北京首发公路养护工程有限公司 101100
摘要：伴随着我国交通运输事业的蒸蒸日上，公路工程日渐成为了影响国民经济的重要指标之一。然而随着交通运输荷载的不断增加，加之部分公路路桥建设的年代较为久远，就使得部分公路路桥的稳定性越来越差，无法适应当前高强度的日常使用。这就要求路桥工作人员结合路桥实际特点，采取必要的加固改造措施，进而全面提升公路路桥的稳定性、安全性和可靠性。文章以北京太和桥为研究对象，重点就其加固改造施工方案予以论述，期望能够对同类型工程提供一定的参考和借鉴。
关键词：北京太和桥；加固改造；技术要点
引言
随着我国的国民经济和交通运输事业的迅速发展，由于各种原因使得运营多年的桥梁结构都会出现影响结构安全的各种病害，如钢筋锈蚀、截面开裂、桥梁变形、桥梁结构承载能力不足等。太和桥位于北京南六环路K68+720公里处，建成于2000年11月。桥梁全长为56.64米，斜交79度，跨径布置为16+20+16m。2011年经过专业检测机构检测该上部结构已不能满足使用要求，技术状况评定为四类。因该桥原上部结构高度及桥下净空的限制，不适宜用小箱梁等结构，而矮T梁又满足不了日益增长的交通量和重载超载车辆对桥梁荷载的要求。因此设计方案必须选用上部结构高度不宜超过原结构；上部结构自重不宜超过原结构；选用的结构应耐久性好、后期运营维护方便且外形美观、工期短。首次在北京使用钢-混凝土叠合梁。钢-混凝土叠合梁是将钢梁和混凝土板通过连接件形成整体，能够共同工作，协调变形的受弯构件。钢-混凝土叠合梁不是钢和混凝土两种不同材料的简单组合，在荷载作用下，混凝土板主要承压，钢梁主要受拉，能够充分发挥出钢材的出色的拉压性能和混凝土良好的抗压能力的力学特点。钢-混叠合梁斜拉桥除具备一般斜拉桥的优点外，还具备叠合梁的优点，从而形成钢—叠合梁斜拉桥的自身特点。钢-混叠合梁组成部分均可预制，其自重小，现场拼装简便、施工速度快、精度高、工期短，外型美观、经济效益显著。因此探究钢-混凝土叠合梁在旧桥加固改造中的应用具有很大的实际意义。
1 钢-混凝土叠合梁概述
混凝土叠合梁的结构是在预制混凝土的构件上后浇筑混凝土而产生的一种组合装配整体式钢结构与混凝土结构的组合结构，它即有现浇整体式混凝土结构施工方便的优点和装配式混凝土结构便于施工、速度快等优点，是种一体性能好、结构稳定、施工快捷方便、综台经济效益高性价比优秀的结构形式。
叠合粱结构中的板的结构是国内外工程中最常见的钢结构与混凝土结构的叠合结构，它主要包括以下三种叠合形式”：①在预制梁顶面上现浇一层混凝土板，以剪力键连接，它的特点是整体性能好，但由于需支设模板，施工便捷的优势无法充分体现出来：②全预制板措施安装在预制粱边缘，并通过预制梁上部后浇混凝土通过连接装置连接成一个整体，这种叠合结构的施工方便快捷，但整体性能无法保证；③预制板搁在预制梁边缘，通过预制粱和预制板上的后浇混凝土连接形成整体，该结构具有整体性较好、施工速度快等优点，其不足之处在于预制板之间往往无连接或者仅通过在拼缝上方设置钢丝网拉结，截面整体性稍差。相比而言，形式二在实际工程中的应用较广。
2工程概况
太和桥位于北京南六环路K68+720公里处，建成于2000年11月。桥梁全长为56.64米，斜交79度，跨径布置为16+20+16m。桥梁双幅宽26m，上部结构为单幅10片预应力混凝土空心板梁，结构简支桥面连续。
2011年7月交通部公路工程检测中心对该桥进行了检测，2011年8月中交路桥技术有限公司试验检测中心出具的《南六环太和桥检测项目检测报告》（报告编号：ZJJC-JC2011-0013）,太和桥有如下主要病害：（1）左幅第3跨5号梁相对于6号梁发生相对下挠约1cm，铰缝损坏，单梁受力现象显著。（2）空心板梁底面横向裂缝。裂缝出现在左幅第3跨4、5号梁底面跨中附近，且第3跨铰缝渗水泛碱严重，经初步分析，该病害产生的原因主要有以下几个方面：铰缝损坏，横向传力的功能减退，造成单梁受力的结果；单梁承载能力不足或重型车辆荷载长期反复作用。（3）板底面边缘混凝土破损。由于单梁受力，板与板间存在相对下挠，板件互相摩擦严重造成。（4）支座损坏现象严重。左幅1号墩2块支座存在脱空老化变形；右幅1、2号墩顶共2块支座存在脱空老化变形，1号墩顶前排支座脱空。铰缝损坏严重，结构整体性差，个别单梁受力现象显著。上部结构已不能满足使用要求，技术状况评定为四类，需要进行大修加固或改造。
3加固改造设计方案比较与选择
3.1设计方案初选
初期上部结构改造考虑过预应力矮T梁，通过计算，承载力提高不大，而近年来随着六环路重载超载车辆的增加，设计荷载如果不能升级，这一方案注定不可行。第二方案为小箱梁，现况板梁20米跨梁总高度为93cm，16米跨梁总高度为78cm，显然无法满足小箱梁对空间的要求。因桥梁所处位置有连接两侧村镇的被交路从桥下通过，根据运营现状，原设计桥下净空4.5米无富裕量，且桥墩盖梁需要重新处理；调整中上纵坡牵扯左右两侧范围较长，需要刨除并进行加厚结构重新铺装。且该方案工期较长，南六环交通量较大，交通导改代价及难度较高，且小箱梁的设计增加了桥梁自重，下部结构也需要重新验算。
3.2设计方案选定
综合以上设计方案的优缺点，应优方案应符合以下要求：上部结构高度不宜过大超过原结构；上部结构自重不宜超过原结构；选用的结构应耐久性好、后期运营维护方便且外形美观。经多方面比较研究和决策，上部结构改造为钢-混凝土叠合梁方案。所采用跨径与原桥相同，结构简支桥面连续。
3.3具体设计方案
钢结构部分采用5道纵梁，间距2.5米；边跨5道横梁，中跨6道横梁，间距为4米。纵梁每隔1.33米做一道加劲肋，横梁每隔1.25米做一道加劲肋。现浇板厚0.25米。
钢结构6道工字形梁间距2.1m，钢板底板厚30mm，宽700mm，腹板厚20mm，20m跨度腹板厚700mm，16m跨度腹板高550mm。顶板为厚20mm的整跨整宽钢板，做为整体参与受力，又在施工浇注混凝土时做为浇注混凝土的模板（具体见图1、2）。为更好地保证钢与混凝土桥面板形成整体受力，在钢梁板上设计剪力钉，设置间距20*20cm（具体见图4），钢筋配置：间距20×20上下两层上层直径20mm，下层直径12mm。工字形横梁设置间距为4m ,20m跨度为6道，16m跨度共5道，横梁底板厚30mm，宽500mm，中横梁腹板厚16mm，端横梁腹板厚20mm，横梁与纵梁同高度。为增强钢板纵横向稳定，每个梁格区段内纵梁设置两道加劲肋，横梁设置一道加劲肋。
20m跨度钢混叠合梁总高度为98cm，16m跨度钢混叠合梁总高度为83cm，沥青混凝土铺装与原设计同为9cm厚。
接缝设置：偏离中心40cm，最大限度的避开车辆轮界线，距离为57cm及68cm。（具体见图3）
以中跨20m为例，利用MIDAS软件采用单梁和梁格两种方法进行模拟分析。设计活载按照公路I级1.3倍计算。（具体见表1、2、3、4）
梁格模型，其中钢混叠合纵、横梁均用联合截面模拟。纵、横梁按照实际尺寸模拟，顺桥向每2m设虚拟横梁一根，横向在截面两边设虚拟纵梁，以方便施加护栏荷载和活载。
跨中设置预拱度，按照恒载挠度加活载挠度的一半取值。设置预拱度为6cm。
3.4其它设计
两侧护栏、地袱、防眩板、路缘石等路面设施均与原设计相同，同时满足道路两侧的顺接要求。设计还包括桥面附属工程、预制护栏及地袱的安装，隔离带相关设施的设置，桥面防水层及桥面沥青铺装层的铺设以及伸缩缝的安装、支座等。
4施工时应注意的问题
4.1钢结构主梁均采用Q345qD钢材。钢主梁纵向拼接缝处采用M22高强螺栓，采用10.9级大六角头高强度螺栓连接，基性能应符合GB1228-1231-2006的要求。
4.2CO2气体保护焊的气体纯度应大于99.5%。本桥钢结构加劲肋焊缝为Ⅱ级缝，其余焊缝均为Ⅰ级焊缝。在钢结构工程中，钢梁对接焊缝工艺尤为复杂，在焊接工作中经常存在夹杂物、未焊透、冷裂缝、热裂缝和气孔等问题。如果钢板焊缝连接母材边缘口有细微的缺陷，必然会导致钢板缺陷在焊接热效应下发生膨胀，冷裂缝和热裂缝不断增多或者拓展，严重影响钢梁的承受能力，容易诱发安全事故。因此应用超声波等技术来检查钢梁的存在问题。
4.3现浇混凝土采用C50聚丙烯纤维混凝土，并在施工中优化配合比，掺入适量缓凝高效减水剂和高性能引气剂、微膨胀剂。
4.4钢主梁施焊24小时后，经外观检查合格后，都必须进行无损检测，钢板厚度大于30mm焊接体的无损检验应在焊接48小时后进行；无损检测主要采用超声波探伤和磁粉探伤两种方法。
4.5高强螺栓表面搞滑移系数要求不小于0.45。钢箱梁出厂状态表面抗滑移系数要求不小于0.55。
4.6钢结构表面的涂装防护体系要确保30年的防腐使用寿命。
5 效果评价
（1）该桥拆除前即可进行钢梁的加工的制作，节省了大量工期（单桥工期约25天）。（2）该桥原设计自重为375t ,现设计自重为280t（以20米跨桥为例），结构高度和原板梁基本相同，因此不需要拆除和加强盖梁和立柱结构，不仅节省了工期还减少了工程量，还节约了资金，减少资源的浪费。（3）该桥最大限度地发挥了钢板和混凝土的优越性，桥面整体现浇也减少了桥梁上部结构病害的产生，从而会大大延长桥梁使用寿命。（4）该桥桥面混凝土铺装的钢筋网由一层变为两层，混凝土由原来的工厂预制现场湿接改为整体现浇，提高了结构的整体性。采用的高标号早强水泥混凝土材料，极大地缩短了工期。（5）该叠合梁自2013年8月建成通车以来，桥梁运行状况良好。为今后解决相似桥梁加固难题提供了样板。
结束语
综上所述，伴随着公路建设事业的快速发展，在跨线桥以及大型立交之中，钢-混凝土叠合梁作为一种施工迅速且美观的主梁结构形式，日益得到广泛的应用。钢-混凝土叠合梁主要指的是将钢梁于混凝土板通过抗剪连接组合而成一个整体受力的新型结构，其具备了综合钢材的抗拉能力，还具备较好的混凝土抗压性能，因此将其应用到工程实践中，能够取得较好的技术经济效益和社会效益。文章以北京太和桥加固改造实践为例，对钢-混凝土叠合梁施工方案的优越性，具体设计方案以及施工中的注意事项等进行了详细的论述。实践表明，该结构形式的合理运用，有效的解决了太和桥加固升级改造的难题，为今后解决相似桥梁加固问题提供了样板。
参考文献
[1]黄群杰,王彪.公路桥梁施工中体外预应力加固技术研究[J].黑龙江交通科技,2014,10
[2]杨庆波.探究公路路桥加固改造施工技术要点[J].山西建筑,2015,18
[3]潘锦梅.公路路桥加固改造施工技术要点探析[J].科技创新与应用,2014,15
[4]何刚.我国城乡公路旧危桥加固改造策略研究[J].科技传播,2010,19
[5]张丰,李欣欣.浅谈干线公路旧桥加固改造技术的应用[J].科技展望,2016,07
[6]吴延兵.浅析公路桥梁病害及加固技术[J].建筑机械化,2016,06
[7]朱敬.主干线公路旧桥加固改造方案研究[J].价值工程,2013,33
[8]王博,帅应魁.钢-混凝土叠合梁的收缩徐变计算分析[J].中国建材科技,2014,05
[9]梁朝安,刘芳,王剑,陈乐斌.钢混凝土叠合梁模板支架施工技术[J].施工技术,2015,02
[10]吴波.钢混凝土叠合梁安装施工[J].城市道桥与防洪,2015,10
[11]蔡斌,袁艳慧,赵良龙.钢筋混凝土叠合梁受弯承载力可靠度分析[J].广西大学学报(自然科学版),2016,04
论文作者:朱从伟
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/23
标签：叠合论文; 混凝土论文; 结构论文; 桥梁论文; 太和论文; 横梁论文; 钢梁论文; 《基层建设》2016年35期论文;