钢与混凝土施工分析的论文
钢与混凝土施工分析的论文
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。
（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。