一种先张法预应力混凝土双T 形梁的研发与应用

李洞明

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

1 概 述

目前中小跨径桥梁中常采用空心板梁，其应用范围广、用量大。空心板均为闭口断面，预制难度大，质量控制难度大。上海市空心板梁内模采用双气囊，气囊易上浮、偏位，空心板板厚偏差大，且空心板设计板厚较小，故气囊上浮，偏位对空心板安全性和耐久性影响大。交通运输部空心板梁内腔为带倒角矩形，内模可采用木模、钢模或轻质材料（如EPS材料）实心模具。由于空心板内腔尺寸小，当采用一次浇筑时，内模保留在梁内，不取出；当采用两次浇筑时，顶板底模保留在梁内，不取出，内模利用率低，施工费用高。此外，空心板内部无法检测，养护检修困难。考虑到以上空心板的缺点，有必要研发一种开口断面的梁型，既能具有空心板梁高低、经济指标低等优点，又具有耐久性好、预制质量好和施工便捷等优点。

2 国外中小跨径预制混凝土梁调研

在预制拼装混凝土桥梁技术方面，美国是一个值得我国参考学习的国家。目前，美国中小跨径的预制装配式混凝土梁具有借鉴意义的开口断面型式为双T形梁、混凝土宽翼组合I形梁、预制I形梁的组合T梁、预制槽形梁的组合小箱梁、预制带马蹄T形梁的组合T梁和带马蹄整体预制T梁等。

2.1 双T 形梁

双T形梁是一种使用跨径12~26m的小跨径结构，其适用范围与我国的空心板梁基本一致。双T形梁主要有两种型式，全部采用先张直线预应力钢筋混凝土结构。

2.1.1 AASHTO/PCI 双T 形梁[1]

AASHTO/PCI双T形梁属于腹板尺寸相对较小的一种结构（见图1）。预制梁按荷载大小分为重型与轻型结构，轻型梁的高度在58~90 cm，梁宽度在1.5~2.45m，适用最大跨径约12m；重型梁的高度在53~90 cm，梁宽度在1.5~2.45 m，适用最大跨径约26m。

图1 AASHTO/PCI 双T 形梁

这种双T形梁的预应力钢筋采用钢绞线。轻型和重型结构的区别除腹板宽度不同，钢绞线布置的数量也不同，轻型和重型结构分别采用竖向一列和两列均匀布置，因双T形截面的形心偏上，钢绞线几乎布置到梁顶。

2.1.2 NEXT 双T 形梁[2]

NEXT双T形梁是美国东北部预制预应力混凝土协会（Precast/Prestressed Concrete Institute Northeast）研发的，是NORTHEAST EXTREME TEE BEAM的简称（NEXT BEAM）。PCINE研发NEXT双T形梁的意图主要是为了解决空心板梁出现的问题：空心板梁封闭的内腔无法检查、板壁构造尺寸小、耐久性问题多、制造过程复杂，以寻找一种便于检查、便于快速施工、耐久性优良的结构（见图2）。

图2 NEXT 双T 形梁

NEXT双T形梁的适用跨径为13~26m，覆盖我国预应力混凝土空心板梁的跨径范围。NEXT双T形梁分为F、E、D三种型式，其中F型梁的顶板主要现浇，仅预制用作现浇顶板混凝土模板的厚度，适用于平曲线变化及桥面横向标高变化大的桥梁；D型梁的顶板全预制，最适合快速施工的桥梁；E型梁的顶板部分预制、部分现浇，适应竖曲线变化及桥面横向标高变化大的桥梁。

2.2 宽翼组合I 形梁

宽翼组合I形梁是美国加利福尼亚等州的一种地方标准梁，适用25~55m的中等跨径桥梁，其适用范围覆盖我国的T形梁。宽翼组合I形梁是一种薄腹、宽下翼板的组合结构，采用全先张预应力或先、后张混合张预应力。先张预应力钢绞线主要布置在下翼板，加之梁间距大、梁数减少，表现出较好的经济性；且因有较大的下翼板，在运输和安装时稳定性好（见图3）。

图3 宽翼组合I 形梁

2.3 预制I 形梁的组合T 梁

预制I形梁的组合T梁是一种适合跨径15~35m的先张预应力结构。预制I形梁与预制桥面板通过预留钢筋、灌注高性能混凝土结合为整体，也可以采用现浇桥面板形成组合梁，后者适合桥面变宽或横向标高变化大的情况。梁间采用型钢或钢桁构造连接（见图4）。

2.4 预制槽形梁的组合小箱梁

预制槽形梁的组合小箱梁适合跨径25~40m的先张或先、后张混合预应力结构，预制槽形梁与预制桥面板通过预留钢筋（剪力钉）、灌注高性能混凝土结合为整体，也可以采用现浇桥面板形成组合梁，后者适合桥面变宽或横向标高变化大的情况。梁间不设构造连接（见图5）。

图4 预制I 形梁的组合T 梁

图5 预制槽形梁的组合小箱梁

2.5 预制带马蹄T 形梁的组合T 梁

预制带马蹄T形梁的组合T梁是一种适合跨径25~45m的先张或先、后张混合预应力结构，预制带马蹄T梁与预制桥面板通过预留钢筋（剪力钉）、灌注高性能混凝土结合为整体，也可以采用搁置混凝土模板后现浇桥面板形成组合梁，后者适合桥面变宽或横向标高变化大的情况。梁间采用型钢或钢桁构造连接（见图6）。

图6 预制带马蹄T 形梁的组合T 梁

2.6 带马蹄整体预制T 梁

带马蹄整体预制T梁是一种适合跨径25~55m的先张预应力结构，梁间采用型钢或钢桁构造连接（见图7）。

综上所述，在美国适合22 m跨径的简支梁中，双T形梁具有外形简洁、跨间无横梁、梁底外观好、梁体表面平整且无钢筋外伸、适合采用大型整体模板、施工步骤少的优势。尤其是NEXT双T形梁，肋板尺寸大、混凝土施工方便，质量容易控制，更适合快速施工技术发展需求。

图7 带马蹄整体预制T 梁

因此参考美国适合22 m简支梁的几种结构构造，NEXT双T形梁是一种比我国空心板梁有较多优势的结构型式，主要反映在耐久性好、制造过程简单、便于检查、外观好、更适合快速施工，值得进一步研究。

3 双T梁设计方案拟定

参考美国NEXT双T形梁，经过计算分析和试验研究，研发出适应于我国的荷载条件和车道布置，且具有预制装配工业化程度高的双T形梁（见图8）。

图8 双T 形梁足尺模型弯、弯剪耦合、弯剪扭耦合荷载试验

双T形梁梁高与目前常用的空心板梁一致，桥面板厚度为20 cm，肋顶宽为38 cm（各种跨径均保持不变），肋外侧设置1∶50的斜率以利于脱模。预制双T形梁肋中心间距为125 cm（各种跨径均保持不变），湿接缝宽度为25 cm（各种桥宽均保持不变），通过调整预制梁挑臂宽度以适应不同的桥宽和平曲线。双T形梁在跨间不设置横隔板，仅在梁端设置横梁，端横梁厚度40 cm（见图9、图10）。

双T形梁预应力钢束线形采用直线和折线组合布置，钢束弯起点为同一位置，以利于转向器设置，折线配束能够有效降低梁端的主拉应力，改善结构性能（见图11、图12）。

图9 双T 形梁立面图（单位：cm）

图10 双T 形梁横断面图（单位：cm）

图11 双T 形梁钢束立面图

图12 双T 形梁钢束断面图

双T形梁具有如下优点：

（1）开口断面，降低了施工难度，减少施工工序，降低施工费用，加快施工速度，保证施工质量，预制质量好，并且开口断面可检、可修、可达，便于检修养护。

（2）主梁构造模数化、标准化，有利于工业化生产，加快预制速度，降低成本。

（3）腹板顶宽为固定值，不同梁高的双T梁可采用同一套模板。

（4）全梁等截面、跨内无横隔板，简化了模板构造。

（5）预应力钢束线形采用直线和折线组合布置，钢束弯起点为同一位置措施，利于转向器设置，有效降低梁端区域的主拉应力，改善结构性能。

（6）两道腹板，其运输吊装稳定性好，不倾覆。

（7）每片主梁设置三个支座，避免支座脱空，一端在两个腹板下各设置一个支座，另一端在腹板间横梁下设置一个支座。

（8）构造简单，结构性能好；材料用量低，经济性好；施工便捷，便于工业化生产；可检、可修、可达，便于检修养护。

4 双T梁工程应用

在龙东大道改建工程中，外环立交匝道桥上采用双T梁，双T梁跨径为22m。采用工厂预制、现场吊装架设、现浇湿接缝的方法施工（见图13、图14）。

图13 双T 梁制作流程

5 结 语

图14 双T 梁现场架设

鉴于目前中小跨径桥梁中常用的空心板梁预制质量控制难度大、内部无法检测、养护检修困难等缺点，通过广泛调研和研究分析，研发出了一种先张法预应力混凝土双T形梁。其结构高度低、便于预制施工、预制质量好、工业化程度高、安全可靠、耐久性好、经济性好，在中小跨径桥梁中有广泛的应用前景。