鋼與混凝土施工分析的論文
摘要：介紹了上海城市軌道交通明珠線特殊大橋-中山北路橋設(shè)計(jì)與施工概況及主要技術(shù)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。中山北路橋上跨道路主要干道環(huán)線中山北路高架橋，為三跨30m+55m+30m預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼組合連續(xù)梁橋，即邊跨為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，并自中墩支點(diǎn)向跨中伸出2.5m與預(yù)制箱梁縱向連接，經(jīng)體系轉(zhuǎn)換形成連續(xù)梁，鋼梁上橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用剪力釘連接技術(shù)形成組合梁。目前該橋已施工完畢，經(jīng)驗(yàn)收，質(zhì)量被評(píng)為優(yōu)良。
關(guān)鍵詞：組合梁;連接技術(shù)；設(shè)計(jì)與施工技術(shù)；
一、概述
中山北路橋位于軌道交通明珠線與上海市中山北路、西體育路、新市路、西江灣路的交匯處,上跨道路中山北路高架橋，與其斜交角約為30°。橋梁上部結(jié)構(gòu)為三跨（30+55+30米）連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，其兩邊跨為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，梁高為1.90～2.35米。中跨為鋼－混凝土結(jié)合梁，梁高2.35米，全橋?qū)?.9～8.92米。橋梁中墩采用圓形獨(dú)柱結(jié)構(gòu)，直徑2.0米，墩高16.804米(1#墩)和15.604米(2#墩)。兩邊墩為雙矩形柱加系梁結(jié)構(gòu)，墩高18.301米(0#墩)，15.591米(3#墩)。基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁、承臺(tái)結(jié)構(gòu)。
二、橋型選擇
(一)方案選擇
由于城市交通的發(fā)展，城市立交橋跨越主要交通干道時(shí)有發(fā)生，針對(duì)這種跨度大、曲線斜交的橋梁，常采用的橋梁型式有預(yù)應(yīng)力混凝土梁或鋼與混凝土結(jié)合梁。預(yù)應(yīng)力混凝土梁常用的施工方法有支架現(xiàn)澆和懸臂澆注法，支架施工嚴(yán)重影響相交主路交通，而懸臂澆注時(shí)由于采用的掛籃等施工設(shè)備需占用一定空間，增加了橋梁高度，而造成不必要的浪費(fèi)。連續(xù)結(jié)合梁施工時(shí)常采用分段制作現(xiàn)場(chǎng)拼裝，主跨接頭一般設(shè)在彎距零點(diǎn)附近，拼裝時(shí)須在接頭處搭設(shè)臨時(shí)支架，仍會(huì)局部影響主路交通。而簡(jiǎn)支結(jié)合梁梁高較高，跨度受到限制。因此，尋找一種跨度大、重量輕、能預(yù)制安裝的橋梁結(jié)構(gòu)形式非常必要，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁與結(jié)合梁的縱向連接結(jié)構(gòu)，是一種非常有效且有競(jìng)爭(zhēng)力的方案。目前世界上已建成一批混合結(jié)構(gòu)的橋，如：法國(guó)Namandi斜拉橋，德國(guó)Kurt-Schumacher斜拉橋，日本生口橋、多多羅大橋及國(guó)內(nèi)的徐浦斜拉橋等(2)。
軌道交通明珠線中山北路橋橋位處交通狀況復(fù)雜，需上跨道路內(nèi)環(huán)線的中山北路高架橋，為不影響交通，預(yù)制梁的最小跨度為50米。而橋下又處于四條交通干道的交匯處，使得橋墩的位置也受到限制。
方案比選時(shí)，曾考慮過(guò)全鋼梁方案，但造價(jià)比原造價(jià)增加181萬(wàn)元，約40%。最后，經(jīng)研究分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及評(píng)估論證，此橋采用30+55+30米的連續(xù)體系縱向牛腿連接的混合結(jié)構(gòu)，此橋型成功地解決了跨越主干道而不中斷交通的難題，橋梁外型簡(jiǎn)潔明快，造價(jià)低，是明珠線橋梁的成功之處之一。
（二）邊跨懸臂長(zhǎng)度探討
本橋在施工過(guò)程中存在著體系轉(zhuǎn)換問(wèn)題，在開(kāi)口鋼梁吊裝時(shí)是懸臂梁加簡(jiǎn)支掛梁體系，所受荷載為開(kāi)口鋼梁及預(yù)應(yīng)力混凝土梁自重，鋼梁與混凝土梁連接后轉(zhuǎn)換為連續(xù)梁。
連接截面一般比較薄弱，應(yīng)設(shè)置在內(nèi)力較小的地方，如彎距零點(diǎn)附近，約l/4（中跨）處。但由于本橋所處的特殊位置，受地面道路和立交橋通行等條件的限制，中墩必須設(shè)置于快慢車道的分隔帶中，而現(xiàn)澆懸臂采用支架施工，不能侵入所跨的道路環(huán)線高架橋凈空，經(jīng)實(shí)測(cè)，橋梁的懸臂長(zhǎng)度只有2.5m，僅為中跨的`0.05l。為保證此種結(jié)構(gòu)體系在初次使用時(shí)安全、可靠，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了各種工況的比較分析，經(jīng)計(jì)算得知，中墩支點(diǎn)彎距與中跨跨中彎距基本平衡，說(shuō)明結(jié)構(gòu)體系是合理的，但由于連接點(diǎn)位置距中墩支點(diǎn)太近，使得該處頂板彎距達(dá)到11382kN-M，所以連接點(diǎn)結(jié)構(gòu)是否安全可靠，是此橋設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述
1、特殊荷載及其組合
軌道交通高架橋不同于其他橋梁的特點(diǎn)之一即梁軌之間相互作用的縱向力，橋上縱向力考慮伸縮力、撓曲力、斷軌力和制動(dòng)力。以上這些力作用在梁軌接觸面上，但對(duì)一般的橋梁上部結(jié)構(gòu)影響不大，驗(yàn)算墩臺(tái)時(shí)作用點(diǎn)移至支座中心處，上述各力依照下列原則組合：伸縮力與撓曲力不疊加，選取較大者和制動(dòng)力疊加；如斷軌時(shí)鋼軌產(chǎn)生的斷軌力大時(shí)，則按一股鋼軌斷軌，另一股鋼軌內(nèi)存在伸縮力或撓曲力計(jì)算；不論如何疊加，其最終作用力的量值不應(yīng)超過(guò)全橋扣件總阻力。
2、橋梁縱斷面設(shè)計(jì)
本橋位于設(shè)計(jì)縱斷坡度為1.6%的坡道上。邊跨30米為變截面，為保持本橋與區(qū)間橋梁的協(xié)調(diào)一致，梁高由邊跨端部1.9米按直線漸變至中墩支點(diǎn)2.35米，邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁，并在中支點(diǎn)處向中跨懸臂2.5米，做成牛腿與中段結(jié)合梁相接。中段為鋼－混凝土結(jié)合梁，梁高2.35米，結(jié)合梁長(zhǎng)50米。
3、橫斷面設(shè)計(jì)
橋面全寬一般段為8.9米，漸變段為8.9～8.92米。邊跨混凝土箱梁采用單箱單室。滿堂支架施工。中跨結(jié)合梁為雙箱單室，結(jié)合梁全高2.35米，鋼梁高2.0米，考慮施工吊裝能力700kN左右，因此，橫斷面設(shè)計(jì)為雙箱，每箱單獨(dú)重約700kN，吊裝之后在兩鋼箱梁之間用型鋼橫向連接。
4、鋼梁設(shè)計(jì)
鋼梁采用箱形截面（鋼梁頂板為混凝土橋面板）。鋼材為16Mnq鋼。鋼梁與混凝土頂板用剪力釘連接。
5、預(yù)應(yīng)力混凝土梁與結(jié)合梁的連接
預(yù)應(yīng)力混凝土梁與結(jié)合梁的縱向連接是本橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)�；旌狭褐袖摿号c混凝土的連接方式大致可分為三種，即填充混凝土前板式、填充混凝土后板式和鋼板式。混凝土連接施工操作容易控制，質(zhì)量易于保證，而鋼板連接，構(gòu)件加工、吊裝及予埋鋼板的位置等各個(gè)工序的精度要求都較高，施工質(zhì)量難于控制。
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