預(yù)應(yīng)力混凝土簡支矮T梁結(jié)構(gòu)在公路橋梁中推廣應(yīng)用的可行性分析

張書兵

（華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014）

0 引言

公路和市政工程橋梁通常以中、小跨徑為主，且以預(yù)制裝配式板梁結(jié)構(gòu)占比最高。江蘇省內(nèi)8～20m跨徑橋梁以空心板結(jié)構(gòu)為主，20～40m 跨徑常規(guī)橋梁以預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)為主；對于小半徑、轉(zhuǎn)角度等特殊橋跨，采用現(xiàn)澆混凝土箱梁、鋼箱梁、鋼混疊合梁等結(jié)構(gòu)形式。

空心板結(jié)構(gòu)具有建筑高度低、構(gòu)造簡單、結(jié)構(gòu)剛度大、可批量化預(yù)制施工、運輸及吊裝方便、綜合造價經(jīng)濟等優(yōu)點。在早期的中小跨徑橋梁建設(shè)中，特別是在交通運輸部1993、2008 版橋梁通用圖發(fā)布后，空心板得到了廣泛應(yīng)用。直至目前，空心板橋仍是全國大部分地區(qū)中小跨徑橋梁的首選結(jié)構(gòu)。近年來，在橋梁管養(yǎng)及改擴建中，空心板結(jié)構(gòu)逐漸暴露出了鉸縫易開裂、支座脫空、梁體縱橫向開裂、抗剪加固困難等問題。隨著對空心板病害及改擴建加固設(shè)計的深入研究，部分省市開始逐漸推廣應(yīng)用簡支矮T 梁結(jié)構(gòu)。

本文基于對空心板結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題的總結(jié)，分析了簡支矮T 梁結(jié)構(gòu)的受力模式及構(gòu)造，并與空心板結(jié)構(gòu)進行了全面對比，充分分析了簡支矮T梁結(jié)構(gòu)替代空心板，在公路橋梁中推廣應(yīng)用的可行性。

1 簡支矮T 梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 空心板結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題

盡管空心板結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，但在實際工程應(yīng)用中，目前主要存在以下問題需解決、優(yōu)化：

1.1.1 預(yù)制質(zhì)量控制難

空心板為內(nèi)腔空心結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)斷面尺寸小，內(nèi)腔芯模定位困難，混凝土振搗過程中芯模容易移動、上浮，板梁尺寸預(yù)制精度難以控制。由此引起了空心板橋的典型病害之一：底板縱向裂縫（見圖1）。對空心板梁橋的現(xiàn)場鉆芯取樣研究發(fā)現(xiàn)，板底縱向裂縫處的底板厚度通常小于設(shè)計值、混凝土不密實、并且裂縫貫穿底板厚度（通縫）?？招陌鍢虻装蹇v向裂縫產(chǎn)生機制參見圖2。

圖1 空心板橋底板縱向裂縫

圖2 空心板橋底板縱向裂縫產(chǎn)生機制

1.1.2 鉸縫施工質(zhì)量控制難

空心板橋最為典型的病害是鉸縫的破壞，常見于鉸縫開裂、滲水。鉸縫空間尺寸小且為半封閉構(gòu)造，混凝土振搗不易密實，施工質(zhì)量難以控制且無法檢視。盡管部分通用圖對鉸縫的構(gòu)造和施工工藝進行過多次優(yōu)化，但其施工質(zhì)量仍難以有效控制。部分橋梁鉸縫病害嚴重，導(dǎo)致空心板橫向連接薄弱，引起單板受力過大，影響結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性。

1.1.3 結(jié)構(gòu)加固困難

近年來，隨著高速公路改擴建工程的開展，在對既有老橋結(jié)構(gòu)檢測、評估過程中發(fā)現(xiàn)，很多老橋的抗彎、抗剪承載力不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需進行結(jié)構(gòu)加固?？招陌鍢虻目箯澇休d力加固，可通過板底粘貼碳纖維布、粘貼鋼板等方式實施。但因橫向沒有充足的“外漏腹板”，空心板抗剪承載力不足難以加固，一般只能拆除新建，對既有交通影響較大且增加了工程投資。

隨著我國交通運輸規(guī)模的不斷擴大，橋梁設(shè)計規(guī)范中活載也在不斷提高，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮遠期加固方案，做到可持續(xù)發(fā)展。從這一點來看，空心板橋亟須解決加固困難的問題。

1.2 簡支矮T 梁結(jié)構(gòu)的提出及主要構(gòu)造

鑒于施工及管養(yǎng)過程中出現(xiàn)的病害問題，2010年前后，以安徽省、浙江省為主的部分省市開始逐漸取消了空心板在中、小跨徑橋梁中的應(yīng)用，并改用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支矮T 梁結(jié)構(gòu)予以替代。目前，簡支矮T梁結(jié)構(gòu)已在多個省市的公路項目中得到應(yīng)用，且暫未出現(xiàn)明顯的病害。

各地現(xiàn)行的矮T 梁通用圖在構(gòu)造上不盡相同，但總體構(gòu)造原則基本一致。對各地已有的通用圖進行了對比、歸納，目前常用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支矮T 梁構(gòu)造如表1及圖3、圖4所示。

表1 簡支矮T 梁主要構(gòu)造參數(shù)

圖3 簡支矮T 梁斷面構(gòu)造（單位：cm）

圖4 13m、16m、20m 跨徑矮T 梁斷面構(gòu)造（單位：cm）

2 簡支矮T 梁與空心板結(jié)構(gòu)的比較

2.1 受力模式

空心板：順橋向為結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)體系，橫橋向各片預(yù)制板梁通過鉸縫連接，形成橫向鉸接板梁體系。橫向鉸接傳力性能良好，但鉸縫施工質(zhì)量直接影響到活載的橫向傳遞效果。根據(jù)橋梁檢測統(tǒng)計數(shù)據(jù)，鉸縫施工振搗不密實、運營期裂縫，導(dǎo)致橫橋向鉸接傳力機制退化、失效，引起橋面開裂、單板受力等常見病害。

簡支矮T 梁：順橋向為結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)體系，橫橋向各片預(yù)制梁通過現(xiàn)澆濕接縫連接，并在梁端、跨中設(shè)置橫隔板，形成縱、橫向梁格體系。

道路活載通過橫隔板及濕接縫沿橫橋向傳遞，并沿著各片梁順橋向傳遞至支座及下部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體傳力路徑明確。橫隔板及濕接縫施工質(zhì)量易于控制，橋梁橫向連接整體性、耐久性良好。簡支梁T 梁橋受力模式見圖5所示。

圖5 簡支矮T 梁橋受力模式

2.2 適用范圍

空心板：適用于中、小跨徑等寬橋梁。對變寬橋梁適用性差，橋梁變寬可通過邊板翼緣寬度調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)幅度較小，且板梁須作特殊預(yù)制，施工復(fù)雜。

簡支矮T 梁：適用于中、小跨徑等寬、變寬橋梁。橋梁變寬可通過濕接縫寬度調(diào)節(jié)，濕接縫寬度控制在30～60cm，變寬適應(yīng)性強。

2.3 工程規(guī)模

空心板：結(jié)構(gòu)高度低，有效控制路線縱斷面及工程規(guī)模。但空心板橫橋向豎向“腹板”密集，截面受力效率低，上部結(jié)構(gòu)混凝土材料用量大，結(jié)構(gòu)恒載大。

簡支矮T 梁：結(jié)構(gòu)高度略高于空心板，引起路線縱斷面略上抬。通過采用預(yù)應(yīng)力混凝土肋梁結(jié)構(gòu)，截面上部翼緣受壓，下部預(yù)應(yīng)力受拉，截面受力效率高，材料用量省，寬度27m 跨徑13m、16m、20m 的矮T 梁橋斷面混凝土用量相比于空心板橋分別減少26.0%、28.1%、30.7%。綜合考慮橋梁及兩側(cè)縱斷面受影響區(qū)段路基工程，相同跨徑空心板橋、矮T 梁橋工程造價指標基本一致。

2.4 施工方法

空心板：采用預(yù)制、吊裝施工。內(nèi)腔芯模定位困難，且混凝土振搗過程中芯模容易移動、上浮，板梁尺寸預(yù)制精度很難控制；先張預(yù)應(yīng)力工藝，需設(shè)置張拉臺座，施工控制略復(fù)雜；鉸縫施工質(zhì)量控制難，且無法及時檢視，后期病害多。

簡支矮T 梁：采用預(yù)制、吊裝施工。梁體結(jié)構(gòu)簡單，采用鋼模預(yù)制質(zhì)量高；后張法預(yù)應(yīng)力工藝，預(yù)應(yīng)力施工簡便、高效；橫向通過現(xiàn)澆濕接縫連接，施工便捷且質(zhì)量易于控制。

2.5 運營養(yǎng)護

空心板：因施工控制難，易引起橋梁病害多，養(yǎng)護工作量較大；橋梁橫向沒有充足的“外漏腹板”，空心板抗剪承載力不足難以加固。

簡支矮T 梁：結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單、受力明確，施工質(zhì)量易于控制，運營期病害較少；肋梁結(jié)構(gòu)，后期加固空間充足。

以上從受力模式、適用范圍、工程規(guī)模等五個方面，對空心板及簡支矮T 梁結(jié)構(gòu)進行了全面對比，結(jié)果表明，簡支矮T 梁結(jié)構(gòu)在各方面均優(yōu)于空心板結(jié)構(gòu)，在施工控制、運營養(yǎng)護、工程規(guī)模方面，均更符合目前提倡的品質(zhì)工程的建設(shè)要求。

3 結(jié)論

第一，因施工質(zhì)量控制困難，運營期病害頻發(fā)，且近年來改擴建工程中暴露出其承載力加固困難的問題，大量老橋被拆除重建，空心板結(jié)構(gòu)亟須進行改進、優(yōu)化。

第二，預(yù)制矮T 梁結(jié)構(gòu)受力模式簡單、施工便捷且施工質(zhì)量易于控制、運營期病害較少，其主要性能指標優(yōu)于傳統(tǒng)空心板結(jié)構(gòu)。建議積極推廣預(yù)制矮T梁結(jié)構(gòu)在中小跨徑公路橋梁中的應(yīng)用。