預(yù)制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁的研究及應(yīng)用

馬骉，徐航，蘇儉，黃 虹

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引言

目前高架橋梁中的預(yù)制拼裝上部結(jié)構(gòu)通常采用預(yù)制空心板梁、預(yù)制小箱梁、預(yù)制T 梁、疊合梁、鋼梁等。

預(yù)制空心板梁整體性及耐久性能稍差，且適用跨徑小，一般不大于25 m。預(yù)制小箱梁適用中小跨徑，一般用于25～35 m，其經(jīng)濟(jì)跨徑一般為30 m。預(yù)制T 梁適用中等跨徑，其跨越能力相對(duì)小箱梁大，一般為30～45 m，但其橫隔板數(shù)量多，景觀效果差，施工繁瑣。疊合梁、鋼梁適用跨徑大，范圍廣，但其造價(jià)高、后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用工作量大。

本文提出預(yù)制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁。相比于混凝土梁，采用波形鋼腹板代替厚重的混凝土腹板，避免腹板開(kāi)裂問(wèn)題，減少梁體自重，適用跨徑更大。相比于鋼梁或疊合梁，造價(jià)低且現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接、安裝橋面板等施工流程，后期養(yǎng)護(hù)工作量小。因此，預(yù)制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁兼有混凝土梁經(jīng)濟(jì)性好、易于施工和鋼結(jié)構(gòu)重量輕、跨徑大的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的發(fā)展前景。

因此，本文針對(duì)高架橋梁建設(shè)的特點(diǎn)，針對(duì)預(yù)制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁設(shè)計(jì)方案，加以經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，并將設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于上海市沿江通道西延伸（富長(zhǎng)路～江楊北路）改建工程。研究成果可為后續(xù)預(yù)制裝配式波形鋼腹板組合梁的設(shè)計(jì)提供參考。

1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析

本節(jié)以橋?qū)払=32 m、跨徑L=45 m 為例，針對(duì)疊合梁、T 梁、波形鋼腹板組合小箱梁三種結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1～圖3）進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

圖1 疊合梁斷面布置（單位：mm）

圖2 T 梁斷面布置（單位：mm）

圖3 波形鋼腹板梁斷面布置（單位：mm）

疊合梁、T 梁、波形鋼腹板組合小箱梁三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析見(jiàn)表1。

表1 經(jīng)濟(jì)性比較分析

由表1 可見(jiàn)，相比常規(guī)組合梁，波形鋼腹板組合小箱梁具有顯著的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，其造價(jià)與T 梁相當(dāng)。

常規(guī)組合梁、T 梁、波形鋼腹板組合小箱梁三種結(jié)構(gòu)施工、景觀、維養(yǎng)等分析見(jiàn)表2。

表2 施工、景觀、維養(yǎng)比較分析

由表2 可見(jiàn)，相比常規(guī)組合梁，波形鋼腹板組合小箱梁的吊重較大，對(duì)運(yùn)輸、吊裝設(shè)備要求較高，但其景觀效果好，后期養(yǎng)護(hù)工作量小。

相比T梁，施工安裝方便，不存在單片T 梁的傾覆問(wèn)題；且橫隔梁少，現(xiàn)澆工作量少，施工速度快，景觀效果好。

2 波形鋼腹板小箱梁設(shè)計(jì)

結(jié)合上海市沿江通道西延伸（富長(zhǎng)路～江楊北路）改建工程，針對(duì)預(yù)制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，如下文所示[1]。

2.1 總體設(shè)計(jì)

預(yù)制裝配式城市高架建設(shè)需要特別注意預(yù)制構(gòu)件的尺寸大小，截面過(guò)大的構(gòu)件會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸、吊裝困難。因此控制預(yù)制的單片波形鋼腹板小箱梁截面尺寸寬度不大于4.5 m，高度不大于3.0 m。通過(guò)工廠整體預(yù)制單片波形鋼腹板組合小箱梁，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)吊裝，最后通過(guò)橋面板縱向接縫、橫隔板連接成整體。本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)払=32 m，共設(shè)置7 片梁，見(jiàn)圖4。

圖4 波形鋼腹板組合小箱梁斷面布置

2.2 波形鋼腹板

波形鋼腹板采用常用的1600 型波形鋼腹板，波長(zhǎng)L=1.6 m，波高H=0.22 m，水平面板寬B=0.43 m，水平折疊角度30.7°，彎折半徑R=15 t（t 為波形鋼腹板厚度），見(jiàn)圖5。

圖5 波形鋼腹板大樣圖

波形鋼腹板與混凝土頂板的連接采用焊接鋼板+焊釘?shù)倪B接方式，見(jiàn)圖6。

圖6 波形鋼腹板與頂?shù)装暹B接方式示意圖

波形鋼腹板與混凝土底板的連接采取鋼底板外包的形式，將混凝土底板澆筑在鋼底板之上，澆筑時(shí)既可利用鋼底板作為模板支撐，也能確保連接節(jié)點(diǎn)位置的澆筑質(zhì)量。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

波形鋼腹板箱梁頂?shù)装宀捎没炷粒敗⒌装搴穸?.2 m，波形鋼腹板位置加厚至0.25 m。

跨中及4 分點(diǎn)位置設(shè)置混凝土橫隔板，其中4 分點(diǎn)橫隔板兼做體外束的專向塊；跨中橫隔板厚30 cm，轉(zhuǎn)向橫隔板厚50 cm。端橫梁加厚至1.25 m，以滿足體外束的錨固受力需求。

端橫梁附近0.5 m 范圍的波形鋼腹板內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)襯混凝土，改善端部波形鋼腹板的抗剪穩(wěn)定性。

波形鋼腹板箱梁及相鄰梁的頂板均縱向外挑0.4 m，在蓋梁上形成一個(gè)寬0.8 m 的空間，用于后期體外束的養(yǎng)護(hù)更換，見(jiàn)圖7。

圖7 體外束的養(yǎng)護(hù)更換空間布置圖（單位：mm）

2.4 預(yù)應(yīng)力體系

預(yù)應(yīng)力采用體內(nèi)體外混合配束，在底板內(nèi)設(shè)置體內(nèi)束，箱室內(nèi)設(shè)置體外束，體外束在端部橫梁錨固，跨中橫隔板兼做體外束的專向塊，見(jiàn)圖8。體外預(yù)應(yīng)力體系是以“易安裝、可檢查、可維修、可更換”為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用的體外預(yù)應(yīng)力體系具備有效的防腐措施，能夠方便進(jìn)行單根換束，能夠?qū)︿撌M(jìn)行多次張拉、補(bǔ)張拉等操作。

圖8 體外束布置示意圖

2.5 波形鋼腹板組合小箱梁連接

波形鋼腹板組合小箱梁在預(yù)制廠分片進(jìn)行預(yù)制，再運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。各箱梁之間橋面板采用U 形筋交錯(cuò)搭接的現(xiàn)澆濕接縫形式進(jìn)行連接（見(jiàn)圖9），現(xiàn)場(chǎng)無(wú)焊接工作量，施工簡(jiǎn)便快速。

圖9 橋面板接縫示意圖

3 波形鋼腹板小箱梁施工

預(yù)制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁施工工序?yàn)椋翰ㄐ武摳拱逯谱鳌ㄐ武摳拱宓啄ｄ佋O(shè)→波形鋼腹板定位及焊接→底板、端橫梁及中隔板制作→頂板制作→構(gòu)件養(yǎng)護(hù)→預(yù)應(yīng)力張拉→構(gòu)件運(yùn)輸→現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)→現(xiàn)場(chǎng)連接→二期鋪裝，見(jiàn)圖10～圖14。

圖10 波形鋼腹板壓制

圖11 波形鋼腹板成品

圖12 波形鋼腹板組合小箱梁預(yù)制施工

圖13 波形鋼腹板組合小箱梁現(xiàn)場(chǎng)吊裝

圖14 波形鋼腹板組合小箱梁安裝就位

4 結(jié)論

預(yù)制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁兼有混凝土梁經(jīng)濟(jì)性好、易于施工和鋼結(jié)構(gòu)重量輕、跨徑大的優(yōu)點(diǎn)：

（1）在40～45 m 跨徑范圍，波形鋼腹板組合小箱梁相比疊合梁具有顯著的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，其造價(jià)與T梁相當(dāng)。

（2）波形鋼腹板組合小箱梁的吊重相對(duì)較大，對(duì)運(yùn)輸、吊裝設(shè)備要求較高，因此，受限于其運(yùn)輸、吊裝，整體預(yù)制拼裝時(shí)跨徑不宜大于45 m。

（3）相比T梁，波形鋼腹板組合小箱梁施工安裝方便，不存在單片T 梁的傾覆問(wèn)題；且橫隔梁少，現(xiàn)澆工作量少，施工速度快，景觀效果好。

通過(guò)研究及應(yīng)用，表明該類型結(jié)構(gòu)具有預(yù)應(yīng)力效率高、結(jié)構(gòu)各部分受力明確、施工速度快、綜合造價(jià)低及造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，值得進(jìn)一步在高架橋梁中推廣和應(yīng)用。