混凝土橋梁結構制造及維護

錢　莉　楊春芳

[摘要]鋼管混凝土拱橋近十年來在我國發展迅速，隨著數量的增多，跨徑與規模也不斷增大，分布區域也越來越廣，除了鋼管混凝土拱橋具有材料強度高、施工方便、造型美觀等優點的原因外，與我國正處于大規模的交通基礎設施建設時期的大環境有密切的關系。將根據鋼管混凝土拱橋在我國的應用情況與近幾年的發展趨勢，對混凝土橋梁的結構的設計制造及維護作簡單探討。

[關鍵詞]混凝土橋 機構制造 維護

中圖分類號：TU3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0520082－01

一、橋梁結構類型

（一）剛架系桿拱橋型。鋼管混凝土拱橋結構形式豐富多樣，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推力供。無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的比重。在無推力拱中，以剛架系桿拱為主。這些都是鋼管混凝土拱橋的構造特點，與我國傳統的石拱橋、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的拱橋新的結構形式。與拱架組合體系不同，剛架系桿供中拱助與橋墩團結，不設支座，采用預應力鋼絞線作為拉桿來平衡換的推力，拉桿獨立于橋面系之外，不參與橋面系受力，而橋面系為局部受力構件。這種結構由于拱和墩連接處為剛結點，屬剛架結構，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支架施工，因而橋梁的跨越能力也較大，也能夠充分發揮鋼管混凝土拱橋施工方便的優越性。由于這些優點，這種橋型出現以后得到較廣泛的應用。

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

（三）拱肋截面構造。鋼管混凝土拱橋的拱肋，當跨徑不大時可采用單管截面。單管截面主要有圓形和國端形，單圓管加工簡單，抗扭性能好，抗軸向力性能由于緊箍力作用顯示出優越性，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式截面。腹腔內的混凝土受鋼板橫向套箍作用機理復雜，缺乏研究，若采用鋼管混凝土理論計算，計算將很復雜。由于鋼管混凝土拱橋設計理論滯后，現行的計算方法常將其作為鋼筋混凝土結構，使這一矛盾并不突出，且考慮到腹腔內混凝土處于中和軸附近，設計計算常將其忽略，而只計及自重。

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力，所以加工較為困難，質量不易得到保證。在灌注混凝土過程中，腹板受混凝土壓力的作用容易外鼓，所以有時需有拉桿對拉或采用其他措施，這使得較為構造復雜。 從經濟角度來說，鋼管混凝土構件中鋼管的作用較大、所占的造價比重也較大，理應將鋼材盡可能地安排在外留（即不計混凝土時，應是箱形斷面），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，在跨徑較小時可采用單臂截面，在跨徑增大以后應采用行武斷面，采用啞鈴形截面的跨徑范圍不應像目前這樣廣泛。

二、混凝土橋的防護

混凝土的安全防護主要要注意幾種，歸納起來可分為兩大類：第一類是內部措施，主要是提高混凝土及其鋼筋自身的防護能力；第二類被稱作外部措施，主要包括混凝土外涂層、鋼筋涂層、陰極保護及鋼筋緩蝕劑。此兩大類措施各有特點與利弊，提高混凝土自身對鋼筋的保護能力，是最根本的防護原則。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。這是近年來發展起來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。因此不適宜在較強的酸性環境中采用。

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作用并堵塞孔隙，或自行聚合形成連續性憎水膜。滲透性涂層材料可深人混凝土內部3～5mm，形成一個特殊的防護層，從而保護鋼筋免受腐蝕。還有一種與滲透性涂層既類似又有區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，并在其內聚合，這類浸漬型涂層只適用于小型構件。

3．混凝土表面涂層。在鋼筋混凝土結構物表面，使用耐蝕涂層防止有害介質的滲入，保持混凝土堿度及其結構，以達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）得到一定發展，特別是環氧涂層鋼筋，被確認為鋼筋防腐蝕的有效措施之一。環氧樹脂粉末涂層還具有極強的耐化學侵蝕的性能，并且涂層具有不滲透性，因此能阻止腐蝕介質如水、氧、氯氣等化學成分與鋼筋接觸，有效地保護了鋼筋，使其抗氧氣腐蝕壽命至少延長50年。

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

三、總結

混凝土拱橋是一種優勢明顯、極具發展潛力的橋型，及時總結其應用經驗是非常必要的，而開展深入系統的研究則更為重要。因此建議有關方面應重視鋼管混凝土拱橋的技術研究，投入較多的經費，組織科技攻關；盡快制定頒發鋼管混凝土拱橋的設計與施工規范，以使這一具有中國特色的橋梁結構顯示其應有的技術先進性的經濟合理性。在當前的情況下，更應慎重注意鋼管混凝土拱橋，尤其是大跨徑、大規模的鋼管混凝土拱橋的安全維護工作，應用現有的技術手段保障這一新品類的橋梁為社會發展作出積極貢獻。

參考文獻：

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[3]陳寶春，鋼管混凝土拱橋設計與施工，北京：人民交通出版社，1999.3.