中等跨徑橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁與波形剛腹板PC梁的比較

梁 鵬

(綿陽市川交公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司 四川 綿陽 621000)

中等跨徑橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁與波形剛腹板PC梁的比較

梁 鵬

(綿陽市川交公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司 四川 綿陽 621000)

對(duì)中等跨徑橋梁的上部構(gòu)造方案選用時(shí)，對(duì)鋼筋混凝土腹板構(gòu)件和波形剛腹板構(gòu)件的應(yīng)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。

中等跨徑；鋼筋混凝土腹板；波形剛腹板；經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

引言

綿陽川交大橋位于綿陽市城區(qū)涪江上，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)需要從橋梁功能、美觀、造價(jià)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在設(shè)計(jì)過程中對(duì)于橋梁上部構(gòu)造進(jìn)行了方案的討論，主要對(duì)于上部構(gòu)造采用預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁和波形剛腹板PC梁在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行了比較。

1、項(xiàng)目概況

川交大橋位于綿陽市市區(qū)涪江之上，距離上游寶成鐵路橋約1.9km，距離下游漢龍大橋約1.2km。川交大橋起點(diǎn)接濱江西路與圣水南街交叉口，上跨涪江后東接小島西路連接科學(xué)城2#隧道。川交大橋全長472.16米，接線道路長146.418米，道路等級(jí)為城市次干道，設(shè)計(jì)車速為40km/h，雙向四車道，標(biāo)準(zhǔn)路幅寬度23m。

本橋共分四聯(lián)，其中第一聯(lián)跨徑布置為3×34m，第二聯(lián)、第三聯(lián)、第四聯(lián)采用跨徑布置均為三聯(lián)3×40m，全橋共長472.16m，橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為23m，進(jìn)入濱河路路口處拓寬至29m。橋面設(shè)雙向1.5%的橫坡，橫坡采用蓋梁或臺(tái)帽斜置調(diào)坡。

2、上部構(gòu)造方案

2.1 方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁

采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力小箱梁結(jié)構(gòu)。橋梁全寬由8片40m跨徑小箱梁組成，預(yù)制梁之間采用現(xiàn)澆濕接縫連接。

2.1 方案二：波形剛腹板PC梁

40m箱梁采用新工藝波形鋼腹板PC梁結(jié)構(gòu)，橋梁全寬由8片I形梁構(gòu)成，兩片I形梁間現(xiàn)澆1.7m寬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成箱梁，每兩片箱梁間采用濕接縫連接。

3、方案比較

該項(xiàng)目使用波形剛腹板生產(chǎn)廠家提供的現(xiàn)有波形剛腹板40m跨徑的圖紙，進(jìn)行了橋梁的初步設(shè)計(jì)。以40m跨徑為例對(duì)波形剛腹板PC梁與預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁進(jìn)行了比較。

1）預(yù)應(yīng)力鋼束的使用：本項(xiàng)目同樣長度的橋梁，預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁鋼絞線用量為210691.8Kg，波形剛腹板鋼絞線用量為114810Kg。預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在腹板和底板，波形剛腹板則布置與底板。

從鋼絞線用量上來說波形剛腹板箱梁能提高預(yù)應(yīng)力效率，改善結(jié)構(gòu)性能。波形鋼腹板的縱向剛度較小，幾乎不抵抗軸向力，因而在導(dǎo)入預(yù)應(yīng)力時(shí)不受抵抗，縱向預(yù)應(yīng)力束可以集中加載于頂、底板，有效地提高預(yù)應(yīng)力效率。

2）梁體材料工程量比較：本項(xiàng)目同樣長度的橋梁，預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁的預(yù)制混凝土用量為4329.6 ，現(xiàn)澆混凝土用量為168.5 ；波形剛腹板PC梁預(yù)制混凝土用量為3201.42 ，現(xiàn)澆混凝土用量為1527.7 。鋼筋混凝土小箱梁鋼筋用量為948.4t，波形剛腹板鋼筋用量為1232.1t。

在波形鋼腹板PC箱梁橋中，混凝土用來抗彎、抗壓，波形鋼腹板用來抗剪，發(fā)揮波形鋼腹板抗剪能力強(qiáng)和混凝土抗壓強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，有利于這兩種材料發(fā)揮各自優(yōu)勢作用。但在本項(xiàng)目的初設(shè)工程量估算中發(fā)現(xiàn)，在40跨徑的箱梁橋中波形剛腹板不能很好的體現(xiàn)材料的利用效率優(yōu)勢。反而是通過增加梁高和材料用量來減少了鋼絞線的使用量。

一般情況下，波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋的腹板采用較輕的波形鋼板，其橋梁自重與一般預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋相比降低、減小了結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的下繞度，能夠減少下部工程量。而在本項(xiàng)目工程量對(duì)比中波形剛腹板PC梁未能體現(xiàn)出該特點(diǎn)。

3）施工工藝比較：預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁施工采用工廠化預(yù)制，基本工藝為綁扎鋼筋-預(yù)埋波紋管和鋼絞線-立模-澆筑混凝土-張拉-架梁的施工順序。波形鋼腹板 PC 箱梁橋在施工過程中，可減少大量的模板和預(yù)制混凝土澆筑工程，免除在砼腹板內(nèi)預(yù)埋管道的煩雜工藝， 而且波形鋼腹板可以工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝施工。

本項(xiàng)目中波形剛腹板可體現(xiàn)節(jié)省了大量模板的優(yōu)勢，而預(yù)制混凝土工程量的減少可降低梁體吊裝重量，有利于減少工程措施費(fèi)用。但在初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了一定的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，能熟練的完成波形剛腹板工程施工的有經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)伍較少，無形中增加了波形剛腹板的施工技術(shù)難度。

4）景觀效果比較：該項(xiàng)目屬于市政工程橋梁采用波形剛腹板具有結(jié)構(gòu)形式新穎，腹板表面可進(jìn)行涂裝裝飾，具有較好的城市美化效果。

5）經(jīng)濟(jì)比較：我國現(xiàn)在鋼材產(chǎn)能比較大，鋼材產(chǎn)量較高，市場價(jià)格比較穩(wěn)定，而波形剛腹板的使用可以為鋼材的使用提供新的途徑。

該項(xiàng)目初設(shè)中估算的剛腹板鋼材為666.3t，根據(jù)工程造價(jià)的比較發(fā)現(xiàn)剛腹板鋼材的單價(jià)較高達(dá)到了 13000-15000元每噸。分析發(fā)現(xiàn)由于生產(chǎn)廠家較少，材料運(yùn)輸距離過長，而且波形剛腹板的附加價(jià)值較高，造成了波形剛腹板的單價(jià)過高。因此在該項(xiàng)目初設(shè)估算結(jié)果表明波形剛腹板在40m跨徑的橋梁使用時(shí)沒有明顯的造價(jià)優(yōu)勢。

4、方案必選結(jié)果

方案名稱 波形鋼腹板PC梁 預(yù)應(yīng)力小箱梁結(jié)構(gòu)形式 現(xiàn)澆連續(xù)梁+預(yù)制小箱梁(波形鋼腹板)現(xiàn)澆連續(xù)梁+預(yù)制小箱梁(鋼筋砼腹板)技術(shù)可行性施工工藝相對(duì)復(fù)雜。對(duì)施工隊(duì)伍要求較高。后期養(yǎng)護(hù)工作量較大。施工簡單，工藝成熟，后期養(yǎng)護(hù)工作量小。梁高 2.5m 2.0m估算造價(jià) 建安費(fèi)：5777.99萬元，建設(shè)費(fèi)用較高，維護(hù)費(fèi)用較高建安費(fèi)：4308.65萬元，建設(shè)費(fèi)用較低，維護(hù)費(fèi)用較低橋梁景觀 景觀效果較好 景觀一般

在綿陽川交大橋設(shè)計(jì)工作中，對(duì)兩種方案比較發(fā)現(xiàn)，波形剛腹板在中等跨徑橋梁中沒有明顯的優(yōu)勢。因此該橋最終選定采用傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)方案。

5、波形剛腹板的其他優(yōu)勢

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋就是用波形鋼板取代預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁混凝土腹板做成的箱梁橋，簡稱為波形鋼腹板 PC箱梁橋。其顯著特點(diǎn)是用厚度10～20mm左右的鋼板取代了厚度 30～80cm的混凝土腹板。第二個(gè)特點(diǎn)是鑒于頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力束放置空間有限，而應(yīng)用體外索來代替部分或全部體內(nèi)索。

1）在該項(xiàng)目中波形剛腹板與大跨徑波形剛腹板相比，鋼絞線的使用上均為體內(nèi)束。而體外預(yù)應(yīng)力筋可以更換，便于橋梁的維修和補(bǔ)強(qiáng)。波形鋼腹板PC箱梁橋采用體外預(yù)應(yīng)力承受活載，因而在長期運(yùn)營后可以對(duì)體外預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行更換，以恢復(fù)承載力和進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，從而能降低了波形剛腹板的維護(hù)難度。而40m跨徑的剛腹板箱室較小不便于體外束的設(shè)置。

2）波形剛腹板PC梁施工時(shí)可利用波形鋼腹板作臨時(shí)設(shè)施，節(jié)省設(shè)施費(fèi)用、加快施工速度：懸臂澆注時(shí)鋼腹板可用作掛籃的組成部分、頂推施工時(shí)可以用腹板作導(dǎo)梁、現(xiàn)澆時(shí)可省略腹板模板。同時(shí)波形鋼腹板箱梁橋節(jié)段懸臂施工長度一般為4.8m，對(duì)懸臂施工的橋梁減少了節(jié)段數(shù)量，縮短了工期：由于梁體自重的減輕，懸臂施工時(shí)，可減少節(jié)段數(shù)量。對(duì)于大跨徑懸臂施工橋梁，采用波形鋼腹板PC箱梁橋，其上部結(jié)構(gòu)整體施工周期較傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋節(jié)省30%以上。而中等跨徑的橋梁在工期節(jié)省上沒有明顯的優(yōu)勢。

3）在大跨徑橋梁中采用波形剛腹板能避免腹板開裂問題，耐久性能好。傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋受外力荷載以及混凝土收縮、徐變的影響，常常在腹板出現(xiàn)裂縫，造成混凝土截面削弱、鋼筋腐蝕乃至于要進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)等一系列問題，成為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的普遍病害，而波形鋼腹板PC箱梁橋則不會(huì)出現(xiàn)上述問題，耐久性能較好，后期維護(hù)主要以波形鋼腹板防腐保護(hù)為主。而中等跨徑的橋梁中腹板開裂的問題并不常見，可通過調(diào)整彎起鋼束的數(shù)量、嚴(yán)格控制施工質(zhì)量等措施降低腹板開裂的可能性。

結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)波形剛腹板PC梁的特點(diǎn)來說，現(xiàn)階段更適合用于跨徑較大的變截面箱梁結(jié)構(gòu)。在中等跨徑結(jié)構(gòu)中來說，還應(yīng)該進(jìn)一步的研究，提高在中等跨徑橋梁使用中的造價(jià)優(yōu)勢以便于該橋型的推廣使用。

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1007-6344（2016）03-0049-02

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