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        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

        2019-12-19 02:41:28李洞明
        城市道橋與防洪 2019年12期
        關(guān)鍵詞:形梁板梁馬蹄

        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?、鋼?;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,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跨徑的簡支梁中,雙T形梁具有外形簡潔、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。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)勢的結(jié)構(gòu)型式,主要反映在耐久性好、制造過程簡單、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?,通過調(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、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。

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