吳平平

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽合肥210088）

新型鋼板組合梁結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用分析

吳平平

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽合肥210088）

濟(jì)祁高速合肥段淮河特大橋引橋在國內(nèi)首次采用了新型鋼板組合梁結(jié)構(gòu)，通過材料使用性能、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、施工成本、橋梁景觀、環(huán)境保護(hù)和結(jié)構(gòu)耐久性等因素對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的分析，證明是其是一種經(jīng)濟(jì)合理的橋梁結(jié)構(gòu)形式，是現(xiàn)階段橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢所在。

鋼板組合梁；使用性能；結(jié)構(gòu)安全性；造價；景觀；環(huán)境保護(hù)

1　概述

濟(jì)祁高速合肥段淮河特大橋11 km長度引橋工程中，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用新型鋼板組合梁橋形式，標(biāo)準(zhǔn)跨分別為30 m和35 m，采用三跨或四跨一聯(lián)的方式，橋面全寬26.5 m，基于雙向四車道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，并采用分幅方式。35 m鋼板組合梁橋的立面布置見圖1，包含了鋼梁、鋼梁加勁板、橫梁、混凝土橋面板等構(gòu)件。

鋼板梁橋主梁斷面采用直腹式雙工字鋼板組合梁，梁橋最長跨為35 m，雙主梁間距7.225 m，中心線處的梁高均為1.75 m，混凝土橋面板和鋼主梁通過栓釘連接，雙主梁之間采用中橫梁加強(qiáng)橫向聯(lián)系，中橫梁的標(biāo)準(zhǔn)間距5 m，橋梁的跨中標(biāo)準(zhǔn)斷面和橫梁處斷面見圖2。

組合鋼板梁橋橋面板由預(yù)制板和縱橫向濕接縫構(gòu)成，鋼板梁橋采用滿堂支架吊裝到位后，吊裝預(yù)制橋面板并澆筑濕接縫混凝土完成共同受力，考慮到鋼板組合連續(xù)梁橋的受力特點(diǎn)，正彎矩區(qū)域采用C40混凝土，負(fù)彎矩區(qū)域采用PVA纖維混凝土橋面板。

2　鋼板梁組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用［1-5］

組合結(jié)構(gòu)橋梁由于多項新技術(shù)的應(yīng)用，得到了良好的機(jī)能和耐久性，快速施工縮短了投資回報期，多樣化結(jié)構(gòu)適應(yīng)了不同橋位不同跨度橋梁建設(shè)的需求和景觀要求，簡化的結(jié)構(gòu)減少了橋梁施工和維修管理工作量，所以組合結(jié)構(gòu)橋梁在近二十年來得到了飛速的發(fā)展。根據(jù)法國1990～1993年建設(shè)的橋梁上部結(jié)構(gòu)統(tǒng)計，公路組合梁橋在跨長30～110 m范圍內(nèi)最有競爭力，在60～80 m跨長范圍內(nèi)有明顯優(yōu)勢，公路組合梁橋占有率達(dá)85%。在法國TGV高速鐵路線上，20世紀(jì)90年代建成的TGV北線，組合梁橋占有率為45%，2001年6月建成TGV地中海線，組合梁橋占有率上升至80%，其余20%為PC梁。在橋梁建設(shè)造價上，在跨長40～80 m范圍內(nèi)，組合梁比PC梁更經(jīng)濟(jì)一些，英國、德國、北美、日本的組合梁橋的應(yīng)用與法國大體相近，見圖3、圖4。

3　新型鋼板梁結(jié)構(gòu)及與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比

3.1材料受力和使用性能對比

目前，社會發(fā)展強(qiáng)烈呼吁降低橋梁等交通設(shè)施的建設(shè)造價，提高其安全性、耐久性、使用性、景觀性和環(huán)保性。對于傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋，其自重大，施工期長，大量就地開采砂石材料，雖然材料費(fèi)較低，但對周邊自然環(huán)境造成破壞和大氣粉塵污染，同時混凝土材料因鹽害、中性化、堿骨料反應(yīng)和凍融等引起的劣化是不可回避的問題。對于鋼橋，壓屈、疲勞、腐蝕、振動、噪音、對溫度變化的敏感性等，也是難以回避的問題。

組合結(jié)構(gòu)橋梁由鋼結(jié)構(gòu)抗拉、混凝土抗壓，充分發(fā)揮兩種材料的使用性能，可使結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、維修更趨合理并具全壽命經(jīng)濟(jì)性?；炷两Y(jié)構(gòu)作為橋面板可以克服鋼構(gòu)件的疲勞和防腐問題，鋼構(gòu)件作為主受力構(gòu)件可以有效提高橋梁的使用壽命，與混凝土梁橋相比，自重輕，可以大幅降低恒載比例，減小對下部構(gòu)造和基礎(chǔ)的要求，節(jié)約造價。

3.2造價對比分析

根據(jù)目前我國經(jīng)濟(jì)形勢的發(fā)展現(xiàn)狀，受國家能源及環(huán)境政策的影響，目前市場上的砂、石等材料相比于2013年初增幅較大，甚至已經(jīng)達(dá)到100%的水平。而鋼材價格有較大幅度的下降，鋼價從高峰值到今年年底降幅已超過1 000元/t。從長期趨勢看，由于社會對環(huán)境的要求越來越高，砂石材料的成本也會越來越高，而鋼材的原材料多來自于進(jìn)口的鐵礦石，且產(chǎn)能極為過剩，鋼材價格處于長期穩(wěn)定，甚至小幅下跌狀態(tài)。因此從材料利用角度，采用鋼結(jié)構(gòu)是有利的。

圖2　鋼板組合梁橋的橫斷面布置圖（單位：mm）

圖3　法國組合梁橋在不同跨長上的分布率（1993年）

圖4　法國不同跨長PC梁橋與組合梁橋的造價比較（1995年）

濟(jì)祁高速合肥段淮河特大橋在引橋設(shè)計過程中對不同方案的橋型進(jìn)行了造價對比，其結(jié)果見表1。

表1　橋型方案經(jīng)濟(jì)比較

從表1可以看出，根據(jù)直接建設(shè)成本計算結(jié)果，35 m鋼板梁結(jié)構(gòu)比小箱梁結(jié)構(gòu)造價低約10%。

3.3施工性對比分析

新型組合梁采用雙主梁體系，采用整聯(lián)頂推或者龍門吊吊裝，重量輕，速度快。鋼梁為工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，質(zhì)量可控。橋面板采用工廠化預(yù)制，構(gòu)造簡單，不需內(nèi)模，質(zhì)量容易控制。上部結(jié)構(gòu)不設(shè)預(yù)應(yīng)力，施工簡單，同時避免了預(yù)應(yīng)力管道的通病。

而傳統(tǒng)小箱梁每跨需要分四次吊裝，施工工期提高一倍以上。小箱梁構(gòu)件尺寸單薄，預(yù)制質(zhì)量較難控制，出現(xiàn)病害的幾率高，耐久性較差。

3.4景觀性對比分析

鋼板組合梁結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了早期的多主梁、冗約束體系之后，隨著計算理論和設(shè)計方法的完善，以及材料指標(biāo)和施工工藝的進(jìn)步，對鋼板梁組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅優(yōu)化，取消了原設(shè)計中繁雜的空間冗余約束構(gòu)件，代之以結(jié)構(gòu)簡潔、受力明確的少主梁或雙主梁體系，雙主梁方案可以充分發(fā)揮材料的承載性能，減輕了結(jié)構(gòu)自重，空間通透，易于維護(hù)，外觀簡潔、美觀。而傳統(tǒng)小箱梁采用多主梁布置，空間顯得零亂壓抑，不通透，景觀效果較差，見圖5、圖6。

圖6　新型鋼板組合梁結(jié)構(gòu)簡潔、美觀

4　新型鋼板梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)先進(jìn)性［6-7］

鋼板組合梁橋的設(shè)計和應(yīng)用涉及到預(yù)制橋面板和鋼梁的設(shè)計方法、新型剪力鍵應(yīng)用、結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)、新型施工工法、運(yùn)營養(yǎng)護(hù)技術(shù)、PHC管樁等新技術(shù)的應(yīng)用，正是由于多項新技術(shù)的綜合應(yīng)用，使組合結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮良好的機(jī)能和耐久性，快速施工縮短了投資回報期，多樣化結(jié)構(gòu)適應(yīng)了不同橋位不同跨度橋梁建設(shè)的要求，簡化的結(jié)構(gòu)減少了橋梁施工和維修管理工作量，所以組合結(jié)構(gòu)橋梁相比于傳統(tǒng)的混凝土小箱梁橋，在技術(shù)上具有明顯創(chuàng)新型和先進(jìn)性，也正因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和對材料的充分利用所體現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益，使得鋼板組合梁在近二十年來得到了飛速的發(fā)展，在國內(nèi)隨著勞動力成本增加和砂石資源的逐步萎縮，組合結(jié)構(gòu)正引起越來越多的研究和應(yīng)用。

同時，鋼板組合梁橋在高速公路上的規(guī)?；瘧?yīng)用在國內(nèi)屬于首次，這種工廠化預(yù)制、標(biāo)準(zhǔn)化施工的新型結(jié)構(gòu)的采用不僅有利于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、降低造價，而且對于提升整個高速公路的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平和科技創(chuàng)新具有重要意義。

此外混凝土材料為一次性利用，不再有回收利用價值，砂石等材料的開采利用對環(huán)境的破壞性很大，資源利用率低，生產(chǎn)能耗高。而組合結(jié)構(gòu)只要養(yǎng)護(hù)措施完善，在設(shè)計壽命之后鋼材的回收利用率可達(dá)30%，可有效降低造價，節(jié)約資源，在當(dāng)前倡導(dǎo)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的大背景下具有深刻的意義。

5　結(jié)語

濟(jì)祁高速合肥段淮河特大橋引橋規(guī)模較大，引橋造價占到整個大橋總造價的80%，通過材料使用性能、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、施工成本、橋梁景觀、環(huán)境保護(hù)和結(jié)構(gòu)耐久性等因素的考慮，引橋采用鋼板組合梁橋是先進(jìn)合理的。目前本項目施工進(jìn)展順利，總結(jié)本新型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)以下幾個方面：

（1）新型標(biāo)準(zhǔn)鋼板組合梁結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)合理的橋梁結(jié)構(gòu)形式，是現(xiàn)階段橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢所在。

（2）材料指標(biāo)的控制、設(shè)計方案的精細(xì)性和施工方法的合理性是本結(jié)構(gòu)能以加以推廣的關(guān)鍵。

（3）新型標(biāo)準(zhǔn)鋼板組合梁結(jié)構(gòu)可以真正讓裝配化、模塊化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思想和理念充分實(shí)現(xiàn)。

［1］ 劉玉擎.組合結(jié)構(gòu)橋梁［M］.北京：人民交通出版社，2005.

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［5］ 吳沖，強(qiáng)士中.現(xiàn)代鋼橋［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［6］ 樊健生，聶建國.鋼-混凝土組合橋梁研究及應(yīng)用新進(jìn)展［J］.建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2006（5）：35-39.

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U448.21+6

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1009-7716（2015）05-0071-03

2015-02-02

吳平平（1979-），男，安徽桐城人，高級工程師，從事橋梁設(shè)計及研究工作。