预制节段拼装连续梁上部构造特点

2013-01-09张文庆张春雷

城市道桥与防洪 2013年9期

于刚，张文庆，张春雷

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 前言

桥梁节段预制拼装施工工艺起源于欧洲。近十几年内，北美、西欧、日本等国相继制定发布了节段式混凝土桥梁设计和施工规范或规程。1989年AASHTO制定发布了《节段式混凝土桥梁设计和施工指导性规范》（以下简称“AASHTO规范”），并将预制节段体外预应力混凝土结构设计条款正式纳入了1994年AASHTO桥梁设计规范。1998年AASHTO-PCI-ASBI联合发布了预制节段箱梁标准。1990年CEB-FIP设计规范也纳入了节段式混凝土桥梁设计条款，部分施工建议条款。1999年德国发布了体外预应力结构设计指南。由于预制节段拼装技术在我国系统的应用与研究开展得较晚，到目前为止只有2006年建设部发布的行业标准《预应力混凝土桥梁预制节段逐跨拼装施工技术规程》（CJJ/T 111-2006）。同济大学编写的《公路体外预应力混凝土桥梁设计指南》（以下简称“指南”）对预制节段拼装、体外预应力桥梁的设计作了比较详细的规定，目前处于送审稿阶段，尚未正式实行。该指南实行后，将成为国内预制节段拼装桥梁设计的主要依据。

预制节段拼装桥梁越来越受到工程界的重视[1,5,6]，在国内外有多个工程应用，其中主要工程参数见表1、表2。

预制节段拼装桥梁主要有以下特点：

（1）桥梁节段工厂化预制，施工质量有保证，节省桥梁现场施工的空间和时间。

（2）城市高架中，预制节段拼装桥梁施工对交通和环境的影响小，有效减小了施工对社会的次生不利影响。

（3）体外预应力的大量运用和良好的施工质量使桥梁耐久性更有保证，桥梁全寿命花费和能源消耗少。

（4）大规模运用，施工机械化程度高，能使造价趋于经济。

（5）预制节段养护时间长，加载龄期晚，成桥后梁体的徐变变形以及预应力的长期损失都较现浇梁小。

当然，节段拼装的成功运用也需要辅以精心的设计和施工控制。设计过程需要模拟节段拼装施工过程并按有利于节段拼装施工的方向来进行构造设计和配置预应力钢束。施工时，需要对预制节段进行精确的尺寸控制及安装定位测控。研究分析[2]表明，体外预应力的应用，能够有效减轻结构自重，而且具有施工方便，便于检查和更换的特点，适合用于节段拼装桥梁结构。综合当前已建成桥梁经验，本文对采用体内体外预应力综合配筋的节段预制拼装大箱连续梁上部结构构造进行了构造分析。

1 构造特点

预制节段构造轮廓尺寸及细部尺寸拟定时，首要考虑适应预制节段的模块化。节段长度受到运输尺寸限制，如采用陆路运输，节段长度一般采用2.5～3.5 m；如采用水路运输，节段长度可适当放大。节段构造尺寸应尽量一致，尺寸变化也要便于预制施工。同一工程中，预制节段的类型应尽量少。

位于道路平曲线或竖曲线段内的预制节段梁[3]，应采用节段设计长度割线划分梁的平面轴线或立面轴线，将割线作为轴线形成平面或立面折线形的节段式梁，并使各节段一端的接缝与割线轴线垂直。这样的节段划分与连接方法，虽然不能保证箱梁表面与线形的光滑，但对节段预制施工带来很大方便，并且能有效控制节段预制和拼装精度。在预制节段长度内，每个节段都为直线，箱梁的竖曲线将在节段拼装完成后利用桥面铺装层修正，平曲线可以通过悬臂端部的部分现浇形成，见图1。

表1 国内主要的预制节段拼装桥梁

表2 国外主要的预制节段拼装桥梁

图1 平曲线及竖曲线桥梁节段划分

实际工程中，如果难以做到所有的梁等跨布置，则应通过合理的设计使各跨梁高相等。对于斜腹板箱梁，如出现少量大跨桥梁必须采用变高度梁，则应保持斜腹板高度不变，变高段采用等宽加高的方式，见图2。

图2 预制节段拼装箱梁变高度方式

1.1 顶板底板腹板变厚设计

考虑到便于节段预制模板系统操作，箱梁顶板、底板或腹板如需变厚，厚度的变化不宜渐变，而应在节段分段处突变，这样便于预制节段模板的调整。腹板厚度突变实例照片见图3。

图3 预制节段腹板厚度变化方式

1.2 剪力键

由于没有普通钢筋穿过预制节段的接缝，必须设置特殊的构造承受与传递剪力，并能使节段拼装连接方便、准确。这种构造通常称为剪力键。

腹板内剪力键，主要承受与传递接缝截面在正常受力情况下的剪力；顶板内剪力键，主要用于传递接缝位置桥面车辆荷载引起的剪力，协助节段拼装镶嵌对接定位；底板内剪力键，主要用于协助节段拼装时的镶嵌对接定位；腹板与顶板和底板结合区的剪力键，主要用于因超载等原因造成接缝开展后的剪力传递。剪力键布置见图4。

图4 剪力键布置示例

为了美观和便于环氧胶体挤出，腹板剪力键宜靠内侧设置；顶板的剪力键应承受桥面局部荷载作用，应设在顶板的中间位置，为便于环氧胶体挤出，宜在上侧设置出胶槽；底板及其它位置的剪力键均由箱梁内侧设出胶槽。为便于节段密接匹配预制时脱模，拼装时镶嵌对接及挤出多余的环氧胶体，剪力键一般构造成凹凸密接的棱台状。键槽与键块上、下侧面的倾斜角应接近45°，以便在重力及胶体固化前润滑作用下，键块（槽）将所受剪力传递至节段端面的受力钢筋。为了使剪力键有效地承受及传递接缝剪力，《指南》对剪力键尺寸做了量化构造规定，供设计参考。

1.3 接缝

预制节段的接缝主要有湿接缝、干接缝、胶接缝三种形式。

湿接缝通常指的是拼装与0号块连接的第一节段时，需要对预留钢筋进行焊接的接缝。在满足抗剪强度要求的情况下，也可以采用无伸出钢筋仅填筑水泥砂浆的平面湿接缝。湿接缝施工占用工时多，但有利于调整节段的位置和增强接头的整体性。现浇接缝的宽度应允许体内预应力管道连接和混凝土浇筑振捣，但现浇接缝内通常不配置普通钢筋故宽度应尽量小。例如崇启大桥引桥、苏通大桥引桥湿接缝宽度为15 cm，上海长江大桥引桥湿接缝长度为20 cm。湿接缝处体内预应力钢束管道应采用专用的连接管件，否则无法达到线性平顺及限制接缝宽度的要求。为了满足现浇湿接缝的受力，预制节段的端面应设置剪力键或进行凿毛露出粗骨料。

干接缝[4]指节段接缝不涂任何粘结材料而直接相拼的接缝。密贴的平面或齿形干接缝可简化拼装工作，但由于接缝渗水会严重降低拼装结构的运营质量和耐久性，故很少采用。

胶接缝是节段拼装中最广泛采用的接缝形式，相邻节段用环氧树脂胶粘结在一起。胶接缝能起到防水作用，从而提高结构的耐久性。