密肋式矮T梁与空心板梁在中小跨径桥梁方案中的比选与分析

徐腾飞

（中铁上海设计院集团有限公司南京设计院，江苏南京 210000）

0 引言

目前江苏省省内普通干线公路中，L≤20m 跨径的中小跨径简支桥梁上部结构大多采用装配式PC 空心板梁结构。因空心板梁结构具有建筑高度低、装配施工简便、易实现设计、施工标准化等特点，因此其在工程建设中被广泛应用。然而，随着工程建设的推进，此类结构受到构造缺陷、施工技术、超载车辆等因素的影响，会导致工程病害频发，主要病害体现在以下几点：第一，空心板之间铰缝连接较少，易开裂、剥落，造成单板受力、梁体开裂；第二，板底4 个支座易脱空；第三，由于空心板梁高较低，内模易上浮且脱模困难，因此其顶板厚度难以控制。大多数空心板梁在运营十多年后，就要进行维修加固，这与其50 年的设计使用年限严重不符。虽然管养过程中，能够采取相应措施来改善空心板梁的受力状态，但难以彻底解决铰缝受力薄弱的问题。而真正有效的管维方法应能够变铰缝连接为刚性连接。因此，基于传统T 型梁桥的良好使用效果，考虑将空心板闭口截面改为开放式实体肋板截面，横向采用现浇湿接缝来连接，即利用传统T 梁的优势研究设计小间距密肋式矮T 梁替代空心板梁，以此彻底解决铰缝问题。

1 工程概况

江苏省常泰过江通道南北公路接线工程某标段路线全长约7.012km，采用双向六车道高速公路标准建设，设计速度120km/h，路基宽度为34.5m，沿线地势平坦，河网密布，全线共设置跨河桥梁9 座，总长1372.359m，其中16m 跨径桥梁2 座。针对目前江苏省内20m 跨径以下的中小桥梁常见病害，根据工程总体方案需求，对中小跨径桥梁进行密肋式矮T 梁方案与空心板梁方案比选。

2 中小跨径桥梁应用情况

通过调查研究并结合以往省内外干线公路项目经验及设计原则可知，在进行中小跨径（L≤20m）桥梁结构类别的选择时，对于L≤20m 的桥梁结构，江苏省等大部分省份以空心板梁为主，不过安徽省、浙江省等个别省份已经开始推广使用密肋式矮T 梁。

3 结构设计比选

3.1 优化后的空心板梁

为更好比选，通过对空心板梁病害特征的分析研究，对其进行优化设计，主要包括以下几个方面：

3.1.1 单板受力问题

第一，明确要求先采用小石子混凝土浇筑铰缝混凝土，此后进行振捣密实，检查验收合格后，再施工桥面现浇层混凝土[1]。

第二，空心板铺装层横向钢筋一直较弱，为此可将此处钢筋直径增加至12mm，必要时适当加大现浇层厚度，以强化横向受力的整体性。

3.1.2 先张法空心板预应力传递长度问题

江苏省2015 版通用图中16m 空心板只有2 根通长束，扣除预应力传递长度影响，有效束通过支点较少，特别是先简支后连续结构预制梁端和现浇连续段交界面附近预应力强度较低，易出现开裂。因此，需根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）规范第6.1.8 节要求，考虑预应力传递长度的影响，经核查，部颁通用图考虑了此影响，因此该部分优化应参考部颁通用图。

3.1.3 空心板内模问题

由于空心板充气胶囊容易变形、上浮，根据《公路水运工程淘汰危及生产安全施工工艺、设备和材料目录》要求，空心板禁止采用气囊，优化后施工图设计应按照要求采用钢内模[2]。

3.2 密肋矮T 梁

以34.5m 整体式路基16m 跨径密肋式矮T 梁为例，其单幅桥面宽度为16.775m，由10 片简支中间梁和2 片简支边梁通过横向连接安装在桥墩盖梁的支座上，梁高0.95m，边梁预制梁宽1.05m，中间梁预制梁宽1m，湿接缝宽0.411m，桥面铺装由10cm 沥青混凝土＋10cm C50 防水混凝土组成，桥面两侧均设置SS加强型墙式防撞护栏，如图1 所示。

图1 16m 跨径密肋矮T 梁跨中标准横断面图（单位：mm）

简支中梁的下部设有纵向贯通的竖直梁肋，上部设有横向延伸的翼缘板，上部翼缘板和下部梁肋形成T 型断面结构，梁端处梁肋左右两侧各设有倒L 型端横梁，梁体跨中处梁肋左右两侧各设有中横梁，如图2所示。

图2 16m 跨径密肋矮T 梁立面图（单位：mm）

简支边梁的下部设有纵向贯通的竖直梁肋，上部设有横向延伸的翼缘板，上部翼缘板和下部梁肋同样形成T 型断面结构，梁端处梁肋一侧设有倒L 型端横梁，另一侧设有端面横隔板，梁体跨中处梁肋的左右两侧各设有中横梁，如图3 所示。

图3 16m 跨径密肋矮T 梁边梁、中梁跨中横断面图（单位：mm）

尽管对空心板结构进行了优化设计，但其仍无法克服自身的“先天缺陷”，即：1 块板梁需要4 个支座，支座易脱空形成3 个点支承受力，对梁板产生不均衡扭矩以及一端单支点支承使该支点处剪应力突变增大。同时，空心板内模虽已由圆形改为八边形，且采用钢芯模，以防止内模上浮造成顶板厚度过薄，但实际施工时，因内腔空间较小，同样会造成钢内模上浮，导致顶板厚度难以控制[3]。

另外，按照相关规范要求，桥梁上部结构选型应考虑管养需要，按照能到达、能检查、能维修、能更换的要求进行设计。空心板结构建成后，管养人员难以到达封闭的梁板内部。仅靠外观检测难以发现梁板的内部病害，无法判断桥梁结构实际的运行状态。而密肋式矮T 梁结构的开放式断面使工作人员可以直接对梁体各部分进行检测，后期运维管养更加便捷。

4 造价对比

为掌握两种结构的造价指标，结合工程实际情况，对5×16m、3×16m 两座中桥上部结构进行对比分析，结果见表1。

表1 工程造价对比明细表

从表1 中可以看出：

第一，密肋矮T 梁相比空心板混凝土指标减少2.6%～2.7%；

第二，密肋矮T梁相比空心板预应力钢筋指标增加1.2%～1.3%；

第三，密肋矮T梁相比空心板普通钢筋指标增加22%；

第四，密肋矮T梁相比空心板上部结构建安费增加4.21%～4.32%；

第五，密肋矮T梁相比空心板养护维修费用指标减少28.57%。

总之，可以看到相比空心板结构，密肋矮T 梁混凝土工程量有所减少，而预应力钢筋与普通钢筋用量有所增加，工程造价增加4.21%～4.32%，后期养护费用降低28.57%。从全寿命周期过程来看，密肋矮T梁总体造价比空心板低10%左右。

5 施工便利性对比

从施工角度，并结合工程实际情况，对16m 跨径进行对比，结果见表2。

表2 施工便利性对比表

由表2 比选结果可知，空心板梁与密肋矮T 梁均可工厂化预制，空心板梁内腔小，拆模不便；密肋矮T梁吊装重量轻，为同等跨径空心板的86.1%，便于施工[4]。

6 比选结果

综合分析空心板与密肋矮T 梁的各自特点，方案比选结果见表3。

表3 综合对比表

7 结语

江苏省干线公路桥梁众多，从桥梁规模来划分，特大桥、大桥所占比重较低，中小跨径桥梁所占比重较高，可达到82.9%，中小跨径桥梁上部结构类型主要为空心板梁。由此可见，建好中小跨径桥梁是创建品质工程，实现绿色公路全寿命周期建设理念的基本突破点。在创建绿色公路时，需通盘考虑全寿命周期成本，强调建、养并重。综合对比分析空心板梁与密肋式矮T 梁可知，密肋式矮T 梁优势明显，其全寿命周期造价比同等跨径的空心板结构降低10%左右，因此值得在江苏省内推广应用。