密肋式矮T梁與空心板梁在中小跨徑橋梁方案中的比選與分析

徐騰飛

（中鐵上海設計院集團有限公司南京設計院，江蘇南京 210000）

0 引言

目前江蘇省省內(nèi)普通干線公路中，L≤20m 跨徑的中小跨徑簡支橋梁上部結構大多采用裝配式PC 空心板梁結構。因空心板梁結構具有建筑高度低、裝配施工簡便、易實現(xiàn)設計、施工標準化等特點，因此其在工程建設中被廣泛應用。然而，隨著工程建設的推進，此類結構受到構造缺陷、施工技術、超載車輛等因素的影響，會導致工程病害頻發(fā)，主要病害體現(xiàn)在以下幾點：第一，空心板之間鉸縫連接較少，易開裂、剝落，造成單板受力、梁體開裂；第二，板底4 個支座易脫空；第三，由于空心板梁高較低，內(nèi)模易上浮且脫模困難，因此其頂板厚度難以控制。大多數(shù)空心板梁在運營十多年后，就要進行維修加固，這與其50 年的設計使用年限嚴重不符。雖然管養(yǎng)過程中，能夠采取相應措施來改善空心板梁的受力狀態(tài)，但難以徹底解決鉸縫受力薄弱的問題。而真正有效的管維方法應能夠變鉸縫連接為剛性連接。因此，基于傳統(tǒng)T 型梁橋的良好使用效果，考慮將空心板閉口截面改為開放式實體肋板截面，橫向采用現(xiàn)澆濕接縫來連接，即利用傳統(tǒng)T 梁的優(yōu)勢研究設計小間距密肋式矮T 梁替代空心板梁，以此徹底解決鉸縫問題。

1 工程概況

江蘇省常泰過江通道南北公路接線工程某標段路線全長約7.012km，采用雙向六車道高速公路標準建設，設計速度120km/h，路基寬度為34.5m，沿線地勢平坦，河網(wǎng)密布，全線共設置跨河橋梁9 座，總長1372.359m，其中16m 跨徑橋梁2 座。針對目前江蘇省內(nèi)20m 跨徑以下的中小橋梁常見病害，根據(jù)工程總體方案需求，對中小跨徑橋梁進行密肋式矮T 梁方案與空心板梁方案比選。

2 中小跨徑橋梁應用情況

通過調(diào)查研究并結合以往省內(nèi)外干線公路項目經(jīng)驗及設計原則可知，在進行中小跨徑（L≤20m）橋梁結構類別的選擇時，對于L≤20m 的橋梁結構，江蘇省等大部分省份以空心板梁為主，不過安徽省、浙江省等個別省份已經(jīng)開始推廣使用密肋式矮T 梁。

3 結構設計比選

3.1 優(yōu)化后的空心板梁

為更好比選，通過對空心板梁病害特征的分析研究，對其進行優(yōu)化設計，主要包括以下幾個方面：

3.1.1 單板受力問題

第一，明確要求先采用小石子混凝土澆筑鉸縫混凝土，此后進行振搗密實，檢查驗收合格后，再施工橋面現(xiàn)澆層混凝土[1]。

第二，空心板鋪裝層橫向鋼筋一直較弱，為此可將此處鋼筋直徑增加至12mm，必要時適當加大現(xiàn)澆層厚度，以強化橫向受力的整體性。

3.1.2 先張法空心板預應力傳遞長度問題

江蘇省2015 版通用圖中16m 空心板只有2 根通長束，扣除預應力傳遞長度影響，有效束通過支點較少，特別是先簡支后連續(xù)結構預制梁端和現(xiàn)澆連續(xù)段交界面附近預應力強度較低，易出現(xiàn)開裂。因此，需根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG 3362—2018）規(guī)范第6.1.8 節(jié)要求，考慮預應力傳遞長度的影響，經(jīng)核查，部頒通用圖考慮了此影響，因此該部分優(yōu)化應參考部頒通用圖。

3.1.3 空心板內(nèi)模問題

由于空心板充氣膠囊容易變形、上浮，根據(jù)《公路水運工程淘汰危及生產(chǎn)安全施工工藝、設備和材料目錄》要求，空心板禁止采用氣囊，優(yōu)化后施工圖設計應按照要求采用鋼內(nèi)模[2]。

3.2 密肋矮T 梁

以34.5m 整體式路基16m 跨徑密肋式矮T 梁為例，其單幅橋面寬度為16.775m，由10 片簡支中間梁和2 片簡支邊梁通過橫向連接安裝在橋墩蓋梁的支座上，梁高0.95m，邊梁預制梁寬1.05m，中間梁預制梁寬1m，濕接縫寬0.411m，橋面鋪裝由10cm 瀝青混凝土＋10cm C50 防水混凝土組成，橋面兩側均設置SS加強型墻式防撞護欄，如圖1 所示。

圖1 16m 跨徑密肋矮T 梁跨中標準橫斷面圖（單位：mm）

簡支中梁的下部設有縱向貫通的豎直梁肋，上部設有橫向延伸的翼緣板，上部翼緣板和下部梁肋形成T 型斷面結構，梁端處梁肋左右兩側各設有倒L 型端橫梁，梁體跨中處梁肋左右兩側各設有中橫梁，如圖2所示。

圖2 16m 跨徑密肋矮T 梁立面圖（單位：mm）

簡支邊梁的下部設有縱向貫通的豎直梁肋，上部設有橫向延伸的翼緣板，上部翼緣板和下部梁肋同樣形成T 型斷面結構，梁端處梁肋一側設有倒L 型端橫梁，另一側設有端面橫隔板，梁體跨中處梁肋的左右兩側各設有中橫梁，如圖3 所示。

圖3 16m 跨徑密肋矮T 梁邊梁、中梁跨中橫斷面圖（單位：mm）

盡管對空心板結構進行了優(yōu)化設計，但其仍無法克服自身的“先天缺陷”，即：1 塊板梁需要4 個支座，支座易脫空形成3 個點支承受力，對梁板產(chǎn)生不均衡扭矩以及一端單支點支承使該支點處剪應力突變增大。同時，空心板內(nèi)模雖已由圓形改為八邊形，且采用鋼芯模，以防止內(nèi)模上浮造成頂板厚度過薄，但實際施工時，因內(nèi)腔空間較小，同樣會造成鋼內(nèi)模上浮，導致頂板厚度難以控制[3]。

另外，按照相關規(guī)范要求，橋梁上部結構選型應考慮管養(yǎng)需要，按照能到達、能檢查、能維修、能更換的要求進行設計。空心板結構建成后，管養(yǎng)人員難以到達封閉的梁板內(nèi)部。僅靠外觀檢測難以發(fā)現(xiàn)梁板的內(nèi)部病害，無法判斷橋梁結構實際的運行狀態(tài)。而密肋式矮T 梁結構的開放式斷面使工作人員可以直接對梁體各部分進行檢測，后期運維管養(yǎng)更加便捷。

4 造價對比

為掌握兩種結構的造價指標，結合工程實際情況，對5×16m、3×16m 兩座中橋上部結構進行對比分析，結果見表1。

表1 工程造價對比明細表

從表1 中可以看出：

第一，密肋矮T 梁相比空心板混凝土指標減少2.6%～2.7%；

第二，密肋矮T梁相比空心板預應力鋼筋指標增加1.2%～1.3%；

第三，密肋矮T梁相比空心板普通鋼筋指標增加22%；

第四，密肋矮T梁相比空心板上部結構建安費增加4.21%～4.32%；

第五，密肋矮T梁相比空心板養(yǎng)護維修費用指標減少28.57%。

總之，可以看到相比空心板結構，密肋矮T 梁混凝土工程量有所減少，而預應力鋼筋與普通鋼筋用量有所增加，工程造價增加4.21%～4.32%，后期養(yǎng)護費用降低28.57%。從全壽命周期過程來看，密肋矮T梁總體造價比空心板低10%左右。

5 施工便利性對比

從施工角度，并結合工程實際情況，對16m 跨徑進行對比，結果見表2。

表2 施工便利性對比表

由表2 比選結果可知，空心板梁與密肋矮T 梁均可工廠化預制，空心板梁內(nèi)腔小，拆模不便；密肋矮T梁吊裝重量輕，為同等跨徑空心板的86.1%，便于施工[4]。

6 比選結果

綜合分析空心板與密肋矮T 梁的各自特點，方案比選結果見表3。

表3 綜合對比表

7 結語

江蘇省干線公路橋梁眾多，從橋梁規(guī)模來劃分，特大橋、大橋所占比重較低，中小跨徑橋梁所占比重較高，可達到82.9%，中小跨徑橋梁上部結構類型主要為空心板梁。由此可見，建好中小跨徑橋梁是創(chuàng)建品質(zhì)工程，實現(xiàn)綠色公路全壽命周期建設理念的基本突破點。在創(chuàng)建綠色公路時，需通盤考慮全壽命周期成本，強調(diào)建、養(yǎng)并重。綜合對比分析空心板梁與密肋式矮T 梁可知，密肋式矮T 梁優(yōu)勢明顯，其全壽命周期造價比同等跨徑的空心板結構降低10%左右，因此值得在江蘇省內(nèi)推廣應用。