钢混混合连续刚构桥结构体系的设计与施工分析

曾 勇

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081)



钢混混合连续刚构桥结构体系的设计与施工分析

曾 勇

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081)

结合具体的工程实例对钢混组合连续刚构桥结构体系的设计与施工及施工进行深入分析，供相关人士参考。

钢混混合连续刚构桥；结构体系；设计；施工

1 工程概况

本文所提及的钢混混合连续刚构桥结构体系采用的是长联大跨径钢混组合式刚构-连续组合梁桥。桥梁跨径组成为：87.75+4×138+330+133.75 m。本桥总长为1 103.5 m，桥台的两端处设置了伸缩缝，为单向四车道桥面，桥面全宽为19 m，上游侧设有3 m宽的人行道，行车道总宽为15.5 m，桥面设双向横坡1.5%。本桥梁结构采用的是连续梁与连续刚构混合连续体系，其中1号、2号墩均为墩梁分离(简单支承)，3号、4号、5号、7号墩均为墩梁固结。在5号墩和7号墩之间的桥梁主跨则采用钢混混合结构形式，桥梁跨中中部通过108 m的梁段采用钢箱梁来减轻桥梁自重，改善结构受力，减小混凝土收缩徐变对结构的不利影响影响，也缩短了施工工期。桥梁采用钢筋混凝土双支薄壁墩作为主墩，采用钢筋混凝土空心墩作为次墩。

2 结构体系设计分析

2.1 设计参数

设计基准年限：100年；设计行车速度：60 km/h；桥面宽度：19.0 m；桥面坡度：纵向0.0%、横向1.5%；设计荷载：城A级。

设计温度：最高温度取用42.2 ℃，最低温度取用-1.8 ℃，最高月平均温度取用37.7 ℃，最低月平均温度取用5.7 ℃，日均最大的温差取用11.9 ℃，合龙时温度取用15～25 ℃。

设计通航等级：国家Ⅰ级。

2.2 有限元模型验算

本文所研究的钢桁架混合刚构桥全桥长度为1 103.5m，为一座7跨长联的钢-混凝土混合式连续刚构梁桥，桥跨布置为(87.75+138+330+133.75)m，主跨330 m，跨中为108 m钢箱梁，两侧钢筋混凝土箱梁各110 m。桥面宽为19 m，车道设置为单项四车道，桥面设有1.5%的横坡，在本文章中只建立涉及5#墩和7#墩的原实桥部分模型，全长为597.5 m，桥垮布置为(133.75+330+133.75)m，将原钢混混合刚构桥中跨中部分108 m的钢箱梁部分替换成钢桁架梁，(以下简称钢桁架混合刚构桥模型)。

(1)完整的空间有限元模型

所建立的模型将全桥离散成为413个节点，共720个单元，下部结构两个桥墩离散成为88个节点，84个单元，桥墩部分每2m构成一个单元，桥墩为双肢薄壁墩，每肢21个单元；上部结构分为箱梁节段和钢桁架梁段，钢桁架梁段离散成171个节点，483个单元，箱梁节段离散成为145个节点，144个单元，箱梁节段每4 m一个单元，合拢段每1.2 m一个单元，钢混结合段单元长2.5 m；桥面采用板单元，桥面板纵肋采用板单元中自带纵肋建模菜单建模，横肋由于有变截面要求，因此单独建立单元模拟。

(2)有限元模型验算分析

前面已经通过手算对钢桁架的应力做了简单的计算，下表将对钢桁架混合刚构桥进行完整的PSC验算分析，所有验算结果都是严格按照《桥规D62》要求进行的，分别进行了施工阶段法向压应力验算、受拉区钢筋的拉应力验算、正截面抗裂验算、斜截面抗裂验算、正截面抗压验算、斜截面抗压验算和使用阶段抗弯验算等7个方面的验算，验算结果如下：

①施工阶段法向压应力验算

根据《桥规D62》7.2.8规定：预应力混凝土受弯构件，截面边缘混凝土的法向拉应力和压应力在预应力和构件自总等施工荷载时应满足以下规定：因此各单元在施工过程中最大压应力不得超过：0.7×(0.75×38.5)=20.212 MPa；最大拉应力不得超过：1.15×(0.75×2.85)=2.458 MPa。

②受拉区钢筋的拉应力验算

根据《桥规D62》7.1.5和7.2.4规定，施工阶段和使用阶段预应力钢筋应满足以下规定：施工阶段钢束的容许拉应力为：0.75×1 860=1 395 MPa；使用阶段钢束的容许拉应力为：0.65×1 860=1 209 MPa。

③正截面抗裂验算

根据《桥规D62》第6.3.1条规定：全预应力混凝土构件，在作用短期效应组合下应符合要求：σst-0.85σpc≤0。

④斜截面抗裂验算

根据《桥规D62》第6.3.1条规定：全预应力混凝土构件，在荷载短期效应组合下：C60混凝土最大容许主拉应力σtp=0.6ftk=0.6×2.85=1.71 MPa。

⑤正截面抗压验算

根据《桥规D62》第7.1.5条规定：在使用荷载作用下，预应力混凝土构件的法向压应力(扣除全部预应力损失)应符合下列要求：C60混凝土的最大容许压应力[σ]=0.5fck=0.50×38.5=19.25 MPa。

⑥斜截面抗压验算

根据《桥规D62》第7.1.6条规定：全预应力混凝土构件，在标准组合下：C60混凝土最大容许主压应力σcp=0.6fck=0.6×38.5=23.1 MPa。

由上表可以看出7个验算结果都是符合规范要求的。

3 工程施工分析

3.1 主要材料

墩身采用的是标号为C45钢筋混凝土；1号墩、2号墩、3号墩其上部结构箱梁采用标号为C50的预应力混凝土；其余采用标号为C60的预应力混凝土；主跨主结构部分钢箱梁采用Q345钢材，辅助结构部分采用Q235B钢材。

3.2 上部结构形式及其施工方案

在本桥中，均为箱型截面的预应力混凝土箱梁和钢箱梁组成了本桥的主梁部分。墩顶箱梁的梁高为16 m，跨中108 m梁段部分梁高为4.5 m等截面钢梁，变截面段均成二次抛物线变化。箱梁底板宽为9 m，箱梁翼缘悬臂长为5 m，顶板宽度为19 m。主跨330 m梁段内跨中长为108 m的梁段为钢箱梁，为了增强梁端整体刚度单箱单室的钢箱梁设置了一道纵向横隔板。其余各节段和边跨均采用的是单箱单室的预应力混凝土结构。包括有北岸和南岸现浇梁段、1号悬臂梁段、2号悬臂梁段、3号悬臂梁段和4号过渡梁段，以上除了4号墩顶箱梁高为5 m以外，其余墩顶箱梁高均为8 m。双层沥青混凝土结构铺装作为本桥桥面铺装，桥面铺装下层采用的是浇筑式沥青混凝土，铺装上层则采用的是改性沥青SMA。

本桥的预应力体系较为复杂采用的是多向预应力技术，其预应力钢束包括有桥梁纵向预应力钢束、竖向预应力钢束、横向预应力钢束及主跨混凝土和钢箱梁部分的体外预应力体系，其作用主要是调整后期的结构挠度。

本桥采用悬臂浇筑的施工方法对1号、2号、3号、5号、7号桥墩处主梁进行施工，每节段施工节段长度根据其重量控制在3～6 m不等，采用后支点的三角挂篮作为节段混凝土浇筑的承载架。4号桥墩处主梁施工采用支架施工。5号墩和7号墩之间混凝土箱梁与钢箱梁之间的结合部分依靠三角挂篮进行提升到位施工，跨中的钢箱梁部分的自重约1 400 t，采用交通船整体运输至安装位置，再采用液压千斤顶整体提升吊装。

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[3] 夏卫峰，郭海军.大跨径混合梁连续刚构桥钢箱梁施工技术[J].中外建筑，2014，(8)：143-145.

2016-01-21

曾勇，男，湖南邵东人，助理工程师，研究方向：桥梁工程设计。

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1008-3383(2016)08-0073-02