钢-混凝土连续组合梁的设计分析.pdf

2 0 1 4 年 l 2 月第 1 2 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构5 3 钢 一混凝土连续组合梁的设计分析 王 猛 ( 上海 市政 工程设 计研 究总 院 ( 集团 ) 有 限公 司 ， 上海 市 2 0 0 0 9 2) 摘 要 ： 结 合实际设 计桥梁 ， 讨论分析 了一些钢 一混凝 土连续组合 粱桥 的设计 要点 。通 过合理 的控制连续 梁 中间支座顶 升的方 法 ， 可 以 使连续组合梁得到很好的预加应力效果。通过增加中墩附近底板混凝土， 可以增加桥梁结构的刚度 ， 降低钢梁下缘的应力 ， 并提高局部 的稳 定性 。 关键词： 钢 一 混凝土连续组合梁桥； 中间支座顶升法； 底板混凝土 中图分类 号 ： U 4 4 8 2 1 + 5 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4) 1 2 0 0 5 3 0 3 0 引言 组合梁桥是 由钢梁 和混凝 土板组成 ，并 由剪 力键确保两者共 同工作 的结构。近年来 ， 在我国许 多城市道路 建设 中 ，钢一混凝土组合梁结构形式 越来 越多的被采用 。其 中建成 的上海长江大桥非 主通航 孔桥采用 的是 8 5 m+ 51 0 5 m + 9 0 m连续 组合 梁【 l 1 ， 杭州九堡大桥 主梁采用 的是 38 5 m的 连续 组合梁【2 。相对 于其他 的一些结构形式 ， 钢一 混凝土组合梁充分 发挥 了钢材 的抗拉强度 与混凝 土的抗压强度高的特点， 具有结构轻巧美观、 跨越 能力大、 施工快速方便 、 不中断现况交通等优点3 1 。 在建的上海 中环线 浦东段 ( 军工路越江 隧道 一高 科 中路 ) 新建工程 4标段 ， 跨龙东大道段 由于交 通 繁忙和环境保护等要求 ，设计采用跨径为 3 9 - 3 m + 6 3 4 m+ 3 9 3 m钢一混凝土连续组合梁结构。其 中中支点附近采用顶 、 底板双结合形式 ， 以增加 抗 弯刚度 ； 并 采用 中墩 支座顶升位移法施加预应力 。 本文 结合 该 实 际设计 工程 展开 以下 两 方 面 的研 究 ： ( 1 ) 针对该桥实际设计条件 ， 比较分析预应力 的施 加方法和效果 ； ( 2 ) 比较分析了中支点采用 顶 、 底板 双结合 的 效果。 1 桥梁背景概述 钢 一混凝土组合梁位 于中环 线浦东段 ( 军工 路越江隧道一高科中路) 新建工程 4标段， 组合梁 跨径为 3 9 3 m + 6 3 4 m+ 3 9 3 m， 结构采用三箱室截 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 1 0 作者简 介 ： 王猛 ( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 辽 宁沈阳人 ， 工程师 ， 从 事桥梁设 计 工作 。 面 ， 箱梁跨 中高度为 2 m， 支点位置 3 m， 腹板 间距 为 4 2 m。 桥梁全宽为 2 5 m； 双向六车道。 设计荷载 标 准 ： 公路 I 级 ； 设计车速 ： 8 O k m h 。设计基准期 ： 1 0 0 a ； 设 计安全等级 ： 一级 ； 耐久性设计环境类别 ： I 类 ； 该桥的总体布置及横断面布置见图 1 、 图 2 。 2 连续组合梁预施加应力 2 。 1 方法的选择 连续组合梁施加预应力通常有两种做法 ， 预应 力筋法和中间支 点顶升法H l 。预应力筋法 ， 通 常在 连续组合梁桥负弯矩区混凝土板 内配置预应力筋， 不允许混 凝土产生 拉力， 来 提高组合 梁桥 的耐 久 性。中间支点顶升法 ， 即采用中间支点升降的方法， 在组合梁混凝 土桥面板内预施压应力 ， 而不设预应 力筋使连续组合梁桥的混凝土裂纹得到有效控制 的方法 。 本文分别 比较 了施加预应力钢筋和中间支 点顶升两种方法的效果，其中预应力法计算时， 桥 面板中配置 5 8根 2 5 0的 5 1 5 2预应力钢筋 ； 支 座顶升法计算时 ， 中墩支座顶 升 4 0 e m。比较结果 见表 1 。 由计算结果可知， 两种预加应力的方法都可以 使桥面板在成桥状态时得 到理想的应力效果 ， 考虑 收缩徐变后应力和内力的变化趋势也是一致的。 但 考虑 因混凝土徐变 引起预应力损 失和徐变设 定值 的不确定性 ， 密集预应力管道导致截面削弱对结构 承载力降低和施工的复杂性， 以及锚固位置可能 引起的混凝土耐久性降低 等因素 ， 本桥设计时未采 用张拉预应力筋法 ， 而采用中间支座顶升法。支座 顶升法不仅对连续梁全长施加 了预应力 ， 而且基本 不需要额外增加辅助材料， 省却了预应力筋、 锚具 等费用， 经济实用。施工时避免了张拉预应力筋需 精确定位预应力钢筋 、确保 波纹 管的畅通 以及张 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 1 2 月第 1 2 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构5 5 表 2 不 同顶升 量效果 比较 施加预应力方法 恒载作用下 支点钢梁上缘 支点钢梁下缘 支点混凝土桥 应 力 MP a 应 力 ， MP a 面板应力 MP a 墩支点处混凝 土桥面板会开裂 ，设计时通过配置 合 理数量 的钢 筋可以将 裂缝 控制在可接受 的范 围 内。根据文献 5 可知 ， 混凝土桥面板可按轴心受拉 构件计算裂缝 宽度并 配置钢筋 。设计时先假定混 凝 土桥 面板不 开裂按全截 面受力 ，使用有限元软 计算得到桥面板 的保守轴力为 7 7 0 k N m。根据欧 洲规范规定， 组合梁负弯矩区的开裂长度 0 1 5 L范 围内混凝土桥 面板不计混凝 土作用 ，但可 以考虑 钢筋作用。计算时按 3 配筋率的钢筋替换掉支点 两侧 1 0 m范 围内的桥面板 ，得到桥面板最不利轴 力为 1 2 7 0 k N m。实际受力情况应介于两者之间 ， 设计时取 2 3最不利轴力计算配筋。该桥配置三层 2 2 1 2 5钢筋可满足裂缝控制在 0 1 5 mm的要求 。 3 顶 、 底板 双结合 承载 力提高 传统的单面组合连续梁， 在中支座处的混凝土 桥面板容易开裂， 造成截 面刚度 降低， 钢主梁下翼 缘和受压区腹板容易失稳。如果在中支座负弯矩区 加设下混凝土板， 可 以有效解决 以上 问题。根据文 献 5 可知 ， 双面组合连续梁在距 中支座 0 2 7 L范 围 内， 按承受负弯矩考虑， 即下混凝土板 的布置长度 以大于 0 2 7 L为宜 。该桥设计 时取 中支点 两侧各 1 3 5 m范围设置底板混凝土， 并计算比较了增加底 板混凝土对结构承载力的改变。计算结果见表 3 。 由于双面组合连续梁 中支座 处负弯矩 区下 混 凝土板 的存在 ，钢梁 支点下翼缘 的应 力值大 幅减 小 ， 对局部稳定是有利 的。由于增加的底板混凝土 也增加了结 构的 自重 ， 故 中墩支点 和跨 中上 、 下翼 表 3 有 无底板 混凝土效果 比较 恒载作用下 工况 无底 板混凝 土有底板混凝土 缘的应力都有所增加 ， 但是幅度不大 ， 总体上增加 底板混凝 土增大 了结构 的刚度和局部稳定性 ， 对结 构是经济合理 的。 4结论 本文 以实际设计桥梁为背景 ， 讨论分析了钢一 混凝土连续组合梁的关键设计要点 ， 得到 以下 主要 结论 。 ( 1 ) 钢一混凝土连续组合梁可 以通过中墩支点 合理顶升的方法 ，得到很好的预加应力 的效果 ， 并 通过适 当的计算方法得 到中墩混凝土板的合理配 筋量 。 ( 2 ) 通过设置 中墩 附近的底板 混凝 土 ， 可 以增 加桥梁的刚度， 并大幅减小中墩支点附近钢梁底板 的应力 ， 增强了局部的稳定性 。 参考 文献 【 1 邵长宇 主跨 1 0 5 m连续组合箱梁桥的技术特色与创新 J 】 桥梁 建设， 2 008 ( 3 ) ： 3 3 3 6 2 】2 上海市政工程设计研究总院， 同济大学 特大跨径的组合连续梁 设计技术研 究 z 】 2 0 0 8 【 3 徐德 标， 黄才 良， 刘 春 城 钢 一混凝 土连续 组合 梁 桥 的理论 分析 和试验研究 【 J _ 北华 大学学报 ( 自然科学 版 ) ， 2 0 0 2 ( 5 ) ： 8 7 9 0 【 4 白玲， 史永吉 组 合桥梁 施工 J 桥 梁建设 ， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 4 2 4 4 【 5 段树金， 霍军会， 安蕊梅 钢 一 混凝土双组合连续梁桥承载能力 研 究 J 1 _铁 道学报 ， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 5 ) ： 8 2 8 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m