高強鋼骨混凝土在橋梁工程中的施工技術研究

【摘 要】針對蘇州地區多項橋梁工程進行了詳細分析，分析各種因素對鋼管微膨脹混凝土性質的影響，優化設計配合比，從結構和造價的觀點出發，討論了如何使高強鋼骨混凝土更有效地用于橋梁結構的一些方法，加快高強鋼骨混凝土在橋梁工程中的進一步推廣應用。

【關鍵詞】高強鋼骨混凝土；應用與發展；橋梁工程 三向應力

1. 高強鋼骨混凝土綜述

HSRC結構是在鋼筋混凝土內部埋置型鋼或焊接鋼構件，并使鋼骨與混凝土組合成為一個整體共同工作，而形成的一種組合結構。其特點如下：

圖1 高強混凝土箱梁

圖2 PCI研究用T梁（1）與鋼筋混凝土結構相比，由于配置了鋼骨，使構件的承載力大大提高，從而有效的減小了梁柱截面尺寸，尤其是抗剪承載力提高、延性加大，顯著改善了抗震性能。

（2）與鋼結構相比，鋼骨高強混凝土構件的外包混凝土可以防止鋼構件的局部屈曲，提高構件的整體剛度，顯著改善鋼構件出平面扭轉屈曲性能，使鋼材的強度得以充分發揮。同時，外包混凝土增加了結構的耐久性和耐火性。

（3）鋼骨高強混凝土結構比鋼結構具有更大的剛度和阻尼，有利于控制結構的變形和振動。

鋼骨高強混凝土充分發揮了鋼與混凝土兩種材料的優點，在橋梁工程中得到了廣泛的應用，但到目前為止，國內外對其研究的成果多集中于構件的強度、剛度等方面，在施工方面經驗不多，可供參考的資料很少。而施工現場的施工質量又嚴重影響著這種組合結構性能的充分發揮。筆者結合試驗過程及具體的工程實踐提出確保鋼骨高強混凝土橋梁抗震延性的施工質量控制措施。

2. 典型高強鋼骨混凝土橋工藝參數分析

蘇州建園建設工程顧問有限公司以蘇州地區典型橋梁做研究。高新區寒山橋是此研究工程項目之一。此橋的特殊之處是東西兩側分別采用強度為70～100N／平方毫米高強鋼骨混凝土梁（圖1）和強度為35～40N／平方毫米T梁（圖2）。對不同混凝土進行造價比較。經比較，對于常規混凝土跨徑37m的梁，當采用高強鋼骨混凝土時跨徑可達44m。

圖3 最優造價曲線 高強鋼骨混凝土具有較高的強度，因此可加大跨徑或當跨徑不變時可采用較小的梁高。同時，高強鋼骨混凝土抗滲能力較強，因而氯化物的滲入可減少一半，從而提高結構的耐久性。在橋梁結構中采用高強鋼骨混凝土，效果十分明顯。蘇州建園建設工程顧問有限公司對常用的預應力混凝土梁進行優化設計。進行經費用戶效益分析如（圖3）， 對于圖3所示的曲線分三部分討論：

2.1 針對跨徑小于27.4m的梁。此類梁的控制條件為預加應力階段的初始預應力。由于預加應力階段的恒載長久起作用，對于所述跨徑采用高膽混凝土無實際意義。

2.2 針對跨徑27.4～30.5m，混凝土強度41～55MPa和跨徑27.4～33.5m，混凝土強度≥55MPa的情況。由于采用高強鋼骨混凝土，梁距可以加大。在此范圍存在著梁距加大帶來的節約及由此引起單位橋面費用增加的平衡點。

2.3 針對跨徑大于30.5m，混凝土強度在41～55MPa和跨徑大于33.5m，混凝土強度大于55MPa的情況。這個范圍代表了所分析斷面高強鋼骨混凝土的最優效益。圖3還反映出：

（1）隨著梁混凝土強度的遞增，最優造價曲線右移。這意味著在單位造價不增加的情況下，梁的跨徑增大了。

（2）梁混凝土強度超過 69MPa效益減小心高強鋼骨混凝土用于較小跨徑時無明顯效益。

近些年來，蘇州市交通局和蘇州建園建設工程顧問有限公司對采用高效預應力高強鋼骨混凝土在橋梁工程中的應用進行了較為深入的研究。以圖4斷面為例，由表1可以看出，蘇州地區采用高性能混凝土空心板較普通PC空心板可節省混凝土 35％以上，可節省鋼鉸線15％以上，在16～30m跨徑范圍內，材料費用節省20％。因此對于公路橋梁工程中大量使用的空心板采用高性能混凝土井進行優化設計，其經濟效益十分可觀。

圖4 L=16m中板優化斷面

圖5 焊接順序 3. 提高鋼骨高強鋼骨混凝土質量的施工措施

施工現場的施工質量嚴重影響著這種組合結構性能的充分發揮，筆者結合工程的調查分析對組合結構中鋼骨柱施工質量的缺陷及原因進行分析， 結果顯示鋼骨高強鋼骨混凝土柱施工質量缺陷主要表現在焊接質量差、H 型鋼柱不垂直、縱向產生彎曲、鋼牛腿標高出現偏差四個方面。其中焊接質量差、H 型鋼柱不垂直，是影響鋼骨高強鋼骨混凝土柱延性的主要原因。為此我們提出如下改進工藝：

3.1 提高焊接質量的施工工藝措施。

（1）焊接前應先進行工藝試驗，以取得最佳工藝系數，達到工藝合格、質量可靠和降低成本的目的。

（2）在焊接時改手工焊為采用ZXGI000R自動埋弧焊機，焊接時在其焊縫的兩端配置引入板、引出板，做到引入板、引出板與被焊件的坡口形式相同，其長度大于60 mm ，寬度大于50 mm ，焊縫引入、引出的長度大于25 mm ，焊縫焊接完畢后用氣割割除，并修磨平整。

（3）焊接時在專用的焊接胎膜上作全自動埋弧焊，按焊接工藝要求的焊接順序進行施工，減少焊接變形。焊接順序見圖5 。

（4）施焊時，每條焊縫原則上要連續操作完成，不得不在T 字口和構件邊緣停弧或換焊條時，施焊后的焊縫應立即覆蓋巖棉材料給予保溫，延長焊件降溫時間。

（5）配置超聲波探傷人員跟班檢查焊接質量，不合格者應及時返修。

3.2 減少焊接變形的方法。

（1） 采用拼裝模架將H 型、十字型鋼板拼裝成型，拼裝模架如圖6所示。

圖6 拼裝模架（2）拼裝后的幾何尺寸經檢驗合格后進行定位點焊，定位點焊的焊縫長度為60 mm ，焊縫的間隔為200 mm ，焊縫高度為6 mm。

（3）對埋弧焊電流、電壓、焊接速度參數進行監控，電流：600 A～650 A ，電弧電壓：35 V～38 V ，焊接速度： 0. 42 m/ min。

（4）為防止受熱不均勻造成過大變形，施焊前應進行預熱，預熱區域應在焊縫的兩側各100 mm ，使其產生相應的反變形。

（5）劃線下料應考慮焊接收縮量，以滿足組焊成型后設計尺寸，使吊裝就位后保證柱頂、孔眼標高一致。

4. 結論與建議

（1）鋼骨高強鋼骨混凝土組合結構是鋼與混凝土的優點結合，是建造高層與大跨度結構較好的途徑，在我國具有廣闊的前景， 施工現場的施工質量嚴重影響著這種組合結構性能的充分發揮，探討它的施工方法和施工工藝具有深遠的意義。

（2）采用高強鋼骨混凝土梁板斷面高度可以降低，從而較少工程投資，這對于新建和重建橋梁均具有重要意義。

參考文獻

［1］ “高強鋼骨混凝土的研究及應用” 謝劍學 甘肅工業大學碩士研究生畢業論文，2000.

［2］ 陳肇元 《高強鋼骨混凝土在建筑工程中的應用》 清華大學出版社 1992.

［3］ 馮乃謙 “高強鋼骨混凝土的技術現狀及今后的課題與展望” “高強鋼骨混凝土及其應用”第一屆學術討論會論文集 中國土木工程學會高強鋼骨混凝土委員會.