預制節段拼裝連續梁上部構造特點

于 剛，張文慶，張春雷

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 前言

橋梁節段預制拼裝施工工藝起源于歐洲。近十幾年內，北美、西歐、日本等國相繼制定發布了節段式混凝土橋梁設計和施工規范或規程。1989年AASHTO制定發布了《節段式混凝土橋梁設計和施工指導性規范》（以下簡稱“AASHTO規范”），并將預制節段體外預應力混凝土結構設計條款正式納入了1994年AASHTO橋梁設計規范。1998年AASHTO-PCI-ASBI聯合發布了預制節段箱梁標準。1990年CEB-FIP設計規范也納入了節段式混凝土橋梁設計條款，部分施工建議條款。1999年德國發布了體外預應力結構設計指南。由于預制節段拼裝技術在我國系統的應用與研究開展得較晚，到目前為止只有2006年建設部發布的行業標準《預應力混凝土橋梁預制節段逐跨拼裝施工技術規程》（CJJ/T 111-2006）。同濟大學編寫的《公路體外預應力混凝土橋梁設計指南》（以下簡稱“指南”）對預制節段拼裝、體外預應力橋梁的設計作了比較詳細的規定，目前處于送審稿階段，尚未正式實行。該指南實行后，將成為國內預制節段拼裝橋梁設計的主要依據。

預制節段拼裝橋梁越來越受到工程界的重視[1,5,6]，在國內外有多個工程應用，其中主要工程參數見表1、表2。

預制節段拼裝橋梁主要有以下特點：

（1）橋梁節段工廠化預制，施工質量有保證，節省橋梁現場施工的空間和時間。

（2）城市高架中，預制節段拼裝橋梁施工對交通和環境的影響小，有效減小了施工對社會的次生不利影響。

（3）體外預應力的大量運用和良好的施工質量使橋梁耐久性更有保證，橋梁全壽命花費和能源消耗少。

（4）大規模運用，施工機械化程度高，能使造價趨于經濟。

（5）預制節段養護時間長，加載齡期晚，成橋后梁體的徐變變形以及預應力的長期損失都較現澆梁小。

當然，節段拼裝的成功運用也需要輔以精心的設計和施工控制。設計過程需要模擬節段拼裝施工過程并按有利于節段拼裝施工的方向來進行構造設計和配置預應力鋼束。施工時，需要對預制節段進行精確的尺寸控制及安裝定位測控。研究分析[2]表明，體外預應力的應用，能夠有效減輕結構自重，而且具有施工方便，便于檢查和更換的特點，適合用于節段拼裝橋梁結構。綜合當前已建成橋梁經驗，本文對采用體內體外預應力綜合配筋的節段預制拼裝大箱連續梁上部結構構造進行了構造分析。

1 構造特點

預制節段構造輪廓尺寸及細部尺寸擬定時，首要考慮適應預制節段的模塊化。節段長度受到運輸尺寸限制，如采用陸路運輸，節段長度一般采用2.5～3.5 m；如采用水路運輸，節段長度可適當放大。節段構造尺寸應盡量一致，尺寸變化也要便于預制施工。同一工程中，預制節段的類型應盡量少。

位于道路平曲線或豎曲線段內的預制節段梁[3]，應采用節段設計長度割線劃分梁的平面軸線或立面軸線，將割線作為軸線形成平面或立面折線形的節段式梁，并使各節段一端的接縫與割線軸線垂直。這樣的節段劃分與連接方法，雖然不能保證箱梁表面與線形的光滑，但對節段預制施工帶來很大方便，并且能有效控制節段預制和拼裝精度。在預制節段長度內，每個節段都為直線，箱梁的豎曲線將在節段拼裝完成后利用橋面鋪裝層修正，平曲線可以通過懸臂端部的部分現澆形成，見圖1。

表1 國內主要的預制節段拼裝橋梁

表2 國外主要的預制節段拼裝橋梁

圖1 平曲線及豎曲線橋梁節段劃分

實際工程中，如果難以做到所有的梁等跨布置，則應通過合理的設計使各跨梁高相等。對于斜腹板箱梁，如出現少量大跨橋梁必須采用變高度梁，則應保持斜腹板高度不變，變高段采用等寬加高的方式，見圖2。

圖2 預制節段拼裝箱梁變高度方式

1.1 頂板底板腹板變厚設計

考慮到便于節段預制模板系統操作，箱梁頂板、底板或腹板如需變厚，厚度的變化不宜漸變，而應在節段分段處突變，這樣便于預制節段模板的調整。腹板厚度突變實例照片見圖3。

圖3 預制節段腹板厚度變化方式

1.2 剪力鍵

由于沒有普通鋼筋穿過預制節段的接縫，必須設置特殊的構造承受與傳遞剪力，并能使節段拼裝連接方便、準確。這種構造通常稱為剪力鍵。

腹板內剪力鍵，主要承受與傳遞接縫截面在正常受力情況下的剪力；頂板內剪力鍵，主要用于傳遞接縫位置橋面車輛荷載引起的剪力，協助節段拼裝鑲嵌對接定位；底板內剪力鍵，主要用于協助節段拼裝時的鑲嵌對接定位；腹板與頂板和底板結合區的剪力鍵，主要用于因超載等原因造成接縫開展后的剪力傳遞。剪力鍵布置見圖4。

圖4 剪力鍵布置示例

為了美觀和便于環氧膠體擠出，腹板剪力鍵宜靠內側設置；頂板的剪力鍵應承受橋面局部荷載作用，應設在頂板的中間位置，為便于環氧膠體擠出，宜在上側設置出膠槽；底板及其它位置的剪力鍵均由箱梁內側設出膠槽。為便于節段密接匹配預制時脫模，拼裝時鑲嵌對接及擠出多余的環氧膠體，剪力鍵一般構造成凹凸密接的棱臺狀。鍵槽與鍵塊上、下側面的傾斜角應接近45°，以便在重力及膠體固化前潤滑作用下，鍵塊（槽）將所受剪力傳遞至節段端面的受力鋼筋。為了使剪力鍵有效地承受及傳遞接縫剪力，《指南》對剪力鍵尺寸做了量化構造規定，供設計參考。

1.3 接縫

預制節段的接縫主要有濕接縫、干接縫、膠接縫三種形式。

濕接縫通常指的是拼裝與0號塊連接的第一節段時，需要對預留鋼筋進行焊接的接縫。在滿足抗剪強度要求的情況下，也可以采用無伸出鋼筋僅填筑水泥砂漿的平面濕接縫。濕接縫施工占用工時多，但有利于調整節段的位置和增強接頭的整體性。現澆接縫的寬度應允許體內預應力管道連接和混凝土澆筑振搗，但現澆接縫內通常不配置普通鋼筋故寬度應盡量小。例如崇啟大橋引橋、蘇通大橋引橋濕接縫寬度為15 cm，上海長江大橋引橋濕接縫長度為20 cm。濕接縫處體內預應力鋼束管道應采用專用的連接管件，否則無法達到線性平順及限制接縫寬度的要求。為了滿足現澆濕接縫的受力，預制節段的端面應設置剪力鍵或進行鑿毛露出粗骨料。

干接縫[4]指節段接縫不涂任何粘結材料而直接相拼的接縫。密貼的平面或齒形干接縫可簡化拼裝工作，但由于接縫滲水會嚴重降低拼裝結構的運營質量和耐久性，故很少采用。

膠接縫是節段拼裝中最廣泛采用的接縫形式，相鄰節段用環氧樹脂膠粘結在一起。膠接縫能起到防水作用，從而提高結構的耐久性。

1.4 體外預應力

體外預應力系統一般應包括四個基本部分：體外預應力索、錨固系統、轉向裝置及減振裝置，見圖5。

圖5 體外預應力系統的基本組成

體外預應力索體由體外預應力束、防腐材料（填充料）和外護套組成。體外預應力束多采環氧涂覆鋼絞線束；多采用油脂填充；外護套多采用HDPE管道。

體外預應力鋼束的錨固系統由錨具和錨固構造組成，鋼束的錨固作用通過錨固構造傳遞至梁體；常見的錨固構造有錨固橫梁和錨固凸塊。

體外預應力鋼束的轉向裝置由轉向器和轉向構造組成，鋼束的彎曲段由轉向器直接支承，并通過轉向構造傳遞到梁體；轉向器形式分為有分絲式和整體式，轉向構造有塊式、底橫肋式、豎肋式、豎橫肋式。

體外索的減振裝置應由隔振材料和定位構造組成。

2 臨時施工構造

預制節段拼裝橋梁結構中常見的臨時構造有：預制節段臨時吊點構造，預制節段臨時預應力錨固構造，墩頂臨時固結構造以及濕接縫臨時定位裝置。

箱梁臨時吊點通常設在腹板內側頂板加腋處，每側設2個，每個節段共4個吊點。吊點處開孔使吊索穿過，頂板底面預埋鋼板，見圖6。

圖6 預制節段梁臨時吊點

節段拼裝時，為了在膠接縫處施加均勻壓應力，通常在節段頂板、底板及挑臂處張拉臨時預應力。臨時預應力筋一般采用精軋螺紋鋼筋，錨固于預設在節段上的鋼結構錨固裝置上，見圖7。布置臨時預應力時，應對節段局部受力進行驗算。

圖7 臨時預應力構造圖

3 構造設計

針對本文給出的預制節段拼裝連續梁共性構造的設計，表3給出了需要進行設計分析的內容建議以及參考規范。

4 結論及有待研究的問題

本文對預制節段拼裝連續梁的共性構造特點進行了分析，從構造特點以及已建橋梁應用來看，城市高架連續梁橋宜采用體內束與體外束綜合配筋方案；在進行截面選擇時，宜選用大箱梁以便于預制時有足夠的模板空間；節段結合面宜選用帶剪力鍵的膠接縫連接形式。

表3 構造設計內容及參考規范

城市高架連續梁加入了體外預應力筋后，可以有效節省截面腹板尺寸，并且極大的提高了施工效率，但體外預應力束合理的占比還需要結合具體工程計算確定。另外，在城市立交橋應用中，匝道和主線交匯處往往輪廓不規則，這與模塊化預制的施工方法之間存在著矛盾，匝道與主線交匯的異型段構造細節還有待更深入研究。

[1]蔣海里.橋梁預制節段拼裝技術在城市建設中的應用[J].城市道橋與防洪,2010(9):48-52.

[2]上海市政工程設計研究總院.城市高架橋梁節段預制拼裝技術研究報告[R].2011.

[3]李國平.節段式體外預應力混凝土橋梁的構造[A].中國預應力技術五十年暨第九屆后張預應力學術交流會論文[C].2006,78-84.

[4]李國平.干接縫節段式預應力混凝土橋梁的優勢與缺陷[J].中國市政工程,2007(A02):54-55.

[5]李堅,陸元春.預制節段混凝土橋梁的設計與工程實踐[J].城市道橋與防洪,2003(6):35-38.

[6]劉亞東,秦宗平,金衛兵.預制節段拼裝連續梁橋設計要點和施工關鍵技術[J].鐵道建筑技術,2006(5):50-55.