彭亞軍,周澤箭,李 萌

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510507)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，交通建設(shè)可選擇的走廊帶日益緊張，大量的城市高架橋如雨后春筍。如何在城市橋梁的建造過程中確保高效、高質(zhì)量地完成工程施工，減少對城市交通的干擾，同時兼顧經(jīng)濟性和環(huán)保性，一直是業(yè)內(nèi)重點關(guān)注的問題之一。

隨著橋梁預制裝配化技術(shù)的發(fā)展，在城市高架橋跨越重要路口的位置，常規(guī)混凝土預制梁的跨徑往往不能滿足需求。如何選擇一種合理的橋梁結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁建設(shè)工業(yè)化要求，達到標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理，對橋梁設(shè)計者是一個重要的課題。

在綠色交通、全壽命周期、去鋼材產(chǎn)能等要求下，作為一種由鋼結(jié)構(gòu)與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合而發(fā)展起來的新型結(jié)構(gòu)型式——鋼混組合梁，在近年的城市橋梁建設(shè)中應用越來越廣泛。

1 工程概況

汕頭市黃河路(泰山路～東廈路)快速化升級改造工程，是連貫汕頭中心城區(qū)東西向的重要通道，是加快城市化步伐、提升城市功能質(zhì)量、完善城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要一環(huán)，與海濱路、中山路、長平路、金砂東路比肩而行。

項目全長4.2km，采用城市快速路標準，主線雙向六車道布置，設(shè)計速度為80km/h；輔道采用城市次干路標準，設(shè)計速度為40km/h。

嵩山路～華山路高架橋是為保持黃河路行車速度、保障行車舒適性、節(jié)約時間成本而設(shè)置的沿黃河路高架橋，跨越嵩山路、衡山路、天山路、華山路等四個重要路口，橋梁長度2 051.5m。主要設(shè)計指標：

(1)橋梁設(shè)計荷載：城-A級；

(2)橋梁寬度：26.7m；

(3)車道布置：雙向六車道；

(4)設(shè)計基準期：100年；

(5)設(shè)計安全等級：一級。

2 橋梁方案設(shè)計

2.1 設(shè)計控制因素

在黃河路主線高架橋跨越天山路位置，主要的設(shè)計控制因素有：

(1)天山路遠期規(guī)劃通過隧道下穿主線高架橋及兩側(cè)落地輔道，必須保證后期天山路快速化改造的凈寬、凈高及施工空間。

(2)黃河路、天山路現(xiàn)狀交通量較大，特別是早晚高峰期，必須保證高架橋施工期間道路的通行，并且方案能夠便于交通組織。

(3)天山路口主線高架橋下方平交口存在人行道、導流島、掉頭車道等，橋墩的位置需避開相關(guān)構(gòu)造物。

(4)橋下輔道、現(xiàn)狀天山路的凈高必需保證≥5.5m。

(5)天山路前后設(shè)置了上下主線橋的立交匝道，從控制匝道橋、主線橋的橋長規(guī)模考慮，要求盡量壓低主線橋的橋面標高。

圖1 黃河路與天山路平交平面

2.2 設(shè)計方案

天山路的現(xiàn)狀為城市主干路，遠期規(guī)劃為城市快速路，規(guī)劃寬度為34m?？紤]到后期隧道施工支護的安全寬度、主線橋承臺自身寬度等因素，跨越天山路的橋梁跨徑應≥50m，考慮避讓人行道，因此跨徑取值為56m。

從施工高效、高質(zhì)量等方面考慮，保證橋梁工業(yè)化的實施，宜采用預制裝配化的主梁。常規(guī)預應力混凝土預制梁的最大跨徑一般≤40m，而鋼箱梁造價偏高、抗疲勞性能不佳，懸臂現(xiàn)澆箱梁施工周期長、對橋下交通影響大。最終選定橋面板預制的鋼混組合梁。

主線高架橋可以放置橋墩的范圍，局限于9m寬的中央綠化帶中。由于橋下的輔道凈空十分緊張，因此采用了雙柱大懸臂隱式蓋梁的橋墩，蓋梁截面呈倒T型，如圖2所示。

圖2 橋墩橫斷面(單位:cm)

3 鋼混組合梁的設(shè)計

3.1 斷面布置

在滿足橋梁功能需求的條件下，應考慮橋梁美觀性及與周圍景觀的協(xié)調(diào)性。景觀效果較優(yōu)的方案為單箱多室鋼箱組合梁，但是其施工分段、運輸、現(xiàn)場焊接等方面存在困難；結(jié)構(gòu)受力清晰、現(xiàn)場運輸簡潔的方案為鋼板組合梁，但是其橋下的陰影效果較強、橫向連接構(gòu)件過多、通透性一般；多片布置的小鋼箱組合梁具有運輸方便、預制橋面板分塊簡便、景觀效果良好等優(yōu)點，因此成為最終選取的方案，橫斷面布置如圖3和圖4所示。

圖3 56m跨徑鋼混組合梁跨中斷面(單位:cm)

圖4 56m跨徑鋼混組合梁支點斷面(單位:cm)

選定的鋼混組合梁方案為開口小鋼箱梁與預制普通鋼筋混凝土橋面板形成閉合的多箱單室組合截面，主要由普通鋼筋混凝土橋面板、開口鋼箱梁、抗剪連接件、橫向鋼隔板等四大構(gòu)件組成。

3.2 鋼梁設(shè)計

各片開口鋼箱梁中心間距為6.6m，翼緣懸臂長度為1.49m。橋面板橫向各支撐點的距離為3.3m左右，橋面板橫向受力均勻。

開口鋼箱梁的鋼材采用Q345qD，以保證鋼材具有良好的焊接性能和沖擊韌性。

開口鋼箱梁的頂板厚度為25mm，腹板厚度為18mm和22mm，底板厚度為25mm、36mm和46mm，主梁加勁肋厚度一般為16mm，橫隔梁加勁肋厚度一般為10mm。鋼主梁底板上設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)的防震擋塊。

鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計年限為二十年，采用冷噴鋅長效防腐漆和氟碳面漆相結(jié)合的防護體系，外表面涂裝厚度為290μm，內(nèi)表面涂裝厚度為90μm。

為了保證成橋狀態(tài)下，有效地通過橫向分配活荷載來提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力[2]，提高各片鋼主梁的整體性、穩(wěn)定性、抗彎剛度和抗扭剛度，在每片主梁箱室內(nèi)每隔2m設(shè)置一道隔板，各主梁之間縱橋向每隔4m設(shè)置一道工字型橫隔板。

3.3 橋面板設(shè)計

預制橋面板混凝土采用C50混凝土，為了降低收縮率，防止收縮裂縫的產(chǎn)生，現(xiàn)澆混凝土采用C50微膨脹混凝土。

預制混凝土橋面板橫橋向分為兩塊，縱橋向按照2.8～3.5m每塊進行切分；橋面板厚度為26cm～38cm，頂板至橫向跨中設(shè)置50cm×12cm的承托；翼緣板厚度20cm～38cm。各預制橋面板之間設(shè)置現(xiàn)澆濕接縫進行連接，濕接縫寬度為50cm。

3.4 連接件設(shè)計

預制橋面板與開口鋼箱梁頂板之間通過集束式剪力釘進行連接，現(xiàn)澆橋面板與開口鋼箱梁之間通過均布式剪力釘連接。

剪力釘采用符合國家標準《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》(GB/T 10433-2002)的D22×180圓柱頭焊釘。

集束式剪力槽中的剪力釘按照3個×5個布置，間距為15.0cm(縱)、10.5cm(橫)。鋼梁頂板上均布式剪力釘間距為12.5cm(縱)、10.5cm(橫)。橫隔梁頂板上均布式剪力釘?shù)拈g距為12.5cm(縱)、25cm(橫)。

4 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計優(yōu)化

合理進行梁高的選取是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，主要考慮的因素有：橋梁的承載力、截面剛度、造價的經(jīng)濟性、景觀及凈空因素等。

本文通過采用不同梁高、不同板厚，建立有限元模型，如圖5所示，分別進行有限元分析計算。在應力控制限值不變的情況下，分析梁高與結(jié)構(gòu)剛度、鋼材用量之間的關(guān)系。

圖5 簡支鋼混組合梁有限元模型

根據(jù)結(jié)構(gòu)分析可知，如圖6、圖7所示，主梁活載撓度隨著梁高的增加而變小，即梁高越大，截面剛度越大；鋼材用量最小的梁高為2.6m，即經(jīng)濟梁高為跨徑的1/21.5。

圖6 主梁活載撓度與梁高的關(guān)系曲線

圖7 鋼材用量與梁高的關(guān)系曲線

考慮黃河路兼顧國道的功能，日常通行的車輛中，大貨車的比例較高，且發(fā)生擁堵的情況比較常見，因此主梁的截面剛度應適當保守。

在設(shè)計中，擬定的梁高取值為3.0m，即跨徑的1/18.7，活載撓度為L/3128=17.9mm

5 制作與安裝

(1)工廠預制混凝土橋面板，強度達到設(shè)計值90%以上時，脫模起吊；存放預制混凝土橋面板，存放時間不得小于3個月，存放期間需對外露鋼筋采取相應的防腐措施；同步施工橋墩樁基、承臺、墩柱、蓋梁等。

(2)工廠分段制造鋼梁；現(xiàn)場搭設(shè)臨時墩，應確保臨時墩在設(shè)置時保持原有的鋼梁預拱度，臨時墩的位置不影響天山路的基本通行需求。

(3)現(xiàn)場架設(shè)主梁，焊接主梁和橫隔梁。

(4)自臨時墩分別向兩邊對稱吊裝預制橋面板，按照設(shè)計指定的位置將混凝土橋面板擱置于鋼梁上；搭設(shè)混凝土現(xiàn)澆接縫支架與模板，澆筑橋面板剪力槽及濕接縫微膨脹混凝土。

(5)現(xiàn)澆砼強度達到100%、且齡期≥14d后拆除臨時支承；全橋吊裝施工完成，進行橋面鋪裝、防撞欄及其他附屬設(shè)施的施工；全橋施工完成，成橋動靜載試驗、竣工驗收。

6 工程特點

(1)在城市高架橋建設(shè)中，跨越繁忙路口的橋梁采用鋼混組合梁作為上部結(jié)構(gòu)，具有交通影響小、實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等特點，具有較強的競爭力。

(2)橋面板實現(xiàn)預制拼裝，可進一步提高施工效率和工程質(zhì)量，減少現(xiàn)場工作量。

(3)在進行梁高取值時，根據(jù)鋼材的用量指標對比，可以得到一個經(jīng)濟梁高，而實際采用的梁高，往往會結(jié)合項目實際情況，根據(jù)主梁剛度需求、結(jié)構(gòu)高度限制等因素綜合考慮設(shè)定。

(4)橋面板橫向支撐點的距離在3.0～3.5m間時，橋面板即可滿足橋面活載縱向受力需求，亦能滿足活載橫向受力需要，而不需要增加橋面板厚度，梁片數(shù)的設(shè)置是比較合理的。

7 結(jié)語

本文選用的單箱多室開口鋼箱組合梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、整體剛度大，工廠化施工方便、可實施性較強，造價適中，后期養(yǎng)護便利，景觀效果好。

圖8 橋梁建成效果

在設(shè)計中充分考慮了城市高架橋的裝配式生產(chǎn)、現(xiàn)場快速化拼裝、交通組織、構(gòu)件運輸便利等因素，充分考慮了平交路口的客觀條件，通過預制梁廠進行混凝土橋面板預制、鋼結(jié)構(gòu)工廠進行鋼梁制造、現(xiàn)場澆筑剪力槽與濕接縫，較好地解決了主線高架橋跨越繁忙的平交路口的問題。

該型鋼混組合梁外觀通透，并與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致，景觀視野效果好，體現(xiàn)了新形勢下生態(tài)公路、綠色公路的建設(shè)理念，可為同類項目的設(shè)計提供參考。