谈热轧型钢－混凝土组合危桥改造工程范文

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摘要:某桥位于朝阳市，由于运营年限较长，且重载交通较多，桥梁病害较为严重，该桥半幅已封闭交通，经过专家评审，该桥上部重新改建。改建方案采用型钢－混凝土组合梁设计，计算并验证了热轧型钢－混凝土组合梁的强度、刚度及稳定性，根据改建后桥梁运营状况的跟踪反馈，验证了热轧型钢－混凝土组合梁施工的高效性以及结构整体受力性能合理性，对桥梁建设施工标准化、规范化、精细化具有积极的推动作用。

关键词:危桥改造;重载交通;热轧型钢－混凝土组合梁

1工程概况

某桥位于辽宁省朝阳市，建成于1986年，桥梁照片见图1。桥梁全长为67．2m，跨径布置为13．2m+3×13m+13．2m，交角为90°，全桥平面线形为直线段。桥面净宽为9．0m，两侧各设1．0m宽人行道和0．25m栏杆。0、5号台侧路面宽11．0m。桥面铺装采用沥青混凝土，无伸缩缝。支座为油毛毡支座。该桥上部结构设计为预制钢筋混凝土无翼缘空心板，每孔7片板，施工时横向分3块进行浇筑，纵向有明显施工接缝。下部结构为石砌重力式墩台，基础均为扩大基础。设计荷载:汽车－20级、挂车－100。近年来，因公路交通量不断增长，重载和超载车辆日益增多，本桥已出现了严重的病害，斜向、不规则则网状裂缝、横向裂缝、竖向裂缝、L型裂缝，孔板剥落、露筋、蜂窝麻面，局部露骨料等病害。检测时发现有重车过桥，且桥面已经采取交通管制，局部封闭。桥梁立面、横断面示意图见图2、图3。由于病害严重，本桥半幅已封闭交通，经过专家评审，本桥上部重新改建。

2上部改建方案比选

经过钢板组合梁、矮T梁、型钢组合梁［1］三个方案综合比选，本桥最终选用热轧型钢组合梁方案。本方案主要优点:(1)由于超载严重，桥梁耐久性是本桥考虑的重点。考虑到本桥为地方道路，超载车辆无法控制，充分利用H型钢组合梁钢材的抗拉能力和混凝土的抗压能力，相对于混凝土结构有更高的安全储备，有较好的耐久性。(2)H型钢组合梁较钢板组合梁能减少工厂加工制造费用，减少后期施工及架设的难度。型钢能避免焊接残余应力等不利影响，具有更稳定的力学性能。(3)考虑到小桥加固都是由地方规模较小施工单位完成，本桥优化设计，未采用任何钢板焊接和栓接设计，降低对设备和工人能力的要求［2－3］。

3技术参数

3．1设计标准

(1)设计荷载:公路Ⅰ级。(2)桥面宽度:净宽12m，总宽度13m。(3)设计安全等级:一级。(4)环境类别:Ⅱ类。

3．2上部结构尺寸

经过计算分析，本桥采用H型钢组合梁方案。横向设置7片H708×304×15×28主梁(梁高708mm，腹板厚15mm)，主梁间距为1900mm。桥面板厚度为220mm。跨间设置一道横梁，端横梁厚度为400mm，跨间横梁采用槽钢。

4热轧型钢组合梁设计与计算

主桥结构采用空间梁格模型，主桥结构静力计算包括施工阶段和运营阶段分析，施工阶段荷载包括结构恒荷载，混凝土收缩徐变，运营阶段荷载有汽车荷载。荷载组合根据《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》的规定:组合梁的持久状况按承载能力极限状态的要求，进行承载力及稳定性验算，作用组合采用作用基本组合;同时应按正常使用极限状态要求，进行组合梁的抗裂和挠度的验算，作用组合采用频遇、准永久组合。有限元计算模型见图4。

4．1使用阶段承载能力检算

(1)基本组合内力验算如图5～图6所示。依据《公路钢混组合梁桥设计与施工规范》(JTG/TD64－01—2015)第7．2．1条规定对上部进行强度检算，其中组合应力已经包含重要性系数1.1。从基本组合应力图中可以看出，钢梁顶板最大应力为102MPa，下缘最大应力为187MPa，均小于Q345D级钢强度设计值270MPa。混凝土压应力为7．9MPa，C40混凝土强度设计值为18．4MPa，混凝土强度满足规范要求。

4．2正常使用阶段混凝土应力检算

结构实际受力性能和承载能力满足技术规范要求，实体工程可靠，在设计使用荷载下工作性能良好。依据《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》第7．1．5条规定，对上部桥面板正应力检算，其中组合均为标准值。从应力图中可以看出，混凝土最大压应力为11．9MPa，C40混凝土受压区最大压应力容许值为0．5fck=13．4MPa，桥面板混凝土最大压应力满足规范要求。

4．3结构位移及挠度验算

经计算得知，结构挠跨比为1/844，小于容许绕跨比1/500，满足规范要求。同时，根据计算设置预拱度为16mm。

5运营现状

本桥于2018年建成并通车运营，根据现场桥梁状况，验证了热轧型钢－混凝土组合梁在危桥改造工程中的成功应用。通过实桥荷载试验，可知桥梁结构实际受力性能和承载能力满足技术规范要求，实体工程可靠，在设计使用荷载下工作性能良好。

6结论

通过前期深入地实地调研，对旧桥技术状况有了全面地了解，并且针对桥梁改造后运营要求，以受力合理、经济适用、环保耐久为原则，对危桥结构进行改造设计。验证了热轧型钢－混凝土组合梁改造设计方案的合理性。通过该项目施工及新桥运营，验证了热轧型钢－混凝土组合梁施工的高效性以及结构整体受力性能合理性，对于有效促进桥梁建设施工标准化、规范化、精细化等具有积极意义，为我国危桥改造工程提了新思路，也为推进钢结构工业化、标准化、智能化建造，缓解钢铁行业化解过剩产能的供给侧矛盾提供了新市场。另外，与钢结构相比，采用热轧型钢－混凝土组合结构可节省工程造价10%以上。不同于一般的钢混组合梁而是采用成品热轧H型钢作为钢梁，与混凝土桥面板形成组合截面。将其代替空心板结构，为危桥改造工程提供有利的参考价值。

作者：朱静 单位：辽宁省交通规划设计院有限责任公司