整體預(yù)制疊合梁設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究

魏一絎，師發(fā)明，鄧佳承

（1.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司第七分院，浙江 杭州 310051；2.杭州市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理中心，浙江 杭州 310006；3.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司第七分院，浙江 杭州 310051）

1 工程概況

莫干山路快速路作為杭州市“四縱五橫三連十一延伸”快速路網(wǎng)中“三連”之一，項(xiàng)目南起現(xiàn)狀留石快速路T 型立交，北至繞城北線104 國(guó)道收費(fèi)站。高架主線全長(zhǎng)約4 960 m，起點(diǎn)接現(xiàn)狀留石快速路T型立交落地匝道，終點(diǎn)跨棕櫚路后落地。由于周邊現(xiàn)狀條件局限、工期短等因素制約，高架采用全預(yù)制拼裝工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

莫干山路高架主線標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬度26 m（見圖1），采用多跨35 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑，結(jié)構(gòu)連續(xù)，根據(jù)布孔情況設(shè)置連續(xù)孔數(shù)。上部結(jié)構(gòu)鋼-混疊合梁整體預(yù)制、吊裝，橋面板與鋼梁在工廠共同預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝后現(xiàn)澆縱、橫向濕接縫形成整體。

圖1 莫干山路高架橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：mm）

疊合梁鋼梁梁高1.3 m，混凝土橋面板厚0.22 m，承托處厚0.3 m，總高1.6 m。26 m 標(biāo)準(zhǔn)段上部結(jié)構(gòu)橫向分6 部分，邊梁寬度3.6 m，中梁寬度3.4 m，濕接縫寬度1 m。35 m 跨間設(shè)置1 道橫隔板，墩頂設(shè)置橫梁。單塊疊合梁底板水平，疊合梁腹板及混凝土橋面板做2%橫坡。

考慮施工期間梁板運(yùn)輸問題，對(duì)斷面寬度進(jìn)行優(yōu)化。單片梁板控制在3.75 m 以內(nèi)，減少因梁板超寬造成的程序?qū)徟斑\(yùn)輸難度。單片邊梁最大吊裝重量約為110 t。

疊合梁整體預(yù)制完成后，整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后吊裝。吊裝后墩頂位置鋼梁部分對(duì)接形成連續(xù)，現(xiàn)澆縱向濕接縫及墩頂橫梁。縱向濕接縫1 m 寬，端橫梁0.8 m 寬，中橫梁1.2 m 寬，端橫梁?jiǎn)蝹?cè)及中橫梁兩側(cè)各預(yù)留0.5 m 橫向濕接縫與橫梁一同澆筑。

2.1 鋼梁設(shè)計(jì)

疊合梁鋼梁采用半開口箱型斷面，與小箱梁類似斜腹板型式，增加橫向抗扭剛度，較工字型梁板外形更加美觀，同時(shí)較少鋼材外露面，更有利于鋼材防腐及后期養(yǎng)護(hù)。單位面積用鋼量約240 kg/m2。

疊合梁鋼梁主要由上翼緣板、腹板、底板、腹板加勁肋、底板加勁肋、橫隔板及橫梁組成。上翼緣板等寬，寬度480 mm，板厚20 mm；腹板采用斜腹板，板厚14 mm；底板跨中寬度1 600 mm，橫梁及跨中橫隔板位置突出540 mm，板厚20～40 mm。腹板設(shè)置橫向T 型加勁肋，寬度250 mm，板厚10 mm，間隔1.5 m一道。底板設(shè)置兩道縱向加勁肋，高度180 mm，板厚16 mm。

2.2 橋面板設(shè)計(jì)

橋面板與鋼梁在工廠共同預(yù)制，鋼梁預(yù)制完成后可兼做橋面板胎架，單塊邊梁橋面板寬3.6 m，單塊中梁橋面板寬3.4 m；邊跨橋面板預(yù)制長(zhǎng)度32.52 m，中跨橋面板預(yù)制長(zhǎng)度32.8 m。橋面板厚0.22 m，承托及橫梁位置厚0.3 m，橫梁外設(shè)置1 m 長(zhǎng)厚度變化段及銜接段。

橋面板橫向受力鋼筋直徑18～22 mm，縱向受力鋼筋直徑16～28 mm。墩頂現(xiàn)澆段鋼筋直徑均采用28 mm。

混凝土橋面板與疊合梁之間通過布置于疊合梁上翼緣板的焊釘剪力鍵連接，剪力鍵采用圓頭焊釘，材質(zhì)為ML15，剪力釘需滿足《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》（GB/T 10433）及《冷鐓和冷擠壓用鋼》（GB 6478）的規(guī)定。焊釘直徑22 mm，高240 mm，采用群釘布置，布置根據(jù)受力120～300 mm 間距。

2.3 橫梁設(shè)計(jì)

端橫梁位置采用混凝土橫梁，經(jīng)與后期管養(yǎng)溝通，伸縮縫位置端封板后期養(yǎng)護(hù)困難，取消端部封板設(shè)置，減少后期養(yǎng)護(hù)問題。中橫梁位置同樣采用混凝土橫梁，僅底板及部分腹板對(duì)接焊，減少中橫梁處U型主梁全斷面對(duì)接施工難度，減少對(duì)接焊縫。端橫梁及中橫梁立面見圖2。

圖2 端橫梁及中橫梁立面（單位：mm）

3 整體預(yù)制疊合梁負(fù)彎矩區(qū)處理比選

連續(xù)鋼混疊合梁墩頂處存在混凝土受拉的不利影響。采取有效措施，減小墩頂負(fù)彎矩引起墩頂處混凝土開裂，是整體預(yù)制連續(xù)疊合梁設(shè)計(jì)及施工的關(guān)鍵。

根據(jù)現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)，一般可采用優(yōu)化橋面板施工順序、堆載預(yù)壓法、支點(diǎn)預(yù)頂升法、配置預(yù)應(yīng)力筋、高配筋現(xiàn)澆混凝土法[1]、負(fù)彎矩區(qū)采用高性能材料替代或增強(qiáng)混凝土板等方法來控制連續(xù)疊合梁負(fù)彎矩區(qū)裂縫。

針對(duì)本項(xiàng)目疊合梁整體預(yù)制，整體吊裝形式的限制條件，對(duì)堆載預(yù)壓法、支點(diǎn)預(yù)頂升法和負(fù)彎矩區(qū)采用高性能材料替代等方法進(jìn)行分析比選，以期能對(duì)施工方案和施工組織優(yōu)化提供技術(shù)支持。

3.1 建模分析

采用Midas Civil 軟件建立3×35 m 連續(xù)鋼-混疊合梁空間有限元模型（見圖3），針對(duì)堆載預(yù)壓法、支點(diǎn)預(yù)頂升法兩種施工措施進(jìn)行比選分析。模型中半開口箱型主梁、墩頂現(xiàn)澆段均采用軟件自帶組合梁截面進(jìn)行模擬，橫梁及橋面板均采用梁?jiǎn)卧M，縱橫形成梁格模型進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算疊合梁時(shí)可不考慮混凝土橋面板與鋼梁之間的滑移效應(yīng)[2]。負(fù)彎矩區(qū)分析時(shí)應(yīng)考慮截面開裂引起的內(nèi)力重分布[3]。

圖3 計(jì)算模型

3.2 堆載預(yù)壓法

原設(shè)計(jì)考慮采用24 kN/m 荷載進(jìn)行堆載預(yù)壓，堆載范圍為各跨跨中15 m 范圍內(nèi)。堆載完成后澆筑負(fù)彎矩區(qū)段混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，撤去臨時(shí)荷載[4]。通過調(diào)整堆載重量對(duì)墩頂負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力分別進(jìn)行驗(yàn)算，基本物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 不同堆載預(yù)壓效果

計(jì)算表明，在預(yù)壓荷載作用下，從16 kN/m 到40 kN/m，混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力儲(chǔ)備僅從0.32 MPa升至1.09 MPa，預(yù)壓荷載的提升對(duì)于負(fù)彎矩區(qū)混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力增強(qiáng)效果并不明顯。鋼梁應(yīng)力隨壓重增加，從162.9 MPa 升至191.4 MPa，變化幅度較小，施工過程中堆載發(fā)生變化對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響并不會(huì)太大。缺點(diǎn)是堆載方式復(fù)雜易造成施工不便，工作量較大。

3.2 支點(diǎn)預(yù)頂升法

調(diào)整支點(diǎn)高度法，一般在鋼梁架設(shè)時(shí)，將中支點(diǎn)抬升一定高度，然后在負(fù)彎矩區(qū)澆筑混凝土橋面板，待混凝土橋面板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，將中支點(diǎn)下降至設(shè)計(jì)高度，從而使混凝土橋面板產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力[4]?；疚锢砹W(xué)參數(shù)見表2。

表2 不同支點(diǎn)頂升高度效果

計(jì)算表明，頂升高度從10～40 cm，混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力儲(chǔ)備從0.86 MPa 升至4.41 MPa，頂升方案對(duì)于提升負(fù)彎矩區(qū)混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力效果較為明顯。鋼梁應(yīng)力隨頂升高度增加，從168.1 MPa 升至240 MPa，變化幅度較大，需嚴(yán)格控制頂升高度。對(duì)于多梁式疊合梁，支點(diǎn)預(yù)頂升需要同步控制內(nèi)力和位移，支點(diǎn)高度調(diào)整控制過于復(fù)雜，而且不利于橋面板標(biāo)高的控制[4]。

4 結(jié)語

對(duì)于本項(xiàng)目多梁式整體預(yù)制疊合梁，堆載預(yù)壓法是一個(gè)相對(duì)更為安全且合理的施工方案。

中支點(diǎn)頂升方案對(duì)于提升負(fù)彎矩區(qū)混凝土板儲(chǔ)備的壓應(yīng)力效果較好。但對(duì)于多梁式疊合梁，需要同步控制內(nèi)力和位移，支點(diǎn)高度調(diào)整控制過于復(fù)雜，而且不利于橋面板標(biāo)高的控制。

莫干山路高架橋設(shè)計(jì)時(shí)已考慮墩頂負(fù)彎矩范圍內(nèi)鋼筋加強(qiáng)，使混凝土頂板受拉時(shí)裂縫仍能滿足規(guī)范要求。針對(duì)工期較緊的特殊情況下，標(biāo)準(zhǔn)段施工時(shí)亦可考慮在墩頂負(fù)彎矩區(qū)現(xiàn)澆段采用強(qiáng)度等級(jí)不小于CF50、彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于4.8 MPa 的鋼纖維混凝土。