大跨度鋼箱梁更換為鋼-混組合梁的原因及可行性分析報告實施報告實施報告實施報告

1、-. z.大跨度鋼箱梁更換為鋼-混組合梁的原因及可行性分析1鋼箱梁更換為鋼-混組合梁的原因原橋梁大跨均設計為鋼箱梁橋，鋼箱梁的橋面鋪裝層厚度為7cm，有軌電車軌道安裝需求橋面鋪裝層厚度為25cm，且鋪裝層與鋼箱梁之間無層間傳力構件，不能協(xié)調變形或造成面層脫落顯現。鋼橋面與鋪裝之間剛度懸殊太大，二者變形不能協(xié)調。又由于鋼箱梁所在位置均為需求大跨度橋梁的困難地段，若采用大跨混凝土箱梁結構，會產生施工影響交通及下部結構尺寸龐大等情況?；谝陨隙喾N原因，通過多方面考慮，擬定采用鋼-混組合梁的方式，混凝土板提高梁體剛度，并通過剪力鍵與鋼結構連接，同時為軌道預埋構件提供了預埋空間，軌道、混凝土板及鋼結構三

2、者受力變形協(xié)調，能夠滿足剛度、受力、較大跨越能力等多方面要求。2現階段鋼-混組合梁發(fā)展及理論落實情況鋼-混組合梁梁在美、日、歐洲已經得到了廣泛的應用，美國最早制定了設計規(guī)，隨后德國、英國和印度也制定了設計規(guī)。國鋼-混組合梁梁在工程中的應用從20世紀50年代起組合梁在交通、冶金、電力及煤礦等系統(tǒng)都有所應用。1957年建成的長江大橋，其上層公路橋就已采用了組合梁結構(跨度18m，梁距1.8m)；早在1963年就把組合梁結構用于煤礦井塔結構。從1985年開始，組合樓蓋在高層鋼結構中得到了廣泛的應用；進入90年代，組合梁大量用于城市立交橋的主體結構與高層建筑的樓蓋體系中。1993年由市政設計研究院設計

3、的國貿橋的三個主跨采用了連續(xù)組合梁結構，是該結構在國城市立交橋中首次應用。近年來在、等城市的立交橋建設中，由于鋼一混凝土組合連續(xù)梁橋跨越能力大、建筑高度小、抗震性能好以及施工速度快等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，建成了以航天橋(主跨73m)和橋(主跨64m)為代表的一批鋼一混凝土連續(xù)組合梁橋。鋼-混組合梁橋采用了鋼梁作為受力主結構，又利用鋼梁作為現澆混凝土層的支撐模板構造，不僅簡化施工工序，降低了施工難度，同時縮短了施工工期。鋼-混組合梁在我國的起步較晚，主要原因在于混凝土和鋼結構材料受力的不同性，鋼-混組合梁設計理論的不完善。但隨著大量實驗研究和廣泛應用實踐，逐漸地豐富了該類梁的設計和施工經驗，完

4、善了相關的理論，極大的促進了該類梁橋的推廣。鋼-混組合梁連續(xù)梁橋其整體受力性能的優(yōu)越性、工程造價的經濟性以及能充分發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)勢的合理性和便于施工的突出特點而得到廣泛的應用。隨著鋼混凝土組合橋梁設計規(guī)（GB50917-2013）的發(fā)行，鋼-混組合梁設計理論得到了完善。有了完整的理論基礎指導，使得此類梁體的應用更加方便、快捷、安全。由于組合梁具有抗疲勞性能好、承載力可靠、節(jié)約鋼材、降低梁高和增強梁的剛度的優(yōu)點，已被廣泛應用于城市立交橋及高速公路的跨線橋。3鋼-混組合梁特點簡介組合梁橋采用剪力連接件將鋼梁等結構構件與鋼筋混凝土橋面板結合成整體，鋼筋混凝土橋面板不僅直接承受車輪荷

5、載起到橋面板的作用，而且作為主梁的上翼板與鋼梁形成組合截面，參與主梁共同作用。組合梁橋上緣受壓、下緣受拉，最符合組合梁材料分布的合理原則，即梁上翼緣應是適宜受壓的混凝土板，下緣是利于受拉的鋼梁，并通過在混凝土頂板加設預應力來抵抗連續(xù)梁負彎矩，能夠滿足連續(xù)梁結構受力需求。（1）與鋼梁相比，鋼-混組合梁具有以下特點：a）減少了鋼材的用量，節(jié)約了造價；b）增大了梁的剛度，有利于整體穩(wěn)定性；c）采用鋼筋混凝土橋面板，有利于瀝青面層的結合，提高橋面鋪裝的耐久性。（2）與混凝土梁相比，鋼-混組合梁梁具有以下特點：a）結構自重輕，減少了下部基礎的工程量；b）已安裝鋼梁可作為模板使用，節(jié)省了模板工程量；c）施

6、工工期短，且對橋下交通的影響??；d）降低了梁高，有利于橋下凈空利用率。4 施工方案及造價綜合對比施工方法工序對比表結構形式鋼-混組合梁鋼箱梁施工方法鋼結構預制拼裝，混凝土板現澆預制拼裝施工工序1 采用樁施工工藝,并施工臨時橋墩基礎。同時工廠制造鋼箱梁節(jié)段，工廠預制工期按1.5個月控制。采用樁施工工藝,并施工臨時橋墩基礎。同時工廠制造鋼箱梁節(jié)段，工廠預制工期按1.5個月控制。2 采用支架現澆橋墩，并施工臨時橋墩，橋墩施工期按0.5個月控制。采用支架現澆橋墩，并施工臨時橋墩，橋墩施工期按0.5個月控制。3 運輸并吊裝鋼箱梁節(jié)段就位，現場進行焊接施工，并安裝支座，拆除臨時支撐。施工期按1個月控制。運

7、輸并吊裝鋼箱梁節(jié)段就位，現場進行焊接施工，并安裝支座，拆除臨時支撐，用墊塊在臨時支墩墩頂頂緊梁底。施工期按1個月控制。4 橋面鋪裝、附屬構造安裝，全橋竣工通車。施工期按0.5個月控制。鋼箱梁作為橋面板施工的承重平臺。在預留孔以外的鋼梁上翼緣設置橡膠墊。分段澆筑橋面板混凝土，在剪力釘處預留孔洞，混凝土達到100%設計強度后，拉鋼絞線施加預應力；預應力孔道水泥漿達到90%設計強度后，澆筑下一段橋面板混凝土。施工期按1個月控制。5 用無收縮砂漿填充剪力釘群的預留孔，使橋面板與鋼梁共同受力。預留孔填充完畢20天后，開始拆除臨時支撐。施工期按1個月控制。6 橋面鋪裝、附屬構造安裝，全橋竣工通車。施工期按

8、0.5個月控制。合計工期3.5個月5.5個月結構綜合對比表結構形式鋼-混組合梁鋼箱梁單價（萬元/m2）1.11.5施工工藝鋼結構預制拼裝，混凝土板現澆預制拼裝施工難易程度1、施工技術成熟，風險?。?、施工期間臨時墩占地較少，基本能夠保證被跨越路正常交通1、施工技術成熟，風險?。?、施工期間臨時墩占地較少，基本能夠保證被跨越路正常交通對交通影響對交通影響較小，社會車輛基本可以正常形式，存在少量的安全隱患，持續(xù)時間較短。對交通影響較小，社會車輛基本可以正常形式，存在少量的安全隱患，持續(xù)時間較短。被跨路口受影響時間約2.5個月約1.5個月對下部結構尺寸影響維持原尺寸能夠滿足安全要求維持原尺寸能夠滿足

9、安全要求后期維護費用需要一定維護費用需要一定維護費用通過以上對比，鋼-混組合梁造價約為鋼箱梁的2/3，施工工期及施工周期較鋼箱梁長，且鋼-混組合梁能夠提供較大的剛度，且為軌道的預埋提供空間；能夠充分滿足此工程各項需求。5鋼-混組合梁對橋墩影響的理論分析5.1橋梁下部計算模型的選擇本工程共計100多聯(lián)連續(xù)梁、簡支梁或結構簡支橋面連續(xù)的箱梁，橋梁規(guī)模龐大且結構復雜，其中第五、十一、十五、三十四、三十九聯(lián)原設計為鋼箱梁，現由于有軌電車對軌道安裝及梁體截面剛度的需求，擬考慮將原鋼箱梁結構更換為鋼-混組合梁，上部結構反力相應增加，對原下部橋墩進行結構安全簡算。通過對橋墩的結構特點及橋梁跨度進行分析，選擇

10、部分有代表性的橋墩對其進行結構安全分析?？拐鸱治鰳蛄哼x用的基本原則：1、橋墩同樣跨度或懸臂長度情況下，取橋梁相鄰跨度之和較大者作為代表。2、橋梁相鄰跨度之和相差不多情況下，取橋墩跨度較大、懸臂較長者作為代表。分別選擇主線第5聯(lián)Z*14墩、主線橋第11聯(lián)Z*3132墩、主線第34聯(lián)Z*101墩進行結構安全分析，如下表所示。結構安全分析橋墩一覽表位置孔跨布置（m）計算橋墩選出理由第5聯(lián)28.5+45+30Z*14懸臂最大，基本墩型第11聯(lián)39+55+39Z*3132梁體跨度大，懸臂大第34聯(lián)30+50+35Z*101橋墩跨度大5.2計算荷載的選取恒載選取：鋼-混組合梁鋼結構梁高1.82.3m,混凝

11、土板厚30cm。上部鋪裝厚度約30cm。根據統(tǒng)計結果，鋼-混組合梁每平米重約19KN（鋼箱梁每平米重約12KN）。其中鋼結構部分4KN/平米，現澆層部分8KN/平米，欄桿鋪裝部分7KN/平米。汽車荷載加載方式：沿蓋梁縱向以車道荷載的方式進行加載，按照公路橋涵設計通用規(guī)（JTG D60-2004）圖進行布置車道荷載。荷載大小為相鄰最大跨徑一個車道的計算反力。鋼-混組合梁斷面示意圖5.3.計算標準 (1) 設計荷載：城-A級；(2) 計算溫度：整體降溫20，整體升溫20，收縮徐變等效降溫40度。5.4.計算荷載參數 (1) 混凝土重力密度：26 KN/m3(2) 結構安全等級：I級；(3) 沖擊系

12、數u按0.4計入；(4) 預應力管道摩擦系數取0.17；(5) 管道每延米摩擦影響系數取0.0015。5.5. 計算標準材料名稱及強度取值表1.2材料項目參數C50 混凝土抗壓標準強度32.4MPa抗拉標準強度2.65MPa抗壓設計強度22.4MPa抗拉設計強度1.83MPa抗壓彈性模量34500MPa計算材料容重26kN/m3線膨脹系數0.00001C40 混凝土抗壓標準強度26.8MPa抗拉標準強度2.40MPa抗壓設計強度18.4MPa抗拉設計強度1.65MPa抗壓彈性模量32500MPa計算材料容重26kN/m3線膨脹系數0.00001低松弛鋼鉸線抗拉標準強度1860MPa抗壓設計強度

13、390MPa彈性模量1.95105MPa管道摩擦系數0.17管道偏差系數0.0015鋼絲松弛系數0.3單端錨具回縮值6mm續(xù)表1.2 普通鋼筋HRB400抗拉標準強度400MPa抗拉設計強度360MPa抗壓設計強度360MPa5.6 作用類別、作用效應組合1永久作用：結構重力、預應力、上部結構反力和混凝土的收縮及徐變作用；2可變作用：汽車荷載、溫度作用。3.作用效應組合(1)承載能力極限狀態(tài)組合設計值Sud=1.2永久作用 +1.4汽車荷載+0.81.4溫度作用。(2)正常使用極限狀態(tài)作用短期效應組合：永久作用+0.7汽車荷載+0.8溫度作用；作用長期效應組合：永久作用+0.4汽車+0.8溫度

14、作用。5.7. 計算結果數值單位及方向約定彎矩：KN*m；”代表彎矩方向；應力：Mpa；”代表應力為拉應力；撓度：mm；力：KN；”代表軸力為壓力。5.8. Z*14蓋梁計算5.8.1 模型描述5.8.1.1 單元數量 : 梁單元 59 個5.8. 1.2節(jié)點數量 : 57 個 Z*14橋墩模型三維圖持久狀況承載能力極限狀態(tài)結果基本組合彎矩包絡圖最大負彎矩：89954KNm長短期組合下應力包絡圖最大壓應力：12.1mpa,最大拉應力：0.0005mpa基本組合包絡變形圖最大豎向變形：28.1mm5.9. Z*31蓋梁計算5.9.1 模型描述5.9.1.1 單元數量 : 梁單元 177個5.9.

15、 1.2節(jié)點數量 : 190個Z*31橋墩模型三維圖持久狀況承載能力極限狀態(tài)結果基本組合彎矩包絡圖最大負彎矩：69505.8KNm長短期組合下應力包絡圖最大壓應力：10.7mpa,最大壓應力：0.9mpa基本組合包絡變形圖最大豎向變形：18.7mm5.10. Z*32蓋梁計算5.10.1 模型描述5.10.1.1 單元數量 : 梁單元 187個5.10. 1.2節(jié)點數量 : 201個Z*32橋墩模型三維圖持久狀況承載能力極限狀態(tài)結果基本組合彎矩包絡圖最大負彎矩：5559.6KNm長短期組合下應力包絡圖最大壓應力：10.4mpa,最大壓應力：0.9mpa基本組合包絡變形圖最大豎向變形：26.6m

16、m5.11. Z*101蓋梁計算5.11.1 模型描述5.11.1.1 單元數量 : 梁單元 191個5.11. 1.2節(jié)點數量 : 181個Z*101橋墩模型三維圖持久狀況承載能力極限狀態(tài)結果基本組合彎矩包絡圖最大負彎矩：9959KNm長短期組合下應力包絡圖最大壓應力：14.75mpa基本組合包絡變形圖最大豎向變形：38.4mm6 國外實例及外觀表現目前，鋼-混組合梁在國使用較為廣泛，其外觀表現形式多樣化，腹板側面表現與鋼箱梁基本相同。底板可采用漏空、封閉等多種形式。實例項目照片鋼-混組合梁國使用實例：（1）、承出海路市區(qū)至石門寨段復線工程K1+488京高速分離立交橋路橋集團橋梁技術。（2）、京杭運河市區(qū)段改線工程312國道西大橋省交通規(guī)劃（3）、市南坪快速路梅觀立交有色冶金設計研究