钢与混凝土施工分析论文

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摘要：介绍了上海城市轨道交通明珠线特殊大桥-中山北路桥设计与施工概况及主要技术要点和创新点。中山北路桥上跨道路主要干道环线中山北路高架桥，为三跨30m+55m+30m预应力混凝土与钢组合连续梁桥，即边跨为预应力混凝土箱梁，并自中墩支点向跨中伸出2.5m与预制箱梁纵向连接，经体系转换形成连续梁，钢梁上桥面板为钢筋混凝土结构，采用剪力钉连接技术形成组合梁。目前该桥已施工完毕，经验收，质量被评为优良。

关键词：组合梁;连接技术；设计与施工技术；

一、概述

中山北路桥位于轨道交通明珠线与上海市中山北路、西体育路、新市路、西江湾路的交汇处,上跨道路中山北路高架桥，与其斜交角约为30°。桥梁上部结构为三跨（30+55+30米）连续梁结构，其两边跨为预应力混凝土现浇箱梁，梁高为1.90～2.35米。中跨为钢－混凝土结合梁，梁高2.35米，全桥宽8.9～8.92米。桥梁中墩采用圆形独柱结构，直径2.0米，墩高16.804米(1#墩)和15.604米(2#墩)。两边墩为双矩形柱加系梁结构，墩高18.301米(0#墩)，15.591米(3#墩)。基础均为钻孔灌注桩、承台结构。

二、桥型选择

(一)方案选择

由于城市交通的发展，城市立交桥跨越主要交通干道时有发生，针对这种跨度大、曲线斜交的桥梁，常采用的桥梁型式有预应力混凝土梁或钢与混凝土结合梁。预应力混凝土梁常用的施工方法有支架现浇和悬臂浇注法，支架施工严重影响相交主路交通，而悬臂浇注时由于采用的挂篮等施工设备需占用一定空间，增加了桥梁高度，而造成不必要的浪费。连续结合梁施工时常采用分段制作现场拼装，主跨接头一般设在弯距零点附近，拼装时须在接头处搭设临时支架，仍会局部影响主路交通。而简支结合梁梁高较高，跨度受到限制。因此，寻找一种跨度大、重量轻、能预制安装的桥梁结构形式非常必要，预应力混凝土箱梁与结合梁的纵向连接结构，是一种非常有效且有竞争力的方案。目前世界上已建成一批混合结构的桥，如：法国Namandi斜拉桥，德国Kurt-Schumacher斜拉桥，日本生口桥、多多罗大桥及国内的徐浦斜拉桥等(2)。

轨道交通明珠线中山北路桥桥位处交通状况复杂，需上跨道路内环线的中山北路高架桥，为不影响交通，预制梁的最小跨度为50米。而桥下又处于四条交通干道的交汇处，使得桥墩的位置也受到限制。

方案比选时，曾考虑过全钢梁方案，但造价比原造价增加181万元，约40%。最后，经研究分析、结构优化及评估论证，此桥采用30+55+30米的连续体系纵向牛腿连接的混合结构，此桥型成功地解决了跨越主干道而不中断交通的难题，桥梁外型简洁明快，造价低，是明珠线桥梁的成功之处之一。

图1中山北路桥总布置图

（二）边跨悬臂长度探讨

本桥在施工过程中存在着体系转换问题，在开口钢梁吊装时是悬臂梁加简支挂梁体系，所受荷载为开口钢梁及预应力混凝土梁自重，钢梁与混凝土梁连接后转换为连续梁。

连接截面一般比较薄弱，应设置在内力较小的地方，如弯距零点附近，约l/4（中跨）处。但由于本桥所处的特殊位置，受地面道路和立交桥通行等条件的限制，中墩必须设置于快慢车道的分隔带中，而现浇悬臂采用支架施工，不能侵入所跨的道路环线高架桥净空，经实测，桥梁的悬臂长度只有2.5m，仅为中跨的0.05l。为保证此种结构体系在初次使用时安全、可靠，设计时进行了各种工况的比较分析，经计算得知，中墩支点弯距与中跨跨中弯距基本平衡，说明结构体系是合理的，但由于连接点位置距中墩支点太近，使得该处顶板弯距达到11382kN-M，所以连接点结构是否安全可靠，是此桥设计成功的关键。

三、结构设计概述

1、特殊荷载及其组合

轨道交通高架桥不同于其他桥梁的特点之一即梁轨之间相互作用的纵向力，桥上纵向力考虑伸缩力、挠曲力、断轨力和制动力。以上这些力作用在梁轨接触面上，但对一般的桥梁上部结构影响不大，验算墩台时作用点移至支座中心处，上述各力依照下列原则组合：伸缩力与挠曲力不叠加，选取较大者和制动力叠加；如断轨时钢轨产生的断轨力大时，则按一股钢轨断轨，另一股钢轨内存在伸缩力或挠曲力计算；不论如何叠加，其最终作用力的量值不应超过全桥扣件总阻力。

2、桥梁纵断面设计

本桥位于设计纵断坡度为1.6%的坡道上。边跨30米为变截面，为保持本桥与区间桥梁的协调一致，梁高由边跨端部1.9米按直线渐变至中墩支点2.35米，边跨采用预应力混凝土箱形梁，并在中支点处向中跨悬臂2.5米，做成牛腿与中段结合梁相接。中段为钢－混凝土结合梁，梁高2.35米，结合梁长50米。

3、横断面设计

桥面全宽一般段为8.9米，渐变段为8.9～8.92米。边跨混凝土箱梁采用单箱单室。满堂支架施工。中跨结合梁为双箱单室，结合梁全高2.35米，钢梁高2.0米，考虑施工吊装能力700kN左右，因此，横断面设计为双箱，每箱单独重约700kN，吊装之后在两钢箱梁之间用型钢横向连接。

4、钢梁设计

钢梁采用箱形截面（钢梁顶板为混凝土桥面板）。钢材为16Mnq钢。钢梁与混凝土顶板用剪力钉连接。

5、预应力混凝土梁与结合梁的连接

预应力混凝土梁与结合梁的纵向连接是本桥设计的关键点。混合梁中钢梁与混凝土的连接方式大致可分为三种，即填充混凝土前板式、填充混凝土后板式和钢板式。混凝土连接施工操作容易控制，质量易于保证，而钢板连接，构件加工、吊装及予埋钢板的位置等各个工序的精度要求都较高，施工质量难于控制。