三鋼混凝土在中小簡支梁橋中的應用

陳東

（重慶市實力公路開發有限公司 重慶 401147）

1 中小跨徑橋梁結構發展現狀

隨著國家交通事業迅速發展，特別是最近幾年縣道、通鄉通村公路的大量建設，需要修建大量跨越溝渠的橋梁、涵洞，一般為一跨或兩跨跨徑在30m以下的中小跨徑簡支梁梁橋。現在公路運輸事業飛躍發展，大量大噸位的車輛出現，超出了常規公路橋梁的荷載；由于國力不強，通鄉公路建設國家和地方共同出資修建，中西部地方政府財政又緊缺，使得公路鄉村公路建設單位采用低成本、低標準進行建設，在橋梁運行使用中梁板出現開裂，鋼筋銹蝕嚴重，使用壽命大大縮短，出現大量危橋，嚴重影響著人民的生命財產安全。為改善行車狀況，美化道路環境，節約工程成本，降低工程實施難度，保證工程質量，中小跨徑橋梁在縣道、鄉村道路中的地位越來越重要，同時對相應結構的性能及使用要求也越來越高，需要有既施工方面、成本低，又便于山區施工、施工設備簡易的結構形式。

2 中小橋梁結構分析

簡支梁橋是中小跨徑橋梁最常用的施工方案及結構形式，特別是通鄉公路的跨溝跨渠橋梁，在工程設計、施工中最容易掌握，其根據自身性能配筋等又可分為普通簡支梁橋、預應力簡支梁橋、部分預應力簡支梁橋，現對其優缺點作對比分析。

普通鋼筋混凝土簡支梁：主要做成實心的矩行橫截面板梁。由于其主要受力靠其中的普通鋼筋，受拉區混凝土容易開裂，露出鋼筋；而且梁的高度大，使用材料多，自重重，剛度小，成本高，但具有施工比較簡單、設備投入不多、專業性相對較低等優點。主要用于涵洞蓋板、小橋。

預應力簡支梁：多做成空心箱板梁或"T"梁。由于梁在自重及外部荷載作用下，產生變形，使受拉區混凝土鋼筋受拉，一定程度上使砼開裂，影響受力鋼筋，預應力混凝土梁采用預加反應力的原理，使得梁的抗裂性能和剛度得到大大提高，做成空心或"T"形截面，能大大節約截面積，節省材料，減輕自重及恒載，能改善橋梁結構的性能，提高其安全系數，延長使用壽命。然而其施工需要較大的預制場地、良好的灌漿設備、計量精確的張拉機具等專業設備，這些設備比較昂貴，而且張拉、灌漿專業性很強，危險性也高，對于只有幾片十幾片梁的中小跨橋梁，設備費用較高，施工危險較大，對于項目建設方不愿意接受，特別是山區通鄉通村公路建設，地形地貌局限，預制場地難找，施工隊伍技術、設備相對而言要薄弱一些，預應力簡支梁施工質量要難以實施一些。

部分預應力簡支梁：部分預應力與全部預應力梁相比可以更有效的合理的配筋，節約高強度的鋼材，可以避免過大預應力反拱對其受彎構件破壞時所呈現的延性，在減少混凝土脆性破壞方面也有較大的改善，提高其抗震動能力。由于其預加合理的預應力，其撓度與裂縫的寬度較小，尤其是當最不利荷載卸載后恢復性能較好，裂縫能很快閉合，但其普通混凝土部分仍存在抗拉能力低，容易開裂。部分預應力簡支梁抗拉性能及主要受力要預應力筋承擔，需要大量的高強度鋼材、昂貴的鋼絞線，專業的張拉、灌漿施工機具和較好的預制或施工場地，而其普通受力筋只是其分散裂縫的作用，在裂縫出現之前對裂縫的發生和彈性撓度的影響很小并不能有效工作，只有在結構開裂后才能充分發揮作用，鋼材主要是支撐易受疲勞破壞部分地區，其最大缺點是當截面開裂后應力會突然變化，剛度也會突然變小，影響其使用壽命。

3 三鋼混凝土的力學性能及應用

從實踐及理論分析需要一種高強度抗拉、抗裂、抗疲勞的材料在解決普通簡支梁、預應力及部分預應力的缺點，同時具有便于施工、投入少的優點的結構方案。通過多方面分析研究及試驗利用幾種材料來組合，即鋼纖維、鋼絲網、鋼筋、混凝土共同作用，也就是三鋼混凝土可以有理想的抗拉、抗裂、抗沖擊、抗疲勞、韌性及延性等方面力學性能，而且能夠方便地制作高強度、輕型薄壁構件，使結構輕型化，減輕結構自重、恒載，不需要特殊設備，大大降低施工難度及施工成本。

三鋼混凝土的基本力學結構圖如下。

從上面的結構圖可以分析出鋼纖維、鋼絲網、鋼筋分別不同時期發揮作用。

初裂階段：受拉區的拉應力主要由邊緣的高強度的鋼纖維混凝土承擔；

當拉應力使邊緣鋼纖維混凝土無法滿足強度要求但未開裂時，拉應力由鋼纖維與鋼絲網共同承擔；

當荷載不斷增大，由鋼筋承擔，直到超過其極限荷載而破壞。

從以上幾個受力時段可以發現，高強度鋼纖維混凝土能有效控制裂縫的擴展，而且能推遲承載能力的極限狀態，延長結構使用壽命，最難得的是鋼筋達到屈服強度時，結構受拉區裂縫在鋼纖維和鋼絲網的作用下寬度控制相當好，能防止外部環境的銹蝕、破壞。三鋼混凝土解決了普通混凝土抗拉性能低韌性差、易開裂、強度高但脆性大，破壞無征兆的弱點，提高了其破壞時不成粉狀的安全系數；同時也解決了預應力混凝土結構使用昂貴的高強材料鋼絞線但不能有效提高結構的延性和韌性的特點。三鋼混凝土有鋼纖維和鋼絲網的摻入,可有效減少微裂紋的開展,降低微裂縫的擴展速度,在承受車輛荷載反復作用時,鋼纖維與鋼絲網從混凝土中脫拉出來需要很大的荷載,使結構開裂后性狀發生根本變化,這個過程緩慢而且有明顯征兆,提高橋梁的安全使用性能。

總之，三鋼混凝土具有良好的抗拉、抗裂、抗沖擊、抗疲勞性能、延性和韌性好等優點，而且在承受荷載時使承載能力極限狀態到來推遲，受力鋼筋達到屈服時也能使受拉裂縫的寬度控制在能滿足國家有關裂縫寬度控制范圍內，且受力鋼筋不被破壞，其狀態類似于部分預應力結構的承載狀態，但其性能又優于普通的部分預應力結構，同時又具有完全預應力構件的一些優點。在中小跨徑橋梁施工中大大降低了難度，其鋼纖維混凝土只用普通的強制式攪拌機就可以攪拌出合格的混合料，對于鋼絲網、鋼筋就更不成問題了，在市場上可以很方便的買到，有效地減小構件截面設計，降低工程成本。三鋼混凝土梁板與普通的簡支梁施工工藝比較接近，使得常規施工隊伍、設備場地就可以完成，在通鄉通村公路建設中的中小跨徑橋梁、涵洞蓋板施工中發揮積極的作用，并得到廣泛應用。

[1]蒙云教授《低預應力三鋼混凝土連續梁研究》，重慶交通大學；

[2]《橋梁工程》上，交通出版社；特別致謝：重慶交通大學蒙云教授精心指導。