一種基于K字型鋼橫隔梁的新型預(yù)制T梁橫向連接方案研究

董漢方，趙穎芳，陳光軍

(1.浙江省長興交通投資集團(tuán)有限公司 湖州市 313100； 2.浙江工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院 杭州市 310014)

1 概述

預(yù)制T梁在設(shè)計中結(jié)構(gòu)簡單、受力明確，隨公路的快速建設(shè)其應(yīng)用日益廣泛。T梁間橫向聯(lián)系傳統(tǒng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在斜交橋及以曲代直的小半徑曲線橋施工中，經(jīng)常出現(xiàn)橫隔梁錯位錯臺，現(xiàn)澆時對齊困難，力學(xué)性能較差。長期運營中二次病害多，易出現(xiàn)橫隔梁開裂、鋼筋銹蝕，影響主梁受力導(dǎo)致橋面板開裂等問題，嚴(yán)重影響橋梁正常使用。國內(nèi)學(xué)者對此做了一些研究，如文華峰等[1]針對高速公路曲線T梁設(shè)計和施工要點展開了分析，李銀霞[2]、楊勇等[3]對T梁整體液壓模板進(jìn)行改進(jìn)和應(yīng)用，狄曉慶等[4]針對彎橋直做預(yù)制T梁內(nèi)外梁長不一提出了長度可調(diào)模板，周平等[5]針對預(yù)制T梁翼緣板濕接縫懸空、條狀、寬度較窄且不變等特點，給出了一種新型濕接縫工具式模板組件。

給出了一種采用K字型鋼橫隔梁替代混凝土橫隔梁，以解決橫隔梁對齊的橫向聯(lián)系方案，結(jié)合某案例工程驗證了鋼橫隔梁可行性。提出一種基于K字型鋼橫隔梁的預(yù)制T梁模板，實現(xiàn)模板無需預(yù)留橫隔梁位置的功效，并完善配套的預(yù)埋件設(shè)計與橫坡調(diào)整功能，為同類工程提供參考。

圖1 曲線橋橫隔梁錯臺示意圖

圖2 斜交橋橫隔梁錯位示意圖

2 橫隔梁形式與受力特點

傳統(tǒng)混凝土橫隔梁如圖3所示，橫隔梁澆筑分兩步進(jìn)行：T梁預(yù)制時與翼緣板一齊澆筑部分橫隔梁；待梁體架設(shè)完成后，主梁之間支模、架筋，現(xiàn)澆翼緣后澆帶及剩余部分橫隔梁。K字型鋼橫隔梁如圖4所示，主體采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)形式，主梁預(yù)制時梁內(nèi)設(shè)置預(yù)埋件。在施工現(xiàn)場架設(shè)完成后，整體吊裝鋼橫隔梁，通過節(jié)點板位置螺栓連接成型。預(yù)埋件位置可微調(diào)，鋼結(jié)構(gòu)安裝精度高，可很好解決橫隔梁間對齊問題。

圖3 混凝土橫隔梁示意圖

圖4 鋼橫隔梁示意圖

為評價兩種橫隔梁形式受力特點，采用midas建立梁格法模型評價受力性能。選取案例工程為20m預(yù)制T梁簡支梁橋，橋面寬度10m，縱向布置5片預(yù)制T梁，間距2.05m，標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖5所示；預(yù)制T梁長度20m，梁端均設(shè)置端橫隔梁，中間設(shè)置兩道橫隔梁，橫隔梁間間距4m，如圖6所示。預(yù)制T梁截面主要尺寸為：頂板寬1.7m，板厚由翼緣0.16m過渡至腹板處0.25m；腹板厚0.2m，高0.95m；梁底高0.4m，加腋0.2m，梁底寬0.44m。

圖5 預(yù)制T梁橋標(biāo)準(zhǔn)截面橫斷面圖

圖6 預(yù)制T梁橋立面斷面圖

主梁采用梁單元，混凝土橫隔梁采用虛擬橫梁模擬，K字型橫隔梁采用桿單元模擬。主梁兩端簡支，混凝土強(qiáng)度C40，鋼材標(biāo)號Q345D。根據(jù)所采用的橫隔梁形式設(shè)置無橫隔梁、混凝土橫隔梁、K字型鋼橫隔梁三種工況。為表述方便，將圖5中五片主梁由左及右依次編號為主梁A～E。荷載按標(biāo)準(zhǔn)車道荷載加載，在主梁C跨中布置300kN集中力，縱向全長布置均布車道荷載。

以車道荷載下主梁跨中撓度為評價標(biāo)準(zhǔn)，各主梁計算結(jié)果如圖7～圖9所示。不設(shè)置橫隔梁，三主梁撓度分別為0.682mm、2.997mm以及5.368mm；設(shè)置混凝土橫隔梁，撓度分別為2.203mm、2.589mm以及2.966mm；設(shè)置K字型鋼橫隔梁，撓度分別為2.165mm、2.603mm以及3.206mm。圖10為主梁C橫隔梁位置撓度情況，除跨中位置外各點撓度差別小。

圖7 主梁A跨中撓度

圖8 主梁B跨中撓度

圖9 主梁C跨中撓度

圖10 主梁C橫隔梁位置撓度

結(jié)果表明，混凝土橫隔梁剛度最大，橫向傳力性能好，三主梁變形值相對比較接近；K字型鋼橫隔梁在直接承受荷載的C梁處撓度差值小于10%，剩余主梁撓度偏差均在1%以內(nèi)；K字型鋼橫隔梁傳力性能良好，為造成橫向連接剛度的明顯下降，可替代混凝土橫隔梁連接預(yù)制T梁。

3 新型預(yù)制模板與功能設(shè)計

3.1 傳統(tǒng)預(yù)制T梁模板

傳統(tǒng)預(yù)制T梁模板整體成型，模板預(yù)留橫隔梁澆筑位置，預(yù)制時與主梁一起澆筑成型，并預(yù)留分布鋼筋，在架設(shè)完成后現(xiàn)場支模澆筑中間剩余橫隔梁，形成橫向連接。預(yù)制模板如圖11所示。該方法制作工藝相對簡單，但存在一個較大缺陷。模板成本較高，同一跨徑預(yù)制T梁一般采用同一套模板進(jìn)行預(yù)制，成品結(jié)構(gòu)尺寸完全一致。對于小半徑曲線橋以及斜交橋不可避免地出現(xiàn)橫隔梁對齊困難，模板橫隔梁位置固定難以調(diào)整的問題，重鑄或修改模板成本較高。

圖11 傳統(tǒng)預(yù)制T梁模板

3.2 新型預(yù)制模板功能設(shè)計

采用鋼橫隔梁替代混凝土橫隔梁，預(yù)制模板側(cè)模無需預(yù)留澆筑位置，可針對預(yù)制模板進(jìn)行優(yōu)化。為解決小半徑曲線橋以及斜交橋的橫隔梁對齊問題，模板應(yīng)滿足預(yù)制梁長度可改、橫隔梁位置可變兩大功能需求。具體實現(xiàn)方式為：模數(shù)式小塊預(yù)制板實現(xiàn)梁長可調(diào)。以以曲代直的曲線梁橋為例，由于內(nèi)外梁長不一致，一般需要調(diào)整預(yù)制T梁長度。按常見的10～30m預(yù)制T梁計算，內(nèi)外梁長變化量一般在2m以內(nèi)。新型模板采用模數(shù)式小塊模板按需拼裝的方式，實現(xiàn)側(cè)模的長度可調(diào)；預(yù)埋件精確定位實現(xiàn)橫隔梁位置調(diào)整。預(yù)埋件起連接鋼橫隔梁節(jié)點板、直接承壓的作用，其位置直接影響鋼橫隔梁安裝精度以及受力性能。模板拼接完成后根據(jù)定位塊位置，將預(yù)埋件通過粘結(jié)劑臨時固定在模板內(nèi)側(cè)對應(yīng)位置，并使用橫向鋼筋與主梁鋼筋的共同作用將梁腹板兩側(cè)的預(yù)埋件焊接固定，避免預(yù)埋件輕微錯動，確保鋼橫隔梁與預(yù)制主梁的可靠連接,實現(xiàn)預(yù)埋件的精確定位。

3.3 新型預(yù)制模板結(jié)構(gòu)

新型T梁模板如圖12所示。側(cè)模采用拼裝式鋼模板，外側(cè)采用鋼桁架固定。模板主體由普通混凝土段模板、模板插入塊以及預(yù)埋件定位塊組成，三類型模板的主要功能區(qū)別為：

圖12 基于K字型鋼橫隔梁的預(yù)制T梁模板

(1)普通梁段混凝土模板為整體模板，T梁截面變化較大位置及梁端均設(shè)置在普通段模板上，為新型預(yù)制模板主體。

(2)模板插入塊為主梁長度調(diào)整的主要部件，設(shè)計為長度0.5～1.5m的模數(shù)式小塊模板，插入塊模板在長度方向上無截面變化。

(3)預(yù)埋件定位塊為預(yù)埋件臨時固定的主要部件，采用長度0.5m的小塊模板，模板表面設(shè)計預(yù)埋件定位點，不影響T梁澆筑外觀，方便精準(zhǔn)定位與臨時固定。

施工時先定位普通段模板并吊裝到位，通過移模車按需拼接插入塊與定位塊。模板拼裝成型后，按設(shè)計方案確定預(yù)埋件位置，通過定位塊定位點精確定位，并臨時粘結(jié)在模板內(nèi)表面。模板內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)后焊接預(yù)埋件，實現(xiàn)緊密連接，澆筑主梁。

4 結(jié)語

采用新型預(yù)制T梁模板有效發(fā)揮K字型鋼橫隔梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在解決傳統(tǒng)混凝土橫隔梁對齊困難的前提下，該方案同時具有快速調(diào)節(jié)預(yù)制T梁長度、鋼橫隔梁預(yù)埋位置精確可調(diào)的優(yōu)勢，大大提高了新型模板的適用效率。在保證施工質(zhì)量的前提下，同一模板周轉(zhuǎn)率高，可實現(xiàn)大規(guī)模工廠化預(yù)制，節(jié)約模板并提高梁橋質(zhì)量。