密肋式T梁在城市中小跨徑橋梁設計中的應用

金 濤

(寧波市城建設計研究院有限公司，浙江 寧波 315012)

1 概述

寧波市區范圍河網密布，中小跨徑的橋梁眾多。這些橋梁上部結構多采用裝配式空心板梁。裝配式空心板梁，因為其結構厚度小，可以減少橋梁接坡填土高度；制作標準化高，可以在預制場批量提前澆筑預制；安裝方便，可以直接采用汽車吊裝等諸多優點，在城市中小跨徑橋梁中得以廣泛應用。但是隨著一些重載交通的項目建成使用，裝配式空心板梁的一些長期病害逐漸顯現。再結合施工中存在一些問題，裝配式空心板梁主要有以下不足：1)鉸縫問題。裝配式空心板梁橋長期使用會在鉸縫處產生縱向裂縫，削弱板梁之間的連接，使得單個板梁受力增加；2)芯模問題。不論是橡膠芯模還是鋼板芯模，如果施工管理不到位，都會因為芯模上浮導致頂板厚度降低，而且不容易檢查發現；3)支座問題。一塊裝配式空心板梁下布置4塊橡膠支座，再加上橋梁的縱坡橫坡，非常容易導致支座脫空現象發生。

針對裝配式空心板梁的不足，近些年一些新型的截面梁也不斷的被提出，例如：剛接空心板梁、π型板梁以及T型梁。其中密肋式T梁因其出眾的能力，在公路項目上有逐漸取代裝配式空心板梁的趨勢。通過對其學習研究發現，密肋式T梁同樣在城市橋梁設計中具有非常大的發展潛力。密肋式T梁橫向鉸縫連接改為濕接縫剛接，除了在挑臂處還在端橫梁中橫梁處連接，解決了鉸縫連接薄弱易開裂的問題；密肋式T梁從斷面形式上把空心截面改為實心截面，取消了內置芯模，避免了芯模位置難以控制的施工難題，保證了梁體結構尺寸的準確；密肋式T梁把兩端雙支座變為兩端單支座，兩點支撐受力簡單明了，基本避免了支座脫空的可能。

2 工程概況

橋梁總長39 m，橋梁總寬56 m。橋跨布置為13 m+13 m+13 m。橫橋向分為兩幅橋梁，左右兩幅橫斷面布置均為3 m人行道+3.5 m非機動車道+1 m分隔帶+16.5 m車行道，中間為8 m的中央綠化帶。上部結構：13 m預應力混凝土密肋式簡支T梁，橋面連續體系。汽車荷載：城—A級。

主梁截面尺寸：梁高0.75 m，腹板厚度0.35 m，頂板厚度0.18 m，主梁中心距1.54 m，主梁預制部分寬1.2 m，現澆部分寬0.34 m。橋梁橫斷面見圖1，T梁斷面見圖2。

3 結構計算

3.1 橫向分布計算

主梁之間采用后澆帶連接，并在端部設有端橫梁，增加了連接的可靠性，橫向分布計算采用剛接梁法。計算軟件采用最新版《橋梁博士V4.3》，根據實際16片主梁計算，結果見圖3。

因為這座橋的人行道非機動車道和車行道是布置在一起的，所以橫向分布系數計算結果偏小，考慮到主梁的通用性，我們又分別計算了幾個不利斷面的工況。以6片梁8 m寬車道最為不利，結果如圖4所示。

3.2 結構內力(應力)計算

主梁結構計算分別采用《Midas2020》和《橋梁博士V4.3》兩款有限元分析軟件進行。按預應力混凝土A類構件控制預應力。每片主梁采用兩束7根Φ15.2預應力鋼筋。預應力鋼筋布置如圖5所示。

3.2.1計算模型

主梁采用預制吊裝法施工。共劃分為28個單元，29個節點。利用Midas建立單梁單元分析模型，計算模型如圖6所示。

3.2.2計算結果

經過計算，可得如下13 m單梁計算結果(見表1～表3)。

表1 13 m T梁承載能力極限狀態內力

表2 13 m T梁正常使用極限狀態短期組合應力

表3 13 m T梁正常使用極限狀態長期組合應力

使用《橋梁博士軟件》建立相同模型驗算，結果基本符合。從計算結果可以看出，主梁混凝土上下緣應力均有一定儲備，有利于提高結構的耐久性。

4 結構設計優化

4.1 濕接縫的設計優化

密肋式T梁施工的一大難點就是兩片主梁頂板之間的濕接縫施工。以往的設計是兩片主梁分別伸出連接鋼筋，伸出長度使鋼筋相鄰但不重疊，然后用單獨的環向鋼筋與兩邊主梁鋼筋通過焊接相連。這樣的設計使得現場鋼筋焊接的工作量巨大，而且兩邊主梁伸出的鋼筋位置各異，還需要進行糾正才能焊接。再加上現場焊接質量參差不齊，很容易導致連接的可靠性降低。

經過翻閱大量研究資料，提出了環形錨固鋼筋結構。延長兩片主梁伸出的連接鋼筋，上下兩層連接鋼筋在端部連接，兩片主梁鋼筋只需要保證重疊長度滿足錨固要求，不需焊接。鋼筋通過環箍中間的核心混凝土形成可靠連接。施工時只需要注意相鄰兩片梁的伸出鋼筋交錯布置，避免吊裝時沖突。新的優化方案省去了大量的鋼筋焊接工作，保證了濕接縫的施工質量。濕接縫配筋圖見圖7。

4.2 過橋管預埋件的設計優化

城市橋梁與公路橋梁的一大區別就是橋上眾多的過橋管線。采用裝配式空心板梁的橋梁只能利用有限的人行道處的人行道板架空空間。往往由于空間不夠，還需單獨建設管線橋。密肋式T梁得益于邊板較長的懸臂，通過在主梁澆筑時預埋鋼板作為管線橋架的連接件，在邊梁的外側構造出一處過橋管線空間，可以布置一些重量不大或者需要開放空間的管線(例如電力管和煤氣管)(如圖8所示)。

4.3 斷面結構優化

傳統T梁為了節省造價降低自重，采用了變截面設計，在跨中采用馬蹄形截面，端部采用T形截面。馬蹄形斷面的中腹板厚度較薄，對預應力張拉和混凝土的振搗要求比較高。密肋式T梁的梁高比較小，采用馬蹄形斷面節省的混凝土數量有限，而且變截面的設計給模板制作也帶來麻煩。所以把密肋式T梁全斷面設計為T型斷面。腹板厚度通長布置為30 cm，增加了主梁側向抗彎剛度，降低了預應力張拉不當導致側彎的可能。全斷面統一，使施工更加方便，提升了施工效率，減少了施工工期。

5 結語

城市橋梁中目前大量使用的裝配式空心板梁，存在著各種先天缺陷，導致橋梁結構壽命降低，維修養護成本增加。為了避免這些病害，通過對公路密肋式T梁的學習研究，并針對城市橋梁進行設計優化，在斷面結構、濕接縫和過橋管預埋件等諸多方面進行改進。使密肋式T梁在城市中小跨徑橋梁上進行實驗性應用，并為將來全面推廣創造條件。