钢-混凝土连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计研讨

钢-混凝土连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计研讨

张俊

中国电建集团城市规划设计研究院有限公司，广东广州  510000

摘要：钢混组合连续梁桥属于现代常见的桥梁结构，在支座位置，尽管将预应力作用在了梁桥负弯矩区砼桥面板区域，但依旧因为该区域拉应力过大而引起桥面板开裂问题。针对这种情况，本文以某大桥的主桥为例，分析了梁桥负弯矩区抗裂设计方案，并探讨了抗裂技术在设计方案中的应用，旨在提升负弯矩区所具有的受力性能，保证钢混连续组合梁桥结构运行的安全性与稳定性。

关键词：混凝土连续组合梁桥；负弯矩；抗裂设计

随着桥梁事业的高速发展，钢混组合连续梁桥的应用越来越多。此类梁桥主要由钢材与混凝土材料组成，在实际应用中，钢混结构主要由剪力连接件而结合并共同受力。这种钢混组合连续梁桥不同于传统的混凝土梁桥，它的自重较轻，承载性能较高，可以快速施工，同时，此类桥梁也不同于传统的钢梁，它的桥面板不会出现疲劳情况，且结构稳定性良好，具有刚度大与成本低等特点。现今，很多高架桥梁工程都能够见到钢混连续组合桥梁，但这种梁桥负弯矩区裂缝问题存在的风险隐患较大，极易引发安全事故。所以，混凝土连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计展开分析和研究具有重要意义。

1工程概况

本次研究所涉及的桥梁是某公路段的2号桥，属于特大型桥梁。其中，桥梁的上部结构选择的是连续钢-混凝土组合梁，属于变截面梁，桥梁的下部结构选择的是柱形墩。在整个桥梁结构中，桥台结构采用肋板式桥台，基础结构采用承台桩基础。在梁桥支座负弯矩区混凝土桥板存在裂缝问题，所以本次研究提出了负弯矩区抗裂设计方案。

2钢混连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计方案

本次研究所涉及的钢混组合连续梁桥存在负弯矩区桥面板裂缝问题，为了增强该区域的受力性能，保证桥梁结构的稳定性，决定在抗裂设计方案中引入两种技术来辅助，一是“抗拔不抗剪”连接新技术，采用剪力连接件辅助完成，二是桥面板砼分步浇筑技术[1]。在本次负弯矩区混凝土桥板抗裂设计方案中，剪力连接件主要由4个部分组成，一是螺杆，长度为19.5cm；二是螺帽，直径为8cm，螺距为2cm；三是EVA泡棉套管，尺寸为1.5cm；四是EVA泡棉，发泡系数为19。

设计的施工流程如下：（1）将螺杆焊接到钢梁结构的上翼缘，然后在螺杆外表套好套管；（2）在混凝土浇筑开始前，处在梁桥弯矩区，无论是上翼缘的顶面，还是螺帽的底面，都要做好脱模剂的涂抹。在钢箱梁结构中，针对上翼缘，每道都要设置四列连接件，并将其横向间距控制在25cm左右，顺着轴线方向，将其间距控制在25cm左右。

3抗裂技术在钢混连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计方案中的应用

3.1剪力连接件部分组合技术的应用

在梁桥正弯矩区，针对本次设计选择的剪力连接件的刚性连接做出模拟，然后在支座负弯矩区的桥面板做出纵向约束的释放模拟，针对连接件，选择部分组合技术。在此过程中，对于结构受力情况来说，无论是横坡导致，还是纵坡导致，均无需给予特别考量，但针对支座位置的加强件（纵向），其受到的加强作用必须给予着重考量。

在本次模拟中，针对桥面板内部存在的预应力（纵向），采用FEM软件来模拟，在模拟过程中，该软件可以通过计算获得所有预应力损失情况。在此过程中，砼本身收缩产生的徐变效应，以及现场施工所用各项工序对负弯矩区结构受力产生的影响都要考虑其中。不仅如此，将剪力连接件应该具有的纵向刚度设定为0，然后对采用的组合技术进行最佳效果模拟，然后对传统的连接方式采用纵向刚接模拟，在此过程中，选择三种纵向刚度来模拟中间状态，一是10kN/mm，二是100kN/mm，三是1000kN/mm。通过相应的收缩徐变作用之后，可以获得负弯矩区桥面板的混凝土情况[2]。

通过模拟可知，通过部分组合技术，混凝土所具有的最大拉应力发生了很大变化，但下降程度不是很大，所具有的拉应力值仍然很大。不仅如此，其跨中位移存在很大程度的增幅情况。在剪力连接件所模拟的纵向刚度达到10kN/mm时，在负弯矩区，无论是桥面板所具有的受力状态，还是支座支点反力，抑或梁桥跨中位移，都在纵向存在很大程度的无约束现象。所以，在模拟的纵向刚度达到这一值时，可确定其符合技术的应用要求。在模拟值达到1000kN/mm后，通过计算可知，在最大拉应力方面，部分组合技术和刚接技术几乎相同。

3.2混凝土分步浇筑路技术的应用

在钢混连续组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板抗拉施工中，设计的浇筑流程如下：（1）正弯矩区；（2）负弯矩区；（3）预流槽。浇筑完成后，比对分析刚接技术中采用的一次浇筑技术和本次研究设计采用的分步浇筑技术，确定二者在应用后的混凝土情况。通过对比分析桥面板的混凝土情况可知，前者显示出其整个截面都被施加了大幅的拉应力，所以存在严重的开裂情况。而采用分步建筑技术，位于负弯矩区的桥面板所受到的拉应力明显降低[3]。所以，本次设计优先考虑分步浇筑技术的应用。

采用分步浇筑技术后，负弯矩区桥面板所具有的跨中位移出现显著提升的情况，这也就表示负弯矩区结构刚度出现了较大程度的降低情况。由于此类变形发生在后续施工环节，主要是恒载作用所导致，所以将预制拱度调高即可处理。通过上述分析可知，采用传统连接技术的一次浇筑，在负弯矩区，其桥面板的整个截面都受拉，且最大拉应力值与最小拉应力值都比较大。将一次浇筑转换为分步浇筑之后，通过计算分析可以发现，位于负弯矩区，其桥面板的整个截面都被施加了压应力，同时，跨中位移都出现大幅提升。由此可以了解到，在钢混连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计中，选择单一桥面板浇筑结构几乎无法从源头上降低负弯矩区桥面板所受到的拉应力，所以，要想得到更好的拉应力抑制效果，建议在抗裂设计中采用多种措施有机结合。

4结论

综上所述，在钢混连续组合梁桥中，为了高质量的处理负弯矩区混凝土桥面板因为被施加了太大的拉应力而产生的开裂问题，本次设计综合考量了两种抗拉技术得应用，一是部分组合技术，二是分步浇筑技术，这样能够更好的提升梁桥支座负弯矩区桥面板所具有的受力性能，由此避免该区域桥面板受拉过大而引起的裂缝问题。不仅如此，在梁桥支座负弯矩区，桥面板选择分步浇筑方式，可以更好的处理混凝土本身重量带来的拉应力过大问题，且处理效果显著。尽管会使后续施工中跨中挠度增加，但调整主梁的预拱度就可以解决此类问题。

参考文献

[1]李聪,聂建国,周心怡,等.钢-混凝土连续组合梁桥负弯矩区抗裂设计[J].建筑结构学报, 2022(003):043.

[2]聂鑫,薛志超,庄亮东,等.大跨钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板抗裂技术研究[J].桥梁建设, 2022(004):052.

[3]邓淑飞,付坤,付梅珍.钢-混组合连续梁负弯矩区设计方法研究[J].黑龙江科技信息, 2022(13):271.