沈阳市高架桥的结构型式

王晓伟

（沈阳市市政工程设计研究院有限公司，辽宁　沈阳 110015）

0　引言

随着沈阳市经济的发展及交通整体规划的需求，沈阳市制定了《沈阳市综合交通规划》与《沈阳市快速路系统建设规划》。文中提到：沈阳市快速路路网结构为“两横、两纵、四环、十二射”的快速路系统。其中，一环、二环，实现中心城区保护壳；三环、四环，进行城市内外交通转换，屏蔽过境交通；十二射便捷实现城市组团间交通、城市出入交通；两横两纵加密路网结构。

据此沈阳市在2010年开始大规模修建城市高架桥梁，主要有一环、二环、迎宾路、东陵路、北一路高架等。再加上在上世纪九十年代建设的北海高架桥、东西快速干道高架桥、二环西南高架桥，沈阳的快速交通网络已逐步形成。

1　高架桥的结构型式

目前沈阳市建设的高架桥的结构型式主要有混凝土箱梁、钢混非组合梁、钢混组合梁、钢箱梁这四种结构型式。

长期以来，我国桥梁主要采用钢筋及预应力混凝土结构，是由我国社会的经济水平及建设发展决定的。随着经济水平的提高及钢结构拥有自重轻、强度高、耐久性好、易于工厂化、建设周期短、抗震性能好、节能环保、可循环利用等混凝土结构无法比拟的优点，从桥梁建设品质、耐久性、资源节约、和全寿命周期成本等多方面考虑，交通部于2016年下发了《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》的通知来推进钢结构的发展及使用。实际上沈阳市从2015年就已经开始大力推进钢结构桥梁的建设。

1.1　混凝土箱梁

混凝土箱梁是桥梁采用的一种非常普遍的结构型式。早期的桥梁采用的尤其多，不论是小跨径桥梁，还是大跨径的拱桥、斜拉桥、悬索桥都大量使用。其材料易获得、施工简单、技术要求低、造价便宜，在前些年经济水平较低的年代得到了广泛的应用。沈阳市高架桥梁在2010年建设的一环、二环的部分高架桥主要采用普通钢筋混凝土箱梁及预应力混凝土箱梁。其标准跨径30 m，桥宽为23.5 m，梁高为2.2 m，横断面型式为飞燕式（见图 1）。

图1　混凝土箱梁横断面图（单位：cm）

1.2　钢混非组合梁

沈阳市北一路高架桥采用的钢混非组合梁，其钢梁部分为工字形钢板梁，桥面板为合成桥面板。桥梁标准跨径为30 m，钢板梁梁高1.9 m，桥面板厚度0.25～0.34 m，总高2.24 m。桥宽有17.5 m和23.5 m两种。

钢板混凝土组合梁是一种常用结构，设计、建造简便，跨径范围30 m至130 m，是一种非常经济耐久的结构。早期的钢板梁腹板采用纵横向加劲肋及多主梁型式，而且为了钢板梁的稳定设置了平联、风撑及较多的横梁等，导致用钢量大，同时也增加了工厂的工作量及施工的复杂性。随着科技的发展、设计理论的完善，现在已发展出了双主梁或少主梁型式，并且简化了加劲肋、连接结构、风撑等构件，不仅减少了用钢量，同时也减少工厂的工作量，加快了施工周期，明显提高了经济指标及社会效益。这些进步在钢混非组合梁中也得到同样的体现。

北一路高架桥采用的钢混非组合梁，其受力特点与通常的钢混组合梁不同。钢梁承受全部的恒载与活载，混凝土桥面板仅作为单向板承受活载的轮载，受力简单明确，能有效地减少混凝土桥面板的病害，但用钢量较钢混组合梁略高。

北一路高架桥的桥面板采用合成桥面板。在桥面板下缘采用薄钢板（6～8 mm），并在钢板上焊接加劲肋来代替混凝土桥面板下层钢筋并增加钢板刚度，且兼做桥面板混凝土部分的施工底模，同时在薄钢板上焊接剪力钉以增加与混凝土的结合。合成桥面板适合跨度较大的桥面板，目前我国除沈阳市北一路高架采用合成桥面板外，尚无应用（见图 2）。

图2　钢混非组合梁横断面图（单位：mm）

1.3　钢箱混凝土组合梁

钢箱混凝土组合梁中的钢梁部分分为闭口、开口（槽形）；也有单箱、多箱（窄箱）。钢梁与混凝土组合形成的钢箱组合梁，其特点是整体性好、抗扭能力强、适合曲线线路及更大的跨越能力，在我国各地桥梁建设中发展迅速。目前连续钢箱混凝土组合梁桥的最大跨径已经超过200 m，单箱桥面宽度超过30 m。它是目前城市高架桥梁的主要桥型之一。在20世纪80年代以后，随着计算理论与新的施工方法的产生，桥梁工作者对钢混组合桥梁的认识有了新的发展。为解决连续钢混组合梁桥中支点负弯矩区的混凝土桥面板开裂问题，发展了允许混凝土桥面板开裂、限制其裂缝宽度在可接受的范围的设计方法。在施工方面，针对现浇混凝土桥面板发展了中支点桥面板滞后浇筑的间断施工法，即皮尔格法。

沈阳市于1997年修建的东西快速干道高架桥采用的是多箱（两个箱室）钢箱组合梁，两个钢箱之间用横系梁连接。标准跨径30 m，桥宽17.8 m，中心梁高1.6 m，见图3所示。

图3　钢箱混凝土组合梁横断面图（单位：cm）

从2015年开始，沈阳市高架桥主要采用单箱钢混组合梁。为保证整个城市高架桥的整体景观性，其外形与早期建设的混凝土梁外形保持一致，也是飞燕式箱梁，且是槽型梁结构。钢梁高1.8 m，混凝土桥面板厚度0.25～0.4 m，见图4所示。

图4　单箱钢混组合梁横断面图（单位：mm）

1.4　钢箱梁

尽管国家推进钢结构的发展及使用，但由于全钢箱梁的造价高昂，在沈阳市的高架桥中采用得比较少，只是在大跨径及重要的路口为减小施工期间对交通的影响，才采用全钢箱梁。其是与其他结构型式的组合使用。组合方式为混凝土梁+钢箱梁、钢混组合梁+钢梁、钢混非组合梁+钢梁等。钢箱梁横断面外形同样为飞燕式箱梁，见图5所示。

图5　钢箱梁横断面图（单位：cm）

2　钢结构与混凝土的连接

钢混组合梁是由钢材及混凝土两种不同的材料组成的桥梁结构。通过连接件实现共同工作，发挥钢材及混凝土这两种材料的各自优势。其连接件的形式多种多样。由于钢和混凝土界面承受着剪、拉拔的作用，因此连接件不仅能够承担剪力，还要能够承受拉拔力。

连接件型式较多。按结构形式可分为钢筋连接件、型钢连接件、马蹄形连接件、剪力钉连接件、开孔板连接件；按刚度又可分为刚性连接件、弹性连接件、柔性连接件、刚度滞后连接件。

沈阳市高架桥钢混组合结构桥梁的连接件均采用剪力钉连接件。其特点是施工简单便捷，质量可靠度高。

而北一路高架桥采用的钢混非组合梁的剪力钉连接件的布置较普通的钢混组合梁稀疏，且仅在钢板梁上翼缘布置，在横梁处（除上翼缘外）均不布置连接件。连接件纵向刚度小，以达到钢梁承受全部的荷载与活载，混凝土桥面板仅作为单向板承受活载轮载的受力要求。

3　施工方法

混凝土箱梁多采用满堂支架现浇混凝土的施工方法。其施工简单，但建设工期较长，对城市桥梁而言，施工期间，对交通的影响较大，这是由当时的经济、建设发展水平决定的。

钢混组合梁的钢梁部分及钢箱梁是在工厂分节段预制，在施工现场安装，在钢梁架设过程中仅需要少量的临时墩（支架），或采用顶推钢梁的施工方法，且在钢梁部分架设完成后就可以拆除支架，然后再浇注混凝土桥面板。这样对交通的影响就大大降低，社会效益得到显著提高。

另外，为降低中支点负弯矩区混凝土开裂，拟采用皮尔格法施工混凝土桥面板。

4　结语

沈阳市高架桥梁的结构形式由混凝土梁逐步发展到钢混组合梁、钢混非组合梁、钢箱梁。高架桥梁跨径也由30 m发展到100 m左右。建设理念也从满足交通这一基本需求转变为加入美观、绿色、环保、快速的理念。这与我国经济发展、建设水平提高是相辅相成的。

目前沈阳市的高架桥梁的结构型式基本就是本文介绍的这些。而随着城市桥梁建设的新理念的形成，新颖的、容易预制、快速安装、环保的、快速投入使用、对交通影响小的结构型式会越来越得到欢迎。这就需要桥梁工作者继续深入研究，以满足社会发展的需求。

随着钢结构桥梁的大量建设，目前钢结构存在的一些问题需要认真考虑。如钢结构的耐久性（包括抗疲劳）、经济性、采用更高强度的钢材以避免局部构件板厚过大，加工、建设困难这些因素；另外，如何避免或减少钢混组合梁混凝土桥面板的病害也是影响桥梁耐久性、经济性的关键因素，尤其是北方地区存在除冰盐病害的问题，以及钢箱梁的桥面铺装等问题。以上这些问题对桥梁设计、建设人员也提出了新的要求。