陳林(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院)

鋼－混連續(xù)組合梁負(fù)彎矩區(qū)處理方法研究

陳林
(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院)

摘要:鋼－混組合梁具有自重小、抗震性能好且用鋼少、剛度大饒度小特點(diǎn)，鋼－混連續(xù)組合梁與簡(jiǎn)支組合梁相比，可以提高負(fù)載能力，增強(qiáng)剛度，增大應(yīng)用跨度。但其墩頂負(fù)彎矩區(qū)會(huì)產(chǎn)生混凝土受拉、鋼梁受壓的不利情況，通過介紹鋼－混連續(xù)組合梁橋負(fù)彎矩區(qū)的設(shè)計(jì)處理方法，比較了各種方法對(duì)減小負(fù)彎矩區(qū)內(nèi)混凝土橋面板的拉應(yīng)力，從而限制裂縫寬度、防止鋼梁失穩(wěn)的作用。并最終達(dá)到改善了負(fù)彎矩區(qū)橋面板的受力性能，確保結(jié)構(gòu)的耐久性和使用性能。

關(guān)鍵詞:鋼－混連續(xù)組合梁;負(fù)彎矩區(qū)

中圖分類號(hào):U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:??: C

文章編號(hào):??:1008－3383(2015)01－0127－01

收稿日期:2014－11－11

1　概述

隨著我國(guó)公路及城市建設(shè)的不斷發(fā)展，鋼－混組合梁橋由于跨越能力大、建筑高度小、抗震性能好及施工快等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。鋼－混組合梁已經(jīng)成為市政工程，公路工程、建筑工程中比較常見的一種結(jié)構(gòu)形式。隨著橋梁向輕型化及和大跨度方向的發(fā)展，鋼－混組合梁也由簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)向多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)發(fā)展。鋼－混連續(xù)組合梁與簡(jiǎn)支組合梁相比，其墩頂負(fù)彎矩區(qū)會(huì)產(chǎn)生混凝土受拉、鋼梁受壓的不利情況，如何控制負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板的裂縫寬度值，是解決連續(xù)組合梁橋設(shè)計(jì)問題的關(guān)鍵。介紹了鋼－混連續(xù)組合梁設(shè)計(jì)中的幾種常見的改善負(fù)彎矩區(qū)橋面板受力的方法，并進(jìn)行分析對(duì)比，為同類型的橋梁設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2　負(fù)彎矩區(qū)的設(shè)計(jì)處理方法

2．1設(shè)計(jì)方法

根據(jù)混凝土橋面板的受力特性，一般可以分為以下三種方法:嚴(yán)禁出現(xiàn)拉應(yīng)力;嚴(yán)禁出現(xiàn)裂縫;限制裂縫寬度。

2．2發(fā)展歷程

對(duì)于負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板受拉問題，較常見的方法是橋面板中配置預(yù)應(yīng)力鋼束，這樣可以使混凝土橋面在活荷載的作用下不產(chǎn)生或著僅產(chǎn)生較小的拉應(yīng)力，隨著鋼－混連續(xù)組合梁研究的不斷深入，用限制裂縫寬度取代限制拉應(yīng)力的設(shè)計(jì)理念，得到了大多數(shù)設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可。

2．3處理方法

(1)配置預(yù)應(yīng)力鋼筋法

依據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼筋直接給橋面板施加預(yù)應(yīng)力，配置預(yù)應(yīng)力鋼筋可以有效的控制墩頂處橋面板的拉應(yīng)力，避免墩頂處橋面板在活載與恒載的作用出現(xiàn)受拉狀態(tài)，防止墩頂處混凝土橋面板出現(xiàn)開裂。橋面板施加預(yù)應(yīng)力，可以在橋面板與鋼梁已組合后，也可以在組合前進(jìn)行施加預(yù)應(yīng)力的施工。要注意的是在組合后施加的預(yù)應(yīng)力一部分將被鋼梁分擔(dān)，施加的壓力比較大。在現(xiàn)場(chǎng)施加預(yù)應(yīng)力并不容易、施工周期也長(zhǎng)，今后對(duì)橋面板的局部翻新也比較困難。

(2)調(diào)整支座高度法

通過調(diào)整升高中間支座的豎向高度，使中跨鋼梁形成一定的預(yù)拱度，隨后澆筑混凝土橋面板，待混凝土橋面板硬化與鋼梁緊密結(jié)合后，降低中支座高度，使鋼梁回落到設(shè)計(jì)高度。支座頂升時(shí)相當(dāng)于給鋼梁一個(gè)負(fù)彎矩，當(dāng)支座回落時(shí)，相當(dāng)于在鋼－混連續(xù)組合梁上施加一個(gè)正彎矩，使得混凝土橋面板產(chǎn)生部分壓應(yīng)力，這樣可以部分或全部抵消由荷載產(chǎn)生的的拉應(yīng)力，從而達(dá)到控制裂縫寬度的作用。其中，支座頂升的高度對(duì)預(yù)壓應(yīng)力的大小有很大的影響。實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)跨徑、孔數(shù)等條件合理的選擇支座頂升的順序和高度值。

(3)加載配重法

合理的利用鋼材的彈性變形恢復(fù)能力，加載配重前應(yīng)先澆筑跨中正彎矩區(qū)域內(nèi)的混凝土橋面板，待其硬化后方可選擇配重進(jìn)行加載，一般情況下選用水箱作為壓重物;然后澆筑負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后撤去配重。由于正彎矩區(qū)段壓重的卸載，支點(diǎn)附近產(chǎn)生產(chǎn)生一個(gè)反向的正彎矩，達(dá)到預(yù)應(yīng)力的效果。但在卸除臨時(shí)支撐施加配重的過程中，墩頂橋面板并未參與受力，支座處的負(fù)彎矩全部由鋼梁承擔(dān)，所以應(yīng)負(fù)彎矩區(qū)鋼梁進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。

(4)部分組合梁法

連接件沿梁全長(zhǎng)布置，混凝土橋面板在負(fù)彎矩處就會(huì)受到很到的拉應(yīng)力。要減少拉應(yīng)力除以上幾種方法外，還可以將負(fù)彎矩區(qū)段設(shè)計(jì)為非結(jié)合或柔性結(jié)合結(jié)構(gòu)，即在負(fù)彎矩區(qū)段不布設(shè)連接件或僅設(shè)置柔性連接件，這種方法稱為部分組合梁法。采用部分組合梁，在均布荷載作用下，橋面板負(fù)彎矩處的拉應(yīng)力能夠顯著的降低，但是在設(shè)置連接件的分界處會(huì)造成很大的應(yīng)力集中，必須采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，如使橋面板的縱向鋼筋連續(xù)通過，并適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)?；蛘咴阡摿荷线m當(dāng)?shù)暮附渝^固鋼筋，起到彈性剪力連接件的作用，達(dá)到過渡的效果。

在實(shí)際工程中，往往根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，采用一種或多種方法來控制負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板的拉應(yīng)力，以達(dá)到控制裂縫寬度、防止鋼梁失穩(wěn)的作用。

3　工程實(shí)例

3．1上海長(zhǎng)江大橋非通航孔橋

上海長(zhǎng)江大橋非通航孔橋組合梁負(fù)彎矩區(qū)允許橋面板開裂，但同時(shí)控制裂縫寬度，橋梁縱向未不設(shè)置預(yù)應(yīng)力束。但為了控制橋面板裂縫寬度，改善結(jié)構(gòu)的受力及使用性能，采取了以下措施。

(1)根據(jù)計(jì)算提高普通鋼筋的配筋率，保證混凝土橋面板的裂縫寬度不超過0．1 mm。

(2)采用簡(jiǎn)支變連續(xù)的施工方法，先澆筑跨中處混凝土橋面板，待硬化后再澆筑組合梁負(fù)彎矩處橋面板，使其與鋼梁滯后結(jié)合，使負(fù)彎矩處橋面板在一期恒載作用下不參與受力，在活載及二期恒載作用下與鋼梁共同受力。

(3)采用支點(diǎn)升降法，調(diào)整提升中支座高度，對(duì)梁頂升，澆筑相應(yīng)橋面板，待硬化與鋼梁結(jié)合后再回落支座高度，施工步驟如下。①鋼梁吊裝至墩頂，按7孔一聯(lián)將鋼梁全部

焊接完成，隨后按先中支點(diǎn)后邊支點(diǎn)的順序?qū)嵤┲c(diǎn)升降操作;②澆筑4號(hào)、5號(hào)支點(diǎn)處底板混凝土，完成與鋼梁底板結(jié)合;③提升4號(hào)、5號(hào)支點(diǎn)高度，中跨鋼梁形成一定的預(yù)拱度，具體頂升值見表1;④澆筑4號(hào)、5號(hào)支點(diǎn)處負(fù)彎矩區(qū)橋面板，混凝土硬化后與鋼梁結(jié)合成整體;⑤降低4號(hào)、5號(hào)支點(diǎn)高度，使組合梁回落至設(shè)計(jì)高度，具體回落值見表1;⑥對(duì)6號(hào)與3號(hào)，7號(hào)與2號(hào)支點(diǎn)按以上步驟重復(fù)操作，最終完成調(diào)整。

通過支點(diǎn)升降法，使負(fù)彎矩區(qū)橋面板能產(chǎn)生3～4 MPa的壓應(yīng)力，混凝土收縮徐變后還存在2．4～2．9 MPa壓應(yīng)力，說明了支點(diǎn)升降法對(duì)減小負(fù)彎矩區(qū)中混凝土板的拉應(yīng)力起到了比較好的效果。

表1　支點(diǎn)抬升量與回落梁

3．2九堡大橋南、北側(cè)水中引橋

九堡大橋南、北側(cè)水中引橋按允許橋面板開裂，同時(shí)控制裂縫寬度的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。取消體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束，為了改善結(jié)構(gòu)的受力及使用性能，采取了以下措施:

(1)合理優(yōu)化普通鋼筋的布置形式，從選擇合理的鋼筋間距和直徑，提高縱向鋼筋配筋率等多個(gè)方面來為了改善結(jié)構(gòu)的受力及控制裂縫寬度及分布。

(2)通過施加體外預(yù)應(yīng)力，改善負(fù)彎矩區(qū)橋面板的受力性能。按照連續(xù)梁橋的受力特性及正、負(fù)彎矩的分布情況，在組合梁內(nèi)部設(shè)置6束фS15－27體外縱向預(yù)應(yīng)力索，通過張拉體外預(yù)應(yīng)力索，使得組合箱梁支點(diǎn)處產(chǎn)生正彎矩，跨中處產(chǎn)生負(fù)彎矩，從而較好的改善了負(fù)彎矩區(qū)橋面板的受力性能。橋面板縱向無體內(nèi)預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)，在方便施工的同時(shí)，也為橋面板可更換提供了條件。此外，體外索也可輔助調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，適應(yīng)橋面板更換或修補(bǔ)時(shí)的受力需要。

(3)預(yù)制橋面板施工采用先跨中，后支點(diǎn)的施工順序，分布間斷施工法，可以有效的減小了負(fù)彎矩區(qū)橋面板的恒載拉應(yīng)力，提高負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板的受力及使用性能。

(4)通過在橋面板混凝土中摻加復(fù)合纖維，提高橋面防水層性能來改善負(fù)彎矩區(qū)混凝土的性能。通過在支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)橋面板摻入高模量、高強(qiáng)度復(fù)合纖維，減少混凝土收縮徐變階段所產(chǎn)生的裂紋，從而提高混凝土橋面板的密實(shí)度和抗裂性能。另外，在支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)的橋面板頂面采用加強(qiáng)型防水黏結(jié)體系，以提高橋面板開裂后的防水性能。

4　結(jié)語

通過介紹鋼－混連續(xù)組合梁橋負(fù)彎矩區(qū)的設(shè)計(jì)處理方法，詳細(xì)比較了各種方法對(duì)減小負(fù)彎矩區(qū)中混凝土板的拉應(yīng)力，從而達(dá)到限制裂縫寬度、防止鋼梁失穩(wěn)的作用。并通過實(shí)例介紹了各種方法在工程中的應(yīng)用情況，在實(shí)際中，往往可以根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，采用不同的處理方法。并最終達(dá)到改善了負(fù)彎矩區(qū)橋面板的受力性能，確保結(jié)構(gòu)的耐久性和使用性能的作用。

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