一種先張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙T 形梁的研發(fā)與應(yīng)用

李洞明

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

1 概 述

目前中小跨徑橋梁中常采用空心板梁，其應(yīng)用范圍廣、用量大?？招陌寰鶠殚]口斷面，預(yù)制難度大，質(zhì)量控制難度大。上海市空心板梁內(nèi)模采用雙氣囊，氣囊易上浮、偏位，空心板板厚偏差大，且空心板設(shè)計(jì)板厚較小，故氣囊上浮，偏位對(duì)空心板安全性和耐久性影響大。交通運(yùn)輸部空心板梁內(nèi)腔為帶倒角矩形，內(nèi)?？刹捎媚灸！撃；蜉p質(zhì)材料（如EPS材料）實(shí)心模具。由于空心板內(nèi)腔尺寸小，當(dāng)采用一次澆筑時(shí)，內(nèi)模保留在梁內(nèi)，不取出；當(dāng)采用兩次澆筑時(shí)，頂板底模保留在梁內(nèi)，不取出，內(nèi)模利用率低，施工費(fèi)用高。此外，空心板內(nèi)部無法檢測(cè)，養(yǎng)護(hù)檢修困難?？紤]到以上空心板的缺點(diǎn)，有必要研發(fā)一種開口斷面的梁型，既能具有空心板梁高低、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)低等優(yōu)點(diǎn)，又具有耐久性好、預(yù)制質(zhì)量好和施工便捷等優(yōu)點(diǎn)。

2 國外中小跨徑預(yù)制混凝土梁調(diào)研

在預(yù)制拼裝混凝土橋梁技術(shù)方面，美國是一個(gè)值得我國參考學(xué)習(xí)的國家。目前，美國中小跨徑的預(yù)制裝配式混凝土梁具有借鑒意義的開口斷面型式為雙T形梁、混凝土寬翼組合I形梁、預(yù)制I形梁的組合T梁、預(yù)制槽形梁的組合小箱梁、預(yù)制帶馬蹄T形梁的組合T梁和帶馬蹄整體預(yù)制T梁等。

2.1 雙T 形梁

雙T形梁是一種使用跨徑12~26m的小跨徑結(jié)構(gòu)，其適用范圍與我國的空心板梁基本一致。雙T形梁主要有兩種型式，全部采用先張直線預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.1.1 AASHTO/PCI 雙T 形梁[1]

AASHTO/PCI雙T形梁屬于腹板尺寸相對(duì)較小的一種結(jié)構(gòu)（見圖1）。預(yù)制梁按荷載大小分為重型與輕型結(jié)構(gòu)，輕型梁的高度在58~90 cm，梁寬度在1.5~2.45m，適用最大跨徑約12m；重型梁的高度在53~90 cm，梁寬度在1.5~2.45 m，適用最大跨徑約26m。

圖1 AASHTO/PCI 雙T 形梁

這種雙T形梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋采用鋼絞線。輕型和重型結(jié)構(gòu)的區(qū)別除腹板寬度不同，鋼絞線布置的數(shù)量也不同，輕型和重型結(jié)構(gòu)分別采用豎向一列和兩列均勻布置，因雙T形截面的形心偏上，鋼絞線幾乎布置到梁頂。

2.1.2 NEXT 雙T 形梁[2]

NEXT雙T形梁是美國東北部預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（Precast/Prestressed Concrete Institute Northeast）研發(fā)的，是NORTHEAST EXTREME TEE BEAM的簡(jiǎn)稱（NEXT BEAM）。PCINE研發(fā)NEXT雙T形梁的意圖主要是為了解決空心板梁出現(xiàn)的問題：空心板梁封閉的內(nèi)腔無法檢查、板壁構(gòu)造尺寸小、耐久性問題多、制造過程復(fù)雜，以尋找一種便于檢查、便于快速施工、耐久性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2 NEXT 雙T 形梁

NEXT雙T形梁的適用跨徑為13~26m，覆蓋我國預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的跨徑范圍。NEXT雙T形梁分為F、E、D三種型式，其中F型梁的頂板主要現(xiàn)澆，僅預(yù)制用作現(xiàn)澆頂板混凝土模板的厚度，適用于平曲線變化及橋面橫向標(biāo)高變化大的橋梁；D型梁的頂板全預(yù)制，最適合快速施工的橋梁；E型梁的頂板部分預(yù)制、部分現(xiàn)澆，適應(yīng)豎曲線變化及橋面橫向標(biāo)高變化大的橋梁。

2.2 寬翼組合I 形梁

寬翼組合I形梁是美國加利福尼亞等州的一種地方標(biāo)準(zhǔn)梁，適用25~55m的中等跨徑橋梁，其適用范圍覆蓋我國的T形梁。寬翼組合I形梁是一種薄腹、寬下翼板的組合結(jié)構(gòu)，采用全先張預(yù)應(yīng)力或先、后張混合張預(yù)應(yīng)力。先張預(yù)應(yīng)力鋼絞線主要布置在下翼板，加之梁間距大、梁數(shù)減少，表現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)性；且因有較大的下翼板，在運(yùn)輸和安裝時(shí)穩(wěn)定性好（見圖3）。

圖3 寬翼組合I 形梁

2.3 預(yù)制I 形梁的組合T 梁

預(yù)制I形梁的組合T梁是一種適合跨徑15~35m的先張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。預(yù)制I形梁與預(yù)制橋面板通過預(yù)留鋼筋、灌注高性能混凝土結(jié)合為整體，也可以采用現(xiàn)澆橋面板形成組合梁，后者適合橋面變寬或橫向標(biāo)高變化大的情況。梁間采用型鋼或鋼桁構(gòu)造連接（見圖4）。

2.4 預(yù)制槽形梁的組合小箱梁

預(yù)制槽形梁的組合小箱梁適合跨徑25~40m的先張或先、后張混合預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，預(yù)制槽形梁與預(yù)制橋面板通過預(yù)留鋼筋（剪力釘）、灌注高性能混凝土結(jié)合為整體，也可以采用現(xiàn)澆橋面板形成組合梁，后者適合橋面變寬或橫向標(biāo)高變化大的情況。梁間不設(shè)構(gòu)造連接（見圖5）。

圖4 預(yù)制I 形梁的組合T 梁

圖5 預(yù)制槽形梁的組合小箱梁

2.5 預(yù)制帶馬蹄T 形梁的組合T 梁

預(yù)制帶馬蹄T形梁的組合T梁是一種適合跨徑25~45m的先張或先、后張混合預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，預(yù)制帶馬蹄T梁與預(yù)制橋面板通過預(yù)留鋼筋（剪力釘）、灌注高性能混凝土結(jié)合為整體，也可以采用擱置混凝土模板后現(xiàn)澆橋面板形成組合梁，后者適合橋面變寬或橫向標(biāo)高變化大的情況。梁間采用型鋼或鋼桁構(gòu)造連接（見圖6）。

圖6 預(yù)制帶馬蹄T 形梁的組合T 梁

2.6 帶馬蹄整體預(yù)制T 梁

帶馬蹄整體預(yù)制T梁是一種適合跨徑25~55m的先張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，梁間采用型鋼或鋼桁構(gòu)造連接（見圖7）。

綜上所述，在美國適合22 m跨徑的簡(jiǎn)支梁中，雙T形梁具有外形簡(jiǎn)潔、跨間無橫梁、梁底外觀好、梁體表面平整且無鋼筋外伸、適合采用大型整體模板、施工步驟少的優(yōu)勢(shì)。尤其是NEXT雙T形梁，肋板尺寸大、混凝土施工方便，質(zhì)量容易控制，更適合快速施工技術(shù)發(fā)展需求。

圖7 帶馬蹄整體預(yù)制T 梁

因此參考美國適合22 m簡(jiǎn)支梁的幾種結(jié)構(gòu)構(gòu)造，NEXT雙T形梁是一種比我國空心板梁有較多優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)型式，主要反映在耐久性好、制造過程簡(jiǎn)單、便于檢查、外觀好、更適合快速施工，值得進(jìn)一步研究。

3 雙T梁設(shè)計(jì)方案擬定

參考美國NEXT雙T形梁，經(jīng)過計(jì)算分析和試驗(yàn)研究，研發(fā)出適應(yīng)于我國的荷載條件和車道布置，且具有預(yù)制裝配工業(yè)化程度高的雙T形梁（見圖8）。

圖8 雙T 形梁足尺模型彎、彎剪耦合、彎剪扭耦合荷載試驗(yàn)

雙T形梁梁高與目前常用的空心板梁一致，橋面板厚度為20 cm，肋頂寬為38 cm（各種跨徑均保持不變），肋外側(cè)設(shè)置1∶50的斜率以利于脫模。預(yù)制雙T形梁肋中心間距為125 cm（各種跨徑均保持不變），濕接縫寬度為25 cm（各種橋?qū)捑３植蛔儯ㄟ^調(diào)整預(yù)制梁挑臂寬度以適應(yīng)不同的橋?qū)捄推角€。雙T形梁在跨間不設(shè)置橫隔板，僅在梁端設(shè)置橫梁，端橫梁厚度40 cm（見圖9、圖10）。

雙T形梁預(yù)應(yīng)力鋼束線形采用直線和折線組合布置，鋼束彎起點(diǎn)為同一位置，以利于轉(zhuǎn)向器設(shè)置，折線配束能夠有效降低梁端的主拉應(yīng)力，改善結(jié)構(gòu)性能（見圖11、圖12）。

圖9 雙T 形梁立面圖（單位：cm）

圖10 雙T 形梁橫斷面圖（單位：cm）

圖11 雙T 形梁鋼束立面圖

圖12 雙T 形梁鋼束斷面圖

雙T形梁具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）開口斷面，降低了施工難度，減少施工工序，降低施工費(fèi)用，加快施工速度，保證施工質(zhì)量，預(yù)制質(zhì)量好，并且開口斷面可檢、可修、可達(dá)，便于檢修養(yǎng)護(hù)。

（2）主梁構(gòu)造模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，加快預(yù)制速度，降低成本。

（3）腹板頂寬為固定值，不同梁高的雙T梁可采用同一套模板。

（4）全梁等截面、跨內(nèi)無橫隔板，簡(jiǎn)化了模板構(gòu)造。

（5）預(yù)應(yīng)力鋼束線形采用直線和折線組合布置，鋼束彎起點(diǎn)為同一位置措施，利于轉(zhuǎn)向器設(shè)置，有效降低梁端區(qū)域的主拉應(yīng)力，改善結(jié)構(gòu)性能。

（6）兩道腹板，其運(yùn)輸?shù)跹b穩(wěn)定性好，不傾覆。

（7）每片主梁設(shè)置三個(gè)支座，避免支座脫空，一端在兩個(gè)腹板下各設(shè)置一個(gè)支座，另一端在腹板間橫梁下設(shè)置一個(gè)支座。

（8）構(gòu)造簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)性能好；材料用量低，經(jīng)濟(jì)性好；施工便捷，便于工業(yè)化生產(chǎn)；可檢、可修、可達(dá)，便于檢修養(yǎng)護(hù)。

4 雙T梁工程應(yīng)用

在龍東大道改建工程中，外環(huán)立交匝道橋上采用雙T梁，雙T梁跨徑為22m。采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)吊裝架設(shè)、現(xiàn)澆濕接縫的方法施工（見圖13、圖14）。

圖13 雙T 梁制作流程

5 結(jié) 語

圖14 雙T 梁現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)

鑒于目前中小跨徑橋梁中常用的空心板梁預(yù)制質(zhì)量控制難度大、內(nèi)部無法檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)檢修困難等缺點(diǎn)，通過廣泛調(diào)研和研究分析，研發(fā)出了一種先張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙T形梁。其結(jié)構(gòu)高度低、便于預(yù)制施工、預(yù)制質(zhì)量好、工業(yè)化程度高、安全可靠、耐久性好、經(jīng)濟(jì)性好，在中小跨徑橋梁中有廣泛的應(yīng)用前景。