鋼與混凝土施工分析論文

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摘要：介紹了上海城市軌道交通明珠線特殊大橋-中山北路橋設計與施工概況及主要技術要點和創新點。中山北路橋上跨道路主要干道環線中山北路高架橋，為三跨30m+55m+30m預應力混凝土與鋼組合連續梁橋，即邊跨為預應力混凝土箱梁，并自中墩支點向跨中伸出2.5m與預制箱梁縱向連接，經體系轉換形成連續梁，鋼梁上橋面板為鋼筋混凝土結構，采用剪力釘連接技術形成組合梁。目前該橋已施工完畢，經驗收，質量被評為優良。

關鍵詞：組合梁;連接技術；設計與施工技術；

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°。橋梁上部結構為三跨（30+55+30米）連續梁結構，其兩邊跨為預應力混凝土現澆箱梁，梁高為1.90～2.35米。中跨為鋼－混凝土結合梁，梁高2.35米，全橋寬8.9～8.92米。橋梁中墩采用圓形獨柱結構，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構，墩高18.301米(0#墩)，15.591米(3#墩)。基礎均為鉆孔灌注樁、承臺結構。

二、橋型選擇

(一)方案選擇

由于城市交通的發展，城市立交橋跨越主要交通干道時有發生，針對這種跨度大、曲線斜交的橋梁，常采用的橋梁型式有預應力混凝土梁或鋼與混凝土結合梁。預應力混凝土梁常用的施工方法有支架現澆和懸臂澆注法，支架施工嚴重影響相交主路交通，而懸臂澆注時由于采用的掛籃等施工設備需占用一定空間，增加了橋梁高度，而造成不必要的浪費。連續結合梁施工時常采用分段制作現場拼裝，主跨接頭一般設在彎距零點附近，拼裝時須在接頭處搭設臨時支架，仍會局部影響主路交通。而簡支結合梁梁高較高，跨度受到限制。因此，尋找一種跨度大、重量輕、能預制安裝的橋梁結構形式非常必要，預應力混凝土箱梁與結合梁的縱向連接結構，是一種非常有效且有競爭力的方案。目前世界上已建成一批混合結構的橋，如：法國Namandi斜拉橋，德國Kurt-Schumacher斜拉橋，日本生口橋、多多羅大橋及國內的徐浦斜拉橋等(2)。

軌道交通明珠線中山北路橋橋位處交通狀況復雜，需上跨道路內環線的中山北路高架橋，為不影響交通，預制梁的最小跨度為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，曾考慮過全鋼梁方案，但造價比原造價增加181萬元，約40%。最后，經研究分析、結構優化及評估論證，此橋采用30+55+30米的連續體系縱向牛腿連接的混合結構，此橋型成功地解決了跨越主干道而不中斷交通的難題，橋梁外型簡潔明快，造價低，是明珠線橋梁的成功之處之一。

圖1中山北路橋總布置圖

（二）邊跨懸臂長度探討

本橋在施工過程中存在著體系轉換問題，在開口鋼梁吊裝時是懸臂梁加簡支掛梁體系，所受荷載為開口鋼梁及預應力混凝土梁自重，鋼梁與混凝土梁連接后轉換為連續梁。

連接截面一般比較薄弱，應設置在內力較小的地方，如彎距零點附近，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，中墩必須設置于快慢車道的分隔帶中，而現澆懸臂采用支架施工，不能侵入所跨的道路環線高架橋凈空，經實測，橋梁的懸臂長度只有2.5m，僅為中跨的0.05l。為保證此種結構體系在初次使用時安全、可靠，設計時進行了各種工況的比較分析，經計算得知，中墩支點彎距與中跨跨中彎距基本平衡，說明結構體系是合理的，但由于連接點位置距中墩支點太近，使得該處頂板彎距達到11382kN-M，所以連接點結構是否安全可靠，是此橋設計成功的關鍵。

三、結構設計概述

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、斷軌力和制動力。以上這些力作用在梁軌接觸面上，但對一般的橋梁上部結構影響不大，驗算墩臺時作用點移至支座中心處，上述各力依照下列原則組合：伸縮力與撓曲力不疊加，選取較大者和制動力疊加；如斷軌時鋼軌產生的斷軌力大時，則按一股鋼軌斷軌，另一股鋼軌內存在伸縮力或撓曲力計算；不論如何疊加，其最終作用力的量值不應超過全橋扣件總阻力。

2、橋梁縱斷面設計

本橋位于設計縱斷坡度為1.6%的坡道上。邊跨30米為變截面，為保持本橋與區間橋梁的協調一致，梁高由邊跨端部1.9米按直線漸變至中墩支點2.35米，邊跨采用預應力混凝土箱形梁，并在中支點處向中跨懸臂2.5米，做成牛腿與中段結合梁相接。中段為鋼－混凝土結合梁，梁高2.35米，結合梁長50米。

3、橫斷面設計

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。中跨結合梁為雙箱單室，結合梁全高2.35米，鋼梁高2.0米，考慮施工吊裝能力700kN左右，因此，橫斷面設計為雙箱，每箱單獨重約700kN，吊裝之后在兩鋼箱梁之間用型鋼橫向連接。

4、鋼梁設計

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、預應力混凝土梁與結合梁的連接

預應力混凝土梁與結合梁的縱向連接是本橋設計的關鍵點。混合梁中鋼梁與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，質量易于保證，而鋼板連接，構件加工、吊裝及予埋鋼板的位置等各個工序的精度要求都較高，施工質量難于控制。