一种基于K字型钢横隔梁的新型预制T梁横向连接方案研究.docx

? ? 一种基于K字型钢横隔梁的新型预制T梁横向连接方案研究 ? ? 董汉方，赵颖芳，陈光军 (1.浙江省长兴交通投资集团有限公司 湖州市 313100； 2.浙江工业大学 土木工程学院 杭州市 310014) 1 概述 预制T梁在设计中结构简单、受力明确，随公路的快速建设其应用日益广泛。T梁间横向联系传统采用钢筋混凝土结构，在斜交桥及以曲代直的小半径曲线桥施工中，经常出现横隔梁错位错台，现浇时对齐困难，力学性能较差。长期运营中二次病害多，易出现横隔梁开裂、钢筋锈蚀，影响主梁受力导致桥面板开裂等问题，严重影响桥梁正常使用。国内学者对此做了一些研究，如文华峰等[1]针对高速公路曲线T梁设计和施工要点展开了分析，李银霞[2]、杨勇等[3]对T梁整体液压模板进行改进和应用，狄晓庆等[4]针对弯桥直做预制T梁内外梁长不一提出了长度可调模板，周平等[5]针对预制T梁翼缘板湿接缝悬空、条状、宽度较窄且不变等特点，给出了一种新型湿接缝工具式模板组件。 给出了一种采用K字型钢横隔梁替代混凝土横隔梁，以解决横隔梁对齐的横向联系方案，结合某案例工程验证了钢横隔梁可行性。提出一种基于K字型钢横隔梁的预制T梁模板，实现模板无需预留横隔梁位置的功效，并完善配套的预埋件设计与横坡调整功能，为同类工程提供参考。 图1 曲线桥横隔梁错台示意图 图2 斜交桥横隔梁错位示意图 2 横隔梁形式与受力特点 传统混凝土横隔梁如图3所示，横隔梁浇筑分两步进行：T梁预制时与翼缘板一齐浇筑部分横隔梁；待梁体架设完成后，主梁之间支模、架筋，现浇翼缘后浇带及剩余部分横隔梁。K字型钢横隔梁如图4所示，主体采用钢管桁架结构形式，主梁预制时梁内设置预埋件。在施工现场架设完成后，整体吊装钢横隔梁，通过节点板位置螺栓连接成型。预埋件位置可微调，钢结构安装精度高，可很好解决横隔梁间对齐问题。 图3 混凝土横隔梁示意图 图4 钢横隔梁示意图 为评价两种横隔梁形式受力特点，采用midas建立梁格法模型评价受力性能。选取案例工程为20m预制T梁简支梁桥，桥面宽度10m，纵向布置5片预制T梁，间距2.05m，标准断面如图5所示；预制T梁长度20m，梁端均设置端横隔梁，中间设置两道横隔梁，横隔梁间间距4m，如图6所示。预制T梁截面主要尺寸为：顶板宽1.7m，板厚由翼缘0.16m过渡至腹板处0.25m；腹板厚0.2m，高0.95m；梁底高0.4m，加腋0.2m，梁底宽0.44m。 图5 预制T梁桥标准截面横断面图 图6 预制T梁桥立面断面图 主梁采用梁单元，混凝土横隔梁采用虚拟横梁模拟，K字型横隔梁采用杆单元模拟。主梁两端简支，混凝土强度C40，钢材标号Q345D。根据所采用的横隔梁形式设置无横隔梁、混凝土横隔梁、K字型钢横隔梁三种工况。为表述方便，将图5中五片主梁由左及右依次编号为主梁A～E。荷载按标准车道荷载加载，在主梁C跨中布置300kN集中力，纵向全长布置均布车道荷载。 以车道荷载下主梁跨中挠度为评价标准，各主梁计算结果如图7～图9所示。不设置横隔梁，三主梁挠度分别为0.682mm、2.997mm以及5.368mm；设置混凝土横隔梁，挠度分别为2.203mm、2.589mm以及2.966mm；设置K字型钢横隔梁，挠度分别为2.165mm、2.603mm以及3.206mm。图10为主梁C横隔梁位置挠度情况，除跨中位置外各点挠度差别小。 图7 主梁A跨中挠度 图8 主梁B跨中挠度 图9 主梁C跨中挠度 图10 主梁C横隔梁位置挠度 结果表明，混凝土横隔梁刚度最大，横向传力性能好，三主梁变形值相对比较接近；K字型钢横隔梁在直接承受荷载的C梁处挠度差值小于10%，剩余主梁挠度偏差均在1%以内；K字型钢横隔梁传力性能良好，为造成横向连接刚度的明显下降，可替代混凝土横隔梁连接预制T梁。 3 新型预制模板与功能设计 3.1 传统预制T梁模板 传统预制T梁模板整体成型，模板预留横隔梁浇筑位置，预制时与主梁一起浇筑成型，并预留分布钢筋，在架设完成后现场支模浇筑中间剩余横隔梁，形成横向连接。预制模板如图11所示。该方法制作工艺相对简单，但存在一个较大缺陷。模板成本较高，同一跨径预制T梁一般采用同一套模板进行预制，成品结构尺寸完全一致。对于小半径曲线桥以及斜交桥不可避免地出现横隔梁对齐困难，模板横隔梁位置固定难以调整的问题，重铸或修改模板成本较高。 图11 传统预制T梁模板 3.2 新型预制模板功能设计 采用钢横隔梁替代混凝土横隔梁，预制模板侧模无需预留浇筑位置，可针对预制模板进行优化。为解决小半径曲线桥以及斜交桥的横隔梁对齐问题，模板应满足预制梁长度可改、横隔梁位置可变两大功能需求。具体实现方式为：模数式小块预制板实现梁长可调。以以曲代直的曲线梁桥为例，由于内外梁长不一致，一般需要调整预制T梁长度。按常见