湖南省长沙市浏阳河洪山大桥为长沙市北二环线上的一座无背索斜塔斜拉桥，主梁横断面如图1。桥中央为4．4 m(高)×7．0 m(宽)带倒角矩形闭口钢箱梁，顺桥向每隔4 m设一道长13．0 m的变截面箱形钢挑梁，钢挑梁上布置210 mm厚混凝土预制桥面板，桥面板与钢挑梁之间用φ19 mm、间距为120 mm的栓钉联结，通过剪力钉和现浇混凝土接缝联结形成钢一混凝土组合结构主梁。顺桥向混凝土桥面板与钢箱梁共同承担斜拉索水平分力，横桥向混凝土桥面板与钢挑梁形成承受负弯矩的大悬臂变截面钢一混凝土组合结构，是一种较为独特的钢一混凝土组合梁。为消除组合梁负弯矩区段混凝土的拉应力，通常可采取施加预压应力的方法，如直接施加预应力或利用钢梁的反变形对混凝土施加预应力等。由于预制桥面板采用直接施加预应力方法难以实现，洪山大桥采用了反变形预压法，以减小二期荷载对混凝土桥面板产生的拉应力。
 

    国内外对于利用钢梁的反变形对混凝土施加预应力的研究鲜有报道，特别是对于大悬臂变截面钢一混组合结构，尚未见有现场实测数据的报道。本文根据设计要求，对洪山大桥施工过程进行了现场测试。并对测试结果进行了有限元数值模拟计算。

    1.施工程序与监测方法

    1．1 反变形预压施工程序

    钢挑梁上铺预制混凝土板后，将预制混凝土压重块通过轨道移至钢挑梁端部进行压重预弯。压重量按单侧一次压重长24 m，前4 m单侧每延米60 kN，后20 m单侧每延米100 kN，总重量为4 480 kN，压重块横桥向距桥中线15．25 m。然后用C50钢纤维混凝土现浇预制混凝土板纵、横向接缝。待现浇接缝混凝土结硬后，便将压重移至下一压重段。由于压重的加载和卸载，最终使组合梁各处受到一个大小相等、方向相反的弯矩。因而，引起梁内的应力重分布，对于钢挑梁而言，因卸载时发生了部分变形恢复，故在卸载的同时产生反向应力。对于混凝土板部分，由于加载时未与钢挑梁联成整体，不参与受力，而卸载时已是组合截面的一部分，此时会因钢挑梁发生向上的回弹变形而产生压应力，这就是所期待的预压应力，利用这一部分压应力抵消二期荷载产生的拉应力。各施工阶段中的荷载情况如图2所示。

   阶段I：在悬臂钢挑梁上铺设预制混凝土板，预加压重P，现浇纵、横向湿接缝；

   阶段Ⅱ：现浇接缝混凝土结硬后移走压重，相当于施加反向预压力P；

   阶段Ⅲ：成桥使用阶段的二期恒载及活载。

   桥面板的内力仅由钢挑梁和桥面板完全联结成为整体截面后在其上作用的荷载产生，即为阶段Ⅱ和阶段Ⅲ的叠加，但这两个阶段产生的内力一正一负，利用阶段Ⅱ对混凝土产生的压应力抵消阶段Ⅲ荷载作用下产生的拉应力。

    1．2 监测方法

    为测试反变形预压效果，在3根钢挑梁顶板根部安装焊接式应变计(S1～S3)，以测试根部钢挑梁顶板在压重下的拉应变和卸压重后的压应变；在5根钢挑梁现浇混凝土接缝根部安装埋入式应变计(c1～c5)，以测试根部现浇混凝土接缝在钢挑梁回弹后的压应变；桥面板预制时，在板内埋设应变计(P1～P5)，以测试在桥面板中间部位产生的压应变。根据测试数据可知钢挑梁回弹后压应力沿横桥向的分布情况；同时在钢挑梁端部设立位移观测点，以测试压重下沉量和卸压重回弹量。应变测点平面布置如图3所示。

2 有限元数值模拟分析

    组合桥面板的内力计算问题，特别是组合梁混凝土桥面板的内力计算问题，一直是各国工程界普遍关心的问题，在有关组合梁的参考文献中，通常采用简化计算方法进行分析，但这样难以体现结构的空间整体性作用。本文采用空间有限元模拟分析施工阶段Ⅱ对挑梁的预压效果，对于洪山大桥组合悬臂梁来说，由于其施工特点，形成组合截面有个时间过程，所以刚度不但在横截面是逐渐变化的，而且随着接缝混凝土的凝固，其刚度发生变化，最终才由组合截面受力。根据其受力特点和截面尺寸，采用壳单元模拟。为反映混凝土桥面板在整体空间作用下的预压受力情况，按照实际结构单侧取7根挑梁、24 m混凝土桥面板建模(图4)。
 

3 实测结果与数值模拟结果对比分析

    应变和位移实测结果如表1、表2所示，可见实测的应变结果与数值模拟结果吻合较好；但施工阶段I压重后挑梁的端部下沉量与阶段Ⅱ卸压重后的回弹量实测结果比理论计算值要小。
 

4 结语

    理论计算和实测结果表明，当钢一混凝土组合梁的钢梁受压而混凝土受拉时，采用反变形预压法对混凝土进行预压，能够取得较好的效果。但抗剪连接构造、混凝土徐变等对预应力分布规律的影响还有待于进一步研究。