主跨105m 连续组合箱梁桥的技术特色与创新

1、第二期 施工技术论文集 总师办主跨105m 连续组合箱梁桥的技术特色与创新摘要：上海长江大桥为公路与轨道交通合建桥梁，高墩区桥梁大规模采用了连续组合箱梁，并采用整孔预制吊装施工。从桥式方案、结构构造以及施工方法等方面介绍了组合箱梁的技术特点，针对负弯矩区允许桥面板开裂、采用双层组合结构、钢与桥面板接合部的设计特点以及采取钢梁预弯、中支汽桥面板滞后结合、支汽升降法等方面的技术措施，详细论述了设计所考虑的技术要点与创新。关键词：连续梁；组合箱梁；桥梁设计摘自：桥梁建设.2008.第三期1 工程概况上海长江大桥工程全长约16 km ，越江桥梁长约10km。主航道两侧处于宽阔水域的高墩区桥梁，大规模采

2、用了大跨度钢混凝土连续组合箱梁，跨度布置为（90510585 ) m ，两联全长1400m。轨道交通线路与汽车线路采用同平面布置方式，上下行车道分成2 幅桥，每幅桥布置3 线汽车道和1线轨道交通。在轨道交通正式铺轨前，其位置作为公路的紧急停车带使用，路幅布置与结构形式见图1 。图1 轨道交通铺轨前后路幅布置大桥按双向6 车道公路与2 线轨道交通标准设计，汽车荷载为公路级，列车荷载按10辆编组、每辆车满载480KN、长16.5m 考虑。其中，双线轨道系二期恒载76KN / m 。组合箱梁采用整孔预制吊装法施工，每联7孔纵向划分为7个整孔节段。桥面板仅横向配有预应力束，纵向无预应力束。作为公轨合建

3、的大跨度连续组合箱梁，需要通过精细化设计，达到技术先进、造价经济、结构耐久的目标，以充分展现组合结构桥梁的技术与经济竞争力。2 结构设计2.1 结构布置组合箱梁采用单箱单室截面，由槽形钢梁与桥面板通过焊钉结合构成，梁高5.0m ，桥面板宽16.95m 。主梁一般截面见图2 。箱梁有轨道侧的悬臂板预留有钢管斜撑，正式铺轨时安装，钢梁以大约5.1m 的间距设有横隔系，横隔系由腹板和底板横向T 形加劲肋以及桁架杆件组成，兼顾箱梁横向受力与局部屈曲需要；在各墩支点处设置实腹钢横隔板。在中支点与边支点约20m与10m 范围的钢梁上翼缘，设水平桁架加劲。组合箱梁采用双层组合结构，在各中间墩附近22m 范围

4、下缘设有混凝土板与钢梁结合。图2 组合箱梁一般截面2.2 钢梁构造 开口槽形钢梁由底板、腹板、上翼缘板以及间断设置的横隔系、加劲肋等组成。下缘底板厚由跨中56 mm 经过2 次变化至支点为28 mm ；腹板由跨中18 mm 经过1 次变化至支点为28 mm ；上翼缘板宽1.2m ，除中支点附近厚56mm 外，其余为24 mm 。考虑到长度80以上正弯矩区的腹板受压区接近桥面板以及负弯矩区腹板上下缘均有混凝土板的约束作用，腹板上下各设1道纵向板式加劲肋；由于该加劲肋对结构整体抗弯作用甚微，在腹板横向加劲肋处断开，以避免削弱腹板竖向加劲肋并方便施工。腹板为满足不同区域抗剪需要，在横隔系之间设置竖向

5、加劲肋，支点附近最多设2 道。钢梁下翼缘板大部分区段受拉，中支点附近在混凝土结合后才受压，因此钢梁下翼缘全部采用板式加劲肋，并采用连续布置以参与纵向受力，在中支点附近下缘板式肋开孔兼作下层混凝土板的连接件。本桥钢梁主体构件采用Q345qD 钢，跨中下翼缘约20m 范围采用Q370qD 钢，箱内加劲杆件及临时加劲构件适当降低钢材级别。2.3 桥面板构造混凝土桥面板箱中心处厚30cm、腹板处厚50cm 。桥面板配有横向预应力束，为减小施加预应力对钢梁的影响，箱梁中间预制板布置了间距100cm的215.2mm 钢绞线束，在安装前先张拉；另布置有间距50cm 的415.22mm 钢绞线束，待桥面板全部

6、安装后再张拉。桥面板的纵向配筋率是变化的。其中，跨中约80m 范围配筋率平均为1.25 % ，钢筋直径18 mm，上下各1 层，间距分别为15cm和10cm，腹板附近区域增加1 层钢筋；负弯矩区范围配筋率平均2.7% ，钢筋直径22mm ，上中下各布置1 层，下层间距10cm ，其余15cm，腹板附近增加1 层钢筋，该局部范围的配筋率约为3。桥面板横向配筋率约1.1 % ，沿纵向基本不变，钢筋布置为2层，直径16mm ，间距12.5cm 。3 施工方法与工艺安排3.1 总体方案本段桥梁处于宽阔江面之中，顶推法失去经济性，考虑到可以和相邻70m 混凝土箱梁统筹兼顾并重复利用东海大桥的预制场与运输

7、吊装设备，确定采用整孔吊装法施工，在本桥条件下具有技术经济合理性。每联7 孔纵向划分为7个整孔梁段，6个中间桥墩处钢梁各有1 道拼接缝，拼接缝离开支点中心1.1m ，各孔预制梁段长分别为85.7m、5105m、87.925m 。1 孔梁吊装落梁后经微调精确定位，逐孔吊装、逐孔焊接钢梁，结合支座升降法的实施，依次完成负弯矩区桥面板的结合施工以及下缘双结合混凝土板施工。节段划分见图3。3.2 钢梁与桥面板钢梁先在工厂进行板件等单元制造，在预制场先组拼成长约10m 节段，再组拼成整孔梁段。预制桥面板横桥向划分成3 块，中间块8.11m 、两侧悬臂块3.295m ，中间块与钢梁上翼缘有80mm 的搭接

8、长度，悬臂块则离开钢梁上翼缘5 mm ，其间为1.125m 的现浇带；标准预制块纵向长4.5m ，相互间留有0.6m 现浇接缝。大部分桥面板在预制场完成与钢梁结图3 组合箱梁主要施工工序安排示意合，从自重开始即为组合结构受力，可减小钢梁受力、发挥混凝土抗压性能。相应于中支点附近约15m 范围预制桥面板仅摆放到位，吊装后再浇注结合混凝土。3.3 特殊工艺安排为了改善钢梁成桥受力状态、降低钢材用量，钢梁拼装完成后纵向设定为4 点支撑后，安放预制桥面板并作为钢梁压重，通过调节内外支点高差，实现对钢梁反弯，使之上翼缘预拉、下翼缘预压，见图4。图4 整孔组合箱梁制作时钢梁反弯示意为了改善负弯矩区的受力，

9、采用支点升降法增加桥面板的预压应力。一联7 孔全部吊装焊接完毕后，6个中间墩分3次、每次2墩，从中间向两侧依次完成下缘混凝土浇注、主梁支点起顶、墩顶段桥面板结合、支点降落的工序，见图3 。为减小成桥阶段收缩徐变的影响，结合场地条件，要求预制桥面板储放6个月，以便大部分收缩在早期完成。为了提高混凝土品质、改善预制板质量，混凝土坍落度按照35cm 进行控制。4 负弯矩区设计4.1 桥面板裂缝控制本桥由于大跨度桥的钢梁在组合截面中相对强大，配置预应力束预防桥面板开裂的效率低下，确定不配纵向预应力束，采用允许桥面板开裂、限制裂缝宽度的设计方法。相应采用多种手段改善桥面板受力，实现以适当配筋对裂缝宽度和

10、发展的有效控制，此外，通过考虑桥面板开裂后结构与材料的非线性影响，正确指导设计。本桥概念设计阶段就考虑对施工方法加以把握与利用，选用负弯矩区桥面板滞后结合与支点升降2种方法，分别对负弯矩区桥面板起到减小拉应力与施加压应力的作用，使负弯矩区桥面板在自重作用下无拉应力，在成桥状态下储备有2.0MPa以上的压应力。根据桥梁所处的环境，采用0.15mm 的裂缝宽度控制标准，考虑到反复荷载长期作用下，裂缝宽度可能的发展，实际配筋按照相当于0.10mm 的裂缝宽度控制。4.2 双层组合本桥在各种荷载作用下，中间支点附近钢梁下翼缘承受较大压力，为了减小钢板厚度，方便焊接、确保质量，采用了双层组合结构。在各中

11、支点20m 范围的下缘，设置厚45cm 的混凝土板与钢梁结合，使下缘钢板厚度减小到28mm ，同时减小了现场焊接量与焊接难度。此外，也由此对结构的加强起到改善桥面板受力的作用。4.3 桥面板防渗允许桥面板开裂，首先要严格控制裂缝的宽度与发展，同时要防止和减缓盐害等侵蚀作用。本桥采用纤维混凝土以提高桥面板抗裂性能、改善裂缝分布状况，本着同样目的对混凝土坍落度进行控制，并采用更好的桥面防水层。5 结合部设计要点5.1 基本考虑桥面板与钢梁的结合部关系到结构的安全性与耐久性，在各种荷载作用下，焊钉不仅受到纵横向剪力作用，还可能受到较大的拉拔力作用。拉拔力不仅降低焊钉的抗剪强度，若抗拉拔能力不足，将导

12、致桥面板与钢梁上翼缘剥离。为此，针对结合部开展细致的分析与研究，着力实现连接件的合理设计并有效抑制桥面板与钢梁的剥离。5.2 受力特点分析研究表明：焊钉受力大小与施工方法关系密切，与结构所受剪力并不具有对应关系，某些部位焊钉在施工阶段的剪力超过成桥阶段；焊钉横向剪力不可忽视，其大小可达到与纵向剪力相同的水平；在腹板加劲肋等区域，焊钉单钉拉拔力可达100KN 以上，横向预应力的配置方式对焊钉拉拔力也有较大影响。试验与分析研究表明：桥面板与钢梁发生剥离的区域在腹板加劲肋处纵向约0.6m 范围，焊钉数量较多位置不当时，并不能减小剥离量；当剥离区内焊钉较多且接近腹板加劲肋时，剥离量大幅减小，反之则剥离

13、量大幅增加；当焊钉接近腹板加劲肋时，将承受较大的拉拔力。5.3 连接件设计综合全桥受力需要，桥面板与钢梁连接选用笋22mm190mm 的焊钉，横向设置8 排，纵向间距根据一般抗剪需要分为25cm 和15cm 。对于横向剪力与拉拔力较大的横向加劲肋局部范围，兼顾对结合部剥离与焊钉拉拔力两方面的控制需要，通过增加数量并避免直接设在横向加劲肋顶部，达到减小焊钉拉拔力与防止桥面板剥离的双重目的。对应加劲肋局部纵向约60 cm 范围，焊钉间距加密到10cm ，横向布置不变，但外侧2 排采用协22 mm300 mm 的加长焊钉，以满足抗拉拔要求。负弯矩区下翼缘混凝土板，选用刚度较大的开孔板连接件，并利用纵向加劲肋兼作连接件。钢板100mm20mm ，开孔50mm 、孔距120 mm 。在加劲肋之间设置焊钉，以加强混凝土板与钢板之间的结合。6 结语本桥设计