裝配式鋼混組合箱梁橋結構設計研究

陳志文

摘 要：裝配式鋼混組合箱梁橋作為一種新型的橋梁結構，采用全預制現場裝配技術進行建設，橋面板等構件在工廠進行預制，不但可以使構件的質量得到保障，還能大幅度提升橋梁工業化水平。在裝配式鋼混組合箱梁橋進行設計的過程中，應對相關的設計參數進行合理確定，并了解跨徑的設計要點，從而確保橋梁結構的整體受力性能。

關鍵詞：裝配式;箱梁橋;結構設計

中圖分類號：U448.213 文獻標識碼：A

1 裝配式鋼混組合箱梁橋結構的相關設計參數

對于橋梁設計而言，一方面要考慮結構的受力性能，另一方面應當滿足快速施工的需求。鑒于此，對橋梁的結構體系與構造進行研究，并確定出科學合理的設計參數顯得尤為必要。具體包括預制橋面板構造、鋼箱梁構造以及剪力連接件構造。

1.1 預制砼橋面板

在裝配式鋼混組合箱梁橋中，預制砼橋面板構造包含以下內容：厚度、配筋、縱橫向板縫以及預應力等。

1.1.1 橋面板厚度

橋面板在裝配式鋼混組合箱梁橋中的主要作用是，承受車輪的壓力與沖擊力，從而使得橋面板很容易產生疲勞破壞。同時，過薄的橋面板剛度相對較低，會對橋面鋪裝造成不利影響。所以應對橋面板的厚度進行合理確定。在具體設計時，橋面板的最小厚度應當不低于178 mm，這個厚度不包含磨耗的厚度，可以通過最小混凝土保護層的要求對橋面板的最小厚度進行控制，當設置縱向預應力筋時，橋面板的最小厚度應當不低于190 mm;依據我國現行GB50017規范中給出的規定要求，裝配式鋼混組合箱梁橋的橋面板寬度應當不小于180 mm，可按照實際情況設置承托。

1.1.2 配筋

橋面板的縱向鋼筋歸屬于受壓鋼筋的范疇，可以按照構造要求進行合理配置，需要預留出一定的錨固長度;成橋前，橫向鋼筋需要承擔混凝土的自重（吊裝），成橋后則需要承擔縱向劈裂效應，可據此對橋面板進行配筋。

1.1.3 縱橫向板縫

縱向板縫的設置主要是為了連接橋面板，可設置U型鋼筋，確保橋面板的連接質量;橫向板縫常見的類型有兩種，分別為企口縫和剪力鍵板縫，其中剪力鍵板縫不需要設置預應力，通過環氧樹脂膠接即可。在應用中發現，剪力鍵板縫的耐久性一般，所以推薦采用企口縫進行連接。

1.1.4 預應力

通過設置縱向預應力能夠進一步提升橋面板的性能，可以有效預防板縫開裂的情況發生。板縫澆筑完畢后，可進行預應力鋼束張拉，然后再澆筑剪力件槽孔混凝土。在對縱向預應力進行確定時，以1.5 MPa～2.5 MPa為宜。

1.2 鋼箱梁構造

1.2.1 梁高

相關研究結果顯示，裝配式鋼混組合箱梁橋中，鋼箱梁的高寬比對箱梁的畸變與翹曲會產生一定程度的影響。因此，對梁高進行合理確定顯得尤為重要。鋼箱梁的高度為跨徑的1/18-1/30，梁高的最小取值為跨徑的1/25。

1.2.2 間距

裝配式鋼混組合箱梁橋的主梁中心間距可以取2.5 m～4.0 m。而從前期制造與后期管維的角度，梁底板的寬度應當不低于1.2 m，以便人員進行檢查和焊接作業。

1.3 剪力連接件

為提高剪力連接件的連接效果，可以采用簇釘群，其最大間距應當控制在1 200 mm以內，連接度應當≥0.7;栓釘可以選用大直徑的栓釘，以此來減少焊接作業量;槽孔后澆材料可以選用高強砂漿。

2 裝配式鋼混組合箱梁結構跨徑設計要點

2.1 跨徑設計參數

對于裝配式鋼混組合箱梁橋而言，在進行跨徑設計時，可以選用的標準跨徑有四種，分別為20 m、25 m、30 m和35 m，以上跨徑中，橋面板厚度相同，為0.22 m;橋面板寬度相同，為3.0 m;箱梁的高度不同，依次為0.8 m、1.0 m、1.2 m和1.4 m;雙車道和三車道的主梁個數相同，前者為4個，后者為5個;主梁的間距相同，均為3.2 m;剪力槽的孔間距相同，均為1.0 m;預應力相同，均為1.5 MPa。鋼箱梁的高跨比按照1/25進行設計。

2.2 材料選擇

在裝配式鋼混組合箱梁橋設計中，材料的選擇是一個較為重要的環節，具體包括以下材料：

2.2.1 鋼材

所需的鋼材有鋼板、角鋼、栓釘以及高強度螺栓等。其中鋼板主要用于橋梁主體結構及橫向連接，可以選用低合金鋼Q345D，并確保選用的鋼板符合現行GB/T1591的規定要求;角鋼用于焊接耳板，采用等邊角鋼，型號為∠80×10和∠100×10;栓釘采用圓柱頭焊釘，規格為Φ22×180;高強度螺栓與螺母的性能和質量應當與現行GB/T1231的規定要求相符。

2.2.2 混凝土

裝配式鋼混組合箱梁橋對混凝土的強度等級要求較高，可采用強度等級為C50的混凝土，橋面鋪裝層則可選用瀝青砼。

2.2.3 預應力鋼絞線

預應力筋可以選用抗拉強度為1 860 MPa、公稱直徑為15.2 mm的高強度、低松弛的鋼絞線，并確保其力學性能與現行GB/T5224的規定要求相符。

2.2.4 錨具與支座

錨具采用扁形錨具，預應力管道采用金屬波紋管;支座采用板式橡膠支座，其力學性能應當與國家現行規范標準的規定要求相符。

2.3 受力計算

2.3.1 鋼箱梁受力

裝配式鋼混組合箱梁橋中的鋼箱梁下部不需要設置臨時支撐，可將鋼箱梁本身作為支撐，對混凝土板進行現場澆筑，此時的鋼箱梁單獨承受各類施工荷載。故此，應對其受力變形情況進行計算。

2.3.2 組合梁受力

當后澆剪力槽孔的混凝土強度達到設計要求后，鋼箱梁與混凝土板之間便會形成一個組合式截面，此時二者會共同對后續施加的橋面鋪裝荷載及活荷載等進行承擔。以最大跨徑35 m為例，經計算，其抗彎承載力為27 571 kN·m，該數值與規范中的承載力要求相符;組合梁的撓度為43.5 mm，符合要求。

2.4 制作要點

2.4.1 橋面板的預制要點

在橋面板進行預制的過程中，應當先對預應力管道的位置進行確定，要保證管道位置的準確性，可使用鋼模板，以此來確保橫坡與設計要求相符;對預制板吊裝扣進行準確定位，吊裝扣的主要作用是滿足吊裝需要，故此應當具備足夠的抗拉強度;當橋面板預制完畢后，要對預應力管道中的雜物進行及時清理，以免造成堵塞。

2.4.2 鋼箱梁的制造

在對鋼箱梁進行制造的過程中，應當確保所選的材料和構造與現行GB50917的規定要求相符;可在指定的工廠內完成鋼箱梁的焊接作業，必須保證焊接質量達到規范要求;鋼箱梁應按照如下順序進行組合拼裝：底板、縱肋、頂板、加勁肋、橫隔板，其中底板與腹板均應當預留出一定的長度，以便配切;按照設計要求對鋼箱梁的預拱度進行設置，可采用圍焊的方法，對角焊縫端部進行施焊;在對剪力釘進行焊接的過程中，應當確保螺柱表面應當潔凈，無影響焊接質量的物質，并使焊釘與鋼板之間相垂直，保證焊接質量。

2.4.3 存放與架設

制造好的鋼箱梁應當進行妥善存放，在存放及運輸的過程中，除了要避免變形之外，還要確保平衡、穩定，不得出現偏載的情況;鋼箱梁運至的工程現場后，應當借助起重設備將其吊送到相應的位置處，通過人工輔助調整后，安放于支座上。在對鋼箱梁進行架設時，應當使用相應的儀器對位置進行確認，誤差不得超出允許范圍。

3 結語

綜上所述，裝配式鋼混組合箱梁橋結構設計是一項較為復雜且系統的工作，除了要了解相關的設計參數之外，還應掌握跨徑設計要點，從而確保設計出來的箱梁橋結構合理。

參考文獻：

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