三鋼混凝土在中小簡支梁橋中的應(yīng)用

陳東

（重慶市實力公路開發(fā)有限公司 重慶 401147）

1 中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國家交通事業(yè)迅速發(fā)展，特別是最近幾年縣道、通鄉(xiāng)通村公路的大量建設(shè)，需要修建大量跨越溝渠的橋梁、涵洞，一般為一跨或兩跨跨徑在30m以下的中小跨徑簡支梁梁橋?，F(xiàn)在公路運(yùn)輸事業(yè)飛躍發(fā)展，大量大噸位的車輛出現(xiàn)，超出了常規(guī)公路橋梁的荷載；由于國力不強(qiáng)，通鄉(xiāng)公路建設(shè)國家和地方共同出資修建，中西部地方政府財政又緊缺，使得公路鄉(xiāng)村公路建設(shè)單位采用低成本、低標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，在橋梁運(yùn)行使用中梁板出現(xiàn)開裂，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，使用壽命大大縮短，出現(xiàn)大量危橋，嚴(yán)重影響著人民的生命財產(chǎn)安全。為改善行車狀況，美化道路環(huán)境，節(jié)約工程成本，降低工程實施難度，保證工程質(zhì)量，中小跨徑橋梁在縣道、鄉(xiāng)村道路中的地位越來越重要，同時對相應(yīng)結(jié)構(gòu)的性能及使用要求也越來越高，需要有既施工方面、成本低，又便于山區(qū)施工、施工設(shè)備簡易的結(jié)構(gòu)形式。

2 中小橋梁結(jié)構(gòu)分析

簡支梁橋是中小跨徑橋梁最常用的施工方案及結(jié)構(gòu)形式，特別是通鄉(xiāng)公路的跨溝跨渠橋梁，在工程設(shè)計、施工中最容易掌握，其根據(jù)自身性能配筋等又可分為普通簡支梁橋、預(yù)應(yīng)力簡支梁橋、部分預(yù)應(yīng)力簡支梁橋，現(xiàn)對其優(yōu)缺點(diǎn)作對比分析。

普通鋼筋混凝土簡支梁：主要做成實心的矩行橫截面板梁。由于其主要受力靠其中的普通鋼筋，受拉區(qū)混凝土容易開裂，露出鋼筋；而且梁的高度大，使用材料多，自重重，剛度小，成本高，但具有施工比較簡單、設(shè)備投入不多、專業(yè)性相對較低等優(yōu)點(diǎn)。主要用于涵洞蓋板、小橋。

預(yù)應(yīng)力簡支梁：多做成空心箱板梁或"T"梁。由于梁在自重及外部荷載作用下，產(chǎn)生變形，使受拉區(qū)混凝土鋼筋受拉，一定程度上使砼開裂，影響受力鋼筋，預(yù)應(yīng)力混凝土梁采用預(yù)加反應(yīng)力的原理，使得梁的抗裂性能和剛度得到大大提高，做成空心或"T"形截面，能大大節(jié)約截面積，節(jié)省材料，減輕自重及恒載，能改善橋梁結(jié)構(gòu)的性能，提高其安全系數(shù)，延長使用壽命。然而其施工需要較大的預(yù)制場地、良好的灌漿設(shè)備、計量精確的張拉機(jī)具等專業(yè)設(shè)備，這些設(shè)備比較昂貴，而且張拉、灌漿專業(yè)性很強(qiáng)，危險性也高，對于只有幾片十幾片梁的中小跨橋梁，設(shè)備費(fèi)用較高，施工危險較大，對于項目建設(shè)方不愿意接受，特別是山區(qū)通鄉(xiāng)通村公路建設(shè)，地形地貌局限，預(yù)制場地難找，施工隊伍技術(shù)、設(shè)備相對而言要薄弱一些，預(yù)應(yīng)力簡支梁施工質(zhì)量要難以實施一些。

部分預(yù)應(yīng)力簡支梁：部分預(yù)應(yīng)力與全部預(yù)應(yīng)力梁相比可以更有效的合理的配筋，節(jié)約高強(qiáng)度的鋼材，可以避免過大預(yù)應(yīng)力反拱對其受彎構(gòu)件破壞時所呈現(xiàn)的延性，在減少混凝土脆性破壞方面也有較大的改善，提高其抗震動能力。由于其預(yù)加合理的預(yù)應(yīng)力，其撓度與裂縫的寬度較小，尤其是當(dāng)最不利荷載卸載后恢復(fù)性能較好，裂縫能很快閉合，但其普通混凝土部分仍存在抗拉能力低，容易開裂。部分預(yù)應(yīng)力簡支梁抗拉性能及主要受力要預(yù)應(yīng)力筋承擔(dān)，需要大量的高強(qiáng)度鋼材、昂貴的鋼絞線，專業(yè)的張拉、灌漿施工機(jī)具和較好的預(yù)制或施工場地，而其普通受力筋只是其分散裂縫的作用，在裂縫出現(xiàn)之前對裂縫的發(fā)生和彈性撓度的影響很小并不能有效工作，只有在結(jié)構(gòu)開裂后才能充分發(fā)揮作用，鋼材主要是支撐易受疲勞破壞部分地區(qū)，其最大缺點(diǎn)是當(dāng)截面開裂后應(yīng)力會突然變化，剛度也會突然變小，影響其使用壽命。

3 三鋼混凝土的力學(xué)性能及應(yīng)用

從實踐及理論分析需要一種高強(qiáng)度抗拉、抗裂、抗疲勞的材料在解決普通簡支梁、預(yù)應(yīng)力及部分預(yù)應(yīng)力的缺點(diǎn)，同時具有便于施工、投入少的優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)方案。通過多方面分析研究及試驗利用幾種材料來組合，即鋼纖維、鋼絲網(wǎng)、鋼筋、混凝土共同作用，也就是三鋼混凝土可以有理想的抗拉、抗裂、抗沖擊、抗疲勞、韌性及延性等方面力學(xué)性能，而且能夠方便地制作高強(qiáng)度、輕型薄壁構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)輕型化，減輕結(jié)構(gòu)自重、恒載，不需要特殊設(shè)備，大大降低施工難度及施工成本。

三鋼混凝土的基本力學(xué)結(jié)構(gòu)圖如下。

從上面的結(jié)構(gòu)圖可以分析出鋼纖維、鋼絲網(wǎng)、鋼筋分別不同時期發(fā)揮作用。

初裂階段：受拉區(qū)的拉應(yīng)力主要由邊緣的高強(qiáng)度的鋼纖維混凝土承擔(dān)；

當(dāng)拉應(yīng)力使邊緣鋼纖維混凝土無法滿足強(qiáng)度要求但未開裂時，拉應(yīng)力由鋼纖維與鋼絲網(wǎng)共同承擔(dān)；

當(dāng)荷載不斷增大，由鋼筋承擔(dān)，直到超過其極限荷載而破壞。

從以上幾個受力時段可以發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度鋼纖維混凝土能有效控制裂縫的擴(kuò)展，而且能推遲承載能力的極限狀態(tài)，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，最難得的是鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時，結(jié)構(gòu)受拉區(qū)裂縫在鋼纖維和鋼絲網(wǎng)的作用下寬度控制相當(dāng)好，能防止外部環(huán)境的銹蝕、破壞。三鋼混凝土解決了普通混凝土抗拉性能低韌性差、易開裂、強(qiáng)度高但脆性大，破壞無征兆的弱點(diǎn)，提高了其破壞時不成粉狀的安全系數(shù)；同時也解決了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)使用昂貴的高強(qiáng)材料鋼絞線但不能有效提高結(jié)構(gòu)的延性和韌性的特點(diǎn)。三鋼混凝土有鋼纖維和鋼絲網(wǎng)的摻入,可有效減少微裂紋的開展,降低微裂縫的擴(kuò)展速度,在承受車輛荷載反復(fù)作用時,鋼纖維與鋼絲網(wǎng)從混凝土中脫拉出來需要很大的荷載,使結(jié)構(gòu)開裂后性狀發(fā)生根本變化,這個過程緩慢而且有明顯征兆,提高橋梁的安全使用性能。

總之，三鋼混凝土具有良好的抗拉、抗裂、抗沖擊、抗疲勞性能、延性和韌性好等優(yōu)點(diǎn)，而且在承受荷載時使承載能力極限狀態(tài)到來推遲，受力鋼筋達(dá)到屈服時也能使受拉裂縫的寬度控制在能滿足國家有關(guān)裂縫寬度控制范圍內(nèi)，且受力鋼筋不被破壞，其狀態(tài)類似于部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的承載狀態(tài)，但其性能又優(yōu)于普通的部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，同時又具有完全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的一些優(yōu)點(diǎn)。在中小跨徑橋梁施工中大大降低了難度，其鋼纖維混凝土只用普通的強(qiáng)制式攪拌機(jī)就可以攪拌出合格的混合料，對于鋼絲網(wǎng)、鋼筋就更不成問題了，在市場上可以很方便的買到，有效地減小構(gòu)件截面設(shè)計，降低工程成本。三鋼混凝土梁板與普通的簡支梁施工工藝比較接近，使得常規(guī)施工隊伍、設(shè)備場地就可以完成，在通鄉(xiāng)通村公路建設(shè)中的中小跨徑橋梁、涵洞蓋板施工中發(fā)揮積極的作用，并得到廣泛應(yīng)用。

[1]蒙云教授《低預(yù)應(yīng)力三鋼混凝土連續(xù)梁研究》，重慶交通大學(xué)；

[2]《橋梁工程》上，交通出版社；特別致謝：重慶交通大學(xué)蒙云教授精心指導(dǎo)。