預應力混凝土簡支矮T梁結構在公路橋梁中推廣應用的可行性分析

張書兵

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014）

0 引言

公路和市政工程橋梁通常以中、小跨徑為主，且以預制裝配式板梁結構占比最高。江蘇省內8～20m跨徑橋梁以空心板結構為主，20～40m 跨徑常規橋梁以預制小箱梁結構為主；對于小半徑、轉角度等特殊橋跨，采用現澆混凝土箱梁、鋼箱梁、鋼混疊合梁等結構形式。

空心板結構具有建筑高度低、構造簡單、結構剛度大、可批量化預制施工、運輸及吊裝方便、綜合造價經濟等優點。在早期的中小跨徑橋梁建設中，特別是在交通運輸部1993、2008 版橋梁通用圖發布后，空心板得到了廣泛應用。直至目前，空心板橋仍是全國大部分地區中小跨徑橋梁的首選結構。近年來，在橋梁管養及改擴建中，空心板結構逐漸暴露出了鉸縫易開裂、支座脫空、梁體縱橫向開裂、抗剪加固困難等問題。隨著對空心板病害及改擴建加固設計的深入研究，部分省市開始逐漸推廣應用簡支矮T 梁結構。

本文基于對空心板結構應用現狀及存在問題的總結，分析了簡支矮T 梁結構的受力模式及構造，并與空心板結構進行了全面對比，充分分析了簡支矮T梁結構替代空心板，在公路橋梁中推廣應用的可行性。

1 簡支矮T 梁結構的應用現狀

1.1 空心板結構應用現狀及存在的問題

盡管空心板結構優勢明顯，但在實際工程應用中，目前主要存在以下問題需解決、優化：

1.1.1 預制質量控制難

空心板為內腔空心結構，且結構斷面尺寸小，內腔芯模定位困難，混凝土振搗過程中芯模容易移動、上浮，板梁尺寸預制精度難以控制。由此引起了空心板橋的典型病害之一：底板縱向裂縫（見圖1）。對空心板梁橋的現場鉆芯取樣研究發現，板底縱向裂縫處的底板厚度通常小于設計值、混凝土不密實、并且裂縫貫穿底板厚度（通縫）。空心板橋底板縱向裂縫產生機制參見圖2。

圖1 空心板橋底板縱向裂縫

圖2 空心板橋底板縱向裂縫產生機制

1.1.2 鉸縫施工質量控制難

空心板橋最為典型的病害是鉸縫的破壞，常見于鉸縫開裂、滲水。鉸縫空間尺寸小且為半封閉構造，混凝土振搗不易密實，施工質量難以控制且無法檢視。盡管部分通用圖對鉸縫的構造和施工工藝進行過多次優化，但其施工質量仍難以有效控制。部分橋梁鉸縫病害嚴重，導致空心板橫向連接薄弱，引起單板受力過大，影響結構承載能力及耐久性。

1.1.3 結構加固困難

近年來，隨著高速公路改擴建工程的開展，在對既有老橋結構檢測、評估過程中發現，很多老橋的抗彎、抗剪承載力不能滿足現行規范要求，需進行結構加固。空心板橋的抗彎承載力加固，可通過板底粘貼碳纖維布、粘貼鋼板等方式實施。但因橫向沒有充足的“外漏腹板”，空心板抗剪承載力不足難以加固，一般只能拆除新建，對既有交通影響較大且增加了工程投資。

隨著我國交通運輸規模的不斷擴大，橋梁設計規范中活載也在不斷提高，橋梁結構設計應充分考慮遠期加固方案，做到可持續發展。從這一點來看，空心板橋亟須解決加固困難的問題。

1.2 簡支矮T 梁結構的提出及主要構造

鑒于施工及管養過程中出現的病害問題，2010年前后，以安徽省、浙江省為主的部分省市開始逐漸取消了空心板在中、小跨徑橋梁中的應用，并改用預應力混凝土簡支矮T 梁結構予以替代。目前，簡支矮T梁結構已在多個省市的公路項目中得到應用，且暫未出現明顯的病害。

各地現行的矮T 梁通用圖在構造上不盡相同，但總體構造原則基本一致。對各地已有的通用圖進行了對比、歸納，目前常用預應力混凝土簡支矮T 梁構造如表1及圖3、圖4所示。

表1 簡支矮T 梁主要構造參數

圖3 簡支矮T 梁斷面構造（單位：cm）

圖4 13m、16m、20m 跨徑矮T 梁斷面構造（單位：cm）

2 簡支矮T 梁與空心板結構的比較

2.1 受力模式

空心板：順橋向為結構簡支、橋面連續體系，橫橋向各片預制板梁通過鉸縫連接，形成橫向鉸接板梁體系。橫向鉸接傳力性能良好，但鉸縫施工質量直接影響到活載的橫向傳遞效果。根據橋梁檢測統計數據，鉸縫施工振搗不密實、運營期裂縫，導致橫橋向鉸接傳力機制退化、失效，引起橋面開裂、單板受力等常見病害。

簡支矮T 梁：順橋向為結構簡支、橋面連續體系，橫橋向各片預制梁通過現澆濕接縫連接，并在梁端、跨中設置橫隔板，形成縱、橫向梁格體系。

道路活載通過橫隔板及濕接縫沿橫橋向傳遞，并沿著各片梁順橋向傳遞至支座及下部結構，結構整體傳力路徑明確。橫隔板及濕接縫施工質量易于控制，橋梁橫向連接整體性、耐久性良好。簡支梁T 梁橋受力模式見圖5所示。

圖5 簡支矮T 梁橋受力模式

2.2 適用范圍

空心板：適用于中、小跨徑等寬橋梁。對變寬橋梁適用性差，橋梁變寬可通過邊板翼緣寬度調節，但調節幅度較小，且板梁須作特殊預制，施工復雜。

簡支矮T 梁：適用于中、小跨徑等寬、變寬橋梁。橋梁變寬可通過濕接縫寬度調節，濕接縫寬度控制在30～60cm，變寬適應性強。

2.3 工程規模

空心板：結構高度低，有效控制路線縱斷面及工程規模。但空心板橫橋向豎向“腹板”密集，截面受力效率低，上部結構混凝土材料用量大，結構恒載大。

簡支矮T 梁：結構高度略高于空心板，引起路線縱斷面略上抬。通過采用預應力混凝土肋梁結構，截面上部翼緣受壓，下部預應力受拉，截面受力效率高，材料用量省，寬度27m 跨徑13m、16m、20m 的矮T 梁橋斷面混凝土用量相比于空心板橋分別減少26.0%、28.1%、30.7%。綜合考慮橋梁及兩側縱斷面受影響區段路基工程，相同跨徑空心板橋、矮T 梁橋工程造價指標基本一致。

2.4 施工方法

空心板：采用預制、吊裝施工。內腔芯模定位困難，且混凝土振搗過程中芯模容易移動、上浮，板梁尺寸預制精度很難控制；先張預應力工藝，需設置張拉臺座，施工控制略復雜；鉸縫施工質量控制難，且無法及時檢視，后期病害多。

簡支矮T 梁：采用預制、吊裝施工。梁體結構簡單，采用鋼模預制質量高；后張法預應力工藝，預應力施工簡便、高效；橫向通過現澆濕接縫連接，施工便捷且質量易于控制。

2.5 運營養護

空心板：因施工控制難，易引起橋梁病害多，養護工作量較大；橋梁橫向沒有充足的“外漏腹板”，空心板抗剪承載力不足難以加固。

簡支矮T 梁：結構構造簡單、受力明確，施工質量易于控制，運營期病害較少；肋梁結構，后期加固空間充足。

以上從受力模式、適用范圍、工程規模等五個方面，對空心板及簡支矮T 梁結構進行了全面對比，結果表明，簡支矮T 梁結構在各方面均優于空心板結構，在施工控制、運營養護、工程規模方面，均更符合目前提倡的品質工程的建設要求。

3 結論

第一，因施工質量控制困難，運營期病害頻發，且近年來改擴建工程中暴露出其承載力加固困難的問題，大量老橋被拆除重建，空心板結構亟須進行改進、優化。

第二，預制矮T 梁結構受力模式簡單、施工便捷且施工質量易于控制、運營期病害較少，其主要性能指標優于傳統空心板結構。建議積極推廣預制矮T梁結構在中小跨徑公路橋梁中的應用。