浅谈钢―混凝土组合连续箱梁桥在我国的应用

【摘要】钢-混凝土组合连续箱梁桥，能充分发挥钢材和混凝土两种材料的优势性能，具有整体性好、抗弯抗扭刚度大、动力性能好、跨越能力强、节省钢材及施工速度快等优点，在世界桥梁建设中得到有效发展和应用。随着我国交通建设速度加快及桥梁技术的发展，钢-混凝土组合连续箱梁桥也逐步由理论研究向工程实践发展，近年来国内修建的几座知名桥梁都采取了这种结构形式，并在设计理念及施工方法上取得了较为成功的突破。

【关键词】组合结构；连续梁桥；工程应用

1、前言

钢-混凝土组合结构能充分发挥钢材和混凝土的优势性能，与混凝土结构相比能有效减轻结构自重，与钢结构相比能显著提高结构刚度和稳定性能并节省钢材用量，具有良好的经济特性和技术特性，经过几十年的发展被广泛应用于工程实践[1]。特别是钢-混凝土组合连续箱梁，具有抗弯抗扭刚度大、整体性强、抗震性能好、跨越能力强和快速施工等优点，在桥梁工程建设中被广泛采用。欧美及日本等发达国家，钢-混凝土组合连续箱梁桥已发展相对成熟，最大跨度已突破200m[2]。

在我国钢-混凝土组合连续箱梁桥的应用较欧美等国落后，但随着我国交通基础建设步伐加快及桥梁工程技术的发展，钢-混凝土组合连续箱梁桥因其本身结构优势和快速施工的特点，逐步广泛应用于中等跨径的城市高架桥梁，尤其是近年来建成及在建的几座知名跨江、跨海桥梁的非通航桥或引桥，出于降低阻水率及结构耐久性等考虑，采用了较大跨度的钢-混凝土组合连续箱梁桥结构，本文将结合几座具体工程实例对钢-混凝土组合箱梁桥在我国的应用进行介绍。

2、武汉二七长江大桥深水区非通航桥

武汉二七长江大桥是武汉市二环线的控制性工程，综合结构受力、排洪、跨径协调、景观及用钢量等因素，该桥非通航深水区桥梁采取了6×90m等高钢-混凝土组合连续箱梁桥结构，上、下游分幅布置，双幅桥宽29.5m[3]。每幅主梁截面采用单箱单室对称倒梯形截面，顶宽14.7m，底宽6.3m，梁高4m，由钢槽形梁和混凝土桥面板通过剪力栓钉连结构成，通过梁体整体横向旋转实现2%的横向坡度设置，跨中标准横断面如图2-1所示。

图2-1 跨中标准横断面（mm）

由于结构为钢-混凝土组合连续箱梁结构，中间支点前后附近存在负弯矩区段，此区段内钢梁处于受压区，混凝土桥面板处于受拉区，钢梁和混凝土桥面板受力均不利。为防止负弯矩区段混凝土桥面板应拉应力而开裂，常用的方法有压载配重法、张拉纵向预应力、支点升降法及混合法[4]，经分析比选该桥采取了通过主墩和临时墩共同参与的支点升降法，对负弯矩区段混凝土桥面板施加预应力，从而满足抗裂要求。

由于该桥位于长江内陆段，因而大型船舶无法作业，不能采取大型整体浮吊安装，采取了设置临时墩的顶推施工工艺，桥面板和钢主梁阶段分开预制，钢主梁顶推架设到位后进行桥面板铺设但不结合，桥面板铺设到位后通过主墩和临时墩按照特定顶升回落顺序完成桥面板同钢梁的组合，实现体系传转形成钢-混凝土连续组合箱梁结构。施工过程中结构空间受力及线形变化复杂，结构应力及线形控制成为施工控制的难点和关键点。

3、上海长江大桥深水区非通航桥

上海长江大桥是上海长江隧桥的桥梁工程部分，考虑到阻水率、耐久性、快速施工等因素，其非通航孔桥采取了最大跨达105m的钢-混凝土组合连续箱梁结构，是目前国内同类型桥梁中跨度最大的结构，每联为7孔一联，跨径布置为90m+5×105m+85m，分布于主航道桥两侧[4]。上下行车道采取双墩分幅布置方式，单幅桥宽17.15m，梁底宽7m为单箱单室倒梯形截面，由槽型钢主梁和混凝土桥面板通过剪力栓钉连结组合而成，中心线梁高5m，通过内外腹板不等高设置形成桥面横向坡度，标准横断面如图3-1所示。

图3-1 跨中标准横断面（mm）

对于组合梁负弯矩区设计，上海长江大桥深水区非通航孔桥与武汉二七长江桥中所采取的方式类似，通过支点升降法实现对中间墩顶附近负弯矩区段混凝土桥面板施加纵向预应力，单片组合箱梁在场内先进行中间区段混凝土板与钢主梁的组合，位于梁端即中间墩顶负弯矩区段混凝土桥面板仅铺设于钢梁上不和钢梁结合，待组合梁架设焊接变连续后，然后通按一定顺序顶升中间支点，完成墩顶桥面板与钢主梁的组合，然后通过支点回落对墩顶负弯矩区段桥面板施加纵向预应力，依次完成一联体系转换。同时为减小墩顶钢梁底板厚度，方便组合梁大阶段匹配焊接，该桥也在墩顶钢梁底板前后20m范围内浇筑混凝土，从而形成双组合结构，改善结构受力。

上海长江大桥位于长江入海口，具有大型工程船舶通航条件，综合考虑施工精度、施工速度等因素，其深水区非通航孔组合连续箱梁桥采取了整孔预制、整孔浮运吊装的施工方案。组合梁在工厂完成桥面板、钢主梁的预制及其相互组合，使施工精度得到有效控制和保证，进行单片组合梁重量达2300t的整孔浮运吊装，有效地加快了施工速度，避免了顶推所需要的临时墩施工，从而最大限度地实现了工厂化和大型化施工。

4、杭州九堡大桥南北引桥

杭州九堡大桥为横跨钱塘江的第八座桥梁，该桥主桥及引桥全部采用组合结构，是近年来我国组合结构桥梁发展的代表作之一。其南北引桥采取了钢-混凝土组合连续箱梁的结构形式，该桥与武汉二七桥及上海长江桥类似结构最大的区别在于横断面空间尺寸大，采取了整墩整幅布置形式，横截面为对称大悬臂单箱单室钢-混凝土组合截面，桥面宽度达到31.5m，单侧悬臂宽度达9.25m，梁中心线高度为4.5m，是目前国内同类型桥梁中横断面尺寸最大的桥梁，详细截面尺寸如图4-1所示。九堡大桥南北引桥跨径布置分别为23m+78m+9×85m+55m和55m+9×85m+78m+23m。[5]

图4-1引桥跨中标准横断面

为解决负弯矩区桥面板开裂及改善结构整体受力，该桥采取了箱内体外预应力措施，并在中间墩顶附近设置了双组合结构，同时减小支点集中力和体外预应力索锚固作用对横隔板受力的影响，设置了组合横隔板结构。全桥不具备大型浮吊施工条件，同时为减少临时墩的施工，该桥进行了专项研究，采用了无临时墩顶推施工技术。该桥施工过程中，钢主梁属异位安装施工，切结构空间受力复杂，线形及应力监测控制是该桥的施工监控的重点和难点。

4、港珠澳大桥浅水区非通航桥

在建的港珠澳大桥，其由中铁大桥勘察设计研究院设计、中铁大桥局承建的CB05标段，全部采用组合结构桥梁，其浅水区非通航桥采取了单跨85m的等高连续组合箱梁桥，全桥规模大、长度长，布置于九州航道桥两侧，分为5孔一联和6孔一联两种形式，总共11联共计64孔，全长5440m，九洲航道桥以西跨径不知为5×85+8×（6×85）=4050m，九洲航道桥以东跨径布置为6×85+5×85=935m[6]。该桥采用整墩分幅布置，中心线梁高4.3m，单幅桥宽16.3m，横截面由槽形钢主梁和混凝土桥面板通过集束式剪力栓钉连结构成，为倒梯形截面，其中钢槽梁箱内顶部宽度为9.7m，混凝土桥面板单侧悬臂为3.5m，箱梁底宽6.7m，通过内外侧腹板非对称不等高设置实现桥面2.5%的横坡，为结构纵横向受力，特在钢槽形梁中顶部设置通长小纵梁。

该桥通过采取混合法即支点升降法和张拉纵向预应力钢束相结合，对墩顶负弯矩区段混凝土桥面板施加预应力，达到抗裂要求。整个施工过程主要分为混凝土桥面板预制钢主梁加工制造、钢混组合、两点存梁、整体浮运吊装、逐孔焊接简支变连续、支点顶升体系转换等阶段。组合箱梁钢主梁与混凝土桥面板分别在工厂加工预制，混凝土板存放六个月后，同钢主梁在四断面八点支撑组合台座上进行组合，组合完成后移至存梁台座存放，达到存放规定时间后整体浮运至海上桥位现场进行整孔吊装。组合梁架设到位，大节段焊接变连续后，首先进行中间墩的顶升，完成墩顶约12m范围内桥面板剪力槽及湿接缝浇筑，其新旧接合面湿接缝暂缓浇筑，待新浇混凝土达到规定强度后，完成纵横向预应力张拉，最后浇筑先后组合交界湿接缝混凝土，达到一定强度后，完成墩顶回落，一次实现一联的体系转换。整个施工过程中，结构空间受力复杂，需重点控制好钢梁制造、钢混组合及体系转换线形变化及应力变化。

5、结语

随着我国组合结构桥梁设计理论与施工技术的发展，钢-混凝土组合连续箱梁桥因其整体性好、抗弯抗扭刚度大、跨越能力强、施工速度快等优点，逐步在我国的跨江、跨海桥梁的引桥或非通航孔桥中得到成功应用，通过工厂预制、顶推施工及整体浮吊安装工艺，较好的实现了大型化、标准化和工厂化。另一方面，钢-混组合连续箱梁桥在我国的应用仍有一些问题需要克服，首先墩顶负弯矩的设计方式及技术措施，目前主要通过支点升降法等来解决，增加了桥位现场的现浇混凝土施工，同时施工工序较为麻烦，对于海上桥梁易容易造成环境污染，需对混凝土抗裂、阻裂及防止措施进入深入研究；其次需要对钢-混凝土组合连续箱梁桥的线形控制技术进行深入研究，尤其是钢混连接方式及不同耦合程度带来的滑移效应对组合梁挠度变化的影响。总体来说，钢-混凝土组合连续箱梁桥将在我国未来交通建设中越发被广泛应用，并随着桥梁技术的发展，逐步向大跨方向发展。

参考文献

[1]聂建国. 钢-混凝土组合结构试验、理论与应用[M].北京：科学出版社.2005.

[2]邵长宇.大跨度钢-混凝土连续组合箱梁桥关键技术研究[M].博士学位论文，同济大学，2006.

[3]张先蓉，胡佳安.武汉二七长江大桥6×90m钢-混组合连续梁桥设计[J].世界桥梁，2012，40（4）：11-14，25.

[4]卢永成.上海长江大桥组合结构连续梁技术特点[J].上海公路，2011，26-28，53。

[5]邵长宇.九堡大桥组合结构桥梁的技术与构思特色[J].桥梁建设，2009（6），42～45.

[6] 中铁大桥勘测设计院有限公司.港珠澳大桥施工图[Z].武汉：2012.

作者简介：李鑫（1990-4）男，重庆交通大学硕士研究生，主要从事桥梁设计、检测、监控工作。