钢桁-砼组合连续刚构桥墩梁固结构造及分析

第４０卷，第４期　
２　０　１　５年８月　
公　路　工　程　

Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　
Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．４　

Ａｕｇ．，２０　１　５　

钢桁一砼组合连续刚构桥墩梁固结构造及分析　
王铭　，高燕梅　，周志祥‘，徐一鸣　
（１．重庆交通大学土木与建筑学院，重庆４０００７４；２．广东省长大公路工程有限公司，广东广州５１００００）　

［摘要］针对中等跨径的钢桁一砼组合连续刚构桥，通常可采用整体吊装的施工方法…。对比分析了现有　
的墩梁固结形式，结果表明现有形式不利于整体吊装施工，因此提出一种新型的墩梁联结构造，并通过有限元方　
法，将不同的墩梁联结形式在施工阶段及成桥阶段的力学行为进行了对比分析。结果表明，新型墩梁联结构造有　
利于钢桁一砼组合连续刚构桥的整体吊装施工，且能有效地改善墩顶处钢桁构件及桥墩的受力性能，具有较好的　
可行性和安全性。　
［关键词】钢桁一砼组合梁连续刚构桥；墩粱固结；整体吊装；中等跨径　
［中图分类号］ｕ　４４３．４　［文献标识码】Ａ　［文章编号】１６７４—０６１０（２０１５）０４—００６７—０７　

Ｔｈｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｉｅｒ－ｇｉｒｄｅｒ－Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　
Ｔｒｕｓｓ－Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｒｉｄｇｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　

ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇ　，ＧＡＯ　Ｙａｎｍｅｉ　，ＺＨＯＵ　Ｚｈｉｘｉａｎｇ　，ＸＵ　Ｙｉｍｉｎｇ　
（１．Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００７４，Ｃｈｉｎｓ．；　２．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｃｈａｎｇｓｈａｄａ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５　１　００００，Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｆｏｒ　ｍｅｄｉｕｍ　ｓｐａｎ　ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓ—ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ　ｆｒａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ，ｇｅｎｅｒａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅ—　
ｇｒａｌ　ｌｉｆｔｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｌｉｎｋ　ｔｈｅ　ｐｉｅｒ　ａｎｄ　ｇｉｒｄｅｒ［１］．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔ－　
ｉｎｇ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｐｉｅｒ　ｇｉｒｄｅｒ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ（ｗｅ　ｃａｌｌｅｄ　ｐｉｅｒ－ｇｉｒｄｅｒ－ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ），ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅｘ・　
ｉｓｔｉｎｇ　ｆｏｒｍ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｌｉｆｔｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａ　ｎｅｗ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　
ｐｉｅｒ—ｇｉｒｄｅｒ－ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｃａｒｒｉｅｓ　ｏｕｔ　ａ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｉｅｒ・－ｇｉｒｄｅｒ－－ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅ　ａｎｄ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｓｔａｇｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　
（ＦＥＭ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ｐｉｅｒ－ｇｉｒｄｅｒ—ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｌｉｆｔｉｎｇ　ｏｆ　
ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓ－ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｉｇｉｄ　ｆｒａｍｅ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　
ｓｔｅｅｌ　ｇｉｒｄｅｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｔ　ｔｏｐ　ｐｉｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｉｅｒｓ，ａｎｄ　ｉｔ　ａｌｓｏ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓａｆｅｔｙ．　
［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓ－ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｒｉｄｇｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｌｉｆｔ—　
ｉｎｇ；ｍｅｄｉｕｍ　ｓｐａｎ　

装配式钢桁一砼组合连续刚构桥　是在钢混　
组合结构基础上提出的一种新型结构，这一结构的　
特点在于可以采用预制桥道板，并通过预埋于桥道　
板中的剪力连接件实现预制桥道板与钢桁架的联　
结，从而使钢桁架和混凝土桥道板共同的参与受力。　
这一新型结构不仅能够充分发挥钢与混凝土两种材　料的优势，同时由于主梁钢桁节段和预制桥道板采　用工厂预制，可以极大的缩短工期；此外，由于桥道　板采用工厂制作，在很大程度上减弱了由于混凝土　收缩徐变引起的桥道板开裂和结构挠度增大等问题　对结构的影响，是一种较为理想的桥梁选型，在今后　的桥梁建设中将会发挥重要的角色。鉴于此类桥梁　为新桥型，需找到一种有利于新桥型受力和变形的　墩梁固结方式。本文将针对钢桁架可采用整体吊装　的钢桁一砼组合连续刚构桥提出一种受力合理的墩　梁固结构造。　

ｌ　工程概述　
１．１　结构体系设计　
某桥作为特大垮装配式钢桁一混凝土组合连续　

［收稿日期】２０１５—０４—０７　
［基金项目】交通运输部应用基础研究项目（２０１３３１９８１４０４０）　
［作者简介】王铭（１９８９一），男，山东，硕士研究生，研究方向：主要从事桥梁设计。　
６８　公路工程　４０卷　
刚构桥的试点工程，其设计采用主跨跨径为７０　ｍ　
（跨径布置为：４１＋７０＋４１）的装配式钢桁一混凝土　
组合连续刚构桥选型，如图１所示。　

立酉　
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图１　某桥总体布置图（单位：ｃｍ）　
Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｌａｙｏｕｔ（ｕｎｉｔ：ｃｍ）　

主桥由上、下平行两幅桥构成，每幅桥采用单向　
双车道布置，荷载等级为公路一Ｉ级，单幅桥面宽　
１６．２５　ｍ；每幅桥钢桁架由三片平行的变截面钢桁片　
架构而成，其横向采用上、下平联杆件进行联系；桥　
道板采用分段预制，并通过剪力连接件实现与钢桁　
架的联结；鉴于此桥桥墩设计高度采用左墩高为　
８．３５　ｍ、右墩高为９．４５　ｍ的矮墩结构，为减小桥墩　
的纵向抗推刚度过大对上部结构的不利影响，墩柱　
采用双薄壁混凝土柔性墩，顺桥向壁厚取１．０　Ｉｌｌ，墩　
间净距２．０　ｍ。　
１．２施工工序　
基于此类桥梁的结构特点和施工方法，其施工　
阶段主要分为以下３个阶段：　
①在已建桥墩上分两次整体式吊装钢桁架，并　
进行墩梁部位的临时联结（见图２）。　
②完成跨中钢桁架的合拢并拆除跨中临时墩　
（见图３）。　
③按合理的施工工序分批次安装预制桥道板　
并将其与钢桁架上弦杆进行可靠联结（见图４）。　

图２整体吊装钢桁架图　
Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｌｉｆｔｉｎｇ　

图３钢桁架合拢及拆除临时墩　
Ｆｉｇｕｒｅ　３　Ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓ　ｃｌｏｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｏｒａｒｙ　ｐｉｅｒ　ｄｅｍｏｌｉｓｈ　

图４安装桥道板　
Ｆｉｇｕｒｅ　４　Ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｄｅｃｋ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　

２墩梁固结构造优化　
２．１预埋钢板焊接联结　
为达到如图５所示的墩梁固结效果，在进行下　
部结构施工时，桥墩墩顶选择直接浇筑混凝土到上　
弦杆底面位置处，同时在与下弦杆件联结截面处，墩　
内预埋相应的矩形带肋钢板及钢筋网片，在钢桁架　
放置于安装位置处后，将下弦杆件与预埋钢板进行　
焊接联结，完成墩梁联结。　
此方案的特点在于桥墩墩顶混凝土直接浇筑至　
上弦杆底面，解决了支点处主桁竖杆轴力过大的问　
题，桥墩与下弦弦杆之间采用钢板焊接联结，受力可　
靠。不足之处在于此类墩梁固结构造更倾向于悬臂　
施工，而非整体吊装施工；同时当桥梁跨径较大时，　
桥墩与下弦钢管之间采用钢板焊接联结处受力较复　
杂，数值过大，钢板需加强，且采用浇筑混凝土，施工　
较复杂。　
２．２精轧螺纹钢筋张拉锚固联结　
主桥桥墩采用双薄壁柔性混凝土桥墩，施工桥　
墩时预埋竖向精轧螺纹钢筋，当桥墩施工完成后，吊　
装钢桁架，在三片主桁下平横联上张拉锚固竖向钢　
筋（剖面图Ａ—Ａ所示），使钢桁与桥墩联结为一体；　
现浇墩顶下平横联处混凝土（剖面图Ｂ—Ｂ所示），　
使下平横联及张拉锚固钢筋很好的与桥墩固结在一　
起。如图６所示为精轧螺纹钢筋张拉锚固联结三视　
图。　
此方案的优点在于利用常用的精轧螺纹钢筋，　
通过张拉锚固、现浇混凝土使钢桁与桥墩很好的固　
结为一体，施工简便，操作性强；但此方案的不足之　
处在于锚固处受力复杂，不仅要承受墩顶左右半跨　
不平衡弯矩产生的上拔力，还要承受桥面传来的水　
平力，有抗剪的需要；并且主要受力结构主桁的下弦　
第４期　王铭，等：钢桁一砼组合连续刚构桥墩梁固结构造及分析　６９　
广　
Ｂ　

墩顶大样图　

Ａ—Ａ　
ｌ　６２５　

Ｂ—Ｂ　
３８Ｏ　０　

图５预埋钢板焊接联结（单位：ｒａｍ）　
Ｆｉｇｕｒｅ　５　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（ｕｎｉｔ：ｍｍ）　

杆只是通过横联与桥墩联结在一起，传力路径复杂，　
需要改善。　
２．３新型墩粱联结构造　
主桥桥墩采用双薄壁柱式混凝土墩，施工桥墩　
时，在墩顶处预埋带有外套０５０　ｍｍ　ＰＶＣ管的直径　
为４０　ｍｍ的１Ｃｒｌ７Ｎｉ７不锈钢钢棒，以及相应的螺　
母、垫圈、传力钢板和锚下增强钢筋（见图７）。　
同时在墩顶对应三片钢桁下弦杆件位置对称预　
埋钢部件（见图８）以抵抗水平方向的剪力。工厂制　
作钢桁梁时，在其下弦杆节点的两侧设置外伸钢牛　
腿（见图９），用于连接钢桁架与墩顶预埋钢部件。　
２．３．１施工阶段　
根据钢桁一砼组合连续刚构桥的施工特点可　
知，在整体吊装钢桁架后，墩顶以承受竖向压力为　
主。此阶段，为避免墩柱承受由于上部结构受载变　

图６精轧螺纹钢筋张拉锚固联结（单位：ｒａｍ）　
Ｆｉｇｕｒｅ　６　Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　ｒｅｂａｒ　ｔｅｎｓｉｏｎ　ａｎｃｈｏｒ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（ｕｎｉｔ：ｍｍ）　

局部承压钢筋弼片大样图　
！　
×７０　一．２ｘ　８０．
６×　

ｕ＿　ｒ　ＬＩ：　
图７局部承压钢筋网片大样图　
Ｆｉｇｕｒｅ　７　Ｔｈｅ　ｌｏｃａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ｍｅｓｈ　ｌａｒｇｅ　ｄｒａｗｉｎｇ　

形引起的不利弯矩作用，选择墩柱与上部结构不固　
结，即此阶段钢桁架处于自适用状态。当已拼装的　
钢桁架结构产生变形时，墩顶钢桁架节点允许产生　
水平滑移。在构造上具体表现为待钢桁梁就位后，　
钢桁架下弦外伸钢牛腿与墩顶预埋钢构件之间预留　
１０　ｍｍ空隙（如图１０Ｂ—Ｂ所示），同时将直径４０　
ｍｍ的１Ｃｒｌ７Ｎｉ７不锈钢锚杆通过外伸钢牛腿预留孔　
穿人墩顶预埋管，旋紧下端锚固，使用扭力扳手对每　
根不锈钢锚杆施加一定的张紧力，作为平衡由上部　
结构不平衡弯矩引起上拔力的抗倾覆措施。　

审