?？谑泻Ｐ懵犯呒苤薪M合結(jié)構(gòu)橋梁的多樣化應(yīng)用

金德

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市　200092）

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金德

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

結(jié)合?？谑泻Ｐ懵犯呒芄こ蹋榻B了組合結(jié)構(gòu)橋梁在高架主線、立交匝道、拼寬橋梁中的應(yīng)用，并分析了連續(xù)結(jié)構(gòu)負(fù)彎矩橋面板的處理方法及鋼結(jié)構(gòu)耐久性處理方法，說明組合結(jié)構(gòu)橋梁在城市高架立交中應(yīng)用前景廣泛。

組合結(jié)構(gòu)橋梁；負(fù)彎矩；裂縫；耐久性

0　引言

組合結(jié)構(gòu)橋梁大約在20世紀(jì)30年代從歐洲開始發(fā)展起來，20世紀(jì)中葉在歐美日本等國迎來了高速發(fā)展期，建造了大量的類型豐富的組合結(jié)構(gòu)橋梁。組合結(jié)構(gòu)以其受力的合理性、造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性以及施工的便利性等突出優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛。1971年歐洲國際混凝土委員會(huì)、歐洲鋼結(jié)構(gòu)大會(huì)、國際預(yù)應(yīng)力聯(lián)盟和國際橋梁及結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)組成了組合結(jié)構(gòu)聯(lián)合委員會(huì)，總結(jié)了之前組合結(jié)構(gòu)發(fā)展中所取得的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，編制了組合結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則，作為各國編制規(guī)范時(shí)的指導(dǎo)性文件，進(jìn)一步促進(jìn)了組合結(jié)構(gòu)橋梁的快速發(fā)展［1］。

鋼-混凝土組合梁是一種充分發(fā)揮混凝土和鋼材不同力學(xué)材料性能的橋梁結(jié)構(gòu)，不僅使材料物盡其用，有效地降低結(jié)構(gòu)高度，突顯結(jié)構(gòu)外型的輕巧、靈動(dòng)，而且鋼材的彩色涂裝可賦予更強(qiáng)的視覺沖擊力與鮮活的生命力。

該工程針對(duì)海秀路的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和具體建設(shè)條件，充分研究鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁在運(yùn)營階段與施工階段的受力特性，解決橋梁設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵技術(shù)問題，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)安全性和降低橋梁總造價(jià)的目的。

1　工程概述

海秀快速路（一期）工程全線采用高架橋梁結(jié)構(gòu)形式，西起長濱路，向東沿海盛路、海秀路線位，依次跨越綠色長廊、五源河、永萬西路、港澳大道、永萬東路、秀英溝、秀英大道、金鼎路、丘海大道、中心十號(hào)路、世貿(mào)南路、僑中路、南沙路、龍昆路等相交道路和河道，與現(xiàn)狀的國興大道相接，路線全長約14.3 km，主線橋梁總長13.4 km。

主線高架兩側(cè)布置10對(duì)平行上、下匝道，長濱路立交近期設(shè)置一對(duì)匝道，海秀路-龍昆路立交設(shè)置了4條匝道。該項(xiàng)目在高架主線跨路口、小半徑匝道、老橋拼寬等環(huán)境下均使用了組合結(jié)構(gòu)橋梁。

海秀快速路橋梁荷載為城A級(jí)；橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100 a，設(shè)計(jì)使用年限100 a；橋梁設(shè)計(jì)環(huán)境類別II類，主線高架、平行匝道和立交匝道設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)。

組合結(jié)構(gòu)橋面板混凝土采用了C50復(fù)合纖維混凝土，提高主橋現(xiàn)澆混凝土的抗裂性，減小收縮率，提高密實(shí)度。橋梁用鋼筋采用了符合規(guī)范要求的HPB300，以及HRB400鋼筋。

主體結(jié)構(gòu)鋼材采用了滿足《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 714）要求的Q345qD，其中，局部板厚t=50 mm時(shí)采用Q370qDz15。水平連接撐等位置采用了符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700）相關(guān)要求的Q235C。圓柱頭焊釘鋼材選擇了滿足《冷鐓和冷擠壓用鋼》（GB/T 6478）和《電弧螺柱用圓柱頭焊釘》（GB/T 10433）的ML15材料。

2　背景工程

2.1高架主線組合橋梁設(shè)計(jì)

主線高架組合結(jié)構(gòu)橋梁主要用于跨越橫向交叉路口或河道、溝渠的大跨徑橋梁。一般高架為減少對(duì)地面交通或河道、溝渠防洪的影響，常布置較大跨徑，通常采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁或者鋼結(jié)構(gòu)簡支梁。該項(xiàng)目采用的組合結(jié)構(gòu)橋梁，相比于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，大大減少了施工期間對(duì)橋下周邊環(huán)境的影響，而造價(jià)僅增加10%左右；相比于純鋼結(jié)構(gòu)橋梁，不僅造價(jià)低，還解決了鋼橋面鋪裝易損壞以及鋼橋面板易發(fā)生疲勞裂紋的難題。

海秀路高架主線組合結(jié)構(gòu)橋梁跨徑42～60 m，橋?qū)?5.5～42.5 m，均采用了簡支受力結(jié)構(gòu)形式，斷面采用了流線型大挑臂單箱多室斜腹板斷面，斷面形狀與主線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁近似。立面上采用魚腹式構(gòu)造，跨中梁高約1/20跨徑，支點(diǎn)梁高與相鄰跨橋梁結(jié)構(gòu)相同。見圖1、圖2。

2.2立交匝道組合梁設(shè)計(jì)

立交匝道設(shè)計(jì)中，為適應(yīng)道路線形，經(jīng)常采用小半徑橋梁；另外，很多時(shí)候?yàn)榱丝缭綔锨蛘叩缆?，又不得不采用大跨徑，而小半徑及大跨徑的組合常常是立交橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，很多時(shí)候甚至?xí)驗(yàn)榻Y(jié)構(gòu)難以處理而影響立交的布置形式。常規(guī)的鋼筋混凝土連續(xù)梁通常用于25 m左右的小跨徑，其曲線適應(yīng)能力也較好；當(dāng)跨徑增大時(shí)，多采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，但這種結(jié)構(gòu)的小半徑適應(yīng)能力較差，一般用于曲線半徑大于100 m的情況；當(dāng)曲線半徑更小，又需要較大跨徑時(shí)，目前基本都使用鋼結(jié)構(gòu)，其對(duì)于小半徑及大跨徑的適應(yīng)能力均較強(qiáng)，但其造價(jià)顯著增加，并且鋪裝及橋面板疲勞問題突出。

海秀快速路在長濱路立交、龍昆路立交中的大跨徑、小半徑的匝道采用了組合結(jié)構(gòu)形式。相比于常用的鋼筋混凝土連續(xù)梁，顯著提高了跨越能力；相比于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，不僅提高了跨越能力，且小半徑狀況下受力性能更好；相比于鋼結(jié)構(gòu)，減少了造價(jià)，解決了鋼結(jié)構(gòu)鋪裝易損壞和鋼橋面板易疲勞破壞的難題。

海秀快速路在立交匝道中的組合結(jié)構(gòu)采用了斜腹板單箱單室的結(jié)構(gòu)形式，斷面形狀與相鄰跨混凝土梁近似（見圖3）。最小半徑80 m，該聯(lián)橋梁同時(shí)達(dá)到35 m跨徑，此外，匝道橋最大跨徑達(dá)到了65 m，也采用了組合結(jié)構(gòu)。立交匝道中大部分采用了連續(xù)結(jié)構(gòu)以降低梁高，提高跨越能力。

圖1　主線60 m跨簡支鋼-混凝土組合大箱梁立面（單位：mm）

圖2　主線60 m跨25.5 m寬簡支鋼-混凝土組合大箱梁跨中斷面（單位：mm）

圖3　匝道鋼-混凝土組合鋼箱梁跨中斷面（單位：mm）

2.3拼寬組合橋梁設(shè)計(jì)

海秀路高架在龍昆路立交中需要采用新橋與老橋拼寬的技術(shù)。老橋是20世紀(jì)90年代建造的疊合混凝土空心板，跨徑20 m。根據(jù)道路線形，新橋與老橋拼寬位置最小寬度4.2 m，最大寬度8.2 m。其次，橋下現(xiàn)有交通較為繁忙，需減少施工對(duì)于地面交通的影響。另外，受橫坡的影響，還要求拼寬結(jié)構(gòu)高度盡可能小，以減少對(duì)于橫向交通凈空的影響。

通常拼寬結(jié)構(gòu)需要采用與老橋相同的結(jié)構(gòu)形式，以達(dá)到近似的結(jié)構(gòu)剛度來減少對(duì)于拼接縫的不利影響。對(duì)于該項(xiàng)目而言，采用預(yù)制的空心板結(jié)構(gòu)將在蓋梁位置增加梁高，且縱向結(jié)構(gòu)高度相比于老橋不能明顯降低，將影響橋下凈空，對(duì)橋?qū)捵兓倪m應(yīng)性也較差；采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)則需要搭設(shè)滿堂支架，對(duì)于地面現(xiàn)狀交通影響較大；采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，由于剛度不能與老橋匹配，將造成拼縫易損壞。

在這種建設(shè)條件下采用組合結(jié)構(gòu)作為拼寬結(jié)構(gòu)，能夠較好地處理橋?qū)捵兓^大的情況，也減少了建設(shè)期間對(duì)于地面交通的影響，相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，顯著降低了梁高，并且經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算，新橋與老橋在跨中挑臂位置均能夠達(dá)到1/2 500L以下的活載變形，結(jié)構(gòu)剛度較好。最終選擇了采用組合結(jié)構(gòu)作為拼寬橋梁結(jié)構(gòu)形式（見圖4）。

圖4　拼寬鋼-混凝土組合鋼箱梁空腹式橫梁斷面（單位：：mm）

3　組合結(jié)構(gòu)橋梁特殊問題的考慮

3.1負(fù)彎矩混凝土橋面板處理方案

?？谑泻Ｐ懵犯呒茉诹⒔辉训?、拼寬橋梁中應(yīng)用了連續(xù)結(jié)構(gòu)形式，組合結(jié)構(gòu)中連續(xù)梁中支點(diǎn)混凝土橋面板受拉易開裂的問題是組合結(jié)構(gòu)連續(xù)梁設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。針對(duì)這個(gè)問題，目前在設(shè)計(jì)中主要采用了兩種方法來進(jìn)行處理：一是允許橋面板混凝土開裂，但限制其裂縫寬度；其二是不允許橋面板混凝土開裂，通常是對(duì)橋面板混凝土施加預(yù)應(yīng)力。

目前對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁施加預(yù)加力常用的方法主要有張拉鋼絲束法、預(yù)彎組合梁法、支座位移法［2］。張拉鋼絲束法不論是采用體外預(yù)應(yīng)力對(duì)全橋進(jìn)行整體張拉還是對(duì)負(fù)彎矩區(qū)域混凝土橋面板進(jìn)行局部張拉，都會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成附加力，減少了預(yù)應(yīng)力效果，增大鋼梁受力。此外，預(yù)彎組合梁法及支座位移法的施工方法復(fù)雜，對(duì)于中小跨徑橋梁，一般施工隊(duì)伍能力較弱，增加施工難度也增加了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

因此，該橋選擇了施工較為簡便的強(qiáng)配筋法處理負(fù)彎矩區(qū)橋面板的受力問題。根據(jù)全橋整體的計(jì)算結(jié)果配置普通鋼筋，一般30 m左右跨徑連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)橋面板的配筋率約3.5%，通過減小直徑，增加鋼筋數(shù)量，達(dá)到了較好的結(jié)構(gòu)受力效果，組合工況下橋面板裂縫寬度有效控制在0.1 mm以下。

3.2鋼結(jié)構(gòu)耐久性

海秀路高架均處于近海環(huán)境，由于大氣環(huán)境具有高度的腐蝕性，對(duì)鋼材腐蝕作用很強(qiáng)。目前，近海及海洋環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)工程耐腐蝕的措施除正確設(shè)計(jì)構(gòu)件、合理選材外，通常有以下幾種方式：（1）采用厚漿型重防腐涂料；（2）采用陽極性金屬熱噴涂層或復(fù)合涂層；（3）設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)考慮足夠的腐蝕裕量；（4）采用耐腐蝕材料包套；（5）根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，采用犧牲陽極。結(jié)合對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境分析，參考類似工程防腐措施，該工程推薦采用長效防腐金屬熱噴涂層復(fù)合體系，見表1。

表1　鋼結(jié)構(gòu)外防腐涂裝設(shè)計(jì)方案

內(nèi)表面也考慮適當(dāng)增強(qiáng)防腐性能，尤其是在施工橋面板混凝土?xí)r，增加其耐磨性能，減少箱內(nèi)支架對(duì)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的損壞，采用了表2的涂裝設(shè)計(jì)方案。

表2　鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)防腐涂裝設(shè)計(jì)方案

3.3鋼-混凝土結(jié)合面結(jié)構(gòu)耐久性

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)結(jié)合面指橋面板混凝土與鋼結(jié)構(gòu)頂板頂面之間的結(jié)合面，此結(jié)合面的耐久性對(duì)于組合結(jié)構(gòu)整體受力極其重要，處理不當(dāng)將對(duì)剪力釘產(chǎn)生腐蝕，改變結(jié)構(gòu)組合式的受力模式，嚴(yán)重縮短結(jié)構(gòu)壽命。按照EC4規(guī)范［3］中的相關(guān)構(gòu)造要求，該橋?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)頂板頂面的兩側(cè)區(qū)域以及中間區(qū)域做了區(qū)別對(duì)待，兩側(cè)5 cm范圍內(nèi)按照鋼結(jié)構(gòu)外表面防腐體系處理，而中間部分僅做機(jī)械打磨，以增加結(jié)合面的結(jié)合強(qiáng)度。此外，在鋼與混凝土的接縫位置，采用了專用密封膠進(jìn)行密封，防止水汽進(jìn)入結(jié)合面。

4　結(jié)語

本文以?？诤Ｐ懵犯呒転楣こ瘫尘?，介紹了組合結(jié)構(gòu)在高架主線橋梁、立交匝道橋梁以及拼寬橋梁中的應(yīng)用，相比于普通鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁以及純鋼結(jié)構(gòu)橋梁，組合結(jié)構(gòu)橋梁具有自身的特點(diǎn)并在一定條件下具有明顯的優(yōu)勢(shì)。海秀路高架中大量應(yīng)用的組合結(jié)構(gòu)合理地處理了結(jié)構(gòu)難點(diǎn)，降低了造價(jià)，并減少了施工對(duì)于橋下環(huán)境的影響。此外，文章介紹了組合結(jié)構(gòu)負(fù)彎矩混凝土處理技術(shù)以及耐久性處理技術(shù)，對(duì)于今后城市立交高架橋梁中組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用具有良好的借鑒意義。

［1］劉玉擎.組合結(jié)構(gòu)橋梁［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］邵長宇.大跨度鋼-混凝土連續(xù)組合箱梁橋關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2006.

［3］EURO CODE 4 Composite Steel and Concrete Struetural，Part2: Bridges［S］.1996.

U448.21+6

B

1009-7716（2016）06-0066-03

2016-03-18

金德（1972-），男，上海人，高級(jí)工程師，從事橋梁工程設(shè)計(jì)工作。