桥梁工程连续钢混组合梁抗裂措施分析

解超

（申成路桥建设集团有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

近年来，桥梁工程连续钢混组合梁的应用越来越多，钢混组合梁不仅具有良好的受力性能，而且发挥了钢结构和混凝土结构各自的施工性能、耐久性、经济性等特点。对于简支组合梁，混凝土桥面板受压，下翼缘钢结构受拉，充分发挥了混凝土的抗压性能和钢结构的抗拉性能。但连续组合梁在负弯矩区钢结构上翼缘和混凝土桥面板受拉，钢结构下翼缘钢梁受压，容易出现开裂等病害。因此，对桥梁工程连续钢混组合梁抗裂措施进行分析具有重要的意义。

1 连续钢混组合梁抗裂常见措施

连续组合梁，最难处理的是中支点上缘混凝土开裂问题，钢梁和混凝土桥面板结合后，中支点根据钢梁、混凝土桥面板的刚度进行弯矩分配。桥面活载、外界温度对中支点的负弯矩影响较小。要解决中支点桥面板开裂问题，主要应减少中支点恒载负弯矩和增强中支点混凝土桥面板抗裂性能。目前，国内外设计组合梁时常见抗裂措施主要有以下几种。

1.1 先简支后连续施工方法

采用先简支后连续施工方法，先进行钢梁分段架设，钢梁中支点段架设后先不与跨中段进行焊接，使钢梁处于分段简支状态，浇筑跨中混凝土桥面板，再进行钢梁中支点段焊接，最后浇筑中支点处桥面板，从而减少一期恒载产生的中支点负弯矩。此方法需注意拆除钢梁支架的顺序，尽可能减少中支点处的负弯矩，同时设计人员需控制跨中正弯矩，以免正弯矩下缘钢梁应力过大或者上缘混凝土压应力超标。此方法缺点在于：钢梁现场焊接工作量大；设计人员需对钢梁从简支到连续，考虑简支和连续两种结构的受力特点。

1.2 支点顶升法

钢梁施工完成后，拆除支架，首先进行中支点顶升，浇筑混凝土桥面板，然后进行中支点回落。顶梁和落梁过程应缓慢进行，防止因千斤顶受力不均造成梁体侧翻或损坏。对负弯矩区桥面板施加预压力，从而抑制负弯矩区混凝土的开裂。此方法应用的同时，可以调整桥面板浇筑顺序，浇筑混凝土桥面板时，可以先浇筑跨中段混凝土桥面板，再浇筑支点负弯矩混凝土桥面板。此方法缺点在于：受地形限制；需考虑临时支撑的经济性；预压力损失较大；跨径较大时，顶升高度较高，施工单位需采取有效措施防止顶梁过程中边墩支座与钢梁出现脱空，施工风险较高。

1.3 调整桥面板浇筑顺序

钢梁施工完成后，拆除支架，先浇筑跨中段混凝土桥面板，待其与钢梁结合后，浇筑支点负弯矩混凝土桥面板，通过调整桥面板浇筑顺序，减少中支点负弯矩，从而减小负弯矩区混凝土桥面板的拉应力。此方法可以同其他抗裂措施结合使用。此方法缺点在于：分段浇筑的施工工期较长。

1.4 预加静载法

钢梁施工完成后，拆除支架，先浇筑受压区混凝土，待其硬化后在受压区混凝土上加静载，再浇筑受拉区混凝土，硬化后除去预加静载；对负弯矩区施加预压力，抑制负弯矩区混凝土板开裂。缺点：工作量大，施工不便。

1.5 加强配筋

在负弯矩区混凝土板中采用高配筋，可减少裂缝宽度，但其钢筋用量大。

1.6 采用超高性能混凝土

负弯矩区混凝土板浇筑时采用超高性能混凝土能降低裂缝宽度，增加梁的承载力。缺点：超高韧性混凝土费用较高；采用超高性能混凝土没有改善负弯矩区混凝土板的受力，只是提高了混凝土板的材料性能。

1.7 对整体张拉高强预应力

施工顺序为先钢梁，后混凝土浇筑，后张拉预应力，防止钢筋锈蚀；提高开裂弯矩，改善负弯矩区混凝土板受力。但是，由于钢梁具有较大的刚度，相当一部分的预应力将由钢结构承担，只有部分作为有效预应力施加到桥面板中。而且随着连续组合梁桥跨度的增加，钢梁在结构中所占的相对比例也越来越高，因此导致施加的预应力逐渐降低。此外，由于混凝土收缩徐变效应的影响，组合梁内施加的预应力会产生相当程度的损失。该方法缺点为：预应力管道构造复杂，混凝土徐变产生的预应力损失较大，负弯矩区段混凝土翻修困难。

1.8 仅对混凝土板张拉预应力

桥面板需设置剪力群钉槽，将混凝土板张拉完成后再通过剪力钉将桥面板与钢梁锚固，有效提高开裂弯矩，改善负弯矩区混凝土板受力。桥面板如果采用现场浇筑，桥面板受混凝土收缩徐变、温差效应影响较大；如果采用预制桥面板，建议将混凝土板张拉完成放置3～6个月后与钢梁锚固。

2 抗裂控制措施

2.1 工程概况

某在建桥梁为双塔双索面组合梁斜拉桥，跨径组成为（52＋88＋320＋88＋52）m，边中跨比0.44，为半漂浮体系。采用H形门式桥塔，塔高102.4m。该组合梁斜拉桥总体布置如图1所示。主梁由纵梁、小纵梁、横梁构成梁格体系，纵梁中心距31.7m，横梁间距4.0m，小纵梁间距7.55m。主梁上方搭设预制混凝土桥面板，并通过混凝土现浇湿接缝与22mm 圆柱头焊钉结合，间距100～300mm。斜拉索间距为12m，在辅助墩间局部加密至7.1m。桥面板分块预制，厚270mm，板间采用现浇湿接缝连接，主梁预制桥面板采用聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3的C60 混凝土，现浇湿接缝采用C60混凝土。

图1 组合梁斜拉桥总体布置

该桥梁工程连续钢混组合梁抗裂措施的实施过程中，需要确定合理的整体施工方案，充分考虑钢横梁与纵梁处湿接缝施工方案的影响，做好桥面板施工，控制好竖向临时约束，才能有效提高抗裂措施的效果。

2.2 确定合理的施工方案

对于跨径30～50m 的小跨径连续组合梁，一般采用先简支后连续、支点顶升法、调整桥面板浇筑顺序、预加静载法、加强配筋等措施可以较好地解决负弯矩区抗裂问题，且几种抗裂措施可以组合使用，能更加有效地解决小跨度连续组合梁负弯矩开裂问题。

对于跨径50～120m 的连续组合梁，建议采用仅对混凝土板张拉预应力的方法来解决开裂问题。但是对于此方法，需解决两个问题：①桥面板预应力张拉时，如何避免预加力传递到钢梁；②桥面板预应力张拉时，如何对桥面板进行竖向约束，避免桥面板上翘。

2.3 考虑钢横梁与纵梁处湿接缝施工方案的影响

钢横梁与纵梁处湿接缝可在张拉横向预应力后浇筑，实现部分钢梁与混凝土桥面板的有效结合，提高预应力施加效率，可考虑以下方案。

（1）原设计。待湿接缝全部完成后再进行横向预应力的张拉。

（2）方案1。梁上方湿接缝在张拉横向预应力筋后施工，其余湿接缝在张拉前施工。

（3）方案2。张拉横向预应力筋前仅施工小纵梁处湿接缝，其余均在张拉后施工。

（4）方案3。小纵梁处改用柔性焊钉，张拉横向预应力筋前仅施工小纵梁处湿接缝。

经过分析：方案1对横向预应力的影响很小；方案2 小纵梁外侧混凝土压应力较大，小纵梁内侧混凝土压应力迅速减小，影响加大；方案3小纵梁内侧混凝土压应力增大明显，预应力施加效率达88%以上。

2.4 做好桥面板施工

为减少混凝土收缩徐变对结构的不利影响，负弯矩区可采用预制桥面板，预制板存放时间3～6个月，桥面板设置剪力钉群，同时要求剪力群钉槽和湿接缝处采用微膨胀混凝土，剪力群钉槽边缘与剪力群钉之间的间隙大于预应力下的压缩量。为保证预制桥面板与钢梁顶缘密贴，避免桥面板混凝土与钢梁之间的黏结，施工过程中可采用两种解决方案：方案一：钢梁上翼缘全平面铺设油毛毡，预制桥面板范围内还需在其上浇筑一层2cm厚的环氧树脂砂浆。另在钢混接触面外缘粘贴宽50mm，厚30mm 的橡胶带，一防砂浆外溢，二防水汽进入，腐蚀钢梁。方案二：钢梁上翼缘全平面铺设厚30mm的橡胶垫。

2.5 控制好竖向临时约束

竖向临时约束构造如图2所示。

图2 竖向临时约束构造示意

桥面底层结构包括竖向螺杆、固定螺栓、钢梁和垫木四部分，螺杆底部直接与钢梁顶板焊接，垫木放置在剪力槽两侧，其上放置钢梁。竖向约束设置在负弯矩中间及两侧预制板上。预制板现场吊装就位后暂不与钢箱梁结合，在张拉预应力前拧紧固定螺栓，施加竖向临时约束，保证张拉过程中预制板稳定性，预防预制板在张拉预应力过程中可能出现的平面外失稳问题；养护后切割螺杆，完成竖向约束拆除。

3 结语

该桥梁工程采取以上抗裂措施，对于钢横梁与纵梁处湿接缝施工采用方案三，经过质量验收合格。表明该桥梁工程连续钢混组合梁抗裂措施效果较好，有利于提升路桥工程生命周期内的综合效益，延长工程的使用寿命。