波形鋼腹板組合梁橋的特性及經(jīng)濟(jì)性研究

王森嶺

（中鐵十五局集團(tuán)物資有限公司，河南 洛陽(yáng) 471041）

橋梁工程建設(shè)不僅要滿足必要的質(zhì)量、安全要求，還要能夠與時(shí)代特征相對(duì)應(yīng)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、優(yōu)化等各種特點(diǎn)。因而各種施工技術(shù)手段、新興材料都得到了一定的運(yùn)用。波形鋼腹板在組合梁橋的建設(shè)過(guò)程中能充分發(fā)揮較大的應(yīng)用價(jià)值優(yōu)勢(shì)，有效滿足橋梁建設(shè)的各項(xiàng)需求，同時(shí)能夠降低施工建設(shè)成本，體現(xiàn)現(xiàn)代化的工程建設(shè)理念。

1 波形鋼腹板橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 使材料性能得到有效發(fā)揮

梁橋使用過(guò)程中，箱梁的頂、底板中均存在預(yù)應(yīng)力。波形鋼腹板因其幾何特征具有軸向剛度較低且抗剪性能較高的特點(diǎn)，適合承擔(dān)截面剪力；而頂、底混凝土板具有軸向強(qiáng)度高，但抗剪性能較弱的性質(zhì)，適合承受截面軸向壓力。兩者的結(jié)合能保證材料各種性能充分發(fā)揮，從而提升組合橋梁結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。結(jié)構(gòu)體在受力過(guò)程中，每一個(gè)豎向截面中的慣性半徑的大小是衡量其效率的重要指標(biāo)。由于波形鋼腹板－混凝土組合梁橋所利用的混凝土材料均集中于截面上、下緣，截面慣性半徑可增至極限，因此截面效率和結(jié)構(gòu)效率都能得到顯著改善。此結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足工程質(zhì)量的要求，還可在較大程度上減少水泥、鋼筋等材料的使用量，因此能降低施工成本，并且在減少自重的同時(shí)還具備良好的抗震能力。

1.2 提高預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的性能效果

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)能夠提升整體力學(xué)性能，主要是通過(guò)對(duì)體系預(yù)先施加作用力，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)體的內(nèi)學(xué)承載區(qū)間范圍來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于波形鋼腹的縱向剛度較低，對(duì)于施加預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力筋的限制較小，所以能夠充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)能力，提高預(yù)應(yīng)力力學(xué)數(shù)值，提升結(jié)構(gòu)體的性能效果。另外，波形鋼腹板橋的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不僅可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加，還可以同時(shí)進(jìn)行外部預(yù)應(yīng)力的施加，提升預(yù)應(yīng)力的使用效果。

1.3 提高腹板抗剪能力

波形鋼腹板結(jié)構(gòu)的橫向截面在面積上得到了有效擴(kuò)大，在應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)體的剪切作用時(shí)，能夠充分利用截面面積優(yōu)勢(shì)，提高對(duì)剪切作用的承受能力。同時(shí)，因?yàn)椴ㄐ武摳拱迮c混凝土的接觸面積擴(kuò)大，二者的連接能力得到了提升，能充分發(fā)揮二者的共同作用性能?？辜魪?qiáng)度的提高會(huì)限制結(jié)構(gòu)體的裂縫發(fā)展速度，充分保障結(jié)構(gòu)體在穩(wěn)定的狀態(tài)下發(fā)揮力學(xué)作用，從而明顯提升結(jié)構(gòu)體的耐久性和安全性。

1.4 提高動(dòng)力特性

混凝土與波形鋼腹板的有效連接可充分發(fā)揮兩者的協(xié)同作用，使結(jié)構(gòu)體在動(dòng)力荷載的影響下能充分發(fā)揮整體性效果，提升結(jié)構(gòu)體動(dòng)力特性，保障結(jié)構(gòu)體應(yīng)對(duì)特殊荷載的能力。

2 波形鋼腹板橋適用的橋型

波形鋼腹板有較高的應(yīng)用價(jià)值，隨著施工技術(shù)和施工設(shè)備的不斷成熟，其應(yīng)用價(jià)值也在不斷提高。波形鋼腹板在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用案例不斷增加，且均獲得了良好的應(yīng)用效果，提升了橋梁結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，如在連續(xù)梁、簡(jiǎn)支梁、斜拉橋、組合橋梁結(jié)構(gòu)中，波形鋼腹板能有效保障橋梁的安全性及力學(xué)性能。目前，我國(guó)橋梁施工建設(shè)中廣泛使用波形鋼腹板結(jié)構(gòu)，橋梁施工數(shù)量和施工質(zhì)量均得到了增加和提升。

3 波形鋼腹板－預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁橋的施工特點(diǎn)

3.1 施工效率提高

波形鋼腹板的結(jié)構(gòu)體是通過(guò)混凝土預(yù)制手段進(jìn)行施工的。預(yù)制結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是在工廠加工的，有效保障了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量。采取提前預(yù)制的方式對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行加工，能夠有效節(jié)約結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模板、混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)等施工環(huán)節(jié)占用的施工時(shí)間，提高施工效率。同時(shí)，因?yàn)椴ㄐ武摳拱褰Y(jié)構(gòu)體具備良好的質(zhì)量?jī)?yōu)化性，其自重會(huì)比同類型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件更輕，因此在預(yù)制構(gòu)件的吊裝運(yùn)輸施工過(guò)程中，施工效率大大提高。由于波形鋼腹板的力學(xué)性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)單元穩(wěn)定，所以在工廠預(yù)制加工的過(guò)程中，可以適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)單元的單個(gè)結(jié)構(gòu)體的尺寸。其單個(gè)單元體的長(zhǎng)度可以達(dá)到4.8m，而普通預(yù)制結(jié)構(gòu)一般在3～3.5m。保障結(jié)構(gòu)體具備良好的施工技術(shù)穩(wěn)定性，能有效減少施工單元體的數(shù)量，進(jìn)而減少施工時(shí)間。

3.2 充分利用多種施工技術(shù)方式

波形鋼腹板與混凝土的組合結(jié)構(gòu)可以與目前現(xiàn)有的多種施工技術(shù)充分結(jié)合，不需要引入特殊施工工藝、設(shè)備即可對(duì)其進(jìn)行有效的推廣。常規(guī)梁體構(gòu)件施工中，可利用的方法包括懸臂現(xiàn)澆法、滿堂支架法、預(yù)制裝配式施工法、頂推法、少支架施工法。這些施工技術(shù)在波形鋼腹板施工應(yīng)用的過(guò)程中，可充分發(fā)揮出良好的施工價(jià)值。

3.3 減少支架的使用工程量

橋梁施工過(guò)程中，很多情況下會(huì)涉及支架結(jié)構(gòu)的施工，支架搭設(shè)過(guò)程會(huì)占用大量的施工時(shí)間，人力、物力成本也會(huì)顯著增加。而波形鋼腹板結(jié)構(gòu)由于構(gòu)件的自重相對(duì)較低，并且單個(gè)單元構(gòu)件的尺寸大，總的單元構(gòu)件較少，所以其可以有效減少每次支架搭設(shè)的工程量，節(jié)約搭設(shè)支架的時(shí)間。

3.4 預(yù)制裝配施工

預(yù)制裝配施工是先制作組合箱梁的工字形單元，再將預(yù)制完成的工字形單元通過(guò)橫向混凝土濕接縫澆筑連接，形成完整的主體箱梁。此外，預(yù)制裝配式施工還可實(shí)施裝配式波形鋼腹板－預(yù)應(yīng)力混凝土組合小箱梁方案。該施工方案采用與裝配式pc小箱梁橋類似的結(jié)構(gòu)形式和施工方法，使用波形鋼板代替混凝土腹板，提高了腹板的抗裂能力，改善了小箱梁橋的外觀，對(duì)波形鋼腹板橋具有推廣價(jià)值。

4 波形鋼腹板－預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁橋的優(yōu)勢(shì)

4.1 結(jié)構(gòu)材料成本降低

波形鋼腹板得益于其結(jié)構(gòu)性能的構(gòu)造優(yōu)勢(shì)，能減少對(duì)各種材料的使用，比如能夠有效節(jié)約混凝土材料、普通鋼筋材料、預(yù)應(yīng)力筋的使用總量，同時(shí)又能夠充分滿足施工要求，保障施工結(jié)構(gòu)體達(dá)到良好的力學(xué)性能。材料的節(jié)約也體現(xiàn)在工廠預(yù)制的客觀管理中，科學(xué)的工藝施工管理流程對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)都進(jìn)行了充分的論證優(yōu)化，能夠顯著改善施工過(guò)程中各種材料使用的浪費(fèi)情況，提高材料的利用率，充分發(fā)揮材料的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，施工之前各種科學(xué)有效的材料性能、質(zhì)量驗(yàn)收檢查工作，能夠有效控制材料質(zhì)量，避免由于材料質(zhì)量引發(fā)構(gòu)件報(bào)廢的情況。

4.2 減少施工過(guò)程中的各項(xiàng)費(fèi)用

施工過(guò)程中需要對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、吊運(yùn)、施工等工作，各施工環(huán)節(jié)都會(huì)造成施工成本的增加。而波形鋼腹板組合梁結(jié)構(gòu)在施工中具有較高的施工成本費(fèi)用控制優(yōu)勢(shì)，這主要是因?yàn)槠鋯蝹€(gè)構(gòu)件尺寸較大，且質(zhì)量相對(duì)較輕，總體構(gòu)件數(shù)量少，有利于控制吊裝設(shè)備的吊裝能力，降低施工過(guò)程中總體吊裝次數(shù)，減少施工作業(yè)的時(shí)間，節(jié)約施工過(guò)程中的工期費(fèi)用。同時(shí)，其構(gòu)件在運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)之后能夠及時(shí)使用，減少了結(jié)構(gòu)構(gòu)件因?yàn)榇鎯?chǔ)產(chǎn)生的存儲(chǔ)成本。另外，施工過(guò)程中波形鋼腹板組合梁結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性，減少施工過(guò)程中的各項(xiàng)成本。

4.3 減少維護(hù)成本

波形鋼腹板組合橋梁結(jié)構(gòu)具備良好的結(jié)構(gòu)體質(zhì)量保障能力，這是由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在工廠預(yù)制加工的，可以減少外界環(huán)境條件的不良影響，如溫度、濕度、光照等，保障構(gòu)件的整體質(zhì)量，減少后期因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)質(zhì)量不良而造成的維護(hù)成本。此外，波形鋼腹板組合橋梁能夠通過(guò)波形鋼腹板與混凝土良好的面積接觸能力，充分保障結(jié)構(gòu)體總體的穩(wěn)定性，預(yù)防裂縫，減少為處理各種病害而產(chǎn)生的維護(hù)成本。

4.4 節(jié)能減排

波形鋼腹板組合梁橋能有效減少結(jié)構(gòu)材料的總體用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。工程建設(shè)中涉及多種材料的使用，包括會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染的材料，如水泥材料、鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋等，減少各材料的使用量，不僅能減少費(fèi)用支出，對(duì)于節(jié)能減排、控制污染物的排放也具有重要意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

波形鋼腹板組合梁橋具備良好的應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)其特殊的結(jié)構(gòu)形式能提升結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能，不僅能有效減少施工過(guò)程中的各項(xiàng)成本、費(fèi)用，還具有節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)，因此，工程建設(shè)中要充分利用波形鋼腹板與混凝土結(jié)構(gòu)的組合優(yōu)勢(shì)。