中等跨径桥梁预应力混凝土小箱梁与波形刚腹板PC梁的比较

2016-12-18梁鹏

四川水泥 2016年3期

关键词：跨径腹板箱梁

梁鹏

(绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司四川绵阳 621000)

中等跨径桥梁预应力混凝土小箱梁与波形刚腹板PC梁的比较

梁鹏

(绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司四川绵阳 621000)

对中等跨径桥梁的上部构造方案选用时，对钢筋混凝土腹板构件和波形刚腹板构件的应用进行经济技术比较。

中等跨径；钢筋混凝土腹板；波形刚腹板；经济技术比较

引言

绵阳川交大桥位于绵阳市城区涪江上，对桥梁设计需要从桥梁功能、美观、造价方面进行综合评价。在设计过程中对于桥梁上部构造进行了方案的讨论，主要对于上部构造采用预应力混凝土小箱梁和波形刚腹板PC梁在经济、技术两个方面进行了比较。

1、项目概况

川交大桥位于绵阳市市区涪江之上，距离上游宝成铁路桥约1.9km，距离下游汉龙大桥约1.2km。川交大桥起点接滨江西路与圣水南街交叉口，上跨涪江后东接小岛西路连接科学城2#隧道。川交大桥全长472.16米，接线道路长146.418米，道路等级为城市次干道，设计车速为40km/h，双向四车道，标准路幅宽度23m。

本桥共分四联，其中第一联跨径布置为3×34m，第二联、第三联、第四联采用跨径布置均为三联3×40m，全桥共长472.16m，桥面标准宽度为23m，进入滨河路路口处拓宽至29m。桥面设双向1.5%的横坡，横坡采用盖梁或台帽斜置调坡。

2、上部构造方案

2.1 方案一：预应力混凝土小箱梁

采用传统的钢筋混凝土预应力小箱梁结构。桥梁全宽由8片40m跨径小箱梁组成，预制梁之间采用现浇湿接缝连接。

2.1 方案二：波形刚腹板PC梁

40m箱梁采用新工艺波形钢腹板PC梁结构，桥梁全宽由8片I形梁构成，两片I形梁间现浇1.7m宽钢筋混凝土结构组成箱梁，每两片箱梁间采用湿接缝连接。

3、方案比较

该项目使用波形刚腹板生产厂家提供的现有波形刚腹板40m跨径的图纸，进行了桥梁的初步设计。以40m跨径为例对波形刚腹板PC梁与预应力混凝土小箱梁进行了比较。

1）预应力钢束的使用：本项目同样长度的桥梁，预应力混凝土小箱梁钢绞线用量为210691.8Kg，波形刚腹板钢绞线用量为114810Kg。预应力混凝土小箱梁预应力钢筋布置在腹板和底板，波形刚腹板则布置与底板。

从钢绞线用量上来说波形刚腹板箱梁能提高预应力效率，改善结构性能。波形钢腹板的纵向刚度较小，几乎不抵抗轴向力，因而在导入预应力时不受抵抗，纵向预应力束可以集中加载于顶、底板，有效地提高预应力效率。

2）梁体材料工程量比较：本项目同样长度的桥梁，预应力混凝土小箱梁的预制混凝土用量为4329.6 ，现浇混凝土用量为168.5 ；波形刚腹板PC梁预制混凝土用量为3201.42 ，现浇混凝土用量为1527.7 。钢筋混凝土小箱梁钢筋用量为948.4t，波形刚腹板钢筋用量为1232.1t。

在波形钢腹板PC箱梁桥中，混凝土用来抗弯、抗压，波形钢腹板用来抗剪，发挥波形钢腹板抗剪能力强和混凝土抗压强度高的优点，有利于这两种材料发挥各自优势作用。但在本项目的初设工程量估算中发现，在40跨径的箱梁桥中波形刚腹板不能很好的体现材料的利用效率优势。反而是通过增加梁高和材料用量来减少了钢绞线的使用量。

一般情况下，波形钢腹板预应力混凝土箱型梁桥的腹板采用较轻的波形钢板，其桥梁自重与一般预应力混凝土箱梁桥相比降低、减小了结构重力产生的下绕度，能够减少下部工程量。而在本项目工程量对比中波形刚腹板PC梁未能体现出该特点。

3）施工工艺比较：预应力混凝土小箱梁施工采用工厂化预制，基本工艺为绑扎钢筋-预埋波纹管和钢绞线-立模-浇筑混凝土-张拉-架梁的施工顺序。波形钢腹板 PC 箱梁桥在施工过程中，可减少大量的模板和预制混凝土浇筑工程，免除在砼腹板内预埋管道的烦杂工艺，而且波形钢腹板可以工厂化生产，现场拼装施工。

本项目中波形刚腹板可体现节省了大量模板的优势，而预制混凝土工程量的减少可降低梁体吊装重量，有利于减少工程措施费用。但在初步设计阶段进行了一定的调查发现，能熟练的完成波形刚腹板工程施工的有经验的施工队伍较少，无形中增加了波形刚腹板的施工技术难度。

4）景观效果比较：该项目属于市政工程桥梁采用波形刚腹板具有结构形式新颖，腹板表面可进行涂装装饰，具有较好的城市美化效果。

5）经济比较：我国现在钢材产能比较大，钢材产量较高，市场价格比较稳定，而波形刚腹板的使用可以为钢材的使用提供新的途径。

该项目初设中估算的刚腹板钢材为666.3t，根据工程造价的比较发现刚腹板钢材的单价较高达到了 13000-15000元每吨。分析发现由于生产厂家较少，材料运输距离过长，而且波形刚腹板的附加价值较高，造成了波形刚腹板的单价过高。因此在该项目初设估算结果表明波形刚腹板在40m跨径的桥梁使用时没有明显的造价优势。

4、方案必选结果

方案名称波形钢腹板PC梁预应力小箱梁结构形式现浇连续梁+预制小箱梁(波形钢腹板)现浇连续梁+预制小箱梁(钢筋砼腹板)技术可行性施工工艺相对复杂。对施工队伍要求较高。后期养护工作量较大。施工简单，工艺成熟，后期养护工作量小。梁高 2.5m 2.0m估算造价建安费：5777.99万元，建设费用较高，维护费用较高建安费：4308.65万元，建设费用较低，维护费用较低桥梁景观景观效果较好景观一般

在绵阳川交大桥设计工作中，对两种方案比较发现，波形刚腹板在中等跨径桥梁中没有明显的优势。因此该桥最终选定采用传统的预应力钢筋混凝土小箱梁结构方案。

5、波形刚腹板的其他优势

波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥就是用波形钢板取代预应力混凝土箱梁混凝土腹板做成的箱梁桥，简称为波形钢腹板 PC箱梁桥。其显著特点是用厚度10～20mm左右的钢板取代了厚度 30～80cm的混凝土腹板。第二个特点是鉴于顶底板预应力束放置空间有限，而应用体外索来代替部分或全部体内索。

1）在该项目中波形刚腹板与大跨径波形刚腹板相比，钢绞线的使用上均为体内束。而体外预应力筋可以更换，便于桥梁的维修和补强。波形钢腹板PC箱梁桥采用体外预应力承受活载，因而在长期运营后可以对体外预应力索进行更换，以恢复承载力和进行结构加固，从而能降低了波形刚腹板的维护难度。而40m跨径的刚腹板箱室较小不便于体外束的设置。

2）波形刚腹板PC梁施工时可利用波形钢腹板作临时设施，节省设施费用、加快施工速度：悬臂浇注时钢腹板可用作挂篮的组成部分、顶推施工时可以用腹板作导梁、现浇时可省略腹板模板。同时波形钢腹板箱梁桥节段悬臂施工长度一般为4.8m，对悬臂施工的桥梁减少了节段数量，缩短了工期：由于梁体自重的减轻，悬臂施工时，可减少节段数量。对于大跨径悬臂施工桥梁，采用波形钢腹板PC箱梁桥，其上部结构整体施工周期较传统预应力混凝土箱梁桥节省30%以上。而中等跨径的桥梁在工期节省上没有明显的优势。

3）在大跨径桥梁中采用波形刚腹板能避免腹板开裂问题，耐久性能好。传统的预应力混凝土箱梁桥受外力荷载以及混凝土收缩、徐变的影响，常常在腹板出现裂缝，造成混凝土截面削弱、钢筋腐蚀乃至于要进行维修补强等一系列问题，成为预应力混凝土箱梁桥的普遍病害，而波形钢腹板PC箱梁桥则不会出现上述问题，耐久性能较好，后期维护主要以波形钢腹板防腐保护为主。而中等跨径的桥梁中腹板开裂的问题并不常见，可通过调整弯起钢束的数量、严格控制施工质量等措施降低腹板开裂的可能性。