大跨度钢箱梁更换为钢-混组合梁的原因及可行性分析报告

大跨度钢箱梁更换为钢-混组合梁的原因及可行性分析

1钢箱梁更换为钢-混组合梁的原因

原桥梁大跨均设计为钢箱梁桥，钢箱梁的桥面铺装层厚度为7cm，有轨电车轨道安装需求桥面铺装层厚度为25cm，且铺装层与钢箱梁之间无层间传力构件，不能协调变形或造成面层脱落显现。钢桥面与铺装之间刚度悬殊太大，二者变形不能协调。

又由于钢箱梁所在位置均为需求大跨度桥梁的困难地段，若采用大跨混凝土箱梁结构，会产生施工影响交通及下部结构尺寸庞大等情况。

基于以上多种原因，通过多方面考虑，拟定采用钢-混组合梁的方式，混凝土板提高梁体刚度，并通过剪力键与钢结构连接，同时为轨道预埋构件提供了预埋空间，轨道、混凝土板及钢结构三者受力变形协调，能够满足刚度、受力、较大跨越能力等多方面要求。

2现阶段钢-混组合梁发展及理论落实情况

钢-混组合梁梁在美、日、欧洲已经得到了广泛的应用，美国最早制定了设计规，随后德国、英国和印度也制定了设计规。

国钢-混组合梁梁在工程中的应用从20世纪50年代起组合梁在交通、冶金、电力及煤矿等系统都有所应用。1957年建成的长江大桥，其上层公路桥就已采用了组合梁结构(跨度18 m，梁距1.8 m)；早在1963年就把组合梁结构用于煤矿井塔结构。从1985年开始，组合楼盖在高层钢结构中得到了广泛的应用；进入90年代，组合梁大量用于城市立交桥的主体结构与高层建筑的楼盖体系中。1993年由市政设计研究院设计的国贸桥的三个主跨采用了连续组合梁结构，是该结构在国城市立交桥中首次应用。近年来在、等城市的立交桥建设中，由于钢一混凝土

组合连续梁桥跨越能力大、建筑高度小、抗震性能好以及施工速度快等优点，得到了广泛的应用，建成了以航天桥(主跨73 m)和桥(主跨64m)为代表的一批钢一混凝土连续组合梁桥。

钢-混组合梁桥采用了钢梁作为受力主结构，又利用钢梁作为现浇混凝土层的支撑模板构造，不仅简化施工工序，降低了施工难度，同时缩短了施工工期。钢-混组合梁在我国的起步较晚，主要原因在于混凝土和钢结构材料受力的不同性，钢-混组合梁设计理论的不完善。但随着大量实验研究和广泛应用实践，逐渐地丰富了该类梁的设计和施工经验，完善了相关的理论，极大的促进了该类梁桥的推广。钢-混组合梁连续梁桥其整体受力性能的优越性、工程造价的经济性以及能充分发挥钢材和混凝土两种材料各自的优势的合理性和便于施工的突出特点而得到广泛的应用。随着《钢－混凝土组合桥梁设计规》（GB50917-2013）的发行，钢-混组合梁设计理论得到了完善。有了完整的理论基础指导，使得此类梁体的应用更加方便、快捷、安全。由于组合梁具有抗疲劳性能好、承载力可靠、节约钢材、降低梁高和增强梁的刚度的优点，已被广泛应用于城市立交桥及高速公路的跨线桥。

3钢-混组合梁特点简介

组合梁桥采用剪力连接件将钢梁等结构构件与钢筋混凝土桥面板结合成整体，钢筋混凝土桥面板不仅直接承受车轮荷载起到桥面板的作用，而且作为主梁的上翼板与钢梁形成组合截面，参与主梁共同作用。组合梁桥上缘受压、下缘受拉，最符合组合梁材料分布的合理原则，即梁上翼缘应是适宜受压的混凝土板，下缘是利于受拉的钢梁，并通过在混凝土顶板加设预应力来抵抗连续梁负弯矩，能够满足连续梁结构受力需求。

（1）与钢梁相比，钢-混组合梁具有以下特点：

a）减少了钢材的用量，节约了造价；

b）增大了梁的刚度，有利于整体稳定性；

c）采用钢筋混凝土桥面板，有利于沥青面层的结合，提高桥面铺装的耐久性。

（2）与混凝土梁相比，钢-混组合梁梁具有以下特点：

a）结构自重轻，减少了下部基础的工程量；

b）已安装钢梁可作为模板使用，节省了模板工程量；

c）施工工期短，且对桥下交通的影响小；

d）降低了梁高，有利于桥下净空利用率。

4 施工方案及造价综合对比

施工方法工序对比表

结构综合对比表

通过以上对比，钢-混组合梁造价约为钢箱梁的2/3，施工工期及施工周期较钢箱梁长，且钢-混组合梁能够提供较大的刚度，且为轨道的预埋提供空间；能够充分满足此工程各项需求。

5钢-混组合梁对桥墩影响的理论分析

5.1桥梁下部计算模型的选择

本工程共计100多联连续梁、简支梁或结构简支桥面连续的箱梁，桥梁规模庞大且结构复杂，其中第五、十一、十五、三十四、三十九联原设计为钢箱梁，现由于有轨电车对轨道安装及梁体截面刚度的需求，拟考虑将原钢箱梁结构更换为钢-混组合梁，上部结构反力相应增加，对原下部桥墩进行结构安全简算。通

过对桥墩的结构特点及桥梁跨度进行分析，选择部分有代表性的桥墩对其进行结构安全分析。

抗震分析桥梁选用的基本原则：

1、桥墩同样跨度或悬臂长度情况下，取桥梁相邻跨度之和较大者作为代表。

2、桥梁相邻跨度之和相差不多情况下，取桥墩跨度较大、悬臂较长者作为代表。

分别选择主线第5联ZX14墩、主线桥第11联ZX31~32墩、主线第34联ZX101墩进行结构安全分析，如下表所示。

结构安全分析桥墩一览表

5.2计算荷载的选取

恒载选取：

钢-混组合梁钢结构梁高1.8~2.3m,混凝土板厚30cm。上部铺装厚度约30cm。根据统计结果，钢-混组合梁每平米重约19KN（钢箱梁每平米重约12KN）。其中钢结构部分4KN/平米，现浇层部分8KN/平米，栏杆铺装部分7KN/平米。

汽车荷载加载方式：

沿盖梁纵向以车道荷载的方式进行加载，按照《公路桥涵设计通用规》（JTG D60-2004）图4.3.1-3进行布置车道荷载。荷载大小为相邻最大跨径一个车道的计算反力。

钢-混组合梁断面示意图

5.3.计算标准

(1) 设计荷载：城-A级；

(2) 计算温度：整体降温20℃，整体升温20℃，收缩徐变等效降温40度。

5.4.计算荷载参数

(1) 混凝土重力密度：26 KN/m3

(2) 结构安全等级：I级；

(3) 冲击系数u按0.4计入；

(4) 预应力管道摩擦系数取0.17；

(5) 管道每延米摩擦影响系数取0.0015。