钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区施工控制研究.pdf

1 4 2 管理施工 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年 4 月第 4 期 钢 一混凝土组合连续梁桥负弯矩区施工控制研究 刘 书 伟 ( 深圳市综合交通设计研究院， 广东深圳 5 1 8 0 0 3 ) 摘要 ： 该文 以深圳 市机场 南路新 建工 程 ( 5 0 + 8 2 + 5 0 ) m钢 一混 凝土 组合 连续梁 桥为 例 ， 对钢 一混凝 土组合 梁 负弯矩 区施 工 控制方法进行分析研究 。研究结论可供同类工程参考。 关键词： 钢 一混凝土组合连续梁 ； 负弯矩 区； 施工控制； 研究 ； 深圳市 中图分 类号 ： U 4 4 5 4 文献 标识码 ： A 文 章编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 1 4 2 0 3 0 引言 钢 一混凝土组合梁桥是 指将钢梁与混凝 土桥 面板通过抗剪连接件连接成整体并考虑共 同受力 的桥梁结构形式 ，在工程实践 中得 到越来越广泛 的应用。组合连续梁中间支座附近为负弯矩区， 由 于上 部 的混凝土桥 面板受拉而下部 的钢梁受压 ， 受力较为不利。 采用合理的施工方法是 控制桥 面板拉应力 的 重要途径 ，一般 可分为施加预应力 和不施加预应 力两类方法 。不施加预应力的方法主要有 ： 混凝土 板与钢梁 ， 以及混凝土板与板 之间设置接缝 ； 受拉 区采用钢正交异性板代替混凝土板 、高配筋 现浇 混凝土法等 。目前采用高配筋现浇混凝 土法应用 最 为普遍 ， 该法不对负弯矩区混凝 土施加预应力 ， 而采用配筋率高达 3 5 高配筋混凝 土工地现 浇 ， 施l丁非常方便 。 本文 主要结合深圳市机场南路新建工程宝安 立 交主桥第 6联 ( 5 0 + 8 2 + 5 0 ) m钢 一混凝 土组合梁 桥设计 ，从不 同的施加预应力控制措施对减少负 弯矩 区混凝土拉应力进行分析研究 。 1 施加预 应力方法 对钢 一混凝 土组合梁桥施加预应力主要有两 个 目的 ，即预压钢梁提高钢结构 的弹性范 围或承 载力和预压混凝土提高桥面板 的抗裂性 。施加预 应力是指通过各种手段使组合 梁负弯矩 区混凝土 板 中产生一定的预压应力 ，以抵 消或部分抵消二 期恒载和活载引起的拉应力。 1 1 张拉预应力钢束 对于连续组合梁桥 ，可采 用全桥布置 曲线或 折线预应力束或仅对负弯矩区的混凝土桥面板施 加预应力 ，具体可采用体外预应力 和体 内预应力 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 2 0 6 作者简介 ： 刘 书伟 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 安徽萧 县人 ， 硕士 ， 工 程师 ， 从 事 桥梁 1 二 程设 计与研 究工作 。 两种形式 。 根据预应力作用结构不 同，可分为仪对钢梁 施加预应力 、仅对桥面板施加预应力和对组合结 构施加预应力三种类型 。张拉预应力钢束可增加 梁 的刚度 ， 有效地降低负弯矩区拉应力 ； 但 同时会 增加施工工期 ，且存在控制预应力钢束偏心量的 问题等。 1 2静载预压 首先架设钢梁并浇筑受压区的混凝土 ，待其 硬化后在受压区预加静荷载。在该荷载状态下 ， 浇 筑受拉 区的混凝 土 ，待受拉 区混凝土硬化后去除 前预加荷载 。由于浇筑受拉 区混凝 土前后梁体截 面刚度发生 了重分 布 ，在大多数截面 内的应力并 不为零 ，而在受拉区混凝土 内的压力就是所期望 的预应力 。 施工顺序见图 1 ( a ) 所示 ， 静载引起的弯 矩见图 1 ( b ) 所示。 由于必须将压重加于结构上 ，且需采取有效 措施控制桥面板压重值 ，故采用预加静荷法施加 预应力施工时较为不便， 工作量大。 1 3 支点强迫位移 ( 见图 2) 在浇筑桥 面板混凝 土之前或之后 ，通过调整 连续组合梁桥各支点的相对高度 ，可改变结构的 内力分布 ， 在负弯矩区内形成预压力。支点 的竖向 位移值对结构 的应力分 布有很大影 响 ，其调整 的 高度通常与梁跨度成正 比，对 于跨度较 大的组合 梁 ，顶升或 降低支点 的工程量可 能太 大而无 法实 施。 此外， 支点强迫位移法在混凝土桥面板内产生 的预压力会 随混凝土 的收缩徐变的发 展而有一定 损失 ，同时采用此法会对正负弯矩区混凝土桥面 板交界面处 钢梁顶板焊钉 中产生很 大的顺 桥 向剪 力 ， 设计 中应特别注意 。 对 于具 有 3个 或 3个 以上 中间支点 的桥 梁 ， 可以同时顶升所有的中间支点，使钢梁上翼缘产 生拉应力 ， 然后浇筑混凝土桥面板 ， 当混凝土硬化 后 ，将 中间支点复位 ，从而使混凝土 中形成压应 力 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 4 月第 4 期 城 市道桥与 防洪 管理施工 1 4 3 预 压 荷载 重 逛 垫垦 塑 圭 亟 堡 董 童 遗 垄 匿 婆 塑 亟 董 垫 匝卫 卫 E 墨圈 一 = 二 二 二匝 互 互 互 互 互 一 一 支 ( a ) 图 1 静载 预压施工 顺序及弯矩 图 点4 支点1 支点2 2 工 程实例分析 支点顶升弯矩图 图 2 支点强迫位移 弯矩 图 2 1 工程简介 深圳市机场南路新建工程 宝安立交主桥第 6 联为跨径( 5 0 + 8 2 + 5 0 ) I T I 的变截面钢 一混凝土组合 连续梁桥 ， 分左右 幅 ， 每 幅采用双箱单 室 ， 单个箱 梁底 宽 3 1 0 n q ，箱 间距 2 2 7 5 m。每幅桥 梁宽度 l 3 2 5 m， 箱梁在跨中高为 2 2 r fl ， 墩顶高为 4 2 m， 梁高按二次抛物线变化 ， 钢梁顶板厚 2 5 mlT l ， 腹板 厚 2 0 3 0 mm， 底板厚 2 54 0 mm。全桥设置三种 类型的钢束 ： 桥面板负弯矩 区短钢束 、 桥面板通长 钢束和钢箱梁 内体外钢束 。桥面板体内预应力钢 束采用 1 2 一 s 1 5 2 mm高强度低松弛钢绞线 ， 设齿 板在箱室内张拉 。 体外预应力采用 2 2 一 s 1 5 2 m m 环氧喷涂无粘结钢绞线 。 由于施工场地条件的限制 ， 全桥共设置 6个临 时支撑 ( 见图 3 ) ， 钢箱梁划分为 A( 2 0 m) 、 B( 2 0 IT I ) 、 C ( 3 6 m) 、 D( 3 0 m) 、 E( 3 6 m) 、 F ( 2 0 m) 、 G( 2 0 IT I ) 等 7个制作段。 其中临时支撑 1 2 、 5 6 均设置在分段 处 ， 中跨临 时支撑 3和 4需偏 离地铁 9 m， 此 时两 支撑间距 4 8 m，且施工过程中临时支撑 3 、 4的最 大支反力不能超过 3 4 0 6 k N。 2 2 建 模 分析 本文对控制负弯矩区混凝土拉应力的不同方 案进行研究 。其 中， 方式一 ： 桥面板整体浇筑 ， 张拉 负弯矩 区短钢束和通长钢束 ； 方式二 ： 桥 面板先支 点后跨中分段浇筑，张拉负弯矩区短钢束和通长 钢束 ； 方式三 ： 桥面板先跨中后支点分段浇筑， 采取 支点3 支点4 静载预压， 考虑到荷载施加的可行性 ， 边跨预加静 荷载 1 0 0 k N m，中跨预加静荷载 1 5 0 k N m ( 单 幅 ) ， 张拉通长钢束 ； 方式 四 ： 中支点顶升 0 7 2 i n ， 不施加预应力。 全桥 采用 MI D A S c i v i l 2 0 1 1三维 梁单 元进 行 建模分析 ( 见图 4 ) ， 采用施工 阶段联合截 面进行钢 箱梁与混凝土桥面板参与受力 阶段模 拟 ，全桥共 划分 1 8 4 个单元 ，根据施工控制方案的不同划分 相应 的施工 阶段。 2 3 结 果对 比 根据桥梁施工控制 条件 ， 从负弯矩 区正应力 、 临时支撑支反力和施工难 度等三个方面进行 比较 分析。其 中成桥 阶段 、 收缩徐变完成和短 、 长期使 用阶段负弯矩区正应力计算结果 ， 以及临时支撑 3 最大支反力见表 1 所列 。 根据负弯矩 区正应力结果可知采用方式一和 方式 四均不能满足规范要求 ，采用方式 三除了需 采用静 载预压外 ， 还需张拉 预应力 ， 其施 工较方式 二更为不便 。另外从临时支撑最 大容许支反力来 看 ， 方式一和方式三也不满足要求 。 综合考 虑 ，采用方式 二 ，既可 以减 少施 工难 度 ， 又能满足各方面控制条件 的要求 。 3 结论 钢 一混凝土连续组合 梁桥负弯矩 区为结构受 力不利部位 ，可采用施加预应力和不施 加预应力 两类方法进行负弯矩区拉应力控制。 设计中， 应结 合具体情况， 以及施工工期、 施工难易程度等综合 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 4 管理施工 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 4 月第 4 期 l 牟 | I I 1 50+$2 l I 1 I m J m I z o m L Q 1 2 0m I 1 7m I 豳 l 8 豳 I l l 9 崮 I I l i 豳 厨 l 游5- ,3j 醇 厨 f 霪 豳 2 0 m i 1 O m i l ， ， ， 书 ， 、 7 m l 1 0 m l ， n m 一 。 l I 1 监 吐 堇 |塑 睦 i 盛 至 毽 盛 重 岿 趟 、 盛 重 艘 图 3 钢 - 混凝土组合梁临时支撑设置 图 图 4 有限元计算模 型 表 1 主要阶段不同方案下负弯矩区正应力和临时支撑 3 最大支反力一览裹 考虑 ， 选用合适的施工控制方案 。 参考文献 1 聂建 国 钢 一混凝 土组合结构桥 梁 M】 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 01 1 2 陈双全 连续结合梁中负弯矩区的处理方法 J 铁道标准设计 ， 1 9 9 8 ， 2 6 ( 1 ) ： l 6 2 0 【 3 叶梅 新 ， 张哗芝 负弯矩作用 下钢 一混凝土结合 梁性能研究 中国铁道科学 ， 2 0 0 1 ， 2 2 ( 5 ) ： 4 1 4 6 4 】 侯梅崎， 叶梅新 连续结合梁桥负弯矩区混凝土板裂缝宽度控 制方法研究 J 铁道学报 ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 1 ) ： 1 0 9 一 l 1 2 【 5 王巍 ， 苏庆 田 ， 吴冲 施 工过程对连续 组合梁 中剪 力连接件 受力 的影响 A 1 第 2 O 届全国结构工程学术会议论文集( 第 册 ) 【 c 】 宁波 ： 2 0 1 1 ： 3 7 2 3 7 8 “ 十二五” 广州 加快构建一体化立体交通网络 “ 十二五” 期间广州市将投入约 3 4 0 0 亿元， 推进 2 6 6 个交通基础设施项目 建设， 积极构建一体化立体交 通网络， 建设和完善辐射全国、 连通世界的现代化枢纽型基础设施体系， 促进城乡交通一体化、 珠三角一体化， 增强辐射能力。预计“ 十-3 2 ” 期末 ， 广州市商 陕速路将达 1 4 1 9 k m、 城市道路 5 7 0 0 k m、 轨道交通 5 0 0 k m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m