板式橋梁空心板橋的設(shè)計

梁 鋒

【摘要】本文首先總結(jié)了預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋的應(yīng)用現(xiàn)狀,分析了設(shè)計中預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的特點(diǎn), 最后對預(yù)應(yīng)力混凝土空心板設(shè)計中的幾個問題解決方法進(jìn)行了探討 。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土 空心板橋 設(shè)計

【中圖分類號】TU279.7+2【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

1前言

板式橋梁是一種常用的橋梁結(jié)構(gòu)型式,它構(gòu)造簡單,而且受力明確,適合于工廠化生產(chǎn), 因此質(zhì)量和成本可以得到有效的控制,而且可以根據(jù)結(jié)構(gòu)要求,采用不同形式的斷面滿足不同結(jié)構(gòu)使用的要求,這一特點(diǎn)使得它在

公路橋梁工程中被廣泛使用。

2預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1從結(jié)構(gòu)形式上

目前,在我國公路和城市道路工程中,特別是橋梁凈空高度受到一定限制的區(qū)域,PC簡支空心板橋應(yīng)用很普遍,它們多采用連續(xù)橋面,多用于凈空受限的跨線橋,連續(xù)空心板橋一般應(yīng)用于彎、坡、斜橋。

2.2 從施工工藝角度

由于先張法PC梁、板橋的施工周期較短,施工工序簡單,且用料節(jié)省,維修養(yǎng)護(hù)量少等特點(diǎn),在國內(nèi)外均得到了廣泛地應(yīng)用。但是,我國多采用直線布筋,常用跨徑一般限于20m～35m,其中空心板板橋一般不超過25m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外廣泛采用的折線配筋方式。后張法PC梁、板橋,由于采用曲線布筋,可以充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼絞線及高性能混凝土的力學(xué)性能,從而 獲得較大的跨徑,一般為20m～50m,其橫斷面一般采用寬幅的矩形斷面, 又被稱為大空板。

3預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的特點(diǎn)

3.1 主要結(jié)構(gòu)形式

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的立面布置上,有簡支板和連續(xù)板兩種結(jié)構(gòu)形式。其中,簡支板結(jié)構(gòu)簡單,便于施工,但是在行車時梁銜接處產(chǎn)生的撓曲線會不利于行車的折點(diǎn),致使行車不平穩(wěn),而另外需要設(shè)置伸縮縫,這樣就難以保障行車的舒暢,久而久之使得橋面容易受損。相比于簡支板,連續(xù)板結(jié)構(gòu)無斷點(diǎn),行車流行性好,且由于節(jié)點(diǎn)部分的彎矩抵抗能力,可以抵消部分跨中彎距,從而減少跨中彎矩,減少橋梁的斷面尺寸,但是由于它自身的連續(xù)性,使得結(jié)構(gòu)施工相對復(fù)雜,特別是當(dāng)采用大跨徑的橋面時,構(gòu)件的起吊和安裝顯得非常麻煩,這樣也必然導(dǎo)致施工費(fèi)昂貴,工期較長。

除了簡支和連續(xù)結(jié)構(gòu)形式外,“先簡支后連續(xù)”的方案也合理的存在,它發(fā)揮了兩者的優(yōu)點(diǎn),又克服了它們各自的缺點(diǎn),通過采用這種方式,可以先按簡支梁規(guī)?；┕?后用一定的連接方式把相臨跨的梁在節(jié)間處連接成連續(xù)梁,一樣可以得到連續(xù)梁的使用效果。

從力學(xué)的角度考慮,通過在空心板的橫斷面挖空部分采用圓形、端部圓形、矩形等形式以及在底面呈直線而頂部呈拱形等方法,達(dá)到節(jié)約材料的目的。在綜合考慮結(jié)構(gòu)受力和簡化 施工的前提下,通常都會采用抗彎效率較高的截面形式。施工中在空心板的挖空部分一般采用模板或一次性成孔材料如高強(qiáng)復(fù)合薄壁管等材料進(jìn)行覆蓋。

3.2預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的優(yōu)點(diǎn)

比較起來,預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下:(1)構(gòu)造簡單,工藝成熟,適合于大多數(shù)施工企業(yè);(2 )工廠化預(yù)制性強(qiáng),適于現(xiàn)場裝配,施工簡便高效,有利于施工質(zhì)量和成本的有效控制;(3)自身體積小、重量相對輕,適合于施工及吊裝;(4 )自身建筑高度小,不受下方的填土或者材料高度的限制,空間發(fā)揮余地大;(5)對地基條件要求不高,且遭受破壞后自身的修復(fù)性強(qiáng)。

基于此,在一般公路、高等級公路和城市道路橋梁中廣泛采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋。 特別是橋梁上部構(gòu)造要求盡可能降低建筑高度時,以減小縱坡、降低路基填土高度,減少耕地占用及降低路基處理難度,節(jié)省土方工程量。而預(yù)應(yīng)力混凝土空心板建筑高度相對最低, 對土源缺乏、軟基較多的平原地區(qū)有顯著的經(jīng)濟(jì)性,因而特別受到歡迎。

4預(yù)應(yīng)力混凝土空心板設(shè)計中的2個問題

4.1 企口深淺和鉸接板共同工作的矛盾

空心板梁是典型的鉸接板體系,要想保證各塊板之間的共同工作就必須靠企口和橋面鋪裝的作用。從結(jié)構(gòu)型式上分,空心板一般可分為翼緣空心板、深鉸空心板和淺鉸空心板。翼 緣空心板由于翼緣部分較為薄弱,橫向鉸接效果不好,導(dǎo)致橫向整體性較弱等問題,目前國內(nèi)已很少采用;深鉸空心板克服了翼緣空心板的缺點(diǎn),只要鉸縫間混凝土的施工質(zhì)量得到保證,就可以發(fā)揮其橫向整體性好、鉸縫間連接可靠的優(yōu)點(diǎn),因而應(yīng)用最為廣泛,但其缺點(diǎn)是鉸縫間的混凝土量較大,增加結(jié)構(gòu)自重,而且該部分混凝土在施工中的振搗質(zhì)量也難以保證;淺鉸空心板與深鉸空心板相比,主要優(yōu)點(diǎn)是同樣的板寬,由于鉸的高度小,其截面挖空率更高,降低了結(jié)構(gòu)自重,經(jīng)濟(jì)性更為優(yōu)越,且鉸縫間混凝土的施工質(zhì)量易保證,但淺鉸空心板橫向聯(lián)結(jié)差,整體性不好,因而其應(yīng)用受到一定限制。目前淺鉸空心板的應(yīng)用已逐漸增多。

在目前的空心板設(shè)計中,一方面為增大挖空率、減小鉸縫自重、采用小企口和減少鋪裝層厚度,另一方面如果這樣做,則橋梁結(jié)構(gòu)橫向整體性較差,有可能導(dǎo)致各板不能共同工作。 雖然設(shè)計人員為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)橫向整體性,可在淺鉸縫中設(shè)置鋼纖維混凝土,但這樣鉸縫混凝土與橋面鋪裝層必須分開澆注,施工麻煩, 且造價也有所提高。有人提出采用變高度鉸縫, 即 鉸縫的高度隨預(yù)應(yīng)力束布置的變化而變化。在跨中處,一般預(yù)應(yīng)力束布置靠近板的下緣,則該段采用深鉸縫;在靠近支點(diǎn)處,預(yù)應(yīng)力束由在跨中的靠近下緣逐漸向上彎起靠近上緣, 該段鉸縫的高度也隨之變化,鉸縫的高度從跨中到支點(diǎn)逐漸由大變小,在梁端處,變?yōu)闇\鉸或無鉸。這種變高度鉸空心板,應(yīng)該說在一定程度上綜合了深鉸空心板和淺鉸空心板的優(yōu)點(diǎn), 整體性較淺鉸空心板好,工程量較深鉸空心板也有所減少,并且鉸縫可采用與橋面鋪裝層同等標(biāo)號的混凝土,實現(xiàn)同期澆筑,施工方便。但如果采用變高度鉸縫,則跨中到支座截面不等,模板制做比較麻煩。不過在進(jìn)行空心板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計時,不管在理論計算還是工程實踐中, 同種跨徑不論正板或斜板,都采用相同的板高, 相同的鋼鉸線布置,也就是說,對同種跨徑,側(cè)模的形式是可以固定的。此外,如果采用鋼纖維混凝土鋪裝層,一方面可以加強(qiáng)橋梁的整體性能,另一方面也能夠降低橋面鋪裝層的厚度,從而進(jìn)一步的降低上部結(jié)構(gòu)的高度。

4.2 梁高降低與結(jié)構(gòu)上拱度之間的矛盾

在城市橋梁及高速公路線上,降低梁高有利于提高橋下凈空,降低路堤高度,從而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng),因此設(shè)計人員都希望能夠設(shè)計低高度梁。但是梁高的降低會使預(yù)應(yīng)力鋼筋的用量有所增大,同時還會導(dǎo)致截面剛度的大幅度減小(截面剛度與高度的立方成正比),這樣會使結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力施工階段的上拱度有較大增加, 在巨大的預(yù)應(yīng)力的長期作用下,結(jié)構(gòu)的收縮徐變使得上拱度增大,從而對于橋梁的使用性能會造成很大的不便。為此,可降低預(yù)應(yīng)力度,采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁 A類構(gòu)件,一方面可以一定程度的減少預(yù)應(yīng)力筋的用量,降低結(jié)構(gòu)的上拱度,保證橋梁的正常使用;另一方面又可以增加結(jié)構(gòu)的延性,避免出現(xiàn)脆性破壞。

采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系,可以做到不預(yù)留孔道,不需孔道灌漿,施工時與無粘結(jié)體系一樣,而在施工完成后,靠包裹于預(yù)應(yīng)力筋的緩凝砂漿或油脂隨時間延長而逐漸凝結(jié)硬化與預(yù)應(yīng)力鋼筋形成粘結(jié)而達(dá)到與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系幾乎完全相同的效果。而且可以根據(jù)需要設(shè)定硬化所需的時間。另外緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋,可以采用分散布束,減小預(yù)應(yīng)力布束所占的空間, 可以使截面的挖空率得到進(jìn)一步降低。但是由于采用分散布束,預(yù)應(yīng)力筋需要布置在腹板上才能滿足承載力的要求, 所以預(yù)應(yīng)力筋的抗彎效率會有所降低,這樣必然會增加預(yù)應(yīng)力筋的用量。

塑料波紋管留孔、真空輔助壓漿是近年涌現(xiàn)出來的新材料與新工藝,并已在南京長江二橋橋塔施工中得到了成功應(yīng)用。塑料波紋管配合真空輔助灌漿技術(shù),可有效地保證壓漿質(zhì)量,防止預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕,并且塑料波紋管自身相對于金屬波紋管具有強(qiáng)度高、剛度大、 密封性好、可施工性好、 耐腐性強(qiáng)、孔道摩阻小等優(yōu)點(diǎn), 如應(yīng)用于寬幅空心板粱橋能夠有效提高結(jié)構(gòu)的耐久性。