一、工程概况
A辅路桥位于北京市五环路大羊坊立交辅路上，上跨京津塘高速公路。大羊坊立交是一座两条高速相交的全互通双层立交，共有主线、辅路及匝道5座桥上跨京津塘高速公路，本桥是其中的一座。京津塘高速公路现况为两上两下四车道，全宽26m，因此本桥设计预留三上三下横断宽度，全宽30m。为了快速施工及不影响京津塘高速公路的正常通行，同时受桥下净空的限制，本桥设计采用钢-混组合连续箱梁结构，中跨上跨京津塘高速公路，第2、4跨上跨立交匝道。
此桥为25．0m+28．5m+38．0m+28．5m+25．0m 5孔钢-混凝土组合连续箱梁，桥宽12．0m，钢箱所用钢材为Q235D，顶板现浇C45无收缩混凝土。桥梁下部为双柱墩、钻孔灌注桩基础，桥梁设计荷载汽车一超20级，挂车一120；地震基本烈度为8度。桥型总体布置见图1。
桥梁处在半径R=120m的平曲线上，桥面设置4．0％的超高，横坡由钢箱腹板形成，顶板混凝土厚0．27m，箱梁断面为单箱双室(图2)。
二、钢-混组合梁特点
该结构最大的技术特点是将钢材抗拉性能好混凝土抗压性能好结合在一起，充分发挥其各自性能，从而提高桥梁抗弯刚度和抗扭刚度。另外钢-混组合结构还有以下特点：
1．适应大跨径、高桥的快速施工，本桥设置9个临时支架，施工时未影响桥下高速路通行。
2．钢筋混凝土板通过剪力连接件(采用圆柱型焊钉)与钢箱梁组合在一起形成组合结构，可以充分发挥钢材抗拉性能好、钢筋混凝土抗压性能好的优点。
3．对连续梁负弯矩区施加预应力，利用高强钢材改善受拉区混凝土板的工作条件。
4．自重轻、刚度大，这种结构的刚度略低于预应力混凝土箱梁，但较全钢结构大得多。
三、结构计算及分析
目前我国尚无预应力钢-混组合桥梁结构的规范，为此本次设计严格按照极限状态设计，并分别用公路桥有关规范(删023—85、JTJ025—86)条文校验。设计结构计算采用3D—BSA’2001弯斜坡异形桥梁空间结构分析软件，预应力完全按空间力系考虑，计算分析按实际施工顺序分阶段进行。为了更好地模拟钢-混组合梁结构，将其分为两层单元，上层是混凝土桥面板，下层是钢箱。模型中充分考虑了施工及运营阶段的结构刚度模拟与各种荷载的作用过程。
活载分析中采用机动法计算内力、支反力影响线，并利用动态规划在内力、支反力影响面上进行最不利布载。
为减小收缩、徐变对钢箱的影响，顶板采用C45无收缩混凝土，限制指标为水中养护14d，混凝土限制膨胀率≥0．3‰。
四、预应力设置与体系转换
一般来说，连续组合梁负弯矩区受力很大，通常要采取在混凝土桥面板中施加预应力。本设计组合桥面板的预应力度按A类部
分预应力掌握，即在荷载组合I状态下σ
ZL≤0．8R
a
b这样在l、4号墩顶配置16束8×7Φ
J15．24钢束，在2、3号墩顶配置18束8×7Φ
J15．24钢束，钢束采用高强度低松弛标准强度R
a
b为1860MPa的钢绞线，其规格为φ
J15．24mm，顶板另配φ20@15钢筋两层。
计算组合时，按正常使用极限状态进行组合并用于应力检验。另外按承载能力极限状态进行组合验算结构承载力是否满足要求。
经计算，混凝土顶板处压应力σ
max为9．614MPa，拉应力σ
min为0．787MPa，满足规范要求。
梁的分段以分段处弯矩接近0为好，为增强钢箱的稳定性，特增设加劲横梁，同时桥墩设计为双柱墩。限于吊装、运输条件，分段长度不超过30m。本桥钢箱全长144．92m，分9制作段，在工厂加工制作，工地现场吊装，拼接成整体后现浇桥面板砼，梁段最长22．2m，最大吊装重量为762kN。现场施工由架设各段裸钢梁并拼接、现浇桥面板形成全截面、施加预应力、拆除临时支撑、做桥面铺装五个阶段组成，整个施工过程是刚性支承(墩、台)和弹性支承(临时支架)的9跨连续梁转换为刚性支承上的5跨连续梁的过程，钢箱分段见图3。
五、支座受力分析与设计
由于本桥处在R=120m的平曲线上，根据结构体系的受力要求，需在墩顶施加预应力，这样就会在边跨桥台处产生负反力，有时负反力在施工、成桥和运营过程中均存在，给施工和维护造成一定的困难，因此支座负反力的合理处理也是本次设计的主要内容。
根据本桥的受力特点，为方便施工，改善结构的构造措施，提高支座的抗疲劳能力，边跨支座负反力的设计原则是：通过采取合理有效的结构构造措施，允许运营时出现负反力，桥台支座在最不利荷载组合(自重+预应力+收缩+徐变+二期恒载+年均升温+13照温差+汽车一超20)下，外侧支座最大负反力为1090kN。为保证正常运营及结构安全，本次设计桥台处采用JQGZ2500一DX单向活动减震球型钢支座，其抗拔力达1500kN。在各种工况下桥台内外侧支座支反力见表1，桥
台支座在活载(汽车一超20级、挂车一120)作用下支反力见表2，在运营阶段荷载组合支反力见表3
从以上反力表中可以看出钢-混组合梁在预施应力、收缩、徐变及年均升温工况下曲线外侧支座均出现负反力，其中施加预应力工况达一906kN，这与预应力混凝土箱梁支反力效果正好相反。其主要原因是：钢-混组合梁只对顶板张拉预应力，钢束纵断面形状起伏平缓，混凝土对平曲线钢束的径向力只能通过梁端支反力来抵消，在梁端产生较大的扭矩，导致曲线外侧支座负反力比内侧大。而混凝土连续梁预应力是通过其弯矩包络图设置在负弯矩区，钢束纵断面形状起伏较大，混凝土对曲线钢束的径向力得以自身部分抵消，而在梁端产生与组合梁相反的较小扭矩，曲线内侧支座产生负反力。
六、剪力连接件的设计
组合梁是通过连接件把钢梁与混凝土桥面板结合成一体来共同承受外力，而对于预应力钢-混组合连续梁突出之处在于：一是预应力加大了混凝土与钢梁间的水平剪应力，增加了剪力件的负荷；二是汽车荷载在不同位置能产生方向相反的剪力，剪力连接件疲劳破坏的危险较大。为了确保两者间不发生相对滑移，通常是把一个个焊钉连接件沿翼缘长度方向等间距布置，因此钢与混凝土组合结构的力学性能不仅受到自身材料性质的影响，而且还与结合面的连接方式有很大关系。在选择连接形式时要考虑结构性能的要求、施工条件，同时还要充分考虑结合面的受力特点。本桥采用圆柱头焊接连接件，在钢箱顶面焊上剪力钉，由其承担剪力和拉拔力。本桥在每道翼板上缘纵桥向设置7排+22的剪力钉(高17cm)，其横向间距lOcm，纵向间距15cm，同时在每道横隔板上设置两排剪力钉。
七、箱内加劲、隔板的设置
薄壁箱梁内设置一定数量的隔板和加劲是十分必要的，它们可以提供足够的横向刚度，保证箱梁不致局部失稳，并保证箱梁不出现过大的翘曲变形。横隔板的间距与厚度只要满足强度、稳定要求即可，不必达到约束畸变的要求。本桥在中墩位置设置3道横隔板，桥台支撑处设置2道横隔板，间距0．86m，其余部分4．Om左右设置一道。钢箱腹板加劲肋参照钢板梁加劲的要求设置，钢箱外侧腹板约1．1m设置一道加劲板；另外为提高钢箱底板的抗压及抗拉能力，在底板各室设置了8道纵向加劲肋。
八、结束语
钢-混组合连续梁与同结构预应力混凝土连续梁及全钢箱梁相比，不但充分发挥了钢及混凝土各自的力学性能，而且具有自重轻、刚度大、施工快捷等优点，且能保证施工期间桥下道路正常通行，在道路立体交叉中需要上跨已建成的高等级公路时，钢-混组合梁桥结构可作为首选桥型。但需注意的是在小半径钢-混组合连续梁桥梁设计中，要对桥台曲线外侧支座出现的负反力进行计算和分析，采取必要措施以保证桥梁施工及运营安全。
