裝配式組合鋼箱梁在橋梁工程中的應(yīng)用

李政（中鐵建四川德簡(jiǎn)高速公路有限公司 四川 德陽(yáng) 618000）

0 引言

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，本身施工流程復(fù)雜，結(jié)構(gòu)本身的承載力較差，且可循環(huán)利用價(jià)值較低，不符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的社會(huì)發(fā)展理念。以某市某橋梁工程為例，研究分析了裝配式組合鋼箱梁在橋梁工程中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 裝配式組合鋼箱梁的組成

相比較傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，裝配式組合鋼箱梁是由一個(gè)個(gè)單獨(dú)的鋼箱組合而成，并利用波形鋼腹板以及預(yù)應(yīng)力技術(shù)，將疊合單元組成一個(gè)鋼－混凝土疊合梁（如圖1所示）。在橋梁工程當(dāng)中，箱梁的頂板和底板均采用聚合物纖維水泥混凝土澆筑而成，而其腹板則采用波形鋼腹板結(jié)構(gòu)。同時(shí)將預(yù)應(yīng)力設(shè)置在底板中，并在頂板中加入橋面抗剪筋，并采用聚合物界面連接噴涂膠實(shí)現(xiàn)鋼板與混凝土的有機(jī)結(jié)合，大大提高了裝配式組合鋼箱梁的承載能力，解決了傳統(tǒng)橋梁施工中出現(xiàn)的腹板開(kāi)裂、承載力不足等問(wèn)題。

圖1 裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)斷面示意圖

2 裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 主材的選擇

本工程在進(jìn)行在橋梁的主體材料選擇時(shí)，采用了耐候鋼卷板材料。相比較普通的鋼材，耐候鋼卷板材料在潮濕的環(huán)境下，其表面會(huì)形成一層由銅、鉻等元素所組成的安定銹層，該銹層的出現(xiàn)有效的抵擋了水汽以及有害離子對(duì)耐候鋼卷板材料的侵蝕，因此在施工過(guò)程中無(wú)需對(duì)其進(jìn)行防腐涂裝，有效的減少了因?yàn)榉栏岬氖褂盟斐傻沫h(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)還有效的降低了橋梁后期的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用支出。

2.2 解決了傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁的質(zhì)量問(wèn)題

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁本身的自重較大，很容易出現(xiàn)腹板開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題。而本工程采用的裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)，腹板采用了波形鋼腹板結(jié)構(gòu)（如圖2所示），有效的解決了傳統(tǒng)箱梁結(jié)構(gòu)自重大、承載力、腹板開(kāi)裂以及下?lián)蠂?yán)重等問(wèn)題。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，結(jié)合不同橋梁工程的不同橋面寬度要求，可以通過(guò)橫向增加鋼箱疊合梁的方式，滿足其橫向結(jié)構(gòu)需求。

圖2 裝配式組合鋼箱疊合梁示意圖

2.3 橋梁結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化流水線生產(chǎn)

本工程在進(jìn)行橋梁建設(shè)過(guò)程中，還通過(guò)采用波形鋼板連續(xù)式模壓成型設(shè)備、大型構(gòu)件翻轉(zhuǎn)設(shè)備以及智能定位焊接技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化生產(chǎn)。不僅有效的減少了工程量，降低了相關(guān)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且減弱了人為操作對(duì)橋梁構(gòu)件的質(zhì)量影響，提高了整個(gè)工程的施工效率，縮短了施工周期。同時(shí)采用連續(xù)式模壓成型設(shè)備還確保本橋梁的腹板部分在豎向方向，無(wú)需設(shè)置焊縫，大大提高了腹板本身的承載能力和抗剪性能。

2.4 結(jié)構(gòu)本身的傳力途徑更清晰

在裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中，腹板主要承受剪力，而底板采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橋面采用鋼－聚合物混凝土結(jié)構(gòu)，主要起到抗彎的作用，大幅度的提高了整個(gè)橋梁承載能力。而且整個(gè)橋梁的受力完全符合平截面假定原則，傳力途徑十分清晰和明確。以本工程的試驗(yàn)結(jié)果為例，基于公路I級(jí)荷載的背景下，橋梁的跨中撓度約為11.8mm，遠(yuǎn)低于規(guī)定要求的50mm撓度值。當(dāng)荷載逐步增大到505t時(shí)，橋梁的跨中撓度逐漸上升至167mm，通過(guò)對(duì)橋梁進(jìn)行觀察，波形鋼腹板本身未出現(xiàn)屈曲現(xiàn)象，橋面板的混凝土也未出現(xiàn)開(kāi)裂壓碎問(wèn)題，雖然底板已經(jīng)呈現(xiàn)一定的屈曲現(xiàn)象，但當(dāng)荷載卸除后，撓度逐漸恢復(fù)，充分說(shuō)明了采用裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)可以有效的提高橋梁的承載力，且橋梁本身不會(huì)出現(xiàn)脆性破壞等問(wèn)題。

3 裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用對(duì)比分析

3.1 經(jīng)濟(jì)方面

根據(jù)30m的裝配式組合鋼箱梁與傳統(tǒng)的小箱梁材料用量情況來(lái)看，通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，采用裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)在鋼筋材料用量方面可以降低50%；可以節(jié)約60%的混凝土用量。

以本工程為例，若采用傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，需要采用25+2×32+25m的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，而采用裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)，橋梁的上部結(jié)構(gòu)替換為25+2×32+25m的拼裝波形鋼腹板組合梁。兩者的整體施工預(yù)算如表1所示。由此可見(jiàn)從整體上而言，選用裝配式組合鋼箱梁的施工成本更低。

3.2 施工進(jìn)度

若按照傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，整個(gè)工期預(yù)計(jì)需要90天的時(shí)間。而采用裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)，無(wú)需進(jìn)行滿堂支架的搭設(shè)、澆筑養(yǎng)生、預(yù)壓等施工工序，預(yù)計(jì)整個(gè)工期只需要48天就可以完成，可以為工程節(jié)約50%以上的人工費(fèi)用和設(shè)備租賃費(fèi)用支出。

表1 傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)與裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)是一種全新的橋梁結(jié)構(gòu)，其本身具有施工周期短、施工成本低、承載能力強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，不僅滿足了人們對(duì)橋梁工程施工質(zhì)量的要求，而且減少了材料使用，減輕了對(duì)周?chē)h(huán)境的污染。因此，相關(guān)工作者應(yīng)深入研究裝配式組合鋼箱梁結(jié)構(gòu)，在各類(lèi)公路橋梁以及跨線橋工程中積極推廣和應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，推動(dòng)橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展。