淺談高等級道路小跨徑橋梁梁型方案

王 軍

（華東建筑設計研究院有限公司，上海市 200041）

0 引言

空心板梁由于其經濟性、施工快捷性、地理適應性和工廠化生產、運輸、安裝形成的產業鏈，是其他結構無法比擬的。很長一段時期以來，上海地區乃至全國的公路和市政道路在中小跨徑的橋梁上，已非常普遍地采用預制裝配式空心板梁結構。

然而，經過對采用空心板結構的既有橋梁的檢查，暴露出空心板產生的諸多病害，比如：支座脫空、鉸縫薄弱甚至斷裂而造成單梁受力引起梁體開裂等，嚴重影響結構耐久性和使用安全。上海市城鄉建設和交通委員會印發滬建交[2009]1048號文《上海市城市道路和公路設計指導意見》（試行）中5.1.1條規定：“高速公路、一級公路、城市快速路、城市主干路和專用重車線路上的大、中、橋應采用行車舒適、耐久性好、養護方便的結構型式，優先選用連續結構體系，一般不得采用預制裝配式空心板結構。”

在城市高等級道路的改、擴建工程中，尤其在軟土地基、水網密集地區，采用小三孔橋梁是合理的，但原先小跨徑橋梁采用鉸接板梁，已無法滿足現行標準，如何解決是當前迫在眉睫的問題。文中將對幾種低高度、小跨徑的梁型方案進行綜合比較，優選出合理的方案來替代空心板。

1 空心板概述

裝配式空心板橋橫向通過現澆的混凝土鉸縫連接，使各塊板梁聯接成為整體。根據鉸縫類型可分為小鉸縫空心板（見圖1（a））和大鉸縫空心板（見圖1（b））。鉸縫與混凝土鋪裝同時澆筑，作用于行車道上的汽車荷載通過橋面鋪裝傳力到空心板梁，由經鉸縫相連的各塊板梁共同受力。

圖1 常用鉸縫型式

由此可見，鉸縫是裝配式空心板的關鍵部位，橋面板的整體性主要取決于鉸縫質量的好壞，同時也是其薄弱環節。在長期的重載沖擊作用下，空心板鉸縫處混凝土會破碎、脫落、大面積滲漏，從而橫向聯系減弱，形成單梁受力，最終導致空心板梁底出現裂縫，影響橋梁耐久性和安全使用。

對于裝配式空心板的常見病害，各方采取了有針對性、系統的維修加固措施，也取得了一定的成效。同時，由于對病害橋梁的加固維修處理，一方面給正常的交通造成很大影響，尤其是城市道路；另一方面也增加了橋梁的維護運營成本。

2 合理的小跨徑橋梁上部結構應具備的特征

（2）采用預應力結構，確保結構耐久性。

（3）結合施工條件，具備現場預制（后張法預應力）和工廠預制（先張法預應力）的要求。

（4）結構高度與空心板梁接近，滿足軟土地區、水網密集區域道路工程需要。結構斷面滿足：模板安裝、脫卸方便；混凝土澆筑便利、密實；適應兩類預應力筋（索）布置。

（5）橋面橫橋向剛接，增加橫隔板提高整體剛度，提高低高度梁使用性能。

3 梁型方案比較

由于橋面橫向連接必須采用剛接，橋梁結構采用以下三種形式進行比選：

（1）密肋式工字梁（見圖2）

圖2 密肋式工字梁

密肋式工字梁橫向剛接，且跨中、四分點設橫隔板，橫向受力性能好，整體性強。起重重量較輕，混凝土澆筑容易振搗、密實，施工方便，經濟性好。

通過實際生產的經驗證明，利用CORS技術進行地形圖測量相比常規的測量手段有很大的優越性，不僅節省了人工成本，測點密度也能符合成圖的需求，有效地提高了測圖的效率[2]。

（2）剛接小箱梁（見圖3）

圖3 剛接小箱梁

剛接小箱梁采用橋面板橫向剛接，僅在支點處設橫隔板，跨中不設橫隔板，橫向受力性能一般，由于梁高較低（16 m梁高0.9 m，10 m梁高0.7 m），混凝土澆筑不易振搗，內模膠囊抽拔困難。采用預制+現澆的方法施工，即先預制箱梁端部底板及腹板，待膠囊撤出后，再澆筑封頭板及箱梁頂板。新、老混凝土結合處需鑿毛、潤濕；二次澆筑的混凝土需達到100%設計強度后，方可放張預應力筋。

（3）槽型組合梁（見圖4）

圖4 槽型組合梁

槽型組合梁在低梁高情況下可保證混凝土澆筑質量，跨中、四分點設橫隔板，橫向受力性能好，整體性強，橫向剛度較大。中心軸較低，裸梁施加預應力受力不利，需再加臨時預應力束，施工麻煩，且現場澆筑混凝土量較大比較復雜，經濟性較差。

三種梁型方案比較見表1。

表1 三種梁型方案比較

密肋式工字梁方案，其優點在于：

采用預制+現澆濕接縫的施工方法，根據施工條件，可在現場或在工廠預制，可以確保施工質量、工期以及控制工程造價；采用預應力結構，可確保結構耐久性；結構高度低，可滿足軟土地區、水網密集區域道路工程需要；橋面橫橋向采用剛性連接，增加橫隔板提高整體剛度，可提高低高度梁使用性能。

綜上所述，工字梁方案結構合理，在耐久性、經濟性以及施工等方面均優于其它兩種梁型，故推薦采用密肋式工字梁方案。

4 工字梁國內外現狀及應用

工字梁的應用在國內已有很長的歷史階段。在上世紀60年代，工字梁加微彎板形成空心板的結構已有采用，建于1967年的上海江寧路橋已經拆除重建，其拆除的中跨36 m及邊跨16 m工字梁并無可見裂縫，實踐表明是相當成功的。

近年來，國內對后張法預應力混凝土T梁應用廣泛，跨徑一般大于25 m；由于空心板結構的大量應用，對低高度、小跨徑的工梁的應用較少。

在美國，先張法預制I型梁于上世紀50年代開始采用，已成為跨徑21～36 m橋梁最常用的梁型。1956年美國聯邦公路管理局組織編制了預制混凝土I型梁的通用設計圖（AASHTO梁系列見圖5），隨后又增加了不同的截面形式，各個州也根據實際情況推出了不同的截面形式。經過長時間的發展，I型梁的設計逐漸定型。

圖5 AASHTO梁系列

上世紀90年代，美國內布拉斯加大學路橋系結合高強度混凝土及新型鋼絞線對I型梁進行了優化設計和研究，推出了NU梁系列(見圖6)，梁高為0.75～2.4 m，適用跨徑范圍為10～65 m。

美國I型梁的預應力體系有先張法、后張法，以及兩者結合；先張法中鋼絞線有直線形及折線形；結構體系有簡支，也有簡支變連續。

圖6 NU梁系列

5 結語

空心板結構在小跨徑橋梁中應用多年，工藝已經相當成熟。但是，隨著全國高等級道路的建設，裝配式空心板已經難以滿足其發展的需要。低高度、小跨徑橋梁在軟土地基、水網密集地區的道路工程上具有較好的經濟性和適用性。新梁型既要克服已建空心板結構在使用過程中出現的問題，又要繼承原有空心板梁結構在制作、運輸、安裝等環節上標準化、工廠化的特點，還要全面提升結構的承載能力和耐久性。

工字梁結構特點顯著，一方面能夠彌補空心板的固有缺陷，另一方面在耐久性、經濟性以及施工等方面都優于其它梁型，又有國內外應用的實踐經驗。下一階段通過對主梁斷面形式、預應力類型、制作安裝工藝及成橋后結構工作狀態等多方面分析、論證，擬定出合理的結構形式。在理論分析的基礎上，進行實梁和實橋荷載試驗，達到應用性研究的目的和要求。

[1]范立礎.橋梁工程(上)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]魏明光,李國平.預制裝配式空心板梁橋橫向連接方式的比較[J].結構工程師,2012,28(5):29-34.

[3]殷曉歌,梁峰.裝配式空心板橋鉸縫病害成因分析及防治[J].科技致富向導,2012(5):336，374.

[4]AASHTO.AASHTO LRFD bridge design specifications[M].4th Edition.American Association of State Highway and Transportation Officials,2007.