吴俭忠
杭州市交通规划设计研究院有限公司，浙江杭州 310000
摘要: 近年来，钢混组合梁的使用越来越多，钢混组合梁不仅具有良好的受力性能，而且继承了钢结构和混凝土结构各自的施工性能、耐久性、经济性等方面优点。对于连续组合梁而言，在负弯矩区钢结构上翼缘和混凝土桥面板受拉，下翼缘钢梁受压，没有很好地发挥混凝土和钢材的力学特性，易出现开裂问题，负弯矩区的混凝土板很快因开裂退出工作。本文提供了几种常用的连续组合梁负弯矩抗裂解决对策。
关键词：组合梁 负弯矩 抗裂
组合梁也叫结合梁、叠合梁，组合梁就是同一断面中既有钢结构，又有混凝土结构，通过剪力键将钢、混凝土两种材料结合在一起，共同承受荷载。由于钢桥面的疲劳耐久性破坏以及铺装破坏，通常上缘桥面部分采用混凝土板，下缘采用钢结构。
近年来，钢混组合梁的使用越来越多，钢混组合梁不仅具有良好的受力性能，而且继承了钢结构和混凝土结构各自的施工性能、耐久性、经济性等方面优点。
对于简支组合梁，混凝土桥面板受压，下翼缘钢结构受拉，完美的发挥了混凝土的抗压性能和钢结构的抗拉性能。
对于连续组合梁而言，在负弯矩区钢结构上翼缘和混凝土桥面板受拉，下翼缘钢梁受压，没有很好地发挥混凝土和钢材的力学特性，易出现开裂问题，负弯矩区的混凝土板很快因开裂退出工作。开裂后使组合梁的刚度减弱，混凝土开裂后会导致防水层的破坏，裂缝较大时有害介质会通过裂缝渗入到混凝土中，严重腐蚀混凝土，锈蚀钢筋，严重降低了组合梁的耐久性，增加维护养护工作的困难，且这些破坏难以发现和修复。
一、连续钢混组合梁常用抗裂措施介绍
连续组合梁，最难处理的就是中支点上缘混凝土开裂问题，钢梁和混凝土桥面板结合后，中支点根据钢梁、混凝土桥面板的刚度进行弯矩分配，活载、温度都较难改变中支点的负弯矩。要想解决中支点桥面板开裂问题，可以从减少中支点恒载负弯矩和增强中支点混凝土桥面板抗裂性能的角度出发。目前，国内外设计组合梁时常见抗裂措施主要有以下几种：
1）先简支后连续：采用先简支后连续的施工方式，先进行钢梁分段架设，钢梁中支点段架设后先不与跨中段进行焊接，使钢梁处于分段简支状态，浇筑跨中混凝土桥面板，再进行钢梁中支点段的焊接，最后浇筑中支点处桥面板。从而减少一期恒载产生的中支点的负弯矩，此方式需注意拆除钢梁支架的时序，尽可能的减少中支点处的负弯矩，同时设计人员需控制跨中正弯矩，以免正弯矩下缘钢梁应力过大或者上缘混凝土压应力超标。此方法缺点在于：钢梁现场焊接工作量大；设计人员需对钢梁从简支到连续，两个结构形式，从受力、构造进行全面考虑。
2）支点顶升法：钢梁施工完成，拆除支架，首先进行中支点顶升，浇筑混凝土桥面板，然后进行中支点回落。顶梁和落梁过程应缓慢进行，防止因千斤顶受力不均造成梁体侧翻或损坏。对负弯矩区桥面板施加预压力，从而抑制负弯矩区混凝土的开裂。此方法可以同时结合调整桥面板浇筑顺序使用，浇筑混凝土桥面板时，可以先浇筑跨中段混凝土桥面板，再浇筑支点负弯矩混凝土桥面板。此方法缺点在于：受地形限制；需考虑临时支撑的经济性；预压力损失较大；跨径较大时，顶升高度较高，施工单位需采取有效措施防止顶梁过程中边墩支座与钢梁出现脱空，施工风险较高。
3）调整桥面板浇筑顺序：钢梁施工完成，拆除支架，先浇筑跨中段混凝土桥面板，待其与钢梁结合后，浇筑支点负弯矩混凝土桥面板，通过调整桥面板浇筑顺序，减少中支点负弯矩，从而减小负弯矩区混凝土桥面板的拉应力。此方法可以同其他抗裂措施结合使用。设计人员设计时，桥面板跨中段和支点负弯矩段长度应根据计算调整确定。此方法缺点在于：分段浇筑，施工工期加长。
4）预加静载法：钢梁施工完成，拆除支架，先浇筑受压区混凝土，待其硬化后在受压区混凝土上加静载，再浇筑受拉区混凝土，硬化后除去预加静载；对负弯矩区施加预压力，抑制负弯矩区混凝土板开裂。缺点：工作量大，施工不便。
5）加强配筋：在负弯矩区混凝土板中采用高配筋；有限限制裂缝宽度。缺点：钢筋用量大。
6）采用超高性能混凝土：负弯矩区混凝土板浇筑时采用超高性能混凝土；降低裂缝宽度，增加梁的承载力。缺点：超高韧性混凝土费用较高，是普通混凝土价格的20倍；没有改善负弯矩区混凝土板的受力，只是提高了混凝土板的材料性能。
7）对整体张拉高强预应力：施工顺序为先钢梁-混凝土结合，后张拉预应力，之后管道压浆以确保钢筋和混凝土之间的握裹力并防止钢筋锈蚀；提高开裂弯矩，改善负弯矩区混凝土板受力。但是，由于钢梁具有较大的刚度，相当一部分的预应力将由钢结构承担，只有部分作为有效预应力能够施加到桥面板中。而且随着连续组合梁桥跨度的增加，钢梁在结构中所占的相对比例也越来越高，因此导致施加的预应力的效率逐渐降低。此外，由于混凝土收缩徐变效应的影响，组合梁内施加的预应力会产生相当程度的损失。缺点：预应力管道构造复杂，混凝土徐变产生的预应力损失较大，负弯矩区段混凝土翻修困难。
8）仅对混凝土板张拉预应力：桥面板需设置剪力群钉槽，将混凝土板张拉完成后再通过剪力钉将桥面板与钢梁锚固，有效提高开裂弯矩，改善负弯矩区混凝土板受力。桥面板如果采用现场浇筑，桥面板受混凝土收缩徐变、温差效应影响较大；如果采用预制桥面板，建议将混凝土板张拉完成放置3～6个月后与钢梁锚固。
二、大跨连续钢混组合梁抗裂措施及使用注意事项
对于跨径30～50m的小跨径连续组合梁，一般采用先简支后连续、支点顶升法、调整桥面板浇筑顺序、预加静载法、加强配筋、对整体张拉高强预应力已能较好的解决负弯矩区抗裂问题；且抗裂的几种措施可以组合使用，能更加有效的解决小跨度连续组合梁负弯矩开裂问题。
对于跨径50～120m的连续组合梁，建议采用仅对混凝土板张拉预应力的方法来解决开裂问题。但是对于此方法，需解决两个问题：①桥面板预应力张拉时，如何避免预加力传递到钢梁；②桥面板预应力张拉时，如何对桥面板进行竖向约束，避免桥面板上翘。
1）桥面板的施工注意事项：
为减少砼收缩徐变对结构的不利影响，负弯矩区可采用预制桥面板，预制板存放时间3～6个月，桥面板设置剪力钉群，同时要求剪力群钉槽和湿接缝处采用微膨胀混凝土，剪力群钉槽边缘与剪力群钉之间的间隙大于在预应力下的压缩量。为保证预制桥面板与钢梁顶缘密贴，且为了避免桥面板混凝土与钢梁之间的粘接。施工过程中可采用两种解决方案：
方案一：钢梁上翼缘全平面铺设油毛毡，预制桥面板范围内还需在其上浇筑一层2cm厚的环氧树脂砂浆。另在钢混接触面外缘粘贴宽50mm，厚30mm的橡胶带，一防砂浆外溢，二防水汽进入，腐蚀钢梁。
方案二：钢梁上翼缘全平面铺设厚30mm的橡胶垫。
2）竖向临时约束
竖向临时约束构造如图所示，
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包括竖向螺杆、固定螺栓、钢梁和垫木四部分构成，螺杆底部直接与钢梁顶板焊接，垫木放置在剪力槽两侧，其上放置钢梁。竖向约束设置在负弯矩中间及两侧预制板上。预制板现场吊装就位后暂不与钢箱梁结合，在张拉预应力前拧紧固定螺栓施加竖向临时约束，保证张拉过程中预制板稳定性，预防预制板在张拉预应力过程中可能出现的平面外失稳问题；张拉后浇筑剪力槽，养护后切割螺杆，完成竖向约束拆除。
总结：
连续组合梁负弯矩区桥面板抗裂一直以来是设计和施工的重难点，本文提供多种连续组合梁负弯矩区桥面板抗裂措施，设计人员设计过程中可以根据实际情况选择合适的抗裂措施，从而有效的解决连续组合梁负弯矩区桥面板的开裂问题，提高桥梁设计水平，从而打造出高质量、经久耐用的桥梁工程。
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