混凝土橋梁結(jié)構(gòu)制造及維護(hù)

錢　莉　楊春芳

[摘要]鋼管混凝土拱橋近十年來(lái)在我國(guó)發(fā)展迅速，隨著數(shù)量的增多，跨徑與規(guī)模也不斷增大，分布區(qū)域也越來(lái)越廣，除了鋼管混凝土拱橋具有材料強(qiáng)度高、施工方便、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)的原因外，與我國(guó)正處于大規(guī)模的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)期的大環(huán)境有密切的關(guān)系。將根據(jù)鋼管混凝土拱橋在我國(guó)的應(yīng)用情況與近幾年的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造及維護(hù)作簡(jiǎn)單探討。

[關(guān)鍵詞]混凝土橋 機(jī)構(gòu)制造 維護(hù)

中圖分類號(hào)：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0520082－01

一、橋梁結(jié)構(gòu)類型

（一）剛架系桿拱橋型。鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)形式豐富多樣，承載形式上、中、不承式均有。按拱的推力，又可分為有推力供和無(wú)推力供。無(wú)推力供又有拱架組合體系和剛架系杯供。鋼管混凝土拱橋以中下承式為主，有推力拱和元推力拱均占相當(dāng)?shù)谋戎?。在無(wú)推力拱中，以剛架系桿拱為主。這些都是鋼管混凝土拱橋的構(gòu)造特點(diǎn)，與我國(guó)傳統(tǒng)的石拱橋、鋼管混凝土拱橋均有明顯的不同。

剛架系桿拱是在鋼管混凝土拱橋中出現(xiàn)的拱橋新的結(jié)構(gòu)形式。與拱架組合體系不同，剛架系桿供中拱助與橋墩?qǐng)F(tuán)結(jié)，不設(shè)支座，采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為拉桿來(lái)平衡換的推力，拉桿獨(dú)立于橋面系之外，不參與橋面系受力，而橋面系為局部受力構(gòu)件。這種結(jié)構(gòu)由于拱和墩連接處為剛結(jié)點(diǎn)，屬剛架結(jié)構(gòu)，又帶有系桿，故稱之為剛架系桿拱。

在施工方面，剛架系桿拱的施工可以像固定供一樣采用無(wú)支架施工，因而橋梁的跨越能力也較大，也能夠充分發(fā)揮鋼管混凝土拱橋施工方便的優(yōu)越性。由于這些優(yōu)點(diǎn)，這種橋型出現(xiàn)以后得到較廣泛的應(yīng)用。

（二）肋拱橋橫向結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土拱橋均為肋拱橋，由于其材料強(qiáng)度高，隨著跨徑的增大，橫向穩(wěn)定問題較為突出，所以其橫向結(jié)構(gòu)的合理采用至關(guān)重要。上承式肋供，可采用多肋結(jié)構(gòu)（多于二的），橫向聯(lián)系通常布置成等間距的徑向根撐（或根系梁），其橫向穩(wěn)定主要取決于整橋的寬跨比。對(duì)于中不承式拱，橫向聯(lián)系的布置在橋面附近受到行車空間的限制，同時(shí)對(duì)橫向動(dòng)力特性和美觀也有很大的影響，合理布且尤為重要。有時(shí)為加強(qiáng)其橫向穩(wěn)定性，將其兩肋內(nèi)傾而成提亞扶。與之相對(duì)應(yīng)，一般肋扶則稱為平行肋供。當(dāng)然，對(duì)于跨徑不是很大的城市橋梁，或出于景觀考慮，也有做成無(wú)風(fēng)撐的。

（三）拱肋截面構(gòu)造。鋼管混凝土拱橋的拱肋，當(dāng)跨徑不大時(shí)可采用單管截面。單管截面主要有圓形和國(guó)端形，單圓管加工簡(jiǎn)單，抗扭性能好，抗軸向力性能由于緊箍力作用顯示出優(yōu)越性，但抗彎效率較低，主要用于跨徑不大（80米以下）的城市橋梁和人行橋中。

肋拱橋中絕大部分為啞鈴形斷面，跨徑從幾十米到160m，以100m附近為多。啞鈴形截面較之單圓管截面，截面抗彎剛度較大，類似于工字形截面，但由于兩圓管的直徑與高度之比在1/2.5附近，因而不能視為鋼管混凝土格構(gòu)式截面。腹腔內(nèi)的混凝土受鋼板橫向套箍作用機(jī)理復(fù)雜，缺乏研究，若采用鋼管混凝土理論計(jì)算，計(jì)算將很復(fù)雜。由于鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)理論滯后，現(xiàn)行的計(jì)算方法常將其作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，使這一矛盾并不突出，且考慮到腹腔內(nèi)混凝土處于中和軸附近，設(shè)計(jì)計(jì)算常將其忽略，而只計(jì)及自重。

啞鈴形截面的腹板與圓管相接的交角較小，而且上下兩管彎曲成型后，腹板的焊接有較大的殘余應(yīng)力，所以加工較為困難，質(zhì)量不易得到保證。在灌注混凝土過程中，腹板受混凝土壓力的作用容易外鼓，所以有時(shí)需有拉桿對(duì)拉或采用其他措施，這使得較為構(gòu)造復(fù)雜。 從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，鋼管混凝土構(gòu)件中鋼管的作用較大、所占的造價(jià)比重也較大，理應(yīng)將鋼材盡可能地安排在外留（即不計(jì)混凝土?xí)r，應(yīng)是箱形斷面），而啞鈴形截面并沒有使所有的鋼材都處于截面的外圍。這同鋼筋混凝土構(gòu)件將矩形截面變形工字形截面的效果不同。所以鋼管混凝土拱橋，在跨徑較小時(shí)可采用單臂截面，在跨徑增大以后應(yīng)采用行武斷面，采用啞鈴形截面的跨徑范圍不應(yīng)像目前這樣廣泛。

二、混凝土橋的防護(hù)

混凝土的安全防護(hù)主要要注意幾種，歸納起來(lái)可分為兩大類：第一類是內(nèi)部措施，主要是提高混凝土及其鋼筋自身的防護(hù)能力；第二類被稱作外部措施，主要包括混凝土外涂層、鋼筋涂層、陰極保護(hù)及鋼筋緩蝕劑。此兩大類措施各有特點(diǎn)與利弊，提高混凝土自身對(duì)鋼筋的保護(hù)能力，是最根本的防護(hù)原則。下面介紹幾種外部措施：

（一）混凝土外涂層。

1．聚合物改性水泥砂漿。這是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型混凝土覆面材料，聚合物大都以乳液形式摻人水泥砂漿中，大大提高了砂漿層密實(shí)性和粘接力，其耐久性可與基體混凝土保持一致。但聚合物水泥砂漿畢竟是水泥基材料，原則上是不耐酸的。因此不適宜在較強(qiáng)的酸性環(huán)境中采用。

2．滲透性涂層。滲透性涂層在混凝土表面涂覆后，可與混凝土組分起化學(xué)作用并堵塞孔隙，或自行聚合形成連續(xù)性憎水膜。滲透性涂層材料可深人混凝土內(nèi)部3～5mm，形成一個(gè)特殊的防護(hù)層，從而保護(hù)鋼筋免受腐蝕。還有一種與滲透性涂層既類似又有區(qū)別的涂層叫浸漬型涂層。這類浸漬型涂層是用聚合物單體以浸漬的方法滲入混凝土中，并在其內(nèi)聚合，這類浸漬型涂層只適用于小型構(gòu)件。

3．混凝土表面涂層。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物表面，使用耐蝕涂層防止有害介質(zhì)的滲入，保持混凝土堿度及其結(jié)構(gòu)，以達(dá)到防止鋼筋混凝土破壞的目的，這也是有效而常用的方法之一。

（二）環(huán)氧涂層鋼筋。目前鍍鋅鋼筋、包銅鋼筋已很少使用，合金鋼鋼筋（耐蝕鋼筋）得到一定發(fā)展，特別是環(huán)氧涂層鋼筋，被確認(rèn)為鋼筋防腐蝕的有效措施之一。環(huán)氧樹脂粉末涂層還具有極強(qiáng)的耐化學(xué)侵蝕的性能，并且涂層具有不滲透性，因此能阻止腐蝕介質(zhì)如水、氧、氯氣等化學(xué)成分與鋼筋接觸，有效地保護(hù)了鋼筋，使其抗氧氣腐蝕壽命至少延長(zhǎng)50年。

（三）陰極保護(hù)。陰極保護(hù)是保護(hù)鋼筋的有效措施之一。鋼筋的氯離子腐蝕實(shí)質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕。因此可以采用外加電流或犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)方法，給鋼筋提供較高的負(fù)電壓，使鋼筋的電位處于負(fù)極（陰極），鋼筋的電位降低到陽(yáng)極開路電壓之下，從而有效地保證了鋼筋混凝土內(nèi)的鋼筋。

三、總結(jié)

混凝土拱橋是一種優(yōu)勢(shì)明顯、極具發(fā)展?jié)摿Φ臉蛐?，及時(shí)總結(jié)其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)是非常必要的，而開展深入系統(tǒng)的研究則更為重要。因此建議有關(guān)方面應(yīng)重視鋼管混凝土拱橋的技術(shù)研究，投入較多的經(jīng)費(fèi)，組織科技攻關(guān)；盡快制定頒發(fā)鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范，以使這一具有中國(guó)特色的橋梁結(jié)構(gòu)顯示其應(yīng)有的技術(shù)先進(jìn)性的經(jīng)濟(jì)合理性。在當(dāng)前的情況下，更應(yīng)慎重注意鋼管混凝土拱橋，尤其是大跨徑、大規(guī)模的鋼管混凝土拱橋的安全維護(hù)工作，應(yīng)用現(xiàn)有的技術(shù)手段保障這一新品類的橋梁為社會(huì)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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