橫拼裝波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁研究

劉杰

（1.邢臺(tái)路橋建設(shè)總公司，河北 邢臺(tái)054001；2.河北省鋼混組合橋梁技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 邢臺(tái)054001）

1 引言

長期以來，我國較為常見的橋梁類型基本上都是預(yù)應(yīng)力混凝土橋，因?yàn)檐囕v超載、施工控制以及設(shè)計(jì)理念等方面的原因，預(yù)應(yīng)力混凝土橋往往存在一些病害，如腹板開裂以及跨中撓度增大等，為橋梁運(yùn)營帶來一定的安全隱患，同時(shí)，混凝土的大量使用也不利于自然環(huán)境的健康發(fā)展。

近年來，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提升，為橋梁工程技術(shù)發(fā)展帶來了更多可能。目前，由邢臺(tái)路橋采用自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)的裝配式組合鋼箱梁，由組合橋面板、波形鋼腹板、內(nèi)填混凝土的鋼套箱組成（通過橫隔板橫向拼裝成整橋），制作集中采用先進(jìn)的半自動(dòng)或自動(dòng)化、機(jī)器人、機(jī)械化、數(shù)字化技術(shù)。以物流、工藝、高技術(shù)制作等幾方面進(jìn)行了研發(fā)，含板料展平、板料預(yù)處理、板料成型、板料定位夾緊、自動(dòng)焊接、自動(dòng)物流等幾方面。結(jié)合汽車、集裝箱、造船等行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)，吸收各行業(yè)先進(jìn)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合鋼梁的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造邢臺(tái)路大橋18～33m鋼梁的通用生產(chǎn)線。它可以節(jié)省大量的勞動(dòng)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高橋梁工程質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低橋梁工程成本。本文重點(diǎn)研究了橫裝波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的關(guān)鍵技術(shù)，希望通過本研究為相關(guān)人員提供參考，以推動(dòng)我國橋梁工程的順利發(fā)展。

2 經(jīng)濟(jì)比較

波形鋼腹板PC箱梁在應(yīng)用過程中，最為明顯的特點(diǎn)就是自身重量占據(jù)箱梁總重的20%～30%，混凝土腹板輕量化特點(diǎn)比較明顯。此外，箱形梁的重量減少了約25%，矢量重量的減少對(duì)減少上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力具有最直接的作用，從而減少了預(yù)應(yīng)力鋼和其他材料的用量【1】。更為重要的是，跨徑為30cm的PC小箱梁斷面尺寸很小，而跨徑為30cm橫向拼裝波形鋼腹板PC箱梁材料用量指標(biāo)會(huì)超過30cm跨徑PC小箱梁，實(shí)際性能也要略高于30cm跨徑PC小箱梁。對(duì)于40m、50m跨徑橫向拼裝波形鋼腹板PC箱梁與40m、50m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，不能夠?qū)⒘W(xué)優(yōu)勢(shì)呈現(xiàn)出來，材料用量指標(biāo)也更加明顯。當(dāng)跨徑達(dá)到60cm時(shí)，橫向拼裝波形鋼腹板PC箱梁的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將更加顯著（見圖1）。

圖1 橫向拼裝波形鋼腹板箱梁

3 橫向預(yù)制拼裝法施工技術(shù)特點(diǎn)

波紋鋼腹板PC組合箱梁橋可以充分發(fā)揮鋼筋、混凝土2種材料的力學(xué)性能，顯著降低結(jié)構(gòu)重量，提高預(yù)應(yīng)力引入效率。近年來它在我國迅速發(fā)展。目前，這種橋型的建筑大多采用全層支架法或懸臂澆筑法，二者都是現(xiàn)澆混凝土。施工過程復(fù)雜、緩慢，結(jié)構(gòu)質(zhì)量不易控制，不可能實(shí)現(xiàn)箱形梁組件的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化處理和構(gòu)造，這使得其無法充分反映這種類型的橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。橫向拼裝施工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)鋼混結(jié)構(gòu)構(gòu)件工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化施工。邢臺(tái)路橋生產(chǎn)的中跨跨度18～33m的鋼制箱梁，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)梁的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，便于運(yùn)輸和安裝，實(shí)現(xiàn)長距離運(yùn)輸，組裝施工快捷，穩(wěn)定可靠。結(jié)構(gòu)可靠，使用壽命長，維護(hù)成本低，回收價(jià)值利用率高。

4 橫向拼裝波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁關(guān)鍵技術(shù)

4.1 截面設(shè)計(jì)

根據(jù)30m、40m以及50m 3種常見的跨徑設(shè)計(jì)預(yù)制工字梁，若跨徑在30m以下，通常腹板所占比例較小，并且梁高較矮，這種形式不是波形鋼腹板PC組合箱梁橋的最佳跨徑?，F(xiàn)階段，我國公路單車道寬度通常設(shè)計(jì)為3.75m，所承受最大運(yùn)輸重量不超過1 500kN（150t），常見的運(yùn)輸方式為多輪運(yùn)輸，因此，為體現(xiàn)出方便快速施工、批量生產(chǎn)以及工廠化預(yù)制等施工理念，跨徑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)通常為30m、40m以及50m 3種類型，30m跨徑梁高為1.85m；40m跨徑梁高為2.5m；50m跨徑梁高為3m，3種類型中梁最大跨度一致為1.5m，邊梁最大寬度一致為2.8m。工字梁外形尺寸均在我國公路運(yùn)輸限界范圍內(nèi)，若有些地區(qū)凈空不受影響，梁高可以適當(dāng)增大，例如，波形鋼腹板高度增加1.2倍，可以有效提升箱梁截面抗彎強(qiáng)度，并獲得更加突出的經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4.2 橫梁、橫隔板設(shè)計(jì)

對(duì)于工字梁的端橫梁而言，一方面可以傳遞預(yù)應(yīng)力荷載以及保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，另一方面可以使荷載橫向擴(kuò)散。若跨徑為30m，則橫梁厚度設(shè)計(jì)為0.8m，若跨徑為40m、50m，則橫梁厚度設(shè)計(jì)為1.0m。由于有臨時(shí)支座設(shè)置這一要求，預(yù)制段中橫梁厚度應(yīng)為0.6m。若跨徑為30m，則現(xiàn)澆段為0.5m，若跨徑為40m、50m，則現(xiàn)澆段為0.8m。橫隔板共設(shè)置3道，厚度為20cm。

4.3 橫向拼裝波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù)

對(duì)于波紋鋼腹板與箱形梁混凝土頂板之間的連接，實(shí)際的結(jié)構(gòu)特征主要集中在波紋鋼腹板的頂部開口處，在實(shí)際的打開過程中，一個(gè)或多個(gè)的組合鋼筋，固定在波紋鋼板和混凝土屋頂?shù)慕Y(jié)合面上，在上述操作的幫助之下，能夠?qū)⑶度胧娇辜暨B接件施工優(yōu)勢(shì)呈現(xiàn)出來，強(qiáng)化連接件剛度，傳遞連接部位鋼材和混凝土的水平剪力，耐久性和整體性良好，還能節(jié)省一部分鋼材，便于施工，尤其是在中等跨徑波形鋼腹板箱梁頂板連接件之中，呈現(xiàn)出的作用更加明顯。對(duì)于該類連接件，比應(yīng)用雙PBL連接件能夠節(jié)省30%的鋼材。如果是應(yīng)用翼緣板，也可以利用混凝土頂板澆筑模板，最終將頂板混凝土澆筑漏漿和混凝土剝落問題全部解決【2】。

4.4 波形鋼腹板設(shè)計(jì)

為了確定這種波紋鋼腹板的形狀和尺寸，主要是要確保在屈服之前沒有剪切屈曲，并且在極限載荷的作用下也沒有剪切屈曲。合理設(shè)計(jì)并考慮橋梁橫向剛度等因素，并對(duì)橋梁橫向剛度等因素進(jìn)行充分考慮，板厚采用10mm（見圖2）。

圖2 波形鋼腹板構(gòu)造圖

5 結(jié)語

實(shí)際波形鋼腹板PC箱梁在應(yīng)用過程中，主要是將混凝土抗壓作用呈現(xiàn)出來，而且波形鋼腹板抗屈服強(qiáng)度較高，能夠?qū)⒑侠?、有效的橋梁結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)出來。對(duì)于橫向拼裝波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁的應(yīng)用，主要應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)化和工程化預(yù)制，能夠更好地維護(hù)工程質(zhì)量，控制好工程造價(jià)，對(duì)景觀道路和公路橋梁建設(shè)提供廣闊的應(yīng)用前景。至今，邢臺(tái)路橋生產(chǎn)的裝配式組合鋼箱梁已經(jīng)廣泛應(yīng)用在大廣高速、京港澳高速、張承高速、邢衡高速、太行山高速等多條高等級(jí)公路的建設(shè)，并受到了用戶的一致好評(píng)——節(jié)能環(huán)保，實(shí)用性強(qiáng)，可為類似工程提供借鑒。