預制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁的研究及應用

馬骉，徐航，蘇儉，黃 虹

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引言

目前高架橋梁中的預制拼裝上部結構通常采用預制空心板梁、預制小箱梁、預制T 梁、疊合梁、鋼梁等。

預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。預制小箱梁適用中小跨徑，一般用于25～35 m，其經(jīng)濟跨徑一般為30 m。預制T 梁適用中等跨徑，其跨越能力相對小箱梁大，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，但其造價高、后期養(yǎng)護費用工作量大。

本文提出預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，避免腹板開裂問題，減少梁體自重，適用跨徑更大。相比于鋼梁或疊合梁，造價低且現(xiàn)場無需進行鋼結構焊接、安裝橋面板等施工流程，后期養(yǎng)護工作量小。因此，預制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁兼有混凝土梁經(jīng)濟性好、易于施工和鋼結構重量輕、跨徑大的優(yōu)點，具有較好的發(fā)展前景。

因此，本文針對高架橋梁建設的特點，針對預制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁設計方案，加以經(jīng)濟技術分析，并將設計方案應用于上海市沿江通道西延伸（富長路～江楊北路）改建工程。研究成果可為后續(xù)預制裝配式波形鋼腹板組合梁的設計提供參考。

1 技術經(jīng)濟綜合分析

本節(jié)以橋?qū)払=32 m、跨徑L=45 m 為例，針對疊合梁、T 梁、波形鋼腹板組合小箱梁三種結構（見圖1～圖3）進行技術經(jīng)濟分析。

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構進行經(jīng)濟分析見表1。

表1 經(jīng)濟性比較分析

由表1 可見，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)濟性優(yōu)勢，其造價與T 梁相當。

常規(guī)組合梁、T 梁、波形鋼腹板組合小箱梁三種結構施工、景觀、維養(yǎng)等分析見表2。

表2 施工、景觀、維養(yǎng)比較分析

由表2 可見，相比常規(guī)組合梁，波形鋼腹板組合小箱梁的吊重較大，對運輸、吊裝設備要求較高，但其景觀效果好，后期養(yǎng)護工作量小。

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計

結合上海市沿江通道西延伸（富長路～江楊北路）改建工程，針對預制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁進行設計，如下文所示[1]。

2.1 總體設計

預制裝配式城市高架建設需要特別注意預制構件的尺寸大小，截面過大的構件會導致運輸、吊裝困難。因此控制預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。通過工廠整體預制單片波形鋼腹板組合小箱梁，運輸至現(xiàn)場吊裝，最后通過橋面板縱向接縫、橫隔板連接成整體。本項目標準橋?qū)払=32 m，共設置7 片梁，見圖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，澆筑時既可利用鋼底板作為模板支撐，也能確保連接節(jié)點位置的澆筑質(zhì)量。

2.2 混凝土結構設計

波形鋼腹板箱梁頂?shù)装宀捎没炷?，頂、底板厚?.2 m，波形鋼腹板位置加厚至0.25 m。

跨中及4 分點位置設置混凝土橫隔板，其中4 分點橫隔板兼做體外束的專向塊；跨中橫隔板厚30 cm，轉向橫隔板厚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)側設置內(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，在蓋梁上形成一個寬0.8 m 的空間，用于后期體外束的養(yǎng)護更換，見圖7。

圖7 體外束的養(yǎng)護更換空間布置圖（單位：mm）

2.4 預應力體系

預應力采用體內(nèi)體外混合配束，在底板內(nèi)設置體內(nèi)束，箱室內(nèi)設置體外束，體外束在端部橫梁錨固，跨中橫隔板兼做體外束的專向塊，見圖8。體外預應力體系是以“易安裝、可檢查、可維修、可更換”為出發(fā)點進行設計，采用的體外預應力體系具備有效的防腐措施，能夠方便進行單根換束，能夠?qū)︿撌M行多次張拉、補張拉等操作。

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制廠分片進行預制，再運輸至現(xiàn)場進行拼裝。各箱梁之間橋面板采用U 形筋交錯搭接的現(xiàn)澆濕接縫形式進行連接（見圖9），現(xiàn)場無焊接工作量，施工簡便快速。

圖9 橋面板接縫示意圖

3 波形鋼腹板小箱梁施工

預制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁施工工序為：波形鋼腹板制作→波形鋼腹板底模鋪設→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→構件養(yǎng)護→預應力張拉→構件運輸→現(xiàn)場架設→現(xiàn)場連接→二期鋪裝，見圖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制施工

圖13 波形鋼腹板組合小箱梁現(xiàn)場吊裝

圖14 波形鋼腹板組合小箱梁安裝就位

4 結論

預制裝配式波形鋼腹板組合小箱梁兼有混凝土梁經(jīng)濟性好、易于施工和鋼結構重量輕、跨徑大的優(yōu)點：

（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)濟性優(yōu)勢，其造價與T梁相當。

（2）波形鋼腹板組合小箱梁的吊重相對較大，對運輸、吊裝設備要求較高，因此，受限于其運輸、吊裝，整體預制拼裝時跨徑不宜大于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。

通過研究及應用，表明該類型結構具有預應力效率高、結構各部分受力明確、施工速度快、綜合造價低及造型美觀等優(yōu)點，值得進一步在高架橋梁中推廣和應用。