窄箱型主梁鋼－混組合結構橋梁研究

張坤　張浩

摘 要：合理選用窄箱型主梁鋼-混組合結構進行橋梁的建設，能夠提升交通設施建設水平。基于此，本文詳細研究了窄箱型主梁鋼-混組合橋的主梁、面板、墩柱結構，及其施工工藝與具體應用情況，實現了對此類橋梁的探討，希望能夠為道橋交通建設事業的發展提供助力。

關鍵詞：鋼混結構;窄箱橋梁;組合橋梁

中圖分類號：U445.583 文獻標識碼：A

0 引言

本文所研究的橋梁結構具有鋼材利用率高、品質高等優勢，按照此結構開展橋梁建設，能夠更好地響應國家的去鋼材產能號召，提升道橋建設水平，因此，需對此結構橋梁進行深入研究，以具體的了解此結構橋梁的優勢、實用性、建設方法、力學性能，由此更好地發揮此類橋梁的優勢，推動道橋工程領域的發展。

1 研究背景

在2019年以前，鋼材漲跌幅已經達到了7%～12.7%，鋼材產能過剩已經成為了制約鋼材產業發展的重要因素，此后，經過三年的供給側改革、去產能工作，我國提前兩年完成了1.5億噸的去產能目標，而2020年受益于此，鋼材市場的秩序得到了規范化的發展，產能利用率也在不斷增長。在此背景下，為了持續推進去產能政策，人們開始從鋼材消耗量較高的橋梁工程上入手，并準備通過運用鋼-混凝土組合結構橋梁，來提高橋梁工程對過剩產能的消化能力，由此增強橋梁工程建設工作效用。

2 窄箱型主梁鋼-混組合結構橋梁研究

2.1 橋的主梁研結構研究

鋼混組合橋的主梁有兩種，即工字鋼、箱型鋼。其中，工字鋼主梁的制作、安裝比較簡單，但此種結構的抗扭力學性能較弱，使得運用此種主梁的鋼混組合橋跨度不得大于40 m，這在一定程度上增加了橋墩的數量，提高了此主梁的應用成本。而箱型鋼主梁則具有更好的抗扭力學性能。一般來說，在運用箱型主梁時，若橋面較窄，那么即可將箱型鋼主梁，制作成為開口槽形，并通過在槽內空間中設置橫系梁，構建出窄箱型主梁，使其具有優于工字鋼梁的抗扭性能，可以讓鋼結構力學性能得到充分地發揮，因此，在鋼混組合結構橋梁的建設中，運用窄箱型主梁，顯然是改善橋梁力學性能、經濟性的有效途徑。在此背景下，目前常用的窄箱主梁以雙窄幅箱型梁為主，此類主梁為對稱結構，用料不多，且使用便捷，但腹板設置要比傳統的窄箱梁更密集。通常來說，如果將此窄箱梁的跨度設置為60～80 m，基本就可以達到最優的經濟效果。但在此過程中，窄箱型主梁與混凝土結構之間是以預應力筋作為連接結構，而預應力筋將混凝土結構所承載的應力傳遞給主梁時，會造成一部分預應力的損失，使得預應力僅有43.65%轉移到了主梁上，導致主梁的抗扭等力學性能優勢無法被充分利用，因此，在現階段的窄箱型主梁建設中，人們通常會將預制板設置在梁上后，先進行橋面板的張拉、壓漿，使各塊預制板連接成為一個整體，然后再將預制板整體與窄箱梁相連接，這樣即可讓65.6%的預應力得以被轉移到主梁上，由此更好地發揮窄箱梁的力學性能優勢，減少應力對混凝土結構的損壞，增強橋梁整體的使用性能。

2.2 橋的鋼混橋面板結構研究

橋面是承載人、車通行的主要橋梁結構，而從本質上來說，橋面屬于一個承壓結構，其負責承受上部荷載，并將上部荷載傳遞給位于其下方的窄箱型主梁，使主梁承受自重、上部荷載帶來的向下拉力，由此借助主梁優質的力學性能，保持橋梁結構的穩定性。對于窄箱型主梁鋼混組合橋來說，常用的兩種橋面包括，常規預制板鋼混橋面、超高強鋼筋砼橋面。其中，常規的預制板橋面，材質通常為C55的微膨脹混凝土，制作方法為較為簡單、常規的分塊預制法，這使得該類型橋面在實際的建設應用中，呈現出了制作簡單、施工成本低的優勢，并借此在窄箱梁鋼混橋建設中得到了普及應用。但在實際的橋梁建設中，這種預制板橋面很容易出現收縮情況，導致其施工效果不佳。為此，施工方通常會先將制作好的預制板存放6個月左右，待其狀態穩定后，再投入使用，由此減輕預制板收縮問題，同時，預制板連接時，還要采用C55無收縮的微膨脹補償混凝土進行勾縫，以此進一步消除預制板收縮造成的影響，增強常規預制板橋面結構的建設效果。

2.3 橋的超高強鋼筋砼面板結構研究

除了常規預制板結構以外，超高鋼筋砼結構也是一種常用的窄箱主梁鋼混組合橋橋面結構。此種橋面結構通常用于橋梁負彎矩處。施工方通過用超強砼制作橋面板，結合對內部配筋的調整，以及ECC材料的應用，可以有效控制橋面結構的裂縫寬度、抗拉性能，使其更好地抵御負彎矩位置的應力作用，增強橋梁的使用性能。其中，ECC材料是指一種高延性纖維水泥基復合材料，其內部所含的纖維，具有連接鋼筋混凝土結構的能力，使得開裂寬度得到控制，而且當出現開裂情況時，材料中纖維所具備的強大韌性，使其能夠穩定地連接裂縫兩邊的基體，保持橋面結構的穩定性，由此延長負彎矩位置橋梁結構的運行壽命。但由于該材料屬于新型材料，使用成本比較高，因此，在實際的橋梁建設中，通常與常規的預制板結構聯合應用，以保證窄箱主梁鋼混組合橋的經濟性。此外，由于此類橋面具有優秀的聯結性能、力學性能，因此，可以支持大跨度鋼混組合橋結構的建設，弱化山區等地形復雜區域橋梁工程的建設難度。

2.4 橋的墩柱結構研究

從本質上來說，墩柱在窄箱主梁鋼混組合橋結構中，屬于壓彎構件。通常來說，人們會出于對橋結構的經濟性、實用性等方面考慮，選用空心薄壁高墩結構，作為橋墩結構，同時，還要在此橋墩結構中每隔20～30 m設置橫隔板，以抑制橋墩的橫向變形，提高墩柱結構的穩定性。但事實上，每次進行隔板施工時，施工方均需要進行內膜拆除、隔板模支設、澆筑等隔板施工操作，并待此施工流程完畢后，才能繼續向上進行橋墩施工，導致連續性的施工中斷，拖慢施工進度。為此，人們開始尋求在保持墩柱結構穩定性的前提下，不設橫隔板的方法，由此簡化窄箱主梁鋼混橋的施工程序。在此過程中，有研究者發現，橫隔板的主要作用是抑制墩柱局部變形，而對于整體結構失穩影響不大，因此，如整體失穩發生在局部失穩之前，那么則可不設置橫隔板，保證墩柱結構的工藝性能。基于此，根據彈性屈曲理論可以得出，當滿足條件，時，就無需設置墩柱隔板。其中，t為墩柱厚度、b為墩柱截面邊長，為局部屈服曲臨界應力、fc為軸心抗壓標準強度，v為泊松比、E為彈性模量、為穩定安全系數，而v、E、為固定值，因此，經過整理后可以得到公式，，而參考常規的窄箱型主梁鋼混組合橋墩柱結構的彈性模量、抗壓標準強度，可以得出的情況下，可無需為橋墩設置隔板，由此實現連續施工，提高工程建設效率[1]。

2.5 橋的施工工藝研究

一般來說，此類橋結構的施工工藝以頂推工藝為主。施工方需要借助該工藝，將梁結構送到設計位置，以完成橋梁結構內各構件的組裝。就目前來看，在道橋工程領域的持續發展中，頂推工藝作為一項主要的橋梁施工工藝，受實際施工工況需求差異的影響，其逐步呈現出了多樣化的發展趨勢，而這種趨勢主要體現在頂推方式的多樣化。現階段，適用于窄箱型主梁鋼混組合橋的頂推工藝類型包括，拖拉法工藝、步履式頂推工藝、無臨時墩長懸臂頂推工藝、鼻梁過墩頂推工藝等。其中，較為常用的頂推工藝為拖拉法工藝，此工藝的作用機理為，通過在各個臨時墩上，采取張拉設置法，連續設置千斤頂牽拉鋼絞線，使施工者得以利用該鋼絞線，拖動窄箱型梁在基于臨時墩設置的軌道上移動，直至其到達設計位置，實現梁的安裝就位，此方法操作簡單，但會對墩身產生一定的作用力，因此，在實際操作中，需要注意拖動作用力控制，以保證此項工藝的落實效果[2]。

2.6 橋的具體應用研究

根據上述論述，可以看出，此結構橋梁具有跨度大、經濟的優勢，因此，更適用于山區等地形較為復雜區域的道橋建設，這樣可以有效利用此橋梁結構的大跨度優勢，規避一些不良地形，使橋墩被盡量設置在地理條件較好的位置，降低山區土地高低不平、縱橫起伏現狀為橋梁工程建設帶來的困難。此外，也適用于跨水體、流域的道橋工程建設，由此減少水下橋墩建設數量，降低施工風險。但在此橋梁的實際建設應用中，應當注意，由于目前，國內此橋梁的建設應用案例較少，配套技術成熟水平有限，因此，還要加強對此類橋梁結構建設應用的探索，以推動配套技術的不斷成熟，推動道橋工程建設領域的持續優化發展[3]。

3 結論

綜上所述，通過對組合結構橋梁進行研究，可以獲得更多有價值的橋梁建設運用依據。在道橋工程建設中，借助組合結構橋梁研究工作，加深對此類橋梁結構的了解，可以明確橋梁的受力機理、厘清橋梁的施工工藝操作、找準此結構橋梁的應用方向，從而為后續的道橋工程設計、規劃提供依據。

參考文獻：

[1]田濤.北京市公路鋼結構橋梁養護定額編制前期研究[J].公路，2021（7）：292-299.

[2]葉立，陳東方，廖原.鋼結構橋梁焊接施工技術[J].科技創新與應用，2020（22）：153-154.

[3]黃志剛，徐志華，鄧俊雙.鋼管混凝土系桿拱-連續梁組合橋拱腳結構優化研究[J].公路，2020（10）：187-191.

作者簡介：張坤（1986—），男，河南駐馬店人，研究生，工程師，從事橋梁設計工作。