鋼板組合梁橋經(jīng)濟(jì)性研究

武 明

(上海城興市政工程設(shè)計(jì)有限公司， 上海 200000)

0 引言

鋼板組合梁橋充分利用了鋼材與混凝土各自的優(yōu)點(diǎn)，通常具有良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，近年來(lái)在我國(guó)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和越來(lái)越廣泛的使用[1-3]。相對(duì)于混凝土梁橋來(lái)說(shuō)，鋼板組合梁高度較小、自重較輕，而且結(jié)構(gòu)的延性更高、基礎(chǔ)造價(jià)更低，同時(shí)便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量高、施工周期短；而相對(duì)于鋼橋來(lái)說(shuō)，鋼板組合梁的承載能力和剛度更好，整體造價(jià)也更低。自2015年以來(lái)，交通運(yùn)輸部著力于推廣鋼-混組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了鋼板組合梁橋的進(jìn)一步發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼板組合梁橋設(shè)計(jì)、施工和受力性能的研究越來(lái)越多，但對(duì)其經(jīng)濟(jì)性的研究總體來(lái)說(shuō)比較欠缺。本文以浙江省鄞州至玉環(huán)公路為工程背景，探討典型跨徑布置下鋼板組合梁橋的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。

1 工程概況

浙江省鄞州至玉環(huán)公路椒江洪家至溫嶺城東段公路工程起于臺(tái)州市東環(huán)大道，終點(diǎn)順接城東高架路基段，主線全長(zhǎng)20.965km。主線采用跨徑60m以下采用鋼板組合梁，跨徑70～80m采用鋼混組合結(jié)構(gòu)（鋼板組合梁或槽型鋼箱組合梁）。鋼板組合梁采用單幅四主梁方案，主線橋上部結(jié)構(gòu)左右兩幅總寬26.0m，兩幅結(jié)構(gòu)分離，通過(guò)現(xiàn)澆濕接縫連接。單幅設(shè)置四片鋼板梁，主梁間距為3.1m，如圖1所示。

圖1 典型鋼板組合梁斷面布置

2 經(jīng)濟(jì)性研究

2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支與結(jié)構(gòu)連續(xù)的對(duì)比

鋼板組合梁可用于簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，也可用于連續(xù)結(jié)構(gòu)。從力學(xué)性能上說(shuō)，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)可充分發(fā)揮鋼板組合梁的優(yōu)勢(shì)，下緣鋼結(jié)構(gòu)受拉，上緣混凝土受壓，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單受力明確，對(duì)溫度、支座沉降的適應(yīng)性好；連續(xù)結(jié)構(gòu)屬超靜定結(jié)構(gòu)，在荷載作用下支點(diǎn)負(fù)彎矩對(duì)跨中正彎矩有卸載作用，使內(nèi)力較均勻，但支點(diǎn)負(fù)彎矩由混凝土承擔(dān)，需防止混凝土橋面開(kāi)裂，以保證結(jié)構(gòu)耐久性。對(duì)比35m簡(jiǎn)支梁與4×35m跨連續(xù)梁，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)用鋼量212kg/m2，連續(xù)結(jié)構(gòu)用鋼量196 kg/m2，后者比前者節(jié)省約8.1%的鋼材。但在鋼筋用量上，連續(xù)結(jié)構(gòu)多于簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)檫B續(xù)結(jié)構(gòu)負(fù)彎矩區(qū)需要配置足夠的粗鋼筋來(lái)控制墩頂裂縫。總體來(lái)說(shuō)，連續(xù)結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件造價(jià)基本一致。

2.2 跨徑的對(duì)比

跨徑的大小直接影響橋梁的造價(jià)，因?yàn)榭鐝綄?duì)跨越道路、橋梁、河道的方式有重要影響，對(duì)橋梁施工進(jìn)度以及橋梁整體景觀也有顯著影響。對(duì)30m～60m多主梁的鋼板組合梁進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較如圖2所示。由圖2可知，30m跨徑的每平米造價(jià)最低，35m跨徑的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也較好，與30m跨徑較為接近。根據(jù)上、下部結(jié)構(gòu)的造價(jià)平衡，以及下行道路通行需求，對(duì)于背景工程，推薦35m為標(biāo)準(zhǔn)段的分孔跨徑，配跨采用32.5m和30m。

圖2 30～60m跨徑鋼板組合梁每平米造價(jià)

2.3 鋼板組合梁與混凝土梁的對(duì)比

分別對(duì)30m、35m、40m跨徑的預(yù)制簡(jiǎn)支混凝土箱梁、先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁、小箱梁和現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，以及30m、35m、40m、45m、50m、55m跨徑的鋼箱組合梁等結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對(duì)比。圖3為8個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨跨徑的變化曲線。由圖可知，在 8種方案中，鋼槽組合梁（單箱雙室）造價(jià)最高；裝配式預(yù)制混凝土小箱梁和T梁在35m跨徑以下造價(jià)最低；鋼板梁與小箱梁和T梁造價(jià)相當(dāng)，在中小跨徑領(lǐng)域具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

圖3 各方案經(jīng)濟(jì)性比較

3 結(jié)論

（1）鋼板組合梁簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)和連續(xù)結(jié)構(gòu)工程造價(jià)基本相當(dāng)，考慮到連續(xù)結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程相對(duì)短暫，施工進(jìn)度較快，且行車舒適性好，推薦連續(xù)梁方案。

（2）隨著跨徑的增大，鋼板組合梁每平米的造價(jià)不斷上升，根據(jù)上、下部結(jié)構(gòu)的造價(jià)平衡，以及下行道路通行需求，推薦標(biāo)準(zhǔn)段采用35m跨徑，配跨采用32.5m和30m。

（3）在8種橋跨方案中，鋼槽組合梁（單箱雙室）造價(jià)最高；鋼板組合梁與造價(jià)最低的兩種裝配式預(yù)制梁相當(dāng)，在中小跨徑領(lǐng)域具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。