装、防撞栏杆等桥面系结构。

5 结语

钢混叠合梁在我国桥梁建设中越来越多，在设计和施工中应注意如下关键技术点：①叠合梁应着重考虑体系转换前后受力。在体系形成之前，钢梁独立受力；在体系形成后是混凝土桥面板和钢梁共同受力；②在运营阶段，叠合连续梁中支点顶部混凝受拉，可以在浇筑中支点混凝土之间，先在跨中预压，代后浇混凝土达到强度后，拆除预压荷载，混凝土获得压力储备；③钢梁顶板的宽度需要根据剪力钉个数和布置方式确定，否则不能满足桥面板和钢梁之间的传剪力需要。