密肋式T梁在城市中小跨径桥梁设计中的应用

金 涛

(宁波市城建设计研究院有限公司，浙江 宁波 315012)

1 概述

宁波市区范围河网密布，中小跨径的桥梁众多。这些桥梁上部结构多采用装配式空心板梁。装配式空心板梁，因为其结构厚度小，可以减少桥梁接坡填土高度；制作标准化高，可以在预制场批量提前浇筑预制；安装方便，可以直接采用汽车吊装等诸多优点，在城市中小跨径桥梁中得以广泛应用。但是随着一些重载交通的项目建成使用，装配式空心板梁的一些长期病害逐渐显现。再结合施工中存在一些问题，装配式空心板梁主要有以下不足：1)铰缝问题。装配式空心板梁桥长期使用会在铰缝处产生纵向裂缝，削弱板梁之间的连接，使得单个板梁受力增加；2)芯模问题。不论是橡胶芯模还是钢板芯模，如果施工管理不到位，都会因为芯模上浮导致顶板厚度降低，而且不容易检查发现；3)支座问题。一块装配式空心板梁下布置4块橡胶支座，再加上桥梁的纵坡横坡，非常容易导致支座脱空现象发生。

针对装配式空心板梁的不足，近些年一些新型的截面梁也不断的被提出，例如：刚接空心板梁、π型板梁以及T型梁。其中密肋式T梁因其出众的能力，在公路项目上有逐渐取代装配式空心板梁的趋势。通过对其学习研究发现，密肋式T梁同样在城市桥梁设计中具有非常大的发展潜力。密肋式T梁横向铰缝连接改为湿接缝刚接，除了在挑臂处还在端横梁中横梁处连接，解决了铰缝连接薄弱易开裂的问题；密肋式T梁从断面形式上把空心截面改为实心截面，取消了内置芯模，避免了芯模位置难以控制的施工难题，保证了梁体结构尺寸的准确；密肋式T梁把两端双支座变为两端单支座，两点支撑受力简单明了，基本避免了支座脱空的可能。

2 工程概况

桥梁总长39 m，桥梁总宽56 m。桥跨布置为13 m+13 m+13 m。横桥向分为两幅桥梁，左右两幅横断面布置均为3 m人行道+3.5 m非机动车道+1 m分隔带+16.5 m车行道，中间为8 m的中央绿化带。上部结构：13 m预应力混凝土密肋式简支T梁，桥面连续体系。汽车荷载：城—A级。

主梁截面尺寸：梁高0.75 m，腹板厚度0.35 m，顶板厚度0.18 m，主梁中心距1.54 m，主梁预制部分宽1.2 m，现浇部分宽0.34 m。桥梁横断面见图1，T梁断面见图2。

3 结构计算

3.1 横向分布计算

主梁之间采用后浇带连接，并在端部设有端横梁，增加了连接的可靠性，横向分布计算采用刚接梁法。计算软件采用最新版《桥梁博士V4.3》，根据实际16片主梁计算，结果见图3。

因为这座桥的人行道非机动车道和车行道是布置在一起的，所以横向分布系数计算结果偏小，考虑到主梁的通用性，我们又分别计算了几个不利断面的工况。以6片梁8 m宽车道最为不利，结果如图4所示。

3.2 结构内力(应力)计算

主梁结构计算分别采用《Midas2020》和《桥梁博士V4.3》两款有限元分析软件进行。按预应力混凝土A类构件控制预应力。每片主梁采用两束7根Φ15.2预应力钢筋。预应力钢筋布置如图5所示。

3.2.1计算模型

主梁采用预制吊装法施工。共划分为28个单元，29个节点。利用Midas建立单梁单元分析模型，计算模型如图6所示。

3.2.2计算结果

经过计算，可得如下13 m单梁计算结果(见表1～表3)。

表1 13 m T梁承载能力极限状态内力

表2 13 m T梁正常使用极限状态短期组合应力

表3 13 m T梁正常使用极限状态长期组合应力

使用《桥梁博士软件》建立相同模型验算，结果基本符合。从计算结果可以看出，主梁混凝土上下缘应力均有一定储备，有利于提高结构的耐久性。

4 结构设计优化

4.1 湿接缝的设计优化

密肋式T梁施工的一大难点就是两片主梁顶板之间的湿接缝施工。以往的设计是两片主梁分别伸出连接钢筋，伸出长度使钢筋相邻但不重叠，然后用单独的环向钢筋与两边主梁钢筋通过焊接相连。这样的设计使得现场钢筋焊接的工作量巨大，而且两边主梁伸出的钢筋位置各异，还需要进行纠正才能焊接。再加上现场焊接质量参差不齐，很容易导致连接的可靠性降低。

经过翻阅大量研究资料，提出了环形锚固钢筋结构。延长两片主梁伸出的连接钢筋，上下两层连接钢筋在端部连接，两片主梁钢筋只需要保证重叠长度满足锚固要求，不需焊接。钢筋通过环箍中间的核心混凝土形成可靠连接。施工时只需要注意相邻两片梁的伸出钢筋交错布置，避免吊装时冲突。新的优化方案省去了大量的钢筋焊接工作，保证了湿接缝的施工质量。湿接缝配筋图见图7。

4.2 过桥管预埋件的设计优化

城市桥梁与公路桥梁的一大区别就是桥上众多的过桥管线。采用装配式空心板梁的桥梁只能利用有限的人行道处的人行道板架空空间。往往由于空间不够，还需单独建设管线桥。密肋式T梁得益于边板较长的悬臂，通过在主梁浇筑时预埋钢板作为管线桥架的连接件，在边梁的外侧构造出一处过桥管线空间，可以布置一些重量不大或者需要开放空间的管线(例如电力管和煤气管)(如图8所示)。

4.3 断面结构优化

传统T梁为了节省造价降低自重，采用了变截面设计，在跨中采用马蹄形截面，端部采用T形截面。马蹄形断面的中腹板厚度较薄，对预应力张拉和混凝土的振捣要求比较高。密肋式T梁的梁高比较小，采用马蹄形断面节省的混凝土数量有限，而且变截面的设计给模板制作也带来麻烦。所以把密肋式T梁全断面设计为T型断面。腹板厚度通长布置为30 cm，增加了主梁侧向抗弯刚度，降低了预应力张拉不当导致侧弯的可能。全断面统一，使施工更加方便，提升了施工效率，减少了施工工期。

5 结语

城市桥梁中目前大量使用的装配式空心板梁，存在着各种先天缺陷，导致桥梁结构寿命降低，维修养护成本增加。为了避免这些病害，通过对公路密肋式T梁的学习研究，并针对城市桥梁进行设计优化，在断面结构、湿接缝和过桥管预埋件等诸多方面进行改进。使密肋式T梁在城市中小跨径桥梁上进行实验性应用，并为将来全面推广创造条件。