山区钢混组合结构桥梁设计及施工关键技术研究

山区钢混组合结构桥梁设计及施工关键技术研究
随着我省公路逐步向盆地边缘及山区延伸，山区特有的地形地质对桥梁结构的设计及施工提出了更高要求。

四川多数地区山高谷深，地形起伏特别大，山势险峻，桥梁常需跨越河谷陡坡，运输条件极为恶劣，施工场地奇缺，给桥梁建设带来了诸多困难。

同时我国西部的川滇广大地区，均为高烈度的地震区，地震灾害频繁，山区桥梁的抗震要求客观上要求桥梁结构向轻型化发展。

再者山区公路受地形及线路指标的限制，高墩、小半径曲线桥梁所占比例较大，传统的预制桥梁结构在受力及施工中多有不便，对桥梁的施工技术提出了更高的要求。

钢-混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。

同钢筋混凝土结构相比，可以减轻自重，减小地震影响, 减小构件截面尺寸，增加有效使用空间，降低基础造价，节省高空支模工序和模板，缩短施工周期，增加构件和结构的延性等。

同钢结构相比，可以减小用钢量，增大刚度，增加稳定性和整体性，增强结构的抗火性和耐久性等。

近年来钢-混凝土组合结构在我国的应用实践表明，它兼有钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术经济效益和社会效益，将成为结构体系的重要发展方向之一。

(一)适用于山区的钢混组合结构桥梁设计研究
对于大跨径桥梁，采用悬臂浇注箱梁无疑是一种优选桥型。

在大跨径桥梁中，预应力混凝土箱形截面由于其抗弯和抗扭刚度大，结构稳定，因而得到了广泛的应用。

但随着跨径的增大，梁的自重占整个荷载的比重也越来越高，施加的预应力大部分都是为抵抗自重所产生的内力，因此减轻梁的自重也显得越来越有实际意义。

箱形截面的顶板、底板是根据抗弯要求设计的，优化其厚度的余地很小。

对混凝土腹板来说，腹板中要布置纵向预应力钢束、普通钢筋，再考虑到施工方面的影响，其厚度所占的重量可达整个截面重量的3 0 ％～4 0 ％，且减少的幅度也已很少了。

对箱形结构来说，但由于钢与混凝土的变形量相差较大，钢桁架对箱梁顶、底板混凝土沿桥轴向的变形产生较大的约束，从而造成预应力损失严重。

对于中等跨径桥，常采用预制拼装多梁式T梁或小箱梁。

但对于弯曲程度较大的曲线桥来讲，由于超高、加宽及曲线内外侧较大悬弧差的影响，在受力和施工上都不尽如人意。

目前仅在曲率半径大于等于250 m 的曲线桥上采用了T梁直梁设计。

对于小半径、低墩的曲线梁桥一般采用抗扭能力好的箱形结构，采用支架现浇或顶推施工，但对于小半径、高墩的曲线桥，由于受地形限制，采用箱形结构比较困难，则应尽可能采用轻型、易施工的结构形式。

1、I形组合钢板梁
钢-混凝土组合梁桥是从欧洲开始发展起来的，它由多块钢构件在工地拼接而成，同时通过合理分段及拼接，吊装重量大大减轻。

工地拼接减小了采用钢箱梁所需要的运输要求，吊装重量的减轻使其能够大为适应山区不便的起吊条件，同时混凝土桥面板得以在钢板梁焊接完成后进行无模板浇注，大大较小了陡坡地段支架架设的困难及风险。

常见的钢-混凝土组合梁桥是通过使用连接件把钢板梁与混凝土桥面板加以组合, 抗弯刚度能够大幅度提高, 减小梁高, 增大跨径。

钢板梁通常是用3块钢板焊接成截面为I 形的钢梁, 沿着桥梁纵向设置, 作为主梁承担由桥面板传来的交通荷载。

主梁I 形钢具有很大的面内抗弯及抗剪强度, 但面外刚度比较小, 通常要将2 根以上的I 形钢并排设置, 并用横梁、水平及竖向横撑等辅助构件连接成一体, 共同承担竖、横向荷载。

由于腹板比较薄、容易发生局部屈曲, 往往要在腹板的纵横向焊接加劲肋, 还要在支座处焊接端部加劲肋。

图1为康定绕城项目上一座跨越陡坡路段的小半径连续钢板梁桥的断面布置形式：组合梁桥采用剪力连接件将钢板梁、钢箱梁、钢桁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。

图2为钢筋混凝土桥面板的形式。

图1小半径连续钢板梁桥的断面布置
图2钢板梁钢筋混凝土桥面板
根据组合断面参与共同受力的主要荷载不同,组合钢板梁可以分为活载组合梁与恒载组合梁2 种形式。

活载组合梁在钢梁架设与钢筋混凝土桥面板施工时, 可以不设置中间支架或临时墩, 施工时的钢梁自重、桥面施工荷载以及混凝土桥面板自重等一期恒载仅由钢梁承担, 钢筋混凝土桥面板不参与共同工作。

混凝土达到设计强度后, 钢筋混凝土桥面板才作为主梁的上翼板与钢梁形成组合梁截面, 参与主梁共同工作。

桥面铺装、栏杆、人行道、过桥管道等二期恒载和活载作用时, 混凝土板参与主梁共同作用。

恒载组合梁在钢梁架设与钢筋混凝土桥面板施工时, 设置中间支架或临时墩, 施工时的钢梁自重、桥面施工荷载以及混凝土板自重由中间支架或临时墩承担, 钢梁为无应力状态。

混凝土达到设计强度后, 撤去中间支架或临时墩, 钢筋混凝土桥面板才作为主梁的上翼板与钢梁形成组合梁截面。

因此, 在一期恒载、二期恒载和活载作用下, 混凝土板参与主梁共同作用, 均按组合截面计算。

活载组合梁的混凝土徐变、收缩影响小, 施工时无需设置中间支架和临时墩, 对桥下通航或通车影响很小, 应用较为广泛。

2、波形钢腹板组合箱梁
(二)适用于山区的钢混组合结构桥梁施工方案研究。