桥梁设计中组合拼装钢混叠合梁的应用初探

高修彦

（永昌路桥集团有限公司，山东 济宁 272400）

叠合梁按照施工方法的不同主要可以分为无临时支撑与有临时支撑两种，临时支撑可以在很大程度上降低施工过程中的钢梁应力，确保组合截面共同承担荷载。近年来在桥梁设计中得到广泛应用的钢混叠合梁，其优势在于受力性能良好，但对于较大跨径的钢混叠合梁来说，施工过程中开口断面钢主梁往往会因为刚度而面临失稳的风险，这对设计方案制定与施工管理均有较高的要求。本文以具体的桥梁设计为例，通过开展组合拼装钢混叠合梁设计，有效解决了开口断面钢主梁刚度不足的问题。

一、项目概况

某桥梁设计全宽为20.8m，共计4跨，最大设计通航船型为1000吨级，年设计通过能力为2000万吨。桥墩基础位于导航墙之后，船闸采用50m桥跨。为充分保证船闸航行安全，技术团队特对悬浇结构、全钢箱梁结构在项目的可行性方面进行了分析论证，发现均有所不足。尤其是全钢箱梁结构会较大幅度地增加项目的工程造价。经过项目技术人员商议决定，该桥梁决定采用55m钢混叠合梁方案，同时为降低钢主梁失稳的风险，还设计了组合拼装钢混叠合梁方案。

二、结构设计要点

钢混叠合梁的钢主梁主要有两种形式，即工字形钢板梁和钢箱梁。该项目船闸采用钢混叠合梁，钢箱部分采用开口断面小箱梁，桥面板采用钢筋混凝土构件。钢箱上顶板与中横梁顶板均焊接剪力钉，并将其与板面混凝土浇筑成一个整体，运输至施工现场开始吊装施工，梁间距控制在4.55m，横向布置4片梁，单片最大吊装重量控制为245t。待所有的吊装工作完成后，再开展浇筑桥面板湿接混凝土与横线连接施工。

在结构设计方面，该项目的主梁截面由预制开口钢箱梁与现浇预应力混凝土桥面板组成，并借助抗剪连接器连接，叠合梁的钢梁由主梁、加劲肋及横隔梁组成，且钢结构部分采用Q345qD全焊接钢梁。因为该项目所设计桥梁采用混凝土预制小箱梁，为确保外部结果更具有安全性和协调性，钢混叠合梁采用与混凝土小箱梁外观相似的倒梯形钢箱，每一片钢箱的梁底宽度控制为1.7m，横梁向共计布置4片梁，中距控制为4.55m，钢筋混凝土桥面板的厚度控制为0.22m，跨中钢梁的梁高度控制为2.4m，总梁设计高度为2.6m，跨中底板的钢板厚度为30mm，梁端底板的钢板厚度为20mm。钢筋混凝土桥面板与钢梁上翼缘板顶面设置剪力键，剪力键采用20mm×180mm焊灯。钢混叠合梁所使用的每一片主梁均预先在工厂进行加工，完成焊接制作流程，确保接口焊接强度不低于母材强度，待胎架上形成纯钢界面之后，开展桥面板钢筋浇筑混凝土的绑扎工作。

图1 船闸桥梁格模型

三、结构计算要点

目前建筑行业在开展叠合梁设计过程中通常会选用弹性计算方法，设定钢材与混凝土均是理想状态下的线弹性材料，在计算承载力极限状态时，以计算截面的边缘应力达到材料强度设计值为准。该项目在开展桥梁设计时主要有以下几点假设：一是假设钢材与混凝土均属于理想状态下的线弹性材料，且应力与应变均呈线性关系；二是不对钢梁与混凝土桥面板之间的滑移作分析，即认定两者之间的连接牢固可靠；三是假设叠合梁截面应变可以满足平截面。采用建模软件所获得的船闸桥梁格模型如图1所示。

技术人员依据船闸桥梁格模型、《钢混凝土组合桥梁设计规范》及《公路钢结构桥梁设计规范》对桥梁的主梁抗弯能力、施工阶段持久状况应力及抗剪承载力均进行了计算论证，发现相应的数据结果均满足此次桥梁设计要求。该项目桥梁施工阶段持久状况应力计算结果如表1所示。通过最终的结果计算，钢混叠合梁的受力性能良好，结构抗疲劳能力较强，整体刚度较大，且混凝土桥面板整体处于受压状态，有良好的耐久性。

表1 桥梁施工阶段持久状况应力计算结果

四、施工要点

该项目在确定吊装方式时，分别对常规几种吊装方式的可行性进行分析论证，包括双机抬吊整孔架设法、自行式吊机整孔架设法及门架吊机整孔架设法，发现与该项目的吊装施工要求均有一定差异，实用性和适用性均不强。最后根据现场作业条件采用了400t的浮吊开展吊装，主要吊装流程包括临时封航、浮吊就位与抛锚、试吊装、将平板运输船转移至临时停靠点、浮吊提梁前行、达到吊装位置后调整落梁位置。

在试吊过程中，待梁体捆绑挂钩完成后，操作人员缓慢启动浮吊，将梁体吊起，高度控制在距离船10cm处，试吊时间控制为10min～15min，并由专业的施工人员对梁体结构、浮吊和吊具等进行全面的质量检查，确保各项数据均满足施工要求后，方可开展后续作业。需要注意的是，待试吊工作完成后，当浮吊提梁前行时，浮吊需要在现有桥梁墩上挂装好拉锚，并采用10t的卷扬机缓慢拉动，达到预定位置后固定再提梁前行。当梁体顺利吊装至盖梁顶部后，操作人员可以缓慢降落浮吊，待降落至距离支座5cm～10cm时，由地面人员协助，精准确定调整梁的位置，确保将梁体准确落到指定位置。梁体准确就位后，相关的测量人员需要立即开展施工放样，重点确定梁体的轴线和梁端的位置偏差，待所有数据均满足施工设计方案标准后卸钩，再开展下一片梁施工。

五、结语

在桥梁设计中应用组合拼装钢混叠合梁可以有效解决大跨径钢混叠合梁无法在通航水域中搭设临时支架的问题，同时借助大型浮吊设备可以确保梁体准确落到预定位置，具有较高的精度，能够保障施工顺利完成。