甄玉杰，王鵬洲

(中建三局集團有限公司西北公司，西安 710065)

預應力混凝土梁式橋隨著跨徑的增大，梁高需相應增加，且箱梁底板、腹板也變得更厚[1-2]，這不僅增加了箱梁自重，還增加了施工工期。鋼-混凝土混合梁連續(xù)剛構橋很好地解決了這一問題，跨中采用鋼箱梁不僅降低了支點梁高，還減輕了結構自重，降低了主梁下?lián)巷L險[3]，且會大大縮短施工周期。目前國內已建成的混合梁連續(xù)剛構橋有重慶石板坡長江大橋復線橋(主跨330 m，中跨鋼箱梁長108 m)、中山小欖水道特大橋(主跨220 m，中跨鋼箱梁長87 m)、溫州甌越大橋(主跨200 m，中跨鋼箱梁長84 m)等[4-5]。

某主跨300 m混合梁連續(xù)剛構橋，跨徑布置為(135+300+135)m，中跨鋼箱梁長108 m，橋梁總體布置如圖1所示。本橋跨徑及規(guī)模均遠超中山小欖水道特大橋和溫州甌越大橋，技術更為復雜，與重慶石板坡長江大橋復線橋相比，本橋加強了體外預應力設計，進一步降低了主梁下?lián)巷L險。

1 混凝土主梁設計

本橋主梁采用標準箱型斷面[6-7]，單箱單室直腹板截面，箱梁頂板寬16.25 m，底板寬7.65 m，懸臂長4.2 m。根部梁高15 m，跨中梁高4.5 m，梁高按2次拋物線規(guī)律變化。箱內頂板最小厚度0.3 m，腹板Tw厚度為0.5 m～0.9 m。底板Tb厚度為0.5 m～1.376 m，按1.5次拋物線規(guī)律變化?；炷林髁簲嗝嫒鐖D2所示。主梁采用縱、橫、豎三向預應力混凝土結構?？v向預應力包含頂板束、腹板下彎束、邊跨底板及頂板合龍束。與一般連續(xù)剛構橋相比，混合梁剛構橋未設置中跨底板及頂板合龍束。為保證鋼-混凝土結合段與混凝土梁段的良好結合，鋼-混結合段內需單獨設置頂板、腹板和底板鋼束。

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2 鋼箱梁設計

鋼箱梁單幅寬16.25 m，底板寬度7.65 m，跨中103 m 范圍梁高在鉛垂方向按2次拋物線變化，鋼箱梁梁高范圍4.535 m～5.869 m。鋼箱梁斷面如圖3所示。

頂板厚度在順橋向除在鋼-混凝土結合段附近剛度過渡段采用26 mm外，其余梁段均采用16 mm等厚度鋼板[8]。頂板采用U肋加勁，間距600 mm，厚度為8 mm。在剛度過渡段，頂板設置變高度T形加勁和等高度扁鋼加勁，以使其剛度從混凝土段進行過渡。

底板在順橋向不同區(qū)段采用了24 mm、20 mm板厚。底板加勁肋統(tǒng)一采用規(guī)格為200 mm×20 mm的板肋，橫向間距600 mm。腹板在順橋向不同區(qū)段采用了24 mm、20 mm、16 mm板厚，腹板內側保持平齊。腹板加勁肋規(guī)格為160 mm×16 mm，豎向間距600 mm。

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3 鋼-混結合段設計

3.1 鋼-混結合段總體設計

鋼-混結合段起到順暢可靠傳遞各種荷載產(chǎn)生的軸力、彎矩、扭矩和剪力的作用。在軸力、彎矩和剪力的作用下，鋼-混凝土接頭處將產(chǎn)生軸向壓應力、拉應力和剪應力。壓應力由承壓板及 PBL剪力鍵共同傳遞，拉應力、剪應力主要由PBL剪力鍵傳遞[9]。

鋼-混結合段設計應考慮剛度和傳力的過渡，在荷載作用下有一定的承載能力安全儲備，剛度過渡良好，耐久性好，抗疲勞性能好。綜合考慮各項因素，本橋結合段采用有格室的后承壓板形式，實際長度5 m，如圖4所示。

結合段將鋼箱梁端部的頂、底板和腹板做成雙壁板，在雙壁板內部設 PBL 剪力板和 L 剪力釘，形成鋼格室。在鋼格室內填充混凝土，通過兩端分別錨固于鋼箱梁剛度過渡區(qū)和混凝土梁橫隔梁上的預應力短束使鋼箱梁與混凝土箱梁緊密結合。

3.2 鋼混結合段鋼格室設計

鋼格室順橋向長度1.5 m，鋼-混結合段頂板鋼格室上板厚 26 mm，下板厚 25 mm；底板鋼格室上板厚25 mm，下板厚24 mm；鋼格室腹板開有直徑 80 mm 圓孔，并穿過橫向預應力鋼束，開有直徑 70 mm 圓孔并穿過Φ20 mm HRB400 鋼筋與進入該圓孔的混凝土包裹在一起形成 PBL 剪力鍵。腹板鋼格室外側板厚 28 mm，內側板厚 25 mm，在腹板內側焊接豎向寬度為 225 mm 的 PBL 剪力板，板上開有直徑 70 mm 圓孔并穿過Φ20 mm HRB400 鋼筋與進入該圓孔的混凝土包裹在一起形成 PBL 剪力鍵，如圖5所示。

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3.3 鋼-混結合段施工工藝

1) 在先行端鋼-混結合段接口校對調整對接位置，在滿足要求后，在頂、底、腹板上的加勁肋和縱隔板上采用高強螺栓進行連接；2) 在后行端鋼-混結合段接口，則作為合龍時的調節(jié)口，頂、底、腹板各預留500 mm作為嵌補段(鋼-混接頭250 mm、鋼箱梁250 mm)；3) 頂、底板上的肋板及縱隔板上在接縫處預留 40 mm左右縫隙，采用高強度螺栓連接；4)待鋼箱梁準確定位后，在合龍位置將高強螺栓擰緊，再進行兩端接口的頂、底、腹板及嵌補段焊接。

考慮到施工和制造中會出現(xiàn)幾何尺寸的精度誤差，以及混凝土梁收縮徐變和鋼箱梁隨溫度的伸縮給合龍帶來的困難，設計對兩端接口按照不同的連接方式選擇一端為先行端，另一端為后行端。先行端和后行端的選擇應考慮鋼箱梁的運輸路線及轉體起吊方便，需根據(jù)施工工藝專題研究確定。

4 體外預應力設計

主梁長期下?lián)弦恢崩_著大跨度混凝土連續(xù)剛構橋?；旌狭簞倶嫎蛑骺缈缰胁捎娩摿禾娲炷亮褐?，主跨自重顯著降低，長期下?lián)巷L險降低。另外，為改善主橋整體受力及結構剛度，為運營期間主梁線形調整儲備技術手段，在中跨主梁箱內設置體外預應力束[10-12]，并可重復張拉且可更換，這為混合梁剛構橋運營多年后橋梁線形調整提供了便利條件，是一種對混合梁剛構橋長期變形進行主動控制的方法。

為盡量減小大跨度連續(xù)剛構普遍存在的跨中下?lián)蠁栴}，減少溫度、混凝土的收縮徐變對主梁線形的影響，保證結構的耐久性和安全度[13]，本橋在中跨設置8對體外預應力體系，如圖6所示?？紤]該橋在設計中已有較高的應力儲備，因此所有體外預應力裝置(包括體外預應力鋼絞線、錨固塊、轉向塊、限位裝置等)都作為橋梁跨中下?lián)系膬浯胧谑┕ね瓿珊笙葟埨?0%的體外預應力，當運營期間發(fā)現(xiàn)中跨出現(xiàn)跨中下?lián)匣蛑骺玳_裂等病害后，可根據(jù)病害具體情況適當張拉體外束。

(a) 1/2主跨體外預應力鋼束縱向立面布置

(b) 1/2主跨體外預應力鋼束縱向平面布置

5 靜動力計算

5.1 計算模型

該橋為預應力混凝土-鋼箱梁混合梁連續(xù)剛構橋，整體采用Midas Civil建立空間桿系有限元模型，對結構進行靜力、動力分析，如圖7所示。邊界條件采用如下方法模擬：主墩基礎采用土彈簧剛度模擬，主梁與主墩采用剛性連接模擬，邊墩采用一般支承，釋放縱橋向約束。

為了解鋼-混結合段的局部受力性能，采用FEA進行局部板殼混合有限元分析，如圖8所示。為充分考慮圣維南原理的影響，在結合段兩側均延伸2個梁段進行建模分析。邊界條件施加如下：在計算模型中，將混凝土梁左端約束x、y、z方向的位移，鋼箱梁右端加載節(jié)點與鋼箱截面的節(jié)點剛性連接[14]。

圖7 結構有限元模型

5.2 有限元分析結果

正常使用極限狀態(tài)下，混凝土主梁未出現(xiàn)拉應力；主梁斜截面主壓應力為14.7 MPa，斜截面最大主拉應力為1.0 MPa；鋼箱梁最大組合應力為186.3 MPa。

在汽車活載作用下，結構產(chǎn)生的最大撓度為0.136 m<300/600=0.5 m；最大雙懸臂施工階段，結構一階穩(wěn)定系數(shù)為58.5；E1和E2地震作用下，橋墩驗算結果表明結構均在彈性范圍。

綜上所述，在施工和運營各種荷載組合作用下，結構的強度、剛度、穩(wěn)定性及抗震性能均滿足規(guī)范要求[15]。

鋼-混結合段有限元分析結果表明，鋼箱梁結合段的應力在176 MPa以內，受力滿足規(guī)范要求?；炷亮航Y合段的橫橋向應力和順橋向應力除預應力錨固點處應力較大外，其他大部分位置應力均位于-17 MPa～2 MPa之間，如圖9所示。

圖9 鋼箱梁結合段的應力云圖

6 結論

1) 鋼-混凝土混合梁連續(xù)剛構橋，相比常規(guī)連續(xù)剛構橋，降低了支點梁高，減輕了結構自重，延長了結構跨度。

2) 靜動力數(shù)值計算結果表明，結構的強度、剛度、穩(wěn)定性及抗震性能均滿足規(guī)范要求，該橋結構尺寸設計合理。

3) 鋼-混結合段有限元分析結果表明，鋼-混結合段采用有格室的后承壓板形式，剛度過渡良好，在荷載作用下有足夠的承載能力安全儲備。