浅谈钢-混组合梁结构在大跨度连续梁桥中的应用

浅谈钢-混组合梁结构在大跨度连续梁桥中的应用

姜传杆

南京交通建设管理集团有限公司  江苏  南京  210000

摘要：钢-混凝土组合梁是指将钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并考虑共同受力的桥梁结构形式。组合结构桥梁将抗拉性能强的钢材、抗压性能强的混凝土分别合理地用在构件的受拉区及受压区，极大限度地追求高性能和经济性；由于钢、混凝土两种材料的合理组合，组合结构桥梁的力学性能和经济性均好过钢结构桥梁或者混凝土桥梁。目前国内钢-混凝土组合连续梁桥多应用在25-60m，更大跨度组合梁桥多采用斜拉桥。在大跨度连续梁桥中由于负弯矩区桥面板受拉的受力特点，目前还未得到大面积应用。本文将通过南京市绿都大道跨秦淮新河大桥的工程实例，对钢-混凝土组合梁在大跨度连续梁桥中的应用进行研究和探讨,同时对其施工过程中的质量控制进行描述。

关键词：钢-混凝土组合梁、大跨度连续梁、粗骨料活性粉末混凝土

1钢-混凝土组合梁桥结构特点

组合结构桥梁将抗拉性能强的钢材、抗压性能强的混凝土分别合理地用在构件的受拉区及受压区，钢梁和混凝土板通过抗剪连接件组合成一个整体而共同工作的梁，在荷载作用下，混凝土板主要承受压力，钢梁主要承受拉力，更好地发挥钢和混凝土各自的材质特点，极大限度地追求高性能和经济性。

2钢-混凝土组合梁桥在国内的应用

国内桥梁过去多采用钢筋混凝土和预应力混凝土桥以及圬工拱桥等结构形式，对于等级较高、跨度较大的桥梁则选用钢桁桥，近20年为建设大跨度跨线桥及高架桥，可以降低结构高度的钢混组合结构得到了快速发展。

1991年，上海市南浦大桥建造了首座钢混组合梁斜拉桥；1993年北京市国贸桥是首座采用钢-混凝土叠合板组合梁的桥梁；2000年，芜湖长江大桥是国内首座钢桁混凝土组合结构；2000年，深圳北站大桥是国内首座组合梁悬吊桥面系的钢管混凝土拱桥；2004年，云南祥临澜沧江大桥是国内首座钢混组合梁悬索桥；2005年，河南省泼河大桥是国内第一座波形钢腹板连续箱梁桥。

3绿都大道跨秦淮新河大桥概况

3.1大桥概况

绿都大道跨秦淮新河大桥位于南京市江宁区，跨越秦淮新河，整幅断面宽38m，采用施工便捷、结构轻盈的预制拼装钢混组合梁桥，跨径组合为83.5m+135m+98.5m=317m，单跨跨度达135m，是国内单跨跨度最大钢混叠合连续梁，是钢混组合梁结构在大跨度连续梁桥施工的一次重大突破。

结构形式为变截面钢混组合梁，总用钢量约7200t，全桥共分为56个横向节段，节段最大尺寸为26*6*6.5m，最大重量270吨。

车行道范围桥面板采用C150 CA-RPC粗骨料活性粉末混凝土，分为预制板、工地横向湿接缝以及工厂/工地纵向湿接缝三部分制作。

大桥在负弯矩区设置体内、体外预应力，体内预应力分布在桥面纵向湿接缝中，体外预应力设置在钢箱梁位置。

3.2 钢-混组合梁桥在大跨度连续梁中应用的改进措施

对于连续组合梁，负弯矩区开裂问题一直是阻碍其推广应用的技术难点，绿都大道跨秦淮新河大桥采用综合措施预防混凝土板开裂：

1、采用粗骨料活性粉末混凝土桥面板，粗骨料活性粉末混凝土可显著提高混凝土的韧性及抗裂性，减少桥梁结构开裂。

2、采用抗拔不抗剪新型连接件，在几乎不削弱负弯矩区组合梁整体刚度和承载力的同时显著提高负弯矩区混凝土板的抗裂性能。

3、负弯矩区施加体内、体外预应力；以及采用支座强制位移法，为负弯矩区储存应力，抵消拉应力开裂作用。

通过综合防开裂措施的应用，负弯矩区桥面板拉应力得到明显控制。

4钢-混组合梁桥施工中的质量控制措施

4.1 主要构件装配式施工

绿都大道跨秦淮河大桥钢箱梁与桥面板均在场外预制，运至现场后进行拼装，采用工厂化、装配化施工，构件生产环境受影响较小，同时构件质量和工艺通过机械化生产能得到更好地控制。

桥面板采用CA-RPC粗骨料活性粉末混凝土，其虽具有高强度、高弹模等特性，但也具有流动性差、初凝速度快、质量控制要求高的特点，因此设置一条流水生产线，设备上选择技术先进、经济合理、操作灵活、生产作业效率高、污染小的生产设备，整条产线包含20个工位和4个作业区,20个工位分别为8个模具放置和钢筋集绑扎工位、暂存工位,静养工位、覆膜工位、8个养护工位和覆膜转运工位;4个作业区包含配料智能浇筑振捣搓平区、超声波预养区、覆膜区和收膜区。

配料智能浇筑振捣赶平区主要配备一台搅拌站,智能浇筑采用注压式布料方式,确保一次性浇筑匀性和平整性；超声波预养区里面布置超声波喷雾和湿度传感器根据环境湿度要求控制喷雾量,实现空气保湿,防止浇筑好的桥面板表面发生变化；覆膜区采用人工辅助将养护薄膜固定在行走台车上，随台车的自动行车和覆膜机的运转实现覆膜，并由超声波喷雾系统将薄膜喷湿，覆膜完成后转入养护工位，养护由高压喷淋系统对桥面板进行定期喷淋养护，收膜区是将养护结束的桥面板上的薄膜进行收膜作业，收膜后的桥面板即可开始脱模、吊装和转运。

通过预制桥面板流水生产线，解决了CA-RPC混凝土流动性差，初凝速度快的问题，流水化施工提高了施工效率的同时也用成套的预制设备保证了施工质量。

钢箱梁同样在专业化钢结构加工厂生产制作，运用板材智能切割线、板单元智能焊接线、梁段智能组拼焊接线、梁段智能涂装线，利用机器代替人工作业，实现钢箱梁生产的智能化、标准化，另外由于大桥为变截面钢混组合连续梁，节点复杂，钢箱梁接头形式较多，箱体内部隔板不规则，利用BIM软件，将钢混叠合梁周密细致的深化与优化了“底板、腹板、顶板、翼缘板、横隔板、纵隔板、剪力钉”等构件，有效的提升了钢箱梁加工质量及现场拼接精度。

4.2 CA-RPC高性能混凝土养护技术

CA-RPC高性能混凝土作为新型材料，具有高抗压、高弹模、高抗拉、轻型化、降低结构自重，减少工程材料用量的优点，但由于胶凝材料水化反应不断进行，收缩会持续发生在较长时间内，而在热养或蒸汽养护条件下，胶凝材料活性被快速激发，会加速水化反应，加速收缩发展。因此组织开展了桥面板足尺收缩试验、湿接缝缩尺收缩试验，对比自然养护和热养条件下的强度和收缩发展规律，热养护制度采用：①试验板以每10℃/h升温速率进行加热养护，升至90℃，进行48h/72h保温养护；②保温养护结束后，以10℃/h进行降温，直至达到环境温度；③热养护期间环境湿度应保持在95%以上；④热养护结束后，试验板板吊至存梁区，静停1-3个月。

通过蒸汽养护时间对监测基准样、中心位置和1/4位置收缩变形的影响，显示蒸汽养护48h后，延长养护时间并没有显著增加收缩采集数据，CA-RPC收缩变形在48h蒸汽养护内基本发展完全。

最终确定了CA-RPC桥面板的收缩徐变在温度90℃、湿度95%的养护条件下48h恒温养护后，强度收缩应变基本发展完全，实际养护及存放周期可根据试验结果缩短至10天。通过后场湿热养护减少了桥面板在现场的收缩徐变，保障了叠合梁施工质量。

4.3 叠合梁滑移施工

①滑靴设置

由于绿都大道跨秦淮新河大桥为变截面组合梁，梁底设置调平胎架，胎架在钢梁加工、运输时起调平作用，运至现场后与滑靴用螺栓孔对准拴接固定，滑靴滑动摩擦系数比滚动摩擦系数大，滑动过程中摩擦制动力较大，有利于控制滑移过程中的位移量，此外滑靴增大了与滑道接触面积，减少压强的局部压强，增加滑移安全性。在拆除时，上部胎架与下部滑靴卸除螺栓后即可分离拆出。

②滑移装置

组合梁滑移采用TLPG-1000自锁型液压爬行器，能自动夹紧轨道形成反力（楔形结构）从而实现推移，此设备抛弃反力架，省去反力点的加固问题，且由于与被移构件刚性连接，同步控制较易实现，就位精度高。滑移推进力均匀，加速度极小，在滑移的起动和停止工况时，钢结构不会产生不正常抖动现象，同时四台爬行器分组启动时就能实现滑移方向的转动。

5结语

由于钢-混凝土组合桥梁相对于传统桥梁在施工建造、力学性能和长期性能方面均具有明显的优势，故在我国桥梁建设中得到了非常广泛的应用。但在大跨径连续梁桥的建设中，钢-混凝土组合桥梁的应用还相对较少，绿都大道跨秦淮新河大桥作为国内单跨跨度最大钢混组合连续梁桥，其顺利建设对国内类似钢混组合梁桥施工具有指导意义，并进一步推广了组合梁结构在大跨连续梁桥中的应用。

参考文献

[1] GB 50917-2013，钢-混凝土组合桥梁设计规范[S]. 2014

[2] 抗拔不抗剪连接新技术及其应用[J]. 聂建国,陶慕轩,聂鑫,樊健生,张振学,汤洪雁,朱力,李一昕.  土木工程学报. 2015(04)

[3] 抗拔不抗剪连接新技术及其应用[J]. 聂建国,陶慕轩,聂鑫,樊健生,张振学,汤洪雁,朱力,李一昕.  土木工程学报. 2015(04)

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