浅谈高等级道路小跨径桥梁梁型方案

王 军

（华东建筑设计研究院有限公司，上海市 200041）

0 引言

空心板梁由于其经济性、施工快捷性、地理适应性和工厂化生产、运输、安装形成的产业链，是其他结构无法比拟的。很长一段时期以来，上海地区乃至全国的公路和市政道路在中小跨径的桥梁上，已非常普遍地采用预制装配式空心板梁结构。

然而，经过对采用空心板结构的既有桥梁的检查，暴露出空心板产生的诸多病害，比如：支座脱空、铰缝薄弱甚至断裂而造成单梁受力引起梁体开裂等，严重影响结构耐久性和使用安全。上海市城乡建设和交通委员会印发沪建交[2009]1048号文《上海市城市道路和公路设计指导意见》（试行）中5.1.1条规定：“高速公路、一级公路、城市快速路、城市主干路和专用重车线路上的大、中、桥应采用行车舒适、耐久性好、养护方便的结构型式，优先选用连续结构体系，一般不得采用预制装配式空心板结构。”

在城市高等级道路的改、扩建工程中，尤其在软土地基、水网密集地区，采用小三孔桥梁是合理的，但原先小跨径桥梁采用铰接板梁，已无法满足现行标准，如何解决是当前迫在眉睫的问题。文中将对几种低高度、小跨径的梁型方案进行综合比较，优选出合理的方案来替代空心板。

1 空心板概述

装配式空心板桥横向通过现浇的混凝土铰缝连接，使各块板梁联接成为整体。根据铰缝类型可分为小铰缝空心板（见图1（a））和大铰缝空心板（见图1（b））。铰缝与混凝土铺装同时浇筑，作用于行车道上的汽车荷载通过桥面铺装传力到空心板梁，由经铰缝相连的各块板梁共同受力。

图1 常用铰缝型式

由此可见，铰缝是装配式空心板的关键部位，桥面板的整体性主要取决于铰缝质量的好坏，同时也是其薄弱环节。在长期的重载冲击作用下，空心板铰缝处混凝土会破碎、脱落、大面积渗漏，从而横向联系减弱，形成单梁受力，最终导致空心板梁底出现裂缝，影响桥梁耐久性和安全使用。

对于装配式空心板的常见病害，各方采取了有针对性、系统的维修加固措施，也取得了一定的成效。同时，由于对病害桥梁的加固维修处理，一方面给正常的交通造成很大影响，尤其是城市道路；另一方面也增加了桥梁的维护运营成本。

2 合理的小跨径桥梁上部结构应具备的特征

（2）采用预应力结构，确保结构耐久性。

（3）结合施工条件，具备现场预制（后张法预应力）和工厂预制（先张法预应力）的要求。

（4）结构高度与空心板梁接近，满足软土地区、水网密集区域道路工程需要。结构断面满足：模板安装、脱卸方便；混凝土浇筑便利、密实；适应两类预应力筋（索）布置。

（5）桥面横桥向刚接，增加横隔板提高整体刚度，提高低高度梁使用性能。

3 梁型方案比较

由于桥面横向连接必须采用刚接，桥梁结构采用以下三种形式进行比选：

（1）密肋式工字梁（见图2）

图2 密肋式工字梁

密肋式工字梁横向刚接，且跨中、四分点设横隔板，横向受力性能好，整体性强。起重重量较轻，混凝土浇筑容易振捣、密实，施工方便，经济性好。

通过实际生产的经验证明，利用CORS技术进行地形图测量相比常规的测量手段有很大的优越性，不仅节省了人工成本，测点密度也能符合成图的需求，有效地提高了测图的效率[2]。

（2）刚接小箱梁（见图3）

图3 刚接小箱梁

刚接小箱梁采用桥面板横向刚接，仅在支点处设横隔板，跨中不设横隔板，横向受力性能一般，由于梁高较低（16 m梁高0.9 m，10 m梁高0.7 m），混凝土浇筑不易振捣，内模胶囊抽拔困难。采用预制+现浇的方法施工，即先预制箱梁端部底板及腹板，待胶囊撤出后，再浇筑封头板及箱梁顶板。新、老混凝土结合处需凿毛、润湿；二次浇筑的混凝土需达到100%设计强度后，方可放张预应力筋。

（3）槽型组合梁（见图4）

图4 槽型组合梁

槽型组合梁在低梁高情况下可保证混凝土浇筑质量，跨中、四分点设横隔板，横向受力性能好，整体性强，横向刚度较大。中心轴较低，裸梁施加预应力受力不利，需再加临时预应力束，施工麻烦，且现场浇筑混凝土量较大比较复杂，经济性较差。

三种梁型方案比较见表1。

表1 三种梁型方案比较

密肋式工字梁方案，其优点在于：

采用预制+现浇湿接缝的施工方法，根据施工条件，可在现场或在工厂预制，可以确保施工质量、工期以及控制工程造价；采用预应力结构，可确保结构耐久性；结构高度低，可满足软土地区、水网密集区域道路工程需要；桥面横桥向采用刚性连接，增加横隔板提高整体刚度，可提高低高度梁使用性能。

综上所述，工字梁方案结构合理，在耐久性、经济性以及施工等方面均优于其它两种梁型，故推荐采用密肋式工字梁方案。

4 工字梁国内外现状及应用

工字梁的应用在国内已有很长的历史阶段。在上世纪60年代，工字梁加微弯板形成空心板的结构已有采用，建于1967年的上海江宁路桥已经拆除重建，其拆除的中跨36 m及边跨16 m工字梁并无可见裂缝，实践表明是相当成功的。

近年来，国内对后张法预应力混凝土T梁应用广泛，跨径一般大于25 m；由于空心板结构的大量应用，对低高度、小跨径的工梁的应用较少。

在美国，先张法预制I型梁于上世纪50年代开始采用，已成为跨径21～36 m桥梁最常用的梁型。1956年美国联邦公路管理局组织编制了预制混凝土I型梁的通用设计图（AASHTO梁系列见图5），随后又增加了不同的截面形式，各个州也根据实际情况推出了不同的截面形式。经过长时间的发展，I型梁的设计逐渐定型。

图5 AASHTO梁系列

上世纪90年代，美国内布拉斯加大学路桥系结合高强度混凝土及新型钢绞线对I型梁进行了优化设计和研究，推出了NU梁系列(见图6)，梁高为0.75～2.4 m，适用跨径范围为10～65 m。

美国I型梁的预应力体系有先张法、后张法，以及两者结合；先张法中钢绞线有直线形及折线形；结构体系有简支，也有简支变连续。

图6 NU梁系列

5 结语

空心板结构在小跨径桥梁中应用多年，工艺已经相当成熟。但是，随着全国高等级道路的建设，装配式空心板已经难以满足其发展的需要。低高度、小跨径桥梁在软土地基、水网密集地区的道路工程上具有较好的经济性和适用性。新梁型既要克服已建空心板结构在使用过程中出现的问题，又要继承原有空心板梁结构在制作、运输、安装等环节上标准化、工厂化的特点，还要全面提升结构的承载能力和耐久性。

工字梁结构特点显著，一方面能够弥补空心板的固有缺陷，另一方面在耐久性、经济性以及施工等方面都优于其它梁型，又有国内外应用的实践经验。下一阶段通过对主梁断面形式、预应力类型、制作安装工艺及成桥后结构工作状态等多方面分析、论证，拟定出合理的结构形式。在理论分析的基础上，进行实梁和实桥荷载试验，达到应用性研究的目的和要求。

[1]范立础.桥梁工程(上)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]魏明光,李国平.预制装配式空心板梁桥横向连接方式的比较[J].结构工程师,2012,28(5):29-34.

[3]殷晓歌,梁峰.装配式空心板桥铰缝病害成因分析及防治[J].科技致富向导,2012(5):336，374.

[4]AASHTO.AASHTO LRFD bridge design specifications[M].4th Edition.American Association of State Highway and Transportation Officials,2007.