密布“工”字形钢混叠合梁在城市快速路中的应用

DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2019.03.011

CHINA MUNICIPAL ENGINEERING

Ｎｏ．３　（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２０４）

Ｊｕｎ．　２０１９

密布“工”字形钢混叠合梁在城市快速路中的应用

廖 瑞

[上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司，上海 200125]

摘要：钢混叠合梁在公路、市政桥梁中已是较为常见的结构类型，能充分发挥钢和混凝土各自的受力特性。结合预制拼装施工能有效缩短工期，相较纯钢结构或混凝土结构有比较大的优势。以长沙湘府路快速化改造工程为例，介绍一种密布“工”字形钢混叠合梁，且一跨之内无横隔板的桥梁结构形式。结合工厂预制、现场拼装，具有化整为零、快速施工、绿色环保、集约高效等特性，尤其在城市快速路改造或新建项目中具有一定的代表性。关键词：钢混叠合梁；密布；“工”字形；无横隔板；快速路

中图分类号：U448.216 文献标识码：B 文章编号：1004-4655（2019）03-0038-04

1 项目简介

长沙湘府路快速化改造工程高架道路等级为城市主干路， 设计时速80 km/h。 设计荷载： 汽车荷载，城-A级。全长11.85 km，主线高架桥梁9.03 km，隧道段2.15 km，地面段0.67 km；桥梁工程主要包含9对平行匝道，2个全互通立交，1处左转匝道。高架桥梁标准横断面宽25 m。经方案比选，以30 m作为标准跨径，2~5跨为一联。标准横断面由11片“工”字形钢混叠合梁经预制、吊装组合而成，见图 1。

100 沥青混凝土铺装

设计道路中心线2 防水层1 400 钢-混组合梁桥宽25 000500 11 750 500 11 750 500防撞护栏 车行道 中央分隔带 车行道 防撞护栏2%2%支架等辅助措施；架设后可直接作为桥面现浇模板，无需其他临空施工作业平台。重型机械设备投入，减小施工期间交通疏解压力。2 结构设计2.1 结构构造

标准跨横向桥宽25 m，布置11片标准梁。各片梁横向间距为2.3 m，主梁高1.4 m（“工”字形钢高1.1 m，混凝土板厚0.3 m，分为顶、底2层分次叠合），高跨比1/22。主梁一跨之内不设横向连接系构造。

单片钢主梁断面呈“工”字形结构，由钢板(Q345qD)焊接而成。上翼缘板厚16 mm，宽400 mm;腹板厚16 mm，高1 036 mm；下翼缘宽600 mm，厚度26~48 mm，腹板无竖向及水平加劲肋（见图2）。

2 290945 200 200 945图1 标准横断面

100120钢梁腹板钢梁下翼缘300 3006001 0801 200100 底层混钢梁上翼缘凝土板本项目采用预制密布“工”字形钢混叠合梁，系目前全国最大规模应用于城市快速路桥梁建设。主要特点为：工厂预制、轻量化运输吊装、无支架拼装。初次叠合后，单片梁重30 t；现场架设无需

收稿日期：2019-02-27

作者简介：廖瑞（1984—），男，工程师，硕士研究生，主要从事桥梁相关结构设计研究工作。

2%（-2%）R25

200 叠合横坡调整盈余0.00%图2 单片叠合梁标准横断面桥面板混凝土分为顶、底2层，一则底层桥面板作为顶层桥面板底模；另则分次叠合混凝土

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廖瑞：密布“工”字形钢混叠合梁在城市快速路中的应用

2019年第3期

桥面板减轻结构运输、吊装重量。底层混凝土板间预留1 cm构造缝隙，顶层混凝土板采用整幅现浇

[1-2]

。

横梁高1.4 m，边墩处宽0.7 m，中墩处宽1.2 m，墩顶横梁在每片叠合梁下方均设置永久支座。墩顶混凝土添加合成粗纤维（4 kg/m3）增强抗裂性能； 长度应＞40 mm，直径宜＞600 μm，抗拉强度＞450 MPa，为扁平横截面以表面压痕提高黏结力。边、中横梁构造图见图3、图4。

边墩中心线顶层桥面板桥跨分孔线6804 000底层桥面板165 315 200150100 预制桥面板000端封板上翼板087 040 腹板 1 混凝土1 0890°下翼板横梁370090°永久支座支座中临时支座心线中心线

a）现浇边横梁 b）边支点立面

中墩中心线顶层桥面板预制混桥跨分孔线预制混凝土板凝土板4 0004 000底层桥面板600200 315 85上翼板上翼缘00混凝土0840腹板端封板 腹板 横梁11390下翼板端封板下翼缘1 200临时支座永久支座下翼缘分段线临时支座c）现浇中横梁 d）中支点立面

图3 边、中横梁构造图

桥跨分孔线顶层桥面板

100 底层混100 底层底层桥面板

剪力钉0端封板剪力钉凝土板0混凝土板0剪力钉0端封板11 剪力钉 底层桥面板横梁钢筋 000剪力钉钢梁上翼缘011 1临时支座垫板1680 300钢梁腹板临时支座垫板横梁钢筋100混凝土板底层59端封板顶层桥面板6 剪力钉剪力钉钢梁腹板 000000099462横梁底层桥面板钢梁上翼缘 2 钢筋剪力钉 59钢梁下翼缘6预开孔端封板图4 横梁剪力件构造图

2.2 结构特点

本结构主要特点如下。1）上部结构化整为零。2）各预制件无横向连接系。

3）各预制件起重、运输墩位＜30 t（见表1）。

表1 起吊重量优势比选

项目钢-混凝土组合板梁

预应力混凝土小箱梁

受力性能好好制造难度简单较复杂运输吊装主梁约30 t主梁大于130 t施工方法分片预制吊装分片预制吊装实施难易小吨位单机抬吊

大吨位双机抬吊

交通影响影响小一般景观效果好一般工期短较短养护维修容易检查和维修

腹板易开裂可变宽性强一般综合意见

推荐

比较

4）以吊装构件为后续施工平台，无吊模或临空作业工序（见图5）。

图5 梁底仰视图

相较传统多主梁组合结构，本结构无任何横向连接系，以腹板、上翼板宽厚比控制结构屈曲应力大于结构强度失效应力，简化结构构造设计，便于现场高效架设（见图6）[3-4]。

图6 现场安装及桥面系施工

采用工厂进行钢、混初次叠合减小现场高架头叠合作业工序，提高工效，规避现场施工风险源。

对比4根纵梁的少主梁结构形式，25 m桥宽横向需分幅。主梁断面及梁高需增大，桥面板加厚；主梁横向跨度大，须增设横联；钢梁腹板较高，须设置竖向加劲肋，以满足腹板局部稳定的受力要求。上部结构分幅布置致使下部结构墩柱、桩基础占用地面道路宽度过多，对城市地面辅道交通组织及横断面利用不利（见图7）。

对比多箱单室组合小箱梁结构，25 m桥宽其横向至少需要11根纵梁，对于吊装运输多有不便。桥面板需在高架端吊模现浇，墩顶横梁构造需要设

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置

500 11 750 500 11 750 500

25 000

护行车道 行车道中护

栏央分栏隔带

6 500 3 000 3 000 6 500

图7 少主梁横断面布置形式

横向连接系。其抗扭以及抗弯能力比大箱梁稍弱，比钢板梁稍强。为确保钢梁施工过程中的稳定性，开口小钢箱梁需要增加横隔板或斜撑等措施保证结构不发生失稳，其经济性指标相对组合板梁桥较差，钢梁制造难度及费用相对较高(见图8)。

图8 组合小箱梁横断面布置形式

2.3 耐久性设计

经比选热喷铝涂装体系后采用环氧富锌涂装。钢结构表面清理、干膜厚度、涂层质量、施工工艺等严格按照JT/T 722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》及其附录的技术要求执行。环氧富锌底漆中不挥发成分中含锌≥80%，氟碳面含氟量≥24%。工字钢梁上翼缘板与混凝土接合面、剪力钉采用环氧富锌底漆及环氧沥青封面。钢混叠合梁防腐涂装见表2。

表2 钢混叠合梁防腐涂装表

部位

涂装用料道数厚度/μm板材预处理

无机硅酸锌车间底漆

1道

20~25

表面喷砂处理Sa2.5级、Rz50~80板梁外露

环氧富锌底漆

1道80表面

环氧云铁中间漆（厚浆型）1~2道150氟碳面漆（工厂）1道35氟碳面漆（工地）1道35表面喷砂处理（焊接剪力

Sa2.5级、Rz50～80板梁顶面

钉后）

环氧富锌底漆（工厂）1道80环氧沥青涂料（工厂）

1道

100

3 主要施工次序

1）钢板分段焊接并运输至项目驻地预制厂。40

2）预制厂内叠合10 cm混凝土桥面板并养生。3）运输吊装至现场架端临时支座， 焊接端封板。4）封闭各片梁间构造缝，现浇跨中区段顶层20 cm混凝土桥面板。

5）绑扎横梁钢筋，现浇中横梁、负弯矩区段20 cm混凝土桥面板。

6）临时支座转换至永久支座，体系转换为连续梁。

7）桥面系及附属结构施工。

3.1 钢梁分段

一跨30 m“工”字形钢梁为方便公路运输分为2段，分段点在近L/3截面。分段焊缝应错置300 mm，见图9。

小里程侧中墩中心线L/3L=30 000L/3大里程侧中墩中心线支座中心线上翼缘分段线0支座中心线8端封板腹板过焊孔腹板分段线0 1临时支座下翼缘分段线临时支座永久支座图9 钢梁分段示意图

3.2 钢混叠合安装

1）单片组合梁运输至桥位处，利用2台150 t

吊机双机抬吊减少现场吊挂工序时间，落梁至临时支座上；一个作业面（晚间6 h内）可架设6~8片。

2）连接各组合梁间端封板，填堵各组合梁之间的板缝。

3）绑扎顶层板钢筋，浇筑除墩顶外的顶层混凝土， 绑扎墩顶横梁钢筋，浇筑墩顶横梁混凝土。3.3 体系转换

一联内按小桩号往大桩号顺序架梁呈简支状态后，各跨内跨中浇筑20 cm桥面板顶层混凝土，墩顶两侧纵向各留6~8 m桥面板混凝土，以纤维混凝土与横梁一同浇筑。

现浇墩顶横梁及负弯矩区桥面板混凝土后，待

混凝土满足强度要求可落梁至永久支座，张拉盖梁二期预应力。4 主要控制要素4.1 叠合控制要素

钢梁第一次叠合前，钢梁腹板下料需要考虑：道路纵断面竖曲线、平曲线横向超高、叠合梁成桥预拱度、腹板放样点疏密。

顶层混凝土桥面板二次叠合应注意整段面浇筑,以防纵向冷缝漏水。建议桥面顶层桥面叠合完毕后，有条件的应作试水试验，及时发现漏水，并

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处理。

4.2 吊装控制要素

钢混叠合梁吊装工况主要有工字型钢梁吊装转场、预制车间混凝土底层板叠合后转运安装。边梁因混凝土桥面板叠合后断面不对称，在吊点设计时应予以考虑以防横向倾覆。

运输至现场、吊装至桥端临时支座后，应及时安装端封板，加强结构的整体性。4.3 梁间高差控制要素

预制拼装结构现场吊装后会出现相邻近梁片梁间高差，影响后浇桥面板厚度，严重减小结构钢筋保护层厚度，甚至实际受力板厚与计算假定相差甚远，危及结构受力安全。

本结构下部结构采用“Π”形大悬臂明盖梁构造。地面中央绿化带最小8 m宽，对应标准段下部盖梁悬臂最大9.6 m，盖梁高度受限于景观要求控制在2.1 m。盖梁横向受力采用大直径钢绞线抵抗悬臂下挠，预应力张拉需结合上部结构和附属结构分步施工。

在给定的设计预拱度值中应充分考虑混凝土桥面板施工叠合工序、盖梁预应力分批张拉、盖梁承受上部荷载的下挠值等因素。5 主要计算结果

通过2×30 m、3×30 m、4×30 m、5×30 m等不同联跨分析对比，得出2×30 m联以边梁中墩顶负弯矩最大，3×30 m跨联以边梁边跨跨中正弯矩最大。

5.1 承载能力极限状态验算5.1.1 抗弯承载力验算

根据JTG/T D64-01—2015《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》，组合梁抗弯承载能力应采用线弹性方法计算。组合截面状态下，“工”字形钢按JTG/T D60—2015《公路桥涵设计通用设计规范》的承载能力极限状态进行应力计算。

钢梁在承载能力极限状态上缘跨中最大压应力为85.1 MPa，下缘最大拉应力为204.4 MPa，见图10。

28.7 钢梁上缘 28.7

-85.1 -85.1 204.4

167.5

204.4

-44.6 钢梁下缘 -44.6

图10 边钢梁承载能力极限状态应力（MPa，拉为正，压为负）

5.1.2 腹板剪应力验算

根据JTG/T D64-01—2015《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》，组合梁截面剪力全部由钢腹板承担，不考虑混凝土桥面板抗剪作用。腹板最大剪应力＜100 MPa。5.2 使用阶段应力验算5.2.1 工字钢应力验算

钢梁在叠合使用阶段上缘最大压应力134.9 MPa，下缘最大拉应力为172.6 MPa，见图11。

20 钢梁上缘 20

-134.9 -122.7-134.9172.6

137.2

172.6

-154.8 钢梁下缘 -155.3

图11 钢梁上、下缘正应力包络图（MPa，拉为正，压为负）

5.2.2 桥面板纵向验算

底层10 cm预制混凝土横向配筋φ16@100，纵向配筋φ14@100；20 cm后浇桥面板为双层纵横向配筋φ16@100。计算得中支点负弯矩区最大纵向裂缝0.122 mm，满足规范要求。具体见表3。

表3 桥面板纵向配筋计算表

荷载组合短期效应组合

φ28@100轴力/kN

2 928截面配筋

上缘

下缘

φ25@100验算剪力/kN111裂缝宽度/mm

0.122

内力弯矩/

kN·m

57

裂缝宽度限值/mm

0.2

5.2.3 桥面板横向验算

桥面板横向计算仅考虑20 cm后浇桥面板顶层混凝土，采用整体模型结合局部模型计算。主要计算结构见表4。

表4 桥面板横向配筋计算表

荷载组合承载能力极限状态组合

荷载组合短期效应组合

设计弯矩值/kN·m71.5

弯矩/kN·m57截面配筋φ16@100截面配筋φ16@100抗力弯矩值/kN·m

73.88裂缝宽度/mm0.11结果校核

OK

结果校核

OK

5.2.4 刚度及挠度验算

根据JTG/T D64—2015《公路钢结构桥梁设计规范》，简支或连续板梁在不计冲击的汽车车道荷载频遇值（频遇系数1.0）作用下，计算挠度不应超过计算跨径（30 m）的1/500。结构刚度满足规范要求，见图12。

（下转第45页）

41

李殊：拉萨市某人行天桥舒适度研究与应用2019年第3期

图14 TMD打开状态竖向加速度（mm·s-2）

图12 测试过程

通过竖向拾振器，测试成桥后的一阶竖向自振频率为2.25 Hz，与2.103 Hz略有差别；通过分析，结构栏杆与铺装对结构的刚度有所增强，因此成桥后的自振频率略有增加。

通过现场数据采集，分析加速度时程曲线，TMD锁死状态下， 该人行天桥的实际阻尼比为0.004。

现场测试同步人数共10人； 测试结果表明，TMD锁死情况下，实测竖向加速度最大为0.51 m/s；TMD打开后，实测竖向加速度最大为0.19 m/s，减振率62.7%，减振效果较好。竖向加速度见图13和图14。

22

通过更新计算模型中的桥梁荷载、阻尼比、固有频率等数据，分析得出，TMD锁死工况下，竖向加速度为0.44 m/s2；TMD打开后，竖向加速度降为0.03 m/s2；理论分析结果与现场动力测试结果较为接近。5 结语

通过对拉萨地区娘热路与林廓北路钢结构人行天桥的舒适度研究与应用，形成对人行天桥设计具有指导意义的设计方法。通过理论分析与现场测试的对比，说明采用TMD减振措施改善人行天桥舒适度是切实可行的，对其他人行天桥设计具有重要的借鉴作用。参考文献：

[1] 陈政清,华旭刚.人行桥的振动与动力设计[M].北京:人民交通出

版社,2009．

[2] 王立彬,苏骥,刘康安,等.TMD 对人行天桥的振动控制研究[J].

公路工程,2013(8):242-245．

图13 TMD锁死状态竖向加速度（mm·s-2）

[3] 李钊.新江湾城空中连廊振动分析[J].中国市政工程,2019(1):34-39.

（上接第41页）

-2.74 -2.74 -2.74 -2.74

-19.8 -16.0 -19.8

下层桥面板采用先节段预制，存放梁场养生后再与工字钢梁叠合，减少跨中正弯矩区下缘拉应力；现场实际情况亦可以对10 cm下层桥面板一次浇筑成型，但剪力钉配置需均布处理。

因取消多主梁横向刚性现浇湿接头，叠合精度相较传统T梁、小箱梁要求更高，需要精细控制。采用密布多主梁“工”字叠合梁，经济性与钢材价格动态关联；预制拼装工期是否紧凑决定结构综合单价，需要在后续工程应用中加以综合考量。参考文献：

[1] 刘沐宇,赖苑林,邓晓光,等.集束式长短剪力钉抗剪承载力计算

方法[J].中国公路学报,2018,31(12):97-105.

[2] 曹海.装配式混凝土粘结面与叠合梁的受力性能试验研究[D].淮

南:安徽理工大学,2018.

[3] 吴冲.现代钢桥[M].北京:人民交通出版社,2006.

[4] 张静.工字钢混凝土组合梁研究综述[J].市政技术,2014,32(1):

130-133,141.

图12 结构纵向刚度计算图

钢混叠合梁预拱度设置按JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》及JTG/T D64—2015《公路钢结构桥梁设计规范》中的规定。当结构重力和静活载产生的挠度不超过跨径的1/600时可不设预拱度，否则宜为自重标准值加1/2车道荷载频遇值产生的挠度值。

恒载作用下挠度86 mm，超过跨径的1/600，需要设置预拱度。跨中预拱度取结构自重0.5倍汽车荷载，取96 mm。6 结语

多跨纵向计算结果表明：2×30 m跨联以中墩顶边梁负弯矩控制桥面板设计；3×30 m跨联以边跨边梁跨中正弯矩控制桥面板设计。

45

ABSTRACTS

better than those of SBS modified emulsified asphalt and imported SBR modified emulsified asphalt.

Key words:󰀃fine󰀃surface; pavement maintenance;󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃modified󰀃emulsified󰀃asphalt;󰀃

road performance

Design Features & Key Technologies of Navigation Bridge Main Girder of Chaoyang

Bridge in Nanchang

MIU Zhang-ni

(Shanghai Urban Construction Design & Research Institute [Group] Co., Ltd., Shanghai

200125, China)

Abstract: Chaoyang Bridge in Nanchang is the first multi-tower cable-stayed bridge with corrugated steel webs concrete composite box girders in China. This paper mainly introduces the design scheme including corrugated steel web structure, cable anchorage & hanging basket construction according to the structural layout characteristics, stress requirements of the main girder & the construction scheme of the whole bridge. It can be used for reference in the design of corrugated steel webs concrete composite girder bridges in the future.

Key words: corrugated steel web; composite box girder; cable-stayed bridge; steel anchor box; shear connector;

hanging basket construction

Application of Dense工-Shaped Steel & Concrete

Composite Beam in Urban Expressway

LIAO Rui

(Shanghai Urban Construction Design & Research Institute [Group] Co., Ltd., Shanghai

200125, China)

Abstract: Steel composite beams are common structural types in highway &

municipal bridges, which can give full play to the mechanical properties of steel & concrete. Compared with pure steel structure or concrete structure prefabricated assembly construction has greater advantages which can effectively shorten the construction period. Taking the rapid transformation project of Xiangfu Rd. in Changsha as an example, this paper introduces a bridge structure with dense工-shaped steel composite beam and non-diaphragm in one span. Combined with factory prefabrication & site assembly, it has the characteristics of breaking up the whole into parts, rapid construction, green environmental protection, intensive & efficient, especially in urban expressway renovation or new construction projects.

Key words: steel composite beam; dense distribution;

工-shaped; non-diaphragm;

vexpressway

Research & Application of Comfort Level of

Some Pedestrian Bridge in Lhasa

LI Shu

(Shanghai Thousand Year Urban Planning Engineering Design Co., Ltd., Shanghai 200082,

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