淺析鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁預制裝配化

馬春祥 趙 森 雷 政

(河南大建橋梁鋼構(gòu)股份有限公司，河南 鄭州 450000)

淺析鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁預制裝配化

馬春祥 趙 森 雷 政

(河南大建橋梁鋼構(gòu)股份有限公司，河南 鄭州 450000)

論述了鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁預制裝配化技術(shù)在我國中小跨徑橋梁應用中的重要性，介紹了幾種適合預制裝配化的發(fā)展?jié)摿薮蟮匿摗旖M合結(jié)構(gòu)橋梁形式，有利于我國鋼混組合結(jié)構(gòu)橋梁的推廣應用。

中小跨徑橋梁，鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁，預制裝配化，波形鋼腹板

經(jīng)過改革開放30多年的發(fā)展，我國公路橋梁建設(shè)取得了舉世矚目的成就。根據(jù)2017年4月交通運輸部發(fā)表的《2016年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，截至2016年年底，全國公路橋梁80.53萬座、4 916.97萬m，比上年增加2.61萬座、324.19萬m，其中特大橋梁4 257座、753.54萬m，大橋86 178座、2 251.50萬m。其中，中小跨徑橋梁規(guī)模龐大，約占比例為89%。

我國公路橋梁中占絕大多數(shù)的中、小型橋梁為預應力混凝土橋。傳統(tǒng)的混凝土橋梁建造仍主要以人工綁扎、現(xiàn)場澆筑為主，粗放型的施工模式導致行業(yè)整體能耗高、現(xiàn)場人工作業(yè)量大；且現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境、安全性差，施工周期長，施工質(zhì)量難以有效保證。另一方面，現(xiàn)有施工模式對城市既有交通影響嚴重，工程占道施工加重了道路交通的負荷，影響道路的交通安全與暢通。橋梁作為基礎(chǔ)設(shè)施建造中的重要組成部分，迫切需要產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級。

1 橋梁預制裝配化的重要意義

伴隨著重大施工裝備的現(xiàn)代化和橋梁技術(shù)工業(yè)化，現(xiàn)代橋梁施工開始向工廠化、大型化、機械化、標準化方向發(fā)展。橋梁預制裝配化技術(shù)借鑒于工業(yè)化組織經(jīng)驗，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的裝配化和標準化設(shè)計，即運用現(xiàn)代化管理模式，通過標準化的橋梁設(shè)計以及模數(shù)化、工廠化的預制構(gòu)件生產(chǎn)，以工業(yè)化制品現(xiàn)場裝配取代現(xiàn)場濕作業(yè)施工模式，實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)部件的通用化和現(xiàn)場施工的裝配化、機械化。

與傳統(tǒng)的以現(xiàn)場施工為主的建造方式相比，預制裝配化技術(shù)表現(xiàn)在工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化和標準化、現(xiàn)場施工機械化、組織管理科學化，體現(xiàn)了工業(yè)化社會土建結(jié)構(gòu)的高效建造方式和技術(shù)手段，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：

1)工廠化和標準化有利于確保構(gòu)件的質(zhì)量和尺寸精度，大大提高結(jié)構(gòu)耐久性；2)能夠改善橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場可施工性，降低因天氣原因、現(xiàn)場施工時間而導致的施工延誤，減小施工干擾；3)橋梁上、下部結(jié)構(gòu)可以平行作業(yè)，有利于縮短施工周期；4)施工期間對橋下公共交通影響非常小，有利于保通；5)能夠大大提高施工效率，建造速度快，降低工程造價。

2 鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁優(yōu)勢

鋼—混凝土組合梁是由鋼梁和混凝土板通過抗剪連接件連成整體而共同受力的橫向承重構(gòu)件，既能克服鋼橋和混凝土橋梁的弱點，又能充分發(fā)揮鋼材抗拉、混凝土抗壓性能好的優(yōu)點，近20年來得到了飛速的發(fā)展。其優(yōu)點如下：

1)鋼—混凝土充分發(fā)揮各種材料特性(鋼材受拉、混凝土承壓)，因而結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性好；2)主要承重部件為鋼結(jié)構(gòu)，橋梁工廠化程度較高，有利于保證工程質(zhì)量與快速施工；3)較一般混凝土結(jié)構(gòu)輕巧，有利于降低橋梁下部工程造價；4)基于結(jié)構(gòu)型式、材料分配選擇的多樣性，更有利于優(yōu)化結(jié)構(gòu)；5)減少了混凝土用量，有利于環(huán)境保護；6)增加了鋼材應用范疇，有利于國家鋼鐵工業(yè)發(fā)展。研究和統(tǒng)計表明，當跨徑為30 m～110 m，特別是60 m～80 m范圍內(nèi)，鋼—混凝土組合橋的單位面積造價要比混凝土橋低80%。法國鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁的應用比例為85%，日本為50%，而我國所占的比例僅有1%左右，我國鋼鐵產(chǎn)能過剩的現(xiàn)狀將迎來鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)高潮。

3 具有發(fā)展?jié)摿Φ倪m合預制裝配化的鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁型式

鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁最大的優(yōu)勢就是構(gòu)件可以分開組裝，構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)標準化、工廠化生產(chǎn)，有利于快速施工。目前常用的形式有組合鋼板梁、組合鋼箱梁、波形鋼腹板組合梁、組合桁架梁、組合剛構(gòu)橋、桁式腹桿組合梁橋等。國內(nèi)建設(shè)和發(fā)展較多的是組合鋼板梁、組合鋼箱梁和波形鋼腹板組合梁。

3.1 組合鋼板梁

組合鋼板梁橋主要由鋼板梁和混凝土橋面板組合而成，鋼板梁與混凝土橋面板通過連接件連接在一起，其抗彎剛度能夠大幅度提高，減小梁高，增大跨徑。組合鋼板梁橋的適用條件廣泛，鐵路、公路、城市高架、鄉(xiāng)村環(huán)境等均能應用，跨徑應用范圍可達30 m～130 m，總長從幾十米至上千米。

組合鋼板梁橋預制裝配化主要優(yōu)勢在于：自重輕，材料用量省，比較經(jīng)濟；樣式靈活，便于遠距離運輸，架設(shè)施工簡單快速，對交通影響小；結(jié)構(gòu)為開截面，與封閉截面的箱型結(jié)構(gòu)相比，受力更明確，便于設(shè)計人員掌握；開截面更便于后期管養(yǎng)。鋼板梁橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，少主梁(波形鋼腹板)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

3.2 槽型鋼箱組合梁橋

槽型鋼箱組合梁，結(jié)構(gòu)簡潔、受力明確，是組合鋼箱梁橋最常用的形式。目前應用最多的是兩道腹板的槽型鋼梁斷面形式，這種斷面僅在腹板外的上翼緣板與橋面板結(jié)合，橋面板兩側(cè)懸臂無鋼加勁肋與斜撐，橋面板為橫向承重板。槽型鋼箱組合梁構(gòu)件的預制裝配化，大大減少了施工現(xiàn)場澆筑作業(yè)，有利于縮短施工周期。

3.3 窄幅鋼箱組合梁橋

窄幅箱梁這種結(jié)構(gòu)形式專門針對中小跨度橋梁開發(fā)，特別是城市高架橋梁，窄幅箱梁便于運輸安裝，并可以為隨后的橋面板現(xiàn)澆施工提供支撐平臺。窄幅箱梁常以兩片梁的形式出現(xiàn)。和鋼板梁相比，窄幅箱梁自身具有一定的抗扭剛度和側(cè)向抗彎剛度，具有更好的側(cè)向穩(wěn)定性，這樣可以在兩片梁之間不設(shè)或少設(shè)橫梁連接，并容易滿足安裝階段的橫向受力與穩(wěn)定需要。和鋼箱梁相比，窄幅箱梁的構(gòu)造簡單，鋼梁制造安裝及橋面板施工方便。因此這種結(jié)構(gòu)形式不僅簡潔而且還具有較好的經(jīng)濟性(見圖3)。

3.4 波形鋼腹板預制裝配式箱梁橋

波形鋼腹板預制裝配式箱梁具有自重輕、經(jīng)濟指標較低、抗扭性能較好、適應性強、對地面交通影響較小、便于機械化施工等優(yōu)點，其無論是結(jié)構(gòu)性能、耐久性、美觀性、經(jīng)濟性均較預應力混凝土橋具有較大競爭力。波形鋼腹板預制裝配式箱梁結(jié)構(gòu)預制形式有三種，分別為預制箱梁、預制工字梁以及分節(jié)段預制箱梁或工字梁。

3.4.1 預制箱梁

采用與裝配式混凝土箱梁橋類似的結(jié)構(gòu)形式和施工方法。箱梁的上、下翼緣板采用混凝土板，腹板采用波形鋼腹板，整片梁在工廠預制裝配成形。河南潑河大橋全長120 m，結(jié)構(gòu)為4孔30 m先簡支后連續(xù)裝配式體外預應力波形鋼腹板組合箱梁。

3.4.2 預制工字梁

預制波形鋼腹板工字梁因腹板采用波形鋼腹板，使得自身重量大大減輕，克服了混凝土梁自重過大的缺點，使30 m～60 m成為經(jīng)濟適用跨徑。工廠化、標準化、裝配化有效保證了波形鋼腹板PC箱梁的施工質(zhì)量，加快了施工進度。

3.4.3 分節(jié)段預制

在城市橋梁和受施工及運輸條件限制的區(qū)域，可以采用分節(jié)段預制的形式(如節(jié)段長度可劃分為8 m)，預制成波形鋼腹板箱梁節(jié)段或工字梁節(jié)段，運輸至現(xiàn)場拼接并澆筑濕接頭、濕接縫混凝土形成波形鋼腹板箱梁或連續(xù)箱梁。

3.4.4 少支架施工方法

少支架施工方法是先行架設(shè)波形鋼腹板，采用波形鋼腹板工字梁作為承重構(gòu)件，掛模澆筑混凝土底板及橫隔板，最后吊裝分節(jié)段預制的混凝土頂板，澆筑濕接縫形成箱梁。廣州魚窩頭橋采用少支架法施工。

3.5 波形鋼腹板連續(xù)結(jié)合梁

波形鋼腹板連續(xù)結(jié)合梁體系充分發(fā)揮了下翼緣鋼板輕質(zhì)高強的優(yōu)點；避免底板混凝土開裂，耐久性好；自重較輕，受力明確，腹板穩(wěn)定性好；無預應力體系，構(gòu)造簡潔可靠；景觀效果好；采用波形鋼腹板代替混凝土腹板，碳排放量可降低67%。波形鋼腹板連續(xù)結(jié)合梁創(chuàng)新性在于：

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計：鋼筋混凝土橋面板；波形鋼腹板板梁；PBL剛性連接件；全寬橫梁翼緣；空腹+實腹式橫梁。

2)橋面板整體預制；整片吊裝架設(shè)；支點外節(jié)點栓接。

4 結(jié)語

鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁由于兼有鋼橋和混凝土橋的優(yōu)點，使結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、維護更趨合理，從全壽命周期角度來看，具有很強的技術(shù)經(jīng)濟競爭力。將橋梁預制裝配化技術(shù)應用到鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁中，能夠打破固有的模式，將原有效率低下的設(shè)計施工過程簡化為標準構(gòu)件的生產(chǎn)與拼裝過程，在保證橋梁產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大大縮短橋梁建造周期，符合未來橋梁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。采用預制裝配化技術(shù)的鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁必將成為我國橋梁建設(shè)的重要組成部分。

[1] 陳宜言,王用中.波形鋼腹板預應力混凝土橋設(shè)計與施工[M].北京:人民交通出版社,2009.

[2] 陳寶春,牟廷敏,陳宜言,等.我國鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁研究進展及工程應用[J].建筑結(jié)構(gòu)學報,2013(S1):1-10.

[3] 張林釗.鋼—混凝土組合箱梁橋面板的組合施工技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學,2015.

[4] 張 鴻,鄭和暉,陳 鳴.波形鋼腹板組合箱梁橋節(jié)段預制拼裝工藝試驗[J].橋梁建設(shè),2017(1):82-87.

[5] 郝江華,周現(xiàn)偉,郝 麗,等.鋼—混凝土組合梁的綜述[J].水利與建筑工程學報,2011(2):160-164.

[6] 劉玉擎.組合結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展與展望[A].中國公路學會橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會2005年全國橋梁學術(shù)會議[C].杭州，2005.

[7] 李淑琴,陳建兵,萬 水,等.我國幾座波形鋼腹板PC組合箱梁橋的設(shè)計與建造[J].工程力學,2009(S1):115-118.

[8] 錢志峰，陸惠民.對我國建筑工業(yè)化發(fā)展的思考[J].江蘇建筑，2008(S1):71-73.

[9] 交通運輸部綜合規(guī)劃司.2015年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[Z].

Briefanalysisoftheprefabricationofsteel-concretecompositestructuralbridges

MaChunxiangZhaoSenLeiZheng

(HenanDajianBridgeSteelStructureLimitedByShare，Zhengzhou450000，China)

The paper discusses the importance of steel-concrete composite structure bridge prefabrication technology in the application of medium and small span bridges in our country， and introduces several kinds of bridge forms of steel-concrete composite structure which are suitable for prefabrication， which will be good for promoting steel-concrete composite structure bridge in our country.

small and medium span bridge, steel-concrete composite structural bridges, precast assembly, corrugated steel web

U448.216

：A

1009-6825(2017)24-0167-02

2017-06-16

馬春祥(1989- )，男，助理工程師； 趙 森(1989- )，男，助理工程師； 雷 政(1988- )，男，工程師