波形鋼腹板組合梁橋的特性及經(jīng)濟(jì)性研究

王森嶺

（中鐵十五局集團(tuán)物資有限公司，河南 洛陽 471041）

橋梁工程建設(shè)不僅要滿足必要的質(zhì)量、安全要求，還要能夠與時代特征相對應(yīng)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，體現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、優(yōu)化等各種特點(diǎn)。因而各種施工技術(shù)手段、新興材料都得到了一定的運(yùn)用。波形鋼腹板在組合梁橋的建設(shè)過程中能充分發(fā)揮較大的應(yīng)用價值優(yōu)勢，有效滿足橋梁建設(shè)的各項需求，同時能夠降低施工建設(shè)成本，體現(xiàn)現(xiàn)代化的工程建設(shè)理念。

1 波形鋼腹板橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 使材料性能得到有效發(fā)揮

梁橋使用過程中，箱梁的頂、底板中均存在預(yù)應(yīng)力。波形鋼腹板因其幾何特征具有軸向剛度較低且抗剪性能較高的特點(diǎn)，適合承擔(dān)截面剪力；而頂、底混凝土板具有軸向強(qiáng)度高，但抗剪性能較弱的性質(zhì)，適合承受截面軸向壓力。兩者的結(jié)合能保證材料各種性能充分發(fā)揮，從而提升組合橋梁結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。結(jié)構(gòu)體在受力過程中，每一個豎向截面中的慣性半徑的大小是衡量其效率的重要指標(biāo)。由于波形鋼腹板－混凝土組合梁橋所利用的混凝土材料均集中于截面上、下緣，截面慣性半徑可增至極限，因此截面效率和結(jié)構(gòu)效率都能得到顯著改善。此結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足工程質(zhì)量的要求，還可在較大程度上減少水泥、鋼筋等材料的使用量，因此能降低施工成本，并且在減少自重的同時還具備良好的抗震能力。

1.2 提高預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的性能效果

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)能夠提升整體力學(xué)性能，主要是通過對體系預(yù)先施加作用力，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)體的內(nèi)學(xué)承載區(qū)間范圍來實(shí)現(xiàn)的。由于波形鋼腹的縱向剛度較低，對于施加預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力筋的限制較小，所以能夠充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)能力，提高預(yù)應(yīng)力力學(xué)數(shù)值，提升結(jié)構(gòu)體的性能效果。另外，波形鋼腹板橋的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不僅可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加，還可以同時進(jìn)行外部預(yù)應(yīng)力的施加，提升預(yù)應(yīng)力的使用效果。

1.3 提高腹板抗剪能力

波形鋼腹板結(jié)構(gòu)的橫向截面在面積上得到了有效擴(kuò)大，在應(yīng)對結(jié)構(gòu)體的剪切作用時，能夠充分利用截面面積優(yōu)勢，提高對剪切作用的承受能力。同時，因為波形鋼腹板與混凝土的接觸面積擴(kuò)大，二者的連接能力得到了提升，能充分發(fā)揮二者的共同作用性能?？辜魪?qiáng)度的提高會限制結(jié)構(gòu)體的裂縫發(fā)展速度，充分保障結(jié)構(gòu)體在穩(wěn)定的狀態(tài)下發(fā)揮力學(xué)作用，從而明顯提升結(jié)構(gòu)體的耐久性和安全性。

1.4 提高動力特性

混凝土與波形鋼腹板的有效連接可充分發(fā)揮兩者的協(xié)同作用，使結(jié)構(gòu)體在動力荷載的影響下能充分發(fā)揮整體性效果，提升結(jié)構(gòu)體動力特性，保障結(jié)構(gòu)體應(yīng)對特殊荷載的能力。

2 波形鋼腹板橋適用的橋型

波形鋼腹板有較高的應(yīng)用價值，隨著施工技術(shù)和施工設(shè)備的不斷成熟，其應(yīng)用價值也在不斷提高。波形鋼腹板在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用案例不斷增加，且均獲得了良好的應(yīng)用效果，提升了橋梁結(jié)構(gòu)的各項性能，如在連續(xù)梁、簡支梁、斜拉橋、組合橋梁結(jié)構(gòu)中，波形鋼腹板能有效保障橋梁的安全性及力學(xué)性能。目前，我國橋梁施工建設(shè)中廣泛使用波形鋼腹板結(jié)構(gòu)，橋梁施工數(shù)量和施工質(zhì)量均得到了增加和提升。

3 波形鋼腹板－預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁橋的施工特點(diǎn)

3.1 施工效率提高

波形鋼腹板的結(jié)構(gòu)體是通過混凝土預(yù)制手段進(jìn)行施工的。預(yù)制結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是在工廠加工的，有效保障了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量。采取提前預(yù)制的方式對結(jié)構(gòu)體進(jìn)行加工，能夠有效節(jié)約結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模板、混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)等施工環(huán)節(jié)占用的施工時間，提高施工效率。同時，因為波形鋼腹板結(jié)構(gòu)體具備良好的質(zhì)量優(yōu)化性，其自重會比同類型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件更輕，因此在預(yù)制構(gòu)件的吊裝運(yùn)輸施工過程中，施工效率大大提高。由于波形鋼腹板的力學(xué)性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)單元穩(wěn)定，所以在工廠預(yù)制加工的過程中，可以適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)單元的單個結(jié)構(gòu)體的尺寸。其單個單元體的長度可以達(dá)到4.8m，而普通預(yù)制結(jié)構(gòu)一般在3～3.5m。保障結(jié)構(gòu)體具備良好的施工技術(shù)穩(wěn)定性，能有效減少施工單元體的數(shù)量，進(jìn)而減少施工時間。

3.2 充分利用多種施工技術(shù)方式

波形鋼腹板與混凝土的組合結(jié)構(gòu)可以與目前現(xiàn)有的多種施工技術(shù)充分結(jié)合，不需要引入特殊施工工藝、設(shè)備即可對其進(jìn)行有效的推廣。常規(guī)梁體構(gòu)件施工中，可利用的方法包括懸臂現(xiàn)澆法、滿堂支架法、預(yù)制裝配式施工法、頂推法、少支架施工法。這些施工技術(shù)在波形鋼腹板施工應(yīng)用的過程中，可充分發(fā)揮出良好的施工價值。

3.3 減少支架的使用工程量

橋梁施工過程中，很多情況下會涉及支架結(jié)構(gòu)的施工，支架搭設(shè)過程會占用大量的施工時間，人力、物力成本也會顯著增加。而波形鋼腹板結(jié)構(gòu)由于構(gòu)件的自重相對較低，并且單個單元構(gòu)件的尺寸大，總的單元構(gòu)件較少，所以其可以有效減少每次支架搭設(shè)的工程量，節(jié)約搭設(shè)支架的時間。

3.4 預(yù)制裝配施工

預(yù)制裝配施工是先制作組合箱梁的工字形單元，再將預(yù)制完成的工字形單元通過橫向混凝土濕接縫澆筑連接，形成完整的主體箱梁。此外，預(yù)制裝配式施工還可實(shí)施裝配式波形鋼腹板－預(yù)應(yīng)力混凝土組合小箱梁方案。該施工方案采用與裝配式pc小箱梁橋類似的結(jié)構(gòu)形式和施工方法，使用波形鋼板代替混凝土腹板，提高了腹板的抗裂能力，改善了小箱梁橋的外觀，對波形鋼腹板橋具有推廣價值。

4 波形鋼腹板－預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁橋的優(yōu)勢

4.1 結(jié)構(gòu)材料成本降低

波形鋼腹板得益于其結(jié)構(gòu)性能的構(gòu)造優(yōu)勢，能減少對各種材料的使用，比如能夠有效節(jié)約混凝土材料、普通鋼筋材料、預(yù)應(yīng)力筋的使用總量，同時又能夠充分滿足施工要求，保障施工結(jié)構(gòu)體達(dá)到良好的力學(xué)性能。材料的節(jié)約也體現(xiàn)在工廠預(yù)制的客觀管理中，科學(xué)的工藝施工管理流程對各個工藝環(huán)節(jié)都進(jìn)行了充分的論證優(yōu)化，能夠顯著改善施工過程中各種材料使用的浪費(fèi)情況，提高材料的利用率，充分發(fā)揮材料的性能優(yōu)勢。同時，施工之前各種科學(xué)有效的材料性能、質(zhì)量驗收檢查工作，能夠有效控制材料質(zhì)量，避免由于材料質(zhì)量引發(fā)構(gòu)件報廢的情況。

4.2 減少施工過程中的各項費(fèi)用

施工過程中需要對預(yù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的運(yùn)輸、存儲、吊運(yùn)、施工等工作，各施工環(huán)節(jié)都會造成施工成本的增加。而波形鋼腹板組合梁結(jié)構(gòu)在施工中具有較高的施工成本費(fèi)用控制優(yōu)勢，這主要是因為其單個構(gòu)件尺寸較大，且質(zhì)量相對較輕，總體構(gòu)件數(shù)量少，有利于控制吊裝設(shè)備的吊裝能力，降低施工過程中總體吊裝次數(shù)，減少施工作業(yè)的時間，節(jié)約施工過程中的工期費(fèi)用。同時，其構(gòu)件在運(yùn)輸至施工現(xiàn)場之后能夠及時使用，減少了結(jié)構(gòu)構(gòu)件因為存儲產(chǎn)生的存儲成本。另外，施工過程中波形鋼腹板組合梁結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能優(yōu)勢，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性，減少施工過程中的各項成本。

4.3 減少維護(hù)成本

波形鋼腹板組合橋梁結(jié)構(gòu)具備良好的結(jié)構(gòu)體質(zhì)量保障能力，這是由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在工廠預(yù)制加工的，可以減少外界環(huán)境條件的不良影響，如溫度、濕度、光照等，保障構(gòu)件的整體質(zhì)量，減少后期因為結(jié)構(gòu)質(zhì)量不良而造成的維護(hù)成本。此外，波形鋼腹板組合橋梁能夠通過波形鋼腹板與混凝土良好的面積接觸能力，充分保障結(jié)構(gòu)體總體的穩(wěn)定性，預(yù)防裂縫，減少為處理各種病害而產(chǎn)生的維護(hù)成本。

4.4 節(jié)能減排

波形鋼腹板組合梁橋能有效減少結(jié)構(gòu)材料的總體用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。工程建設(shè)中涉及多種材料的使用，包括會產(chǎn)生環(huán)境污染的材料，如水泥材料、鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋等，減少各材料的使用量，不僅能減少費(fèi)用支出，對于節(jié)能減排、控制污染物的排放也具有重要意義。

5 結(jié)束語

波形鋼腹板組合梁橋具備良好的應(yīng)用價值，通過其特殊的結(jié)構(gòu)形式能提升結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能，不僅能有效減少施工過程中的各項成本、費(fèi)用，還具有節(jié)能減排優(yōu)勢，因此，工程建設(shè)中要充分利用波形鋼腹板與混凝土結(jié)構(gòu)的組合優(yōu)勢。