冷彎卷邊U型鋼板組合梁在橋梁上部結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

甘旭東

(安徽省引江濟(jì)淮集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000)

冷彎卷邊U型鋼板組合梁(簡(jiǎn)稱U型鋼板組合梁)是一種適用于小跨徑(L<20m)的簡(jiǎn)支梁，由鋼板冷彎卷邊形成U型截面與混凝土橋面邊組合而成，具有工業(yè)化程度高，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，自重較輕以及便于維護(hù)管養(yǎng)等特點(diǎn)。目前，我國(guó)沒(méi)有此類結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用研究，在鋼材價(jià)格較低，國(guó)家去產(chǎn)能的大環(huán)境背景下，U型鋼板板組合梁具有較高的研究應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。

某項(xiàng)目公路橋梁，平面位于R=1630m的圓曲線上，設(shè)計(jì)橋梁跨徑為3×16m，全長(zhǎng)54.02m，單幅橋面寬16.25m，以此橋?yàn)閷?shí)例進(jìn)行U型鋼板組合梁方案與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁(以下簡(jiǎn)稱“矮T梁”)方案綜合對(duì)比。

1 U型鋼板組合梁設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原理

U型鋼板板組合梁由鋼板冷彎卷邊形成的U型鋼板主梁、混凝土橋面板和聯(lián)結(jié)系3部分構(gòu)成，可充分發(fā)揮混凝土受壓和鋼板受拉的優(yōu)良特性。

1.2 設(shè)計(jì)方案

上部結(jié)構(gòu)單幅采用5片U型鋼板板組合梁，梁間距940mm，考慮到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工，鋼主梁梁高為700mm，底板寬700mm，翼緣寬度為150mm，頂面總寬1600mm，冷彎卷邊鋼板厚14mm，每片梁設(shè)端橫隔板和中橫隔板，橫隔板板厚18mm。橋面板板厚200mm，考慮吊裝重量，橫橋向分塊，寬度1880mm，濕接縫相連，濕接縫寬度150mm；順橋向分塊，寬度2800mm，濕接縫相連，濕接縫寬度500mm。橋面板與U型鋼板板翼緣處通過(guò)設(shè)置剪力釘群連接。

圖1 U型鋼板組合梁方案斷面圖

圖2 冷彎卷邊U型鋼板

2 方案綜合比較

按照常規(guī)設(shè)計(jì)方案，本橋上部結(jié)構(gòu)采用矮T梁，分別從安全、耐久、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀等方面與U型鋼板組合梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比。

圖3 矮T梁(16米跨徑)方案斷面圖

(1)安全性。2個(gè)方案均滿足功能要求，矮T梁設(shè)計(jì)理論及施工工藝成熟，結(jié)構(gòu)整體安全可靠，可以確保施工期間和正常使用過(guò)程中的安全性；U型鋼板組合梁國(guó)內(nèi)處于首次理論應(yīng)用研究，設(shè)計(jì)理論和施工工藝處于探索研究階段。

(2)耐久性。U型鋼板組合梁采用鋼-砼組合截面的結(jié)構(gòu)形式，可充分發(fā)揮混凝土受壓和鋼板受拉的優(yōu)良特性，其耐久性問(wèn)題主要是鋼材防腐問(wèn)題。矮T梁若施工工藝控制不好，后期營(yíng)運(yùn)易出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂問(wèn)題，開(kāi)裂若不及時(shí)修復(fù)加固會(huì)加速鋼筋的銹蝕，導(dǎo)致橋梁耐久性降低。

(3)環(huán)保性。混凝土的主要原料是砂石，就地開(kāi)采砂石對(duì)環(huán)境造成破壞，減少砂石用量有利于環(huán)境保護(hù)，采用冷彎卷邊U型鋼板取代底板和腹板的混凝土，大大減少混凝土的用量。

(4)經(jīng)濟(jì)性。U型鋼板組合梁上部結(jié)構(gòu)輕盈，橋梁墩柱尺寸也相應(yīng)減小，但隨著目前鋼材價(jià)格的提高，上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)較高，相比傳統(tǒng)的矮T梁，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)不明顯。

表1 2種結(jié)構(gòu)下經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

(5)適用性。矮T梁的預(yù)制過(guò)程從立模綁扎鋼筋到混凝土澆筑，從張拉預(yù)應(yīng)力到孔道壓漿，直到鉸縫鑿毛，過(guò)程較多，且每個(gè)過(guò)程都需要大量人工的投入，時(shí)間也較長(zhǎng)；而U型鋼板采用冷彎成型，焊接工作量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，大大縮短預(yù)制時(shí)間和人工的投入。

(6)美觀性。U型組合梁橋上部結(jié)構(gòu)輕盈、簡(jiǎn)潔，美觀性好。相比之下常規(guī)矮T梁體量較大，景觀效果較差。

4 結(jié) 論

綜上所述，與傳統(tǒng)的矮T梁相比，U型鋼板組合梁雖然造價(jià)優(yōu)勢(shì)不明顯，但具有工業(yè)化程度高，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小，結(jié)構(gòu)輕盈、簡(jiǎn)潔，美觀性好及環(huán)保等特點(diǎn)，尤其在鋼材價(jià)格較低，國(guó)家去產(chǎn)能的大環(huán)境背景下，U型鋼板板組合梁還是具有較高的研究應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。