熱軋H型鋼鋼混組合梁在中小跨徑公路橋梁中的應用實踐

陳建榮

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司，遼寧沈陽 110000)

1 概述

目前公路鋼結(jié)構橋梁主要應用于大跨徑和較大跨徑橋梁(跨徑30 m以上的橋梁)。據(jù)統(tǒng)計資料，截止2018年末，全國公路橋梁共85.15×104座，其中特大橋5 053座，9.05269×107m，大橋98 869座，2.63704×107m，中、小跨徑橋梁74.76×104座，2.02886×107m。從數(shù)量和總長度來看，在現(xiàn)有橋梁龐大的規(guī)模中，中小跨徑橋梁占有主導地位。如何在中小跨徑橋梁(跨徑小于等于20 m跨徑的橋梁)中推廣應用鋼結(jié)構橋梁，對于鋼結(jié)構橋梁應用推廣具有重要的價值。

2 傳統(tǒng)的中小跨徑橋梁結(jié)構形式

傳統(tǒng)國內(nèi)中小跨徑橋梁以鋼筋混凝土現(xiàn)澆板、預制預應力空心板、鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁等混凝土結(jié)構形式為主。其中以空心板橋應用尤為普遍?？紤]空心板橋受施工、自然侵蝕及運營環(huán)境等因素的影響，隨著服役時間的延長，逐漸出現(xiàn)材料劣化、裂縫、鉸縫損傷等病害，尤其鉸縫是易損部位，在東北地區(qū)冬季常使用除冰鹽，從而大大加劇鉸縫的破壞進程，因此降低了空心板梁橋鉸縫結(jié)構耐用性，這些病害的不斷累積和發(fā)展，嚴重降低橋梁的承載性能并危及行車安全。目前國內(nèi)部分省份已限制使用空心板橋。

3 熱軋H型鋼組合梁的特點

相對傳統(tǒng)橋梁結(jié)構形式，熱軋H型鋼鋼混組合梁具有以下優(yōu)點：

(1)熱軋H型鋼直接熱軋成型，無工廠加工制造程序，減少后期安裝和架設的難度，沒有鋼板梁和鋼箱梁要求較高的焊接或栓接工藝，沒有預應力結(jié)構鋼絞線張拉和灌漿、空心板梁鉸縫連接等不易控制的施工工藝，施工簡易，降低對設備和工人技術能力的要求，質(zhì)量能夠得到有效保證。

(2)熱軋H型鋼能避免焊接殘余應力等不利影響，具有更優(yōu)越的力學性能。

(3)熱軋H型鋼具有較低的價格，經(jīng)濟性能優(yōu)越。

(4)能充分發(fā)揮混凝土的抗壓和鋼結(jié)構抗拉性能，具有更好的承載能力儲備，有更好的耐久性。

熱軋H型鋼缺點：

(1)具備大尺寸熱軋H型鋼制造能力的廠家有限。

(2)配套后處理設備要求高，強度太高型材生產(chǎn)難度較大。

(3)目前國內(nèi)最大熱軋H型鋼高度僅能達到1 008 mm，限制了熱軋H型鋼在更大跨徑橋梁中應用。市場現(xiàn)貨尺寸規(guī)格太少，通常不大于12 m，需要定制。

4 熱軋H型鋼鋼混組合梁應用案例

4.1 案例1中橋

4.1.1 橋梁概況

案例1中橋全長為67.2 m，簡支結(jié)構，橋面連續(xù)，跨徑布置為5 m×13 m，橋面凈寬為12 m。本橋為一座上部改建橋梁，原橋上部為空心板橋，改建為熱軋H型鋼鋼混組合梁橋。重車混入率很高，荷載等級按1.3倍公路Ⅰ級設計。該橋已建成通車，全橋立面布置見圖1。

圖1 橋梁立面布置力圖(單位：mm)

4.1.2 上部結(jié)構設計

橋梁橫斷面面布置見圖2，熱軋H型鋼型號為HM708 mm×304 mm×15 mm×28 mm。鋼材為Q345D。鋼筋混凝土橋面板厚度為220 mm。梁端為厚度400 mm混凝土橫梁?？玳g設置一道槽鋼橫梁，通過高強螺栓連接。主梁立面布置見圖3。橋梁施工和建成見圖4、圖5。

圖2 橋梁標準橫斷面(單位：mm)

圖3 主梁立面布置(單位：mm)

圖4 實橋施工照片

圖5 橋梁建成照片

4.2 案例2高速公路跨線橋

4.2.1 橋梁概況

案例2高速公路跨線橋，跨徑布置為3 m×16 m，交角為125°，本橋位于R=1 300 m的右偏圓曲線內(nèi)。橋面凈寬為11.45 m，為新建熱軋H型鋼組合梁橋。荷載等級為公路Ⅰ級。該橋在建。全橋立面布置見圖6。簡支結(jié)構，橋面板連續(xù)，鋼梁在墩頂斷開。

圖6 橋梁立面布置(單位：mm)

4.2.2 上部結(jié)構設計

橫向共布置6片梁，梁間距2 250 mm，標準橫斷面布置見圖7，跨間橫梁處橫斷面見圖8。由于本橋為變更橋梁，原設計為空心板橋，下部凈空有限，梁高控制設計，為滿足凈空和設計受力需要，本橋采用熱軋H型鋼加蓋板形式。熱軋H型鋼型號為HM588 mm×300 mm×12 mm×20 mm，蓋板厚度20 mm，寬度450 mm。鋼材為Q345qDNH，耐候鋼，免涂裝。鋼筋混凝土橋面板厚度為220 mm。為減少施工對下面道路通行干擾，本橋上部采用裝配式設計，橋面板分塊跟每片鋼梁整體預制，現(xiàn)場吊裝到位后通過濕接縫將每片梁連成整體，類似于T梁施工方式。為加強墩頂橋面板抗裂能力，在墩頂1 m左右現(xiàn)澆高強高性能混凝土，混凝土抗拉強度大于7 MPa，該段混凝土不與型鋼連接。梁端為厚度400 mm混凝土橫梁?？玳g設置一道槽鋼橫梁，通過高強螺栓連接。主梁立面布置見圖9。

圖7 橋梁標準橫斷面(單位：mm)

圖8 跨間橫梁斷面

圖9 1/2跨主梁立面布置

5 經(jīng)濟性比較

通過對空心板橋和熱軋H型鋼鋼混組合梁造價對比，熱軋H型鋼組合梁上部結(jié)構造價比空心板造價高出不到15 %，全橋造價高出在10 %以內(nèi)?？紤]到耐久性及使用年限，熱在H型鋼全壽命周期成本更低，綜合性能更高，具有更好的經(jīng)濟性能。

6 結(jié)論

發(fā)達國家鋼橋在整個橋梁中占比較大，例如美國、日本還有歐洲國家，鋼橋應用非常普遍，探索中小跨徑鋼橋在我國應用具有重要意義，熱軋H型鋼組合梁相對于傳統(tǒng)橋梁結(jié)構形式，具有施工方便，承載能力儲備大等很多優(yōu)點，適合在公路橋梁中推廣應用。