世界桥梁㊀２０１９年第４７卷第１期(总第１９７期)多主梁钢混工字结合梁城市快速路高架桥设计肖海珠,胡文军(中铁大桥勘测设计院集团有限公司,湖北武汉４３００５６)摘㊀要:长沙市湘府路快速化改造工程位于长沙市城市南部,主线全长约１１．８５k m .主线高架桥长９．０５１k m ,除节点桥外,标准跨度为３０~３２m ,３~５跨一联.标准跨上部结构为钢板－混凝土结合梁,横向共１１片结合梁,间距２３００m m ,钢梁高１０８０m m ;混凝土板分２层,底层１０c m 为预制结构,底层板和钢梁工厂结合,现场吊装施工,顶层２０c m 混凝土板以底层板为底模现场浇筑.下部结构为双柱式框架墩,基础及承台现场施工,墩柱和盖梁工厂预制,现场吊装,墩柱和承台之间㊁墩柱与盖梁之间均采用灌浆套筒连接.设计体现了 工厂化㊁预制化㊁装配化 的理念,减少了施工现场作业量,减少了环境的污染和对现状交通的干扰.关键词:高架桥;结合梁;钢板梁;预制结构;墩柱;盖梁;吊装;桥梁设计中图分类号:U ４４８．２８;U ４４２．５文献标志码:A文章编号:１６７１－７７６７(２０１９)０１－０００６－０４收稿日期:２０１８－０６－２２作者简介:肖海珠(１９７０－),男,教授级高工,１９９２年毕业于西南交通大学桥梁工程专业,工学学士,２００７年毕业于同济大学桥梁与隧道工程专业,工程硕士(E Ｇm a i l :x i a o h z ＠b r d i ．c o m．c n).１㊀工程概况湘府路位于长沙市城市南部,为一条东西走向的城市主干路.湘府路西侧接湘府路大桥东岸跨线桥,东侧接规划浏阳河桥,沿线经过湘江大道㊁新开铺路㊁新姚中路等多条干路,是长沙市南部一条重要的城市主干路,车流量大,现状交通拥堵.湘府路快速化改造工程为主路和辅路双系统,在不同地段选择了 高架快速路＋地面辅路 ㊁ 地面快速路＋地面辅路 及 地下快速路＋地面辅路 ３种敷设形式.项目西起湘府路大桥东引桥路桥分界点,东至川河路交叉口东侧,全长１１．８５k m ,其中高架桥段长９．０５１k m [１].主线高架跨路口㊁河道节点桥采用大跨变高钢板－混凝土结合梁或钢箱梁,主要节点桥有跨韶山路主跨６３m 变高钢板－混凝土结合梁;跨洞井路㊁香月路㊁白沙湾路㊁红旗路主跨６０m 变高钢板－混凝土结合梁;跨圭塘河主跨７５m 连续钢箱梁;跨万家丽路主跨９０m 连续钢箱梁;跨京珠高速公路主跨７２m 连续钢箱梁等.标准区段均为跨度３０~３２m ㊁３~５跨一联的钢板－混凝土工字形结合梁桥.以５ˑ３０m 连续梁为例,论述主线高架桥标准联结构设计.５ˑ３０m 标准联钢板－混凝土结合梁结构总体布置如图１所示,其标准横断面布置如图２所示.连续梁桥主要技术标准如下:图１㊀５ˑ３０m 标准联钢板－混凝土结合梁结构总体布置图２㊀标准横断面布置(１)道路等级:城市快速路.(２)设计速度:主路８０k m /h .(３)荷载标准:城－A 级(包括高架桥梁及地面６多主梁钢混工字结合梁城市快速路高架桥设计㊀㊀肖海珠,胡文军辅道).(４)行车宽度:双向６车道,标准断面宽２５m .(５)抗震标准:地震基本烈度６度,地震动加速度峰值A ＝０．０５g ,场地类型为Ⅳ类,场地设计特征周期T g ＝０．６５s.该桥位于湘江㊁浏阳河与圭塘河阶地部位,地貌单元为典型河流侵蚀堆积地貌.覆盖层为杂填土及粉质黏土,下伏基岩以古近系古新统泥质粉砂岩为主,局部夹砂岩及砾岩.２㊀结构设计２．１㊀上部结构主梁采用钢板－混凝土结合梁,整幅桥宽２５．０m ,为多主梁式钢混组合结构.钢板梁在工厂制造完成后,在上翼缘焊接剪力钉,然后与底层１０c m 预制混凝土板组合.结合梁在工地安装完毕后,利用薄铝板和环氧砂浆密封底层混凝土板之间的１c m间隙,然后利用底层１０c m 混凝土板作为底模,现场浇筑上层２０c m 混凝土板形成最后主梁结构,上层混凝土板与底层混凝土板分别通过高低剪力钉与钢梁进行连接,形成组合结构[２Ｇ５].主梁横向由１１片结合梁组成,各片结合梁之间横向间距为２．３m ,主梁横断面布置如图３所示.单片梁预制吊重不超过３０t ,主梁墩顶处设置混凝土横梁.图３㊀主梁横断面布置(成桥后)单片钢主梁为工字形结构,中跨梁长３００００m m ,边跨梁长２９９９０m m ,梁高１０８０m m ,工字形钢梁主要由上翼缘板㊁腹板㊁底板焊接组成,钢梁材质采用Q ３４５q D .钢梁上翼缘板厚度为１６m m ,宽４００m m ;腹板厚度为１６m m ;底板宽６００m m ,跨中区域厚度为３６m m ,梁端以及墩顶区域为３２m m .在一孔３０m 跨钢梁端部焊接横向封板,封板总宽为２３００m m ,与主梁横向间距相同,高１０８０m m ,厚为１０m m .封板在小结合梁安装完毕后与相邻结合梁的封板进行焊接,封板一方面可充当墩顶混凝土横梁的侧向模板,另一方面各结合梁架设之后焊接各封板,既有利于保持施工期间各片小结合梁的横向稳定性,又可充当临时支点的竖向加劲肋.底层混凝土桥面板采用C ５０混凝土,中梁处宽２２９０m m ,边梁处宽１９９５m m ,厚１００m m .底层混凝土板采用分块预制,纵向分块长度为４,４．１５,４．５m ,单块吊重不超过３t .在工厂完成底层板与钢梁的结合.顶层混凝土桥面板采用C ５０混凝土,总宽２５．０m ,厚２０c m ,采用现场浇筑的方式施工.各片小结合梁安装完毕后,用薄铝板和环氧砂浆封闭主梁之间１c m 接缝,吊装工厂预制好的成片钢筋网,连接与底层板之间的锚固钢筋,最后浇筑顶层混凝土.墩顶横梁采用钢筋混凝土结构,采用C ５０混凝土,横梁高１．４m ,边墩处宽０．７m ,中墩处宽１．２m ,墩顶横梁按钢筋混凝土结构进行设计.墩顶横梁在每片结合梁处均设置支座,混凝土横梁加强了结构的整体性,有利于提高整个结构的抗扭刚度.混凝土桥面板与钢梁之间通过布置于钢梁顶板的焊接剪力钉连接,剪力钉直径２２m m ,分为９０m m ㊁２４０m m 两种高度,钉高较矮的剪力钉钉头锚固于底层混凝土板,较高的钉头锚固于顶层混凝土板;单片工字形钢梁顶板横向布置３根,间距为１１０m m ;纵向采用均布式布置,端部１m 范围为长剪力钉,间距１００m m ,相接１m 范围为 一长一短 相间布置,间距１００m m ,其余跨中区段为 三长两短 相间布置,间距２００m m ;端封板及横梁范围内钢梁底板均布置２４０m m 剪力钉,剪力钉立面布置如图４所示.图４㊀剪力钉立面布置２．２㊀下部结构主线高架桥标准段下部结构采用双柱式框架墩,根据中央绿化带的宽度不同,墩柱横桥向中心距分别为５．４,７．４,１０．４m .主线高架桥标准段下部结构如图５所示.基础采用２根ϕ２m 钻孔灌注桩,平均桩长约为２５m .墩柱截面尺寸为１．６mˑ１．６m ,平均墩高约８m .墩高１５m 以下墩柱采用预制拼装工艺施工,墩柱最大吊重约１００t .为便于预制墩柱与现浇桩基的连接,在墩柱与桩基之间设置现浇承台,承台平面尺寸为２．５mˑ２．５m ,厚度为２m .７世界桥梁㊀㊀２０１９,４７(１)图５㊀主线高架桥标准段下部结构盖梁长度为２４．６m ,截面顺桥向墩顶尺寸为２．２m ,盖梁高度分别为１．６,１．８,２．１m ,盖梁采用预制拼装工艺施工,整个盖梁吊重分别约为１８０,２００,２２０t ,结合工程现场构件运输及吊重施工条件,预制部分吊重控制在１００t 以内;盖梁布置预应力,待盖梁安装到位后分批张拉.预制墩柱与现浇承台㊁预制盖梁之间通过灌浆套筒进行连接,灌浆套筒设置在墩柱底面和盖梁底面[６Ｇ８].３㊀主要静力计算结果对横向多片钢板－混凝土结合梁分别求得活载横向分布系数,并对边梁和中梁分别进行纵向计算,混凝土桥面板进行横向计算,并对结构强度㊁刚度㊁剪力钉承载能力㊁抗滑移等内容进行检算.计算结果表明,在运营阶段,考虑重要性系数后跨中钢梁最大拉应力约为２５５M P a ,混凝土桥面板正截面抗弯承载能力最小安全系数为１．６２,正常使用极限状态下裂缝宽度最大值约为０．１６m m ;活载作用下主梁最大挠跨比为１/１４６３,剪力钉承载能力安全系数最小值约为１．３９,滑移值为０．１５m m .上述各项计算结果均满足规范要求.对横向多片钢板－混凝土结合梁结构也进行了空间有限元分析,整幅钢梁均采用梁单元进行模拟,２层桥面板均采用板单元模拟,主要计算结果与上述平面分析结果基本一致.４㊀主要施工方法基础采用现场钻孔灌注桩基础,承台也采用现场浇筑;墩柱㊁盖梁㊁结合梁均在预制场预制,桥位现场以吊装工作为主,采用汽车吊或者履带吊吊装墩柱㊁盖梁和结合梁,吊装选在夜间施工(见图６㊁图７).白天仅进行拼装接头灌浆㊁结合梁桥面板上方钢筋绑扎工作.结合梁顶层桥面利用底层１０c m 预制混凝土板作为底模现浇施工,无须搭设支架和设置大量模板,体现了市政桥梁建设的快速化㊁绿色建造理念[９Ｇ１０].图６㊀墩柱、盖梁吊装示意图７㊀结合梁吊装示意５㊀结㊀语长沙市湘府路快速化改造工程主线标准段高架桥的设计方案选择了墩柱㊁盖梁在工厂预制,现场吊装,灌浆套筒连接的施工方法.上部结构采用多片式钢板－混凝土结合梁方案,混凝土板与钢结构分２次结合,先结合的混凝土板可作为后浇混凝土的模板.设计方案体现了 工厂化㊁预制化㊁装配化 的理念,尽可能地减少了施工现场作业量,减少了环境的污染和对现状交通的干扰,是一种节能环保㊁绿色建造的工程实践,为市政桥梁的建设提供了一条新的思路.８多主梁钢混工字结合梁城市快速路高架桥设计㊀㊀肖海珠,胡文军参㊀考㊀文㊀献:[１]中铁大桥勘测设计院集团有限公司,上海市城市建设设计研究总院,长沙市规划设计院有限责任公司．湘府路(湘江大道~浏阳河西岸)快速化改造工程施工图设计文件[Z]．武汉:２０１７．[２]张㊀鸿,郑和晖,陈㊀鸣．波形钢腹板组合箱梁桥节段预制拼装工艺试验[J]．桥梁建设,２０１７,４７(１):８２－８７．[３]梅应华,胡㊀可,陈㊀亮,等．全体外预应力节段预制拼装箱梁桥震害研究[J]．桥梁建设,２０１７,４７(６):５４－５９．[４]金㊀辉,徐㊀岳,郑求才,等．型钢－混凝土组合加固技术在空心板桥中的应用[J]．桥梁建设,２０１７,４７(１):１１４－１１８．[５]吴平平．新型钢板组合梁结构桥梁的应用分析[J]．城市道桥与防洪,２０１５(５):７１－７３．[６]周㊀良,闫兴非,李雪峰．桥梁全预制拼装技术的探索与实践[J]．预应力技术,２０１４(６):１５－１７,３８．[７]黄国斌,查义强．上海公路桥梁桥墩预制拼装建造技术[J]．上海公路,２０１４(４):１－５．[８]靳春尚,刘晓敏,陈㊀勇,等．文莱淡布隆高架桥预制管桩打入施工技术改进与优化[J]．世界桥梁,２０１７,４５(４):３６－４０．[９]徐长峰,高崇威．诊断性荷载试验方法在装配式梁桥中的应用[J]．世界桥梁,２０１７,４５(２):７２－７５．[１０]夏樟华,邵淑营,葛继平．美国华盛顿州桥梁快速施工技术研究与实践[J]．世界桥梁,２０１７,４５(６):１－６．D e s i g no fM u l t iＧM a i nG i r d e rE x p r e s s w a y V i a d u c tw i t hS t e e lＧC o n c r e t eC o m p o s i t e IG i r d e rX I A OH a iＧz h u,H UW e nＧj u n(C h i n aR a i l w a y M a j o rB r i d g eR e c o n n a i s s a n c e&D e s i g n I n s t i t u t eC o．,L t d．,W u h a n４３００５６,C h i n a)A b s t r a c t:T h eX i a n g f uR o a d U p g r a d i n g P r o j e c t i s l o c a t e d i nt h es o u t h e r n p a r to fC h a n g s h a C i t y．T h em a i n r o a d l e n g t h i s１１．８５k mi n t o t a l,i nw h i c ht h ev i a d u c t s c o v e r９．０５１k m．B e s i d e s t h e s p a n s c r o s s i n g r o a d s a n d r i v e r s,t h e t y p i c a l s p a n l e n g t h i s３０t o３２m,a n d３t o５s p a n s f o r ma c o n t i n u o u s u n i t．I n t h e t y p i c a l s p a n s,t h e s t e e l p l a t eＧc o n c r e t e c o m p o s i t e g i r d e r i s u s e d,１１p i e c e s o f c o m p o s i t e g i r d e r a r e i n s t a l l e d a l o n g t h e b r i d g ew i d t h,w i t h i n t e r v a l s o f２３００m m．T h e s t e e l g i r d e r i s１０８０m md e e p．T h e c o n c r e t e s l a bc o n s i s t so f t w o l a y e r s．T h eb a s e l a y e r i s a p r e c a s t s t r u c t u r e w i t h a d e p t ho f１０c m,w h i c h i s c o m b i n e dw i t h t h e s t e e l g i r d e r i n t h e f a c t o r y a n d l i f t e d a n d a s s e mＧb l e d i n t h e f i e l d．A n d t h e t o p l a y e r i s t h e２０c md e e p c o n c r e t e s l a b t h a t i s c a s t i ns i t u,t a k i n g t h e b a s e l a y e r s l a b a s t h e b a s em o u l d．T h e p i e r s a r e t h e d o u b l eＧc o l u m n f r a m e p i e r s,t h e f o u n d a t i o n a n d p i l e c a p s a r e c o n s t r u c t e d i n s i t u,w h e r e a s t h e p i e r s h a f t s a n d c a p b e a m s a r e p r e f a b r i c a t e d i n t h e f a cＧt o r y a n da s s e m b l e d a n d l i f t e d i n t o p l a c e a t t h e b r i d g e s i t e．T h e p i e r s h a f t s a n d p i l e c a p s a sw e l l a s t h e p i e r s h a f t s a n d c a p b e a m s a r e c o n n e c t e dw i t h s l e e v e s f i l l e dw i t hm o r t a r．T h e d e s i g n r e f l e c t s t h e c o n c e p t o fm a k i n g c o m p o n e n t s p r e f a b r i c a t e d i n t h e f a c t o r y a n da p p l i c a b l e f o r i nＧs i t ua s s e m b l y a n d i n s t a l l a t i o n,s o a s t o r e d u c e t h e c o n s t r u c t i o n a m o u n t a t t h e b r i d g e s i t e,t h e e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n a n dd i s r u p t i o n t o t h e t r a n s p o r t a t i o n．K e y w o r d s:v i a d u c t;c o m p o s i t e g i r d e r;s t e e l p l a t e g i r d e r;p r e f a b r i c a t e ds t r u c t u r e;p i e r s h a f t;c a p b e a m;l i f t i n g a nd a s se m b l y;b r i d g e d e s i g n(编辑:刘海燕)９。
