双层桥面钢桁腹PC组合桥梁设计与建造方法分析

陈书生

摘要：伴随当前我国道路桥梁工程技术发展速度不断的提升，在进行桥梁设计过程当中，采用的是全新的桥面设计方式，这种设计方式可以实現桥梁双层桥面钢桁腹预应力混凝土的组合性桥梁结构，通过这种设计方式，可以提高桥梁整体的安全性和稳定性，在最近几年的发展过程当中，受到了人们广泛的关注。本文通过某具体桥梁工程施工实例来进行分析，重点对双层桥面钢桁腹PC组合桥梁设计及其建造方法进行了有效的分析，希望对我国桥梁工程建设发展提供借鉴。

Abstract： With the continuous improvement of the development speed of road and bridge engineering technology in China， in the process of bridge design， a new bridge deck design method is adopted. This design method can realize the combined bridge structure of steel double-decked bridge steel prestressed concrete. Through this design， the safety and stability of the bridge can be improved as a whole， and it has received extensive attention in the development process in recent years. This paper analyzes the construction example of a specific bridge project， and focuses on the effective analysis of the design and construction method of double-deck bridge steel-belly PC combined bridge. It is hoped to provide reference for the development of bridge engineering in China.

关键词：钢桁腹；PC组合桥梁设计；双层桥面；建造方式

Key words： steel bellows；PC composite bridge design；double deck deck；construction method

中图分类号：U448.36 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0124-02

0 引言

钢桁腹PC组合形式的桥梁结构，在我国最近几年的发展过程当中被广泛地使用，它具备使用强度较高、高性能的结构材料以及使用高效化的施工技术，逐渐被使用在我国各大桥梁建设以及设计工程当中。当前，我国在对组合梁的设计技术方面的成熟度还不够高，同时对桥梁结构体系的研究也是比较少，但是，结构形式的转变可以从基础上改变桥梁本身的受力状况，从而获得更高的经济效益，因此，针对PC组合结构的桥梁的受力状况，有效的转变了桥梁施工的方式，从而提高组合梁的设计效率和应用质量。

钢桁腹PC组合结构本身具有自重比较轻、抗震性能比较强、施工周期比较短以及对环境的影响比较小等方面的特点，同时还兼备了钢结构施工以及混凝土结构施工等很多方面的优势性，本文是利用某桥梁案例对双层桥面钢桁腹PC组合桥梁设计和施工的方法进行了详细的分析，对桥梁的建设和建造的方法进行了研究。

1 具体案例分析

在桥梁的设计工作当中，主桥梁结构采用空间放射性钢管和钢筋混凝土组合而成的桥墩形式，通过这种桥墩的设计方式，在很大程度上提升了主桥梁无横板状态下所产生的弯曲能力，同时对桥身的抗扭矩的能力也有着非常明显的提升。钢桁腹所使用的是整体式组合的方式，通过对桥体抗剪栓钉的运用来实现相互之间的连接。桥体整体采用的是三向预应力设置的方式，上下桥面的横向受力为预应力，可以在最大程度上保证桥体的稳定性和使用性能。三角形钢管混凝土支撑桁架，在混凝土结构当中形成一种预应力，同时在无体外预应力状态的束缚之下，起到了一种降低拉杆应力、提升节点连接强度以及充分满足了主横梁抗压力等方面的需求，同时在主桥体的整体设计方面，采用的是无模板支架施工的方式，对主桥结构使用的是有限元分析的方式来加以证明，通过空间结构设置钢筋混凝土的方式，实现了桥梁整体的弹性工作状态，充分地保证了桥体本身的使用性能[1]。

我国某桥梁工程贯穿了两大学校的校区，总长度为L=30+4×60+30+4×25+4×25=500m，主桥长度为300m，同时主桥选用的是钢桁腹PC组合梁的结构设计。桥梁全程宽度为15m，梁体的高度为4.0m，桥梁的主道路采用的是曲线型PC板结构，通过对钢桁腹PC组合梁结构的有效运用，在很大程度上降低了支座的支撑力，同时整体的桥身看起来非常的美观与协调，同时施工过程当中对环境的影响比较小，具有非常强的社会性效益。

2 桥梁设计要点

2.1 结构设计特点分析

钢桁腹PC组合梁的特点分为：主桥梁采用的是双层桥面的PC组合梁，同时在上层为机动车行驶车道，在下层设置的是非机动车行驶车道和人行道，通过这种方式在很大程度上提升了对空间资源的运用，并且实现了人车分流的效果；桥体的主梁采用的是钢桁腹，桥身的面板和底板的预应力为混凝土混合板，同时在钢桁腹上采用的是钢管混凝土填充的方式，在桥身的压杆处使用的是预应力钢管设置的方式；桥体整体采用的是组合节点连接，同时使用Twin-PBL 键加抗剪栓来实施组合性连接，通过这种方式保证桥梁弯曲和扭转的能力提升[2]。

2.2 钢桁腹整体组合式要点分析

主桥全场跨度为300m，采用的是鋼桁腹PC组合梁的结构方式，主梁顶部的宽度为15m，梁的底部宽度为7m，桥梁的高度为4m，桥体的悬臂长度为3m，悬臂每一端的厚度大约为200mm，悬臂根部的厚度为800mm，桥面底部的厚度为400mm，桥身底部的混凝土采用的是HRB335的直径16mm的螺纹钢筋，在桥身下半部分的钢筋采用的是HPB235的直径为10mm的钢筋材料。将传统形式的混凝土腹板转变成为钢筋混凝土，并且钢桁腹杆选用的是三角形的设置方式，将其中的节点之间的间距设定为5m，桁管的界面上选用的是腹杆设计的方式，同时平面和垂直面上形成大约22度的倾斜角，对受压的钢桁腹钢管，可以在内部填充混凝土来保证其具体的强度[3]。

3 桥面内力分析

3.1 荷载组合分析

在对桥梁荷载组合的分析过程当中，可以将其分成三种类型的组合形式，即：组合1：1.2D+1.4M；组合2：1.2D+1.4T；组合3：基本组合1.2D+1.4M+1.12T；在组合4当中，需要对其中桥体的弹性阶段的应力进行验算和组合，其中D表示的为恒载、M表示的为活荷载，T表示的为温度荷载。在承载的极限能力状况，荷载的组合为第三种类型，正常使用的状态下为第一或者是第二种类型[4]。

3.2 桥面连接点的应力分析

在对桥梁模型的桥面板的分析过程当中，在桥的长度方向上取2m的长度，桥的横截面的宽度方向取的是中部的截面上产生的厚度变化处，其中所使用的是6节点以及8节点的模型，所采用的腹杆支撑的形式，实现了钢桁腹和桥面板的位置通过对应的位置来实施连接。其中荷载取选用和整体的计算保持一致性的时候，车道的荷载转化成为均匀分布的状况，在横向预应力上使用的是节点荷载来进行加压。桥梁在纵向的预应力上，只是在桥体本身的预应力节点上进行连接，而不是在节点部分来直接进行加固，如图1所示为桥面板节点细部分析模型。

3.3 空间动力分析

在对桥梁的前十个振动模型进行空间动力分析的过程当中，其中振型和质量的百分比基本上都超过了90%，桥体的主梁在第一个自振阶段的振动频率为1.13Hz，说明了桥身的整体结构刚度比较的稳定，其中每一个模型频率以及周期如表1所示。

3.4 对空间稳定性的分析

在对桥梁的前10 阶自振频率和自振周期的稳定性数据分析之后，在第一阶的稳定性特征值为74.60，说明桥身的结构稳定性比较强，其中每一个模态的稳屈曲分析结果如表2所示。

通过对以上的计算分析可以看出，采用空间放射性的钢管混凝土组合桥墩，和双墩柱的桥梁墩柱的方式相比，在其弯矩上降低了将近20%左右，同时在横向上的扭矩也降低了28%，这一数据可以体现出了主桥梁弯曲和扭转的性能得到很大程度上的提升[5]。

4 结束语

通过本文对双层桥面钢桁腹PC组合桥梁设计和建造的分析，从中可以总结出，和传统形式下的桥梁相比，钢桁腹PC组合桥梁更加具有高强度，同时在对钢材料的使用量更低，不但实现了性能上的超越，也实现了经济效益的提升。

参考文献：

[1]李勇，郭帅.钢-混凝土组合梁体系转换新技术[J].华中科技大学学报： 城市科学版，2003，20（2）：36-38.

[2]李勇，陈宜言，聂建国，等.钢-混凝土组合桥梁设计与应用[M].北京：科学出版社，2002：113-116.

[3]李淑琴，孙天明.钢-混组合箱梁 PBL 剪力件计算方法研究[J].公路，2010（8）：64-66.

[4]聂建国.钢-混组合结构梁结构试验、理论与应用[M].北京： 科学出版社，2012：212-123.

[5]蔡建，陈国栋.矩形钢管混凝土桁架受压弦杆的计算长[J]. 钢结构，2009，24（4）：23-25，29.