武汉轨道交通40 m简支钢—混结合梁设计

黎顺生

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

武汉轨道交通40 m简支钢—混结合梁设计

黎顺生

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

钢—混凝土结合梁桥具有刚度大、噪声小、建筑高度低等优点。武汉轨道交通40 m简支钢—混结合梁上跨既有京广铁路，与地面高差较大，采用分段吊装和拖拉就位相结合的方法架设钢梁。本文比较了三种施工方案，分析了不同施工方案对钢梁的应力的影响;并采用改变混凝土收缩徐变系数的方法，来分析收缩徐变对结合梁应力重分布的影响，即混凝土桥面板对主梁应力的贡献。

结合梁 钢梁 混凝土 收缩徐变

与钢桥相比，钢—混凝土结合梁桥具有节省钢材、建筑高度低、噪声小、耐疲劳等优点;与混凝土桥相比，钢—混凝土结合梁桥具有重量轻、刚度大、制造简单、施工速度快等优点。结合梁是由钢材和混凝土两种性质不同的材料紧密组合的一个整体，混凝土的收缩、徐变的影响必然会导致钢梁与混凝土直接发生应力重分布，因此如何准确地估计收缩徐变对结合梁的影响，对保证结构的施工质量和安全性都很重要。

本文以武汉轨道交通40 m简支钢—混结合梁设计为例，该桥上跨既有京广铁路，由于既有铁路净空的限制，与地面高差较大，并且施工期间既有铁路不能中断，因此必须采用分段吊装和拖拉就位相结合的方法架设钢梁，对三种不同施工方案，分析比较了施工阶段钢梁应力、使用阶段钢梁和混凝土应力。并采用改变收缩徐变系数的方法，根据不同的施工方案来分析收缩徐变对结合梁应力重分布的影响，即混凝土桥面板对主梁应力的贡献。

1 施工方案介绍

施工方案1:施工阶段不计施工临时荷载，无临时支墩。

施工方案2:施工阶段计施工临时荷载，无临时支墩。

施工方案3:施工阶段计施工临时荷载，有临时支墩，加临时支墩跨度(10+20+10)m，临时支墩在混凝土浇筑完，待强度达到90%后，施工二期恒载前拆除。

分三个施工阶段进行分析:

施工阶段1:安装临时支墩，吊装钢梁;

施工阶段2:浇筑混凝土桥面;

施工阶段3:上二期恒载。

2 计算模型

结合梁标准截面见图1。

图1 结合梁标准截面(单位:mm)

人行道不参与受力，故取计算截面如图2。

图2 计算截面(单位:mm)

主截面为钢梁;附加截面为C50混凝土桥面板。

使用阶段荷载取两组荷载组合:

主力，自重+二期恒载+收缩徐变+轻轨活载;

主+附，自重+二期恒载+收缩徐变+轻轨活载+温度变化。

3 施工方案结果分析

以跨中截面应力和临时支墩处应力结果为例，计算结果见表1至表3。

表1 施工阶段应力比较MPa

表2 使用阶段钢梁应力比较MPa

表3 使用阶段混凝土跨中应力MPa

分析比较表1、表2和表3的计算结果，采用施工方案3对钢梁上下缘的应力较有利，混凝土应力虽然比方案1、方案2要大，但也在容许值范围内，相比较钢梁应力的减小幅度比混凝土应力增加幅度要大得多，因此从钢梁应力方面看，建议采用施工方案3。

4 改变收缩徐变系数计算结果分析

为了分析收缩徐变对结合梁应力重分布的影响，本文通过改变收缩徐变系数的方法，以最不利应力部位，即跨中应力的计算结果进行比算。

表4 施工方案1改变收缩徐变系数使用阶段跨中应力比较MPa

分析表4的计算结果，收缩徐变系数增大25%，钢梁应力增大，最大增大幅度6.3%，混凝土桥面板应力减小，最大减小幅度5%;收缩徐变系数减小25%，钢梁应力减小，最大减小幅度6.3%，混凝土应力增大，最大增大幅度5%。

表5 施工方案2改变收缩徐变系数使用阶段跨中应力比较MPa

分析表5的计算结果，收缩徐变系数增大25%，钢梁应力增大，最大增大幅度5.5%，混凝土桥面板应力减小，最大减小幅度6%;收缩徐变系数减小25%，钢梁应力减小，最大减小幅度5.5%，混凝土应力增大，最大增大幅度5%。

分析表6的计算结果，收缩徐变系数增大25%，钢梁应力增大，最大增大幅度13%，混凝土桥面板应力减小，最大减小幅度5%;收缩徐变系数减小25%，钢梁应力减小，最大减小幅度13%，混凝土应力增大，最大增大幅度5%。

表6 施工方案3改变收缩徐变系数使用阶段跨中应力比较MPa

对比三个施工方案改变收缩徐变系数后的应力计算结果，方案1、2钢梁和混凝土桥面板应力变化幅度基本相同，方案3钢梁的应力变化幅度要比混凝土桥面板变化大得多，但方案3钢梁应力实际值还是比方案1、2的钢梁应力小，特别是钢梁上缘应力要小得多，因此还是建议采用施工方案3。

5 结论

临时支墩的设置对钢梁的应力影响较大，特别是运营阶段钢梁的应力比不设临时支墩减小大约24%，虽然混凝土桥面板的应力反而会有所增加，但还在容许范围内，因此在施工简支结合梁过程中，如果条件容许，设置临时支墩对结构施工和运营期间的安全性都有较大的贡献。

虽然改变收缩徐变系数后三个施工方案应力变化幅度不一样，但总的趋势是一致的，即随着收缩徐变对桥面板的影响加大，钢梁的应力会增大，混凝土桥面板的应力减小。可以看出不管哪种施工方案，收缩徐变对结合梁应力重分布影响都是不可避免的，因此在设计简支结合梁中必须充分考虑到收缩徐变对结合梁的有利和不利的影响。

［1］雷自学，晏兴威，董三升.混凝土收缩徐变效应对曲线钢—混凝土箱形结合梁桥的影响［J］.长安大学学报(自然科学版)，2008，9(5):77-80.

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U442.5

B

1003-1995(2011)02-0021-03

2010-08-08;

2010-11-01

黎顺生(1979—)，男，湖北红安人，工程师，硕士。

(责任审编 王天威)