２０１４年ｌ２月第１２期 城市道桥与防洪 桥梁结构５３ 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２０００９２） 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：Ｕ４４８．２１＋５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１４）１２—００５３—０３ ０ 引言 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２５ ｍ；双向六车道。设计荷载 组合梁桥是由钢梁和混凝土板组成，并由剪 标准：公路Ｉ级；设计车速：８Ｏ ｋｍ／ｈ。设计基准期： 力键确保两者共同工作的结构。近年来，在我国许 １００ ａ；设计安全等级：一级；耐久性设计环境类别： 多城市道路建设中，钢一混凝土组合梁结构形式 Ｉ类；该桥的总体布置及横断面布置见图１、图２。 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８５ ｍ＋５×１０５ ｍ＋９０ ｍ连续 ２连续组合梁预施加应力 组合梁【ｌ１，杭州九堡大桥主梁采用的是３×８５ ｍ的 ２。１方法的选择 连续组合梁【２］。相对于其他的一些结构形式，钢一 连续组合梁施加预应力通常有两种做法，预应 混凝土组合梁充分发挥了钢材的抗拉强度与混凝 力筋法和中间支点顶升法Ｈｌ。预应力筋法，通常在 土的抗压强度高的特点，具有结构轻巧美观、跨越 连续组合梁桥负弯矩区混凝土板内配置预应力筋， 能力大、施工快速方便、不中断现况交通等优点『３１。 不允许混凝土产生拉力，来提高组合梁桥的耐久 在建的上海中环线浦东段（军工路越江隧道一高 性。中间支点顶升法，即采用中间支点升降的方法， 科中路）新建工程４标段，跨龙东大道段由于交通 在组合梁混凝土桥面板内预施压应力，而不设预应 繁忙和环境保护等要求，设计采用跨径为３９－３ 力筋使连续组合梁桥的混凝土裂纹得到有效控制 ｍ＋６３．４ ｍ＋３９．３ ｍ钢一混凝土连续组合梁结构。其 的方法。本文分别比较了施加预应力钢筋和中间支 中中支点附近采用顶、底板双结合形式，以增加抗 点顶升两种方法的效果，其中预应力法计算时，桥 弯刚度；并采用中墩支座顶升位移法施加预应力。 面板中配置５８根＠２５０的５ １５．２预应力钢筋；支 本文结合该实际设计工程展开以下两方面的研 座顶升法计算时，中墩支座顶升４０ ｅｍ。比较结果 究： 见表１。 （１）针对该桥实际设计条件，比较分析预应力 由计算结果可知，两种预加应力的方法都可以 的施加方法和效果； 使桥面板在成桥状态时得到理想的应力效果，考虑 （２）比较分析了中支点采用顶、底板双结合的 收缩徐变后应力和内力的变化趋势也是一致的。但 效果。 考虑因混凝土徐变引起预应力损失和徐变设定值 １ 桥梁背景概述 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 钢一混凝土组合梁位于中环线浦东段（军工 引起的混凝土耐久性降低等因素，本桥设计时未采 路越江隧道一高科中路）新建工程４标段，组合梁 用张拉预应力筋法，而采用中间支座顶升法。支座 跨径为３９．３ ｍ＋６３．４ ｍ＋３９．３ ｍ，结构采用三箱室截 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 收稿日期：２０１４—１０—１０ 等费用，经济实用。施工时避免了张拉预应力筋需 作者简介：王猛（１９８２一），男，辽宁沈阳人，工程师，从事桥梁设 精确定位预应力钢筋、确保波纹管的畅通以及张 计工作。 ２０１４年１２月第１２期 城市道桥与防洪 桥梁结构５５ 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／ＭＰａ 应力，ＭＰａ 面板应力／ＭＰａ 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７７０ ｋＮ／ｍ。根据欧 洲规范规定，组合梁负弯矩区的开裂长度０．１５Ｌ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１０ ｍ范围内的桥面板，得到桥面板最不利轴 力为１ ２７０ ｋＮ／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 ￣２２＠１２５钢筋可满足裂缝控制在０．１５ 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０．２７Ｌ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０．２７Ｌ为宜。该桥设计时取中支点两侧各 １３．５ 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１０５ｍ连续组合箱梁桥的技术特色与创新［Ｊ】．桥梁 建设，２００８（３）：３３—３６． ［２上海市政工程设计研究总院，２】同济大学．特大跨径的组合连续梁 设计技术研究［ｚ】．２００８． 【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），２００２（５）：８７—９０． 【４］白玲，史永吉．组合桥梁施工［Ｊ］．桥梁建设，２００４（６）：４２—４４． 【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［Ｊ１＿铁道学报，２０１０，３２（５）：８２—８６．