预应力混凝土简支矮T梁结构在公路桥梁中推广应用的可行性分析

张书兵

（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

0 引言

公路和市政工程桥梁通常以中、小跨径为主，且以预制装配式板梁结构占比最高。江苏省内8～20m跨径桥梁以空心板结构为主，20～40m 跨径常规桥梁以预制小箱梁结构为主；对于小半径、转角度等特殊桥跨，采用现浇混凝土箱梁、钢箱梁、钢混叠合梁等结构形式。

空心板结构具有建筑高度低、构造简单、结构刚度大、可批量化预制施工、运输及吊装方便、综合造价经济等优点。在早期的中小跨径桥梁建设中，特别是在交通运输部1993、2008 版桥梁通用图发布后，空心板得到了广泛应用。直至目前，空心板桥仍是全国大部分地区中小跨径桥梁的首选结构。近年来，在桥梁管养及改扩建中，空心板结构逐渐暴露出了铰缝易开裂、支座脱空、梁体纵横向开裂、抗剪加固困难等问题。随着对空心板病害及改扩建加固设计的深入研究，部分省市开始逐渐推广应用简支矮T 梁结构。

本文基于对空心板结构应用现状及存在问题的总结，分析了简支矮T 梁结构的受力模式及构造，并与空心板结构进行了全面对比，充分分析了简支矮T梁结构替代空心板，在公路桥梁中推广应用的可行性。

1 简支矮T 梁结构的应用现状

1.1 空心板结构应用现状及存在的问题

尽管空心板结构优势明显，但在实际工程应用中，目前主要存在以下问题需解决、优化：

1.1.1 预制质量控制难

空心板为内腔空心结构，且结构断面尺寸小，内腔芯模定位困难，混凝土振捣过程中芯模容易移动、上浮，板梁尺寸预制精度难以控制。由此引起了空心板桥的典型病害之一：底板纵向裂缝（见图1）。对空心板梁桥的现场钻芯取样研究发现，板底纵向裂缝处的底板厚度通常小于设计值、混凝土不密实、并且裂缝贯穿底板厚度（通缝）。空心板桥底板纵向裂缝产生机制参见图2。

图1 空心板桥底板纵向裂缝

图2 空心板桥底板纵向裂缝产生机制

1.1.2 铰缝施工质量控制难

空心板桥最为典型的病害是铰缝的破坏，常见于铰缝开裂、渗水。铰缝空间尺寸小且为半封闭构造，混凝土振捣不易密实，施工质量难以控制且无法检视。尽管部分通用图对铰缝的构造和施工工艺进行过多次优化，但其施工质量仍难以有效控制。部分桥梁铰缝病害严重，导致空心板横向连接薄弱，引起单板受力过大，影响结构承载能力及耐久性。

1.1.3 结构加固困难

近年来，随着高速公路改扩建工程的开展，在对既有老桥结构检测、评估过程中发现，很多老桥的抗弯、抗剪承载力不能满足现行规范要求，需进行结构加固。空心板桥的抗弯承载力加固，可通过板底粘贴碳纤维布、粘贴钢板等方式实施。但因横向没有充足的“外漏腹板”，空心板抗剪承载力不足难以加固，一般只能拆除新建，对既有交通影响较大且增加了工程投资。

随着我国交通运输规模的不断扩大，桥梁设计规范中活载也在不断提高，桥梁结构设计应充分考虑远期加固方案，做到可持续发展。从这一点来看，空心板桥亟须解决加固困难的问题。

1.2 简支矮T 梁结构的提出及主要构造

鉴于施工及管养过程中出现的病害问题，2010年前后，以安徽省、浙江省为主的部分省市开始逐渐取消了空心板在中、小跨径桥梁中的应用，并改用预应力混凝土简支矮T 梁结构予以替代。目前，简支矮T梁结构已在多个省市的公路项目中得到应用，且暂未出现明显的病害。

各地现行的矮T 梁通用图在构造上不尽相同，但总体构造原则基本一致。对各地已有的通用图进行了对比、归纳，目前常用预应力混凝土简支矮T 梁构造如表1及图3、图4所示。

表1 简支矮T 梁主要构造参数

图3 简支矮T 梁断面构造（单位：cm）

图4 13m、16m、20m 跨径矮T 梁断面构造（单位：cm）

2 简支矮T 梁与空心板结构的比较

2.1 受力模式

空心板：顺桥向为结构简支、桥面连续体系，横桥向各片预制板梁通过铰缝连接，形成横向铰接板梁体系。横向铰接传力性能良好，但铰缝施工质量直接影响到活载的横向传递效果。根据桥梁检测统计数据，铰缝施工振捣不密实、运营期裂缝，导致横桥向铰接传力机制退化、失效，引起桥面开裂、单板受力等常见病害。

简支矮T 梁：顺桥向为结构简支、桥面连续体系，横桥向各片预制梁通过现浇湿接缝连接，并在梁端、跨中设置横隔板，形成纵、横向梁格体系。

道路活载通过横隔板及湿接缝沿横桥向传递，并沿着各片梁顺桥向传递至支座及下部结构，结构整体传力路径明确。横隔板及湿接缝施工质量易于控制，桥梁横向连接整体性、耐久性良好。简支梁T 梁桥受力模式见图5所示。

图5 简支矮T 梁桥受力模式

2.2 适用范围

空心板：适用于中、小跨径等宽桥梁。对变宽桥梁适用性差，桥梁变宽可通过边板翼缘宽度调节，但调节幅度较小，且板梁须作特殊预制，施工复杂。

简支矮T 梁：适用于中、小跨径等宽、变宽桥梁。桥梁变宽可通过湿接缝宽度调节，湿接缝宽度控制在30～60cm，变宽适应性强。

2.3 工程规模

空心板：结构高度低，有效控制路线纵断面及工程规模。但空心板横桥向竖向“腹板”密集，截面受力效率低，上部结构混凝土材料用量大，结构恒载大。

简支矮T 梁：结构高度略高于空心板，引起路线纵断面略上抬。通过采用预应力混凝土肋梁结构，截面上部翼缘受压，下部预应力受拉，截面受力效率高，材料用量省，宽度27m 跨径13m、16m、20m 的矮T 梁桥断面混凝土用量相比于空心板桥分别减少26.0%、28.1%、30.7%。综合考虑桥梁及两侧纵断面受影响区段路基工程，相同跨径空心板桥、矮T 梁桥工程造价指标基本一致。

2.4 施工方法

空心板：采用预制、吊装施工。内腔芯模定位困难，且混凝土振捣过程中芯模容易移动、上浮，板梁尺寸预制精度很难控制；先张预应力工艺，需设置张拉台座，施工控制略复杂；铰缝施工质量控制难，且无法及时检视，后期病害多。

简支矮T 梁：采用预制、吊装施工。梁体结构简单，采用钢模预制质量高；后张法预应力工艺，预应力施工简便、高效；横向通过现浇湿接缝连接，施工便捷且质量易于控制。

2.5 运营养护

空心板：因施工控制难，易引起桥梁病害多，养护工作量较大；桥梁横向没有充足的“外漏腹板”，空心板抗剪承载力不足难以加固。

简支矮T 梁：结构构造简单、受力明确，施工质量易于控制，运营期病害较少；肋梁结构，后期加固空间充足。

以上从受力模式、适用范围、工程规模等五个方面，对空心板及简支矮T 梁结构进行了全面对比，结果表明，简支矮T 梁结构在各方面均优于空心板结构，在施工控制、运营养护、工程规模方面，均更符合目前提倡的品质工程的建设要求。

3 结论

第一，因施工质量控制困难，运营期病害频发，且近年来改扩建工程中暴露出其承载力加固困难的问题，大量老桥被拆除重建，空心板结构亟须进行改进、优化。

第二，预制矮T 梁结构受力模式简单、施工便捷且施工质量易于控制、运营期病害较少，其主要性能指标优于传统空心板结构。建议积极推广预制矮T梁结构在中小跨径公路桥梁中的应用。