淺析鋼—混組合結構橋梁預制裝配化

馬春祥 趙 森 雷 政

(河南大建橋梁鋼構股份有限公司，河南 鄭州 450000)

淺析鋼—混組合結構橋梁預制裝配化

馬春祥 趙 森 雷 政

(河南大建橋梁鋼構股份有限公司，河南 鄭州 450000)

論述了鋼—混組合結構橋梁預制裝配化技術在我國中小跨徑橋梁應用中的重要性，介紹了幾種適合預制裝配化的發展潛力巨大的鋼—混組合結構橋梁形式，有利于我國鋼混組合結構橋梁的推廣應用。

中小跨徑橋梁，鋼—混組合結構橋梁，預制裝配化，波形鋼腹板

經過改革開放30多年的發展，我國公路橋梁建設取得了舉世矚目的成就。根據2017年4月交通運輸部發表的《2016年交通運輸行業發展統計公報》，截至2016年年底，全國公路橋梁80.53萬座、4 916.97萬m，比上年增加2.61萬座、324.19萬m，其中特大橋梁4 257座、753.54萬m，大橋86 178座、2 251.50萬m。其中，中小跨徑橋梁規模龐大，約占比例為89%。

我國公路橋梁中占絕大多數的中、小型橋梁為預應力混凝土橋。傳統的混凝土橋梁建造仍主要以人工綁扎、現場澆筑為主，粗放型的施工模式導致行業整體能耗高、現場人工作業量大；且現場作業環境、安全性差，施工周期長，施工質量難以有效保證。另一方面，現有施工模式對城市既有交通影響嚴重，工程占道施工加重了道路交通的負荷，影響道路的交通安全與暢通。橋梁作為基礎設施建造中的重要組成部分，迫切需要產業現代化轉型升級。

1 橋梁預制裝配化的重要意義

伴隨著重大施工裝備的現代化和橋梁技術工業化，現代橋梁施工開始向工廠化、大型化、機械化、標準化方向發展。橋梁預制裝配化技術借鑒于工業化組織經驗，能夠實現結構的裝配化和標準化設計，即運用現代化管理模式，通過標準化的橋梁設計以及模數化、工廠化的預制構件生產，以工業化制品現場裝配取代現場濕作業施工模式，實現橋梁結構部件的通用化和現場施工的裝配化、機械化。

與傳統的以現場施工為主的建造方式相比，預制裝配化技術表現在工程結構的構配件生產工廠化和標準化、現場施工機械化、組織管理科學化，體現了工業化社會土建結構的高效建造方式和技術手段，其優點主要體現在：

1)工廠化和標準化有利于確保構件的質量和尺寸精度，大大提高結構耐久性；2)能夠改善橋梁結構現場可施工性，降低因天氣原因、現場施工時間而導致的施工延誤，減小施工干擾；3)橋梁上、下部結構可以平行作業，有利于縮短施工周期；4)施工期間對橋下公共交通影響非常小，有利于保通；5)能夠大大提高施工效率，建造速度快，降低工程造價。

2 鋼—混組合結構橋梁優勢

鋼—混凝土組合梁是由鋼梁和混凝土板通過抗剪連接件連成整體而共同受力的橫向承重構件，既能克服鋼橋和混凝土橋梁的弱點，又能充分發揮鋼材抗拉、混凝土抗壓性能好的優點，近20年來得到了飛速的發展。其優點如下：

1)鋼—混凝土充分發揮各種材料特性(鋼材受拉、混凝土承壓)，因而結構的經濟性好；2)主要承重部件為鋼結構，橋梁工廠化程度較高，有利于保證工程質量與快速施工；3)較一般混凝土結構輕巧，有利于降低橋梁下部工程造價；4)基于結構型式、材料分配選擇的多樣性，更有利于優化結構；5)減少了混凝土用量，有利于環境保護；6)增加了鋼材應用范疇，有利于國家鋼鐵工業發展。研究和統計表明，當跨徑為30 m～110 m，特別是60 m～80 m范圍內，鋼—混凝土組合橋的單位面積造價要比混凝土橋低80%。法國鋼—混組合結構橋梁的應用比例為85%，日本為50%，而我國所占的比例僅有1%左右，我國鋼鐵產能過剩的現狀將迎來鋼—混組合結構橋梁的建設高潮。

3 具有發展潛力的適合預制裝配化的鋼—混組合結構橋梁型式

鋼—混組合結構橋梁最大的優勢就是構件可以分開組裝，構件能夠實現標準化、工廠化生產，有利于快速施工。目前常用的形式有組合鋼板梁、組合鋼箱梁、波形鋼腹板組合梁、組合桁架梁、組合剛構橋、桁式腹桿組合梁橋等。國內建設和發展較多的是組合鋼板梁、組合鋼箱梁和波形鋼腹板組合梁。

3.1 組合鋼板梁

組合鋼板梁橋主要由鋼板梁和混凝土橋面板組合而成，鋼板梁與混凝土橋面板通過連接件連接在一起，其抗彎剛度能夠大幅度提高，減小梁高，增大跨徑。組合鋼板梁橋的適用條件廣泛，鐵路、公路、城市高架、鄉村環境等均能應用，跨徑應用范圍可達30 m～130 m，總長從幾十米至上千米。

組合鋼板梁橋預制裝配化主要優勢在于：自重輕，材料用量省，比較經濟；樣式靈活，便于遠距離運輸，架設施工簡單快速，對交通影響小；結構為開截面，與封閉截面的箱型結構相比，受力更明確，便于設計人員掌握；開截面更便于后期管養。鋼板梁橫斷面結構示意圖見圖1，少主梁(波形鋼腹板)結構示意圖見圖2。

3.2 槽型鋼箱組合梁橋

槽型鋼箱組合梁，結構簡潔、受力明確，是組合鋼箱梁橋最常用的形式。目前應用最多的是兩道腹板的槽型鋼梁斷面形式，這種斷面僅在腹板外的上翼緣板與橋面板結合，橋面板兩側懸臂無鋼加勁肋與斜撐，橋面板為橫向承重板。槽型鋼箱組合梁構件的預制裝配化，大大減少了施工現場澆筑作業，有利于縮短施工周期。

3.3 窄幅鋼箱組合梁橋

窄幅箱梁這種結構形式專門針對中小跨度橋梁開發，特別是城市高架橋梁，窄幅箱梁便于運輸安裝，并可以為隨后的橋面板現澆施工提供支撐平臺。窄幅箱梁常以兩片梁的形式出現。和鋼板梁相比，窄幅箱梁自身具有一定的抗扭剛度和側向抗彎剛度，具有更好的側向穩定性，這樣可以在兩片梁之間不設或少設橫梁連接，并容易滿足安裝階段的橫向受力與穩定需要。和鋼箱梁相比，窄幅箱梁的構造簡單，鋼梁制造安裝及橋面板施工方便。因此這種結構形式不僅簡潔而且還具有較好的經濟性(見圖3)。

3.4 波形鋼腹板預制裝配式箱梁橋

波形鋼腹板預制裝配式箱梁具有自重輕、經濟指標較低、抗扭性能較好、適應性強、對地面交通影響較小、便于機械化施工等優點，其無論是結構性能、耐久性、美觀性、經濟性均較預應力混凝土橋具有較大競爭力。波形鋼腹板預制裝配式箱梁結構預制形式有三種，分別為預制箱梁、預制工字梁以及分節段預制箱梁或工字梁。

3.4.1 預制箱梁

采用與裝配式混凝土箱梁橋類似的結構形式和施工方法。箱梁的上、下翼緣板采用混凝土板，腹板采用波形鋼腹板，整片梁在工廠預制裝配成形。河南潑河大橋全長120 m，結構為4孔30 m先簡支后連續裝配式體外預應力波形鋼腹板組合箱梁。

3.4.2 預制工字梁

預制波形鋼腹板工字梁因腹板采用波形鋼腹板，使得自身重量大大減輕，克服了混凝土梁自重過大的缺點，使30 m～60 m成為經濟適用跨徑。工廠化、標準化、裝配化有效保證了波形鋼腹板PC箱梁的施工質量，加快了施工進度。

3.4.3 分節段預制

在城市橋梁和受施工及運輸條件限制的區域，可以采用分節段預制的形式(如節段長度可劃分為8 m)，預制成波形鋼腹板箱梁節段或工字梁節段，運輸至現場拼接并澆筑濕接頭、濕接縫混凝土形成波形鋼腹板箱梁或連續箱梁。

3.4.4 少支架施工方法

少支架施工方法是先行架設波形鋼腹板，采用波形鋼腹板工字梁作為承重構件，掛模澆筑混凝土底板及橫隔板，最后吊裝分節段預制的混凝土頂板，澆筑濕接縫形成箱梁。廣州魚窩頭橋采用少支架法施工。

3.5 波形鋼腹板連續結合梁

波形鋼腹板連續結合梁體系充分發揮了下翼緣鋼板輕質高強的優點；避免底板混凝土開裂，耐久性好；自重較輕，受力明確，腹板穩定性好；無預應力體系，構造簡潔可靠；景觀效果好；采用波形鋼腹板代替混凝土腹板，碳排放量可降低67%。波形鋼腹板連續結合梁創新性在于：

1)結構設計：鋼筋混凝土橋面板；波形鋼腹板板梁；PBL剛性連接件；全寬橫梁翼緣；空腹+實腹式橫梁。

2)橋面板整體預制；整片吊裝架設；支點外節點栓接。

4 結語

鋼—混凝土組合結構橋梁由于兼有鋼橋和混凝土橋的優點，使結構設計、施工、維護更趨合理，從全壽命周期角度來看，具有很強的技術經濟競爭力。將橋梁預制裝配化技術應用到鋼—混組合結構橋梁中，能夠打破固有的模式，將原有效率低下的設計施工過程簡化為標準構件的生產與拼裝過程，在保證橋梁產品質量的前提下，大大縮短橋梁建造周期，符合未來橋梁產業的發展趨勢。采用預制裝配化技術的鋼—混組合結構橋梁必將成為我國橋梁建設的重要組成部分。

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Briefanalysisoftheprefabricationofsteel-concretecompositestructuralbridges

MaChunxiangZhaoSenLeiZheng

(HenanDajianBridgeSteelStructureLimitedByShare，Zhengzhou450000，China)

The paper discusses the importance of steel-concrete composite structure bridge prefabrication technology in the application of medium and small span bridges in our country， and introduces several kinds of bridge forms of steel-concrete composite structure which are suitable for prefabrication， which will be good for promoting steel-concrete composite structure bridge in our country.

small and medium span bridge, steel-concrete composite structural bridges, precast assembly, corrugated steel web

U448.216

：A

1009-6825(2017)24-0167-02

2017-06-16

馬春祥(1989- )，男，助理工程師； 趙 森(1989- )，男，助理工程師； 雷 政(1988- )，男，工程師