钢 -混组合梁桥板梁连接构造形式研究

陈卫全

东莞市路桥投资建设有限公司 广东 东莞 523129

摘要：板梁连接构造是位于预制桥面板和钢主梁之间的结构，在钢-混组合梁桥中起到将预制桥面板与主梁连接形成组合结构的重要作用。但在预制桥面板安装过程中，板梁连接构造存在钢筋与抗剪连接件碰撞的情况及桥面板与钢梁结合面不密实的问题。本文对钢-混组合梁桥板梁连接构造进行分类分析，并给出相关的解决方案。

关键词：钢-混组合梁桥；板梁连接构造；碰撞；不密实

1. 引言

预制桥面板由于其施工快速及质量可控等优点，在钢-混组合梁桥的施工大量采用。板梁连接构造是位于预制桥面板和钢主梁之间的结构，在钢-混组合梁桥中起到将预制桥面板与主梁连接形成组合结构的重要作用。由于板梁连接构造空间狭小，并且布设了大量的纵横向钢筋及抗剪连接件，导致在预制桥面板安装过程中非常容易发生钢筋与抗剪连接件碰撞的情况，从而大大降低施工效率。另外，由于施工误差或者预拱度设置，预制桥面板下缘和钢梁上翼缘之间的结合面往往存在间隙，若此结合面的密实性不佳，可能导致预制桥面板集中受力及钢梁腐蚀的问题。本文将进行上述两个问题的分析，并给出相关的解决方案。

2. 板梁连接构造的分类

板梁连接构造位于钢梁翼缘上方，根据是否连续，可以分为翼缘上接缝和剪力槽；根据横断面的预制程度，各自又可以分为全高型和半高型。

3. 钢筋与抗剪连接件碰撞分析

实际施工时，在板梁连接构造处非常容易发生钢筋与抗剪连接件碰撞的问题。一方面原因是此处的纵横向钢筋较密集；另一方面原因是制作与安装的误差造成钢筋与抗剪连接件的实际位置与设计位置发生偏差。钢筋与抗剪连接件发生碰撞不仅会降低桥面板施工的效率，严重时还会造成钢筋与抗剪连接件受损，从而影响结构的性能。为解决上述问题，一方面可以从制作和施工的角度出发，尽量提高制作和施工的精度；另一方面可以从设计的角度出发，选用一些能避免碰撞问题的特殊构造形式。

1. 1. 对于翼缘上接缝

1）断开式下层钢筋

断开式下层钢筋的构造形式是将下层钢筋与预制板块断开，并将其独立地放置在钢梁上翼缘，从而增加下层钢筋调整的灵活性，降低碰撞的可能性。从桥面板横向受力的角度考虑，这种构造是可行的，因为翼缘上接缝在横向受负弯矩作用，上部受拉，下部受压，所以下层钢筋即使断开也不会对受力有太大的影响。然而，如果从桥面板纵向抗剪的角度考虑，下层钢筋可能会由于缺少足够的锚固长度而对桥面板的纵向抗剪不利。

图1 断开式下层钢筋

2）UHPC板梁连接构造

2012年，美国联邦公路局的GRAYBEAL B提出了一种新型的UHPC板梁连接构造。该构造与一般的半高型翼缘上接缝相似，特别之处在于其利用UHPC良好的抗拉性能，将栓钉的高度由传统的152mm减小到76mm，并设置高度为102mm的承托，使桥面板的下层钢筋提升到栓钉的上方，从而完全杜绝了钢筋与抗剪连接件碰撞的情况。该构造将现场的碰撞问题和安装问题降低到最小，并且能有效增强连接部位的耐久性能。另外，该构造在施工时利用桥面预留的孔洞进行接缝的浇筑，从而大大增强了桥面板的整体性和桥面的美观性。

图2 UHPC板梁连接构造（单位：mm）

1. 2. 对于剪力槽

要避免剪力槽中钢筋与抗剪连接件发生碰撞，在桥面板架设后再现场焊接栓钉是一种可行的方法，但剪力槽中钢筋密集，一旦钢筋间距有较大的误差，栓钉的焊接将会变得非常困难。对此，可以采用单钉剪力槽。单钉剪力槽的形状为圆柱形，直径一般为80cm，剪力槽内无钢筋穿过，每个剪力槽只布置一颗栓钉。该构造的合理性在于将剪力槽的尺寸尽量减小，当剪力槽的尺寸小于钢筋的水平间距时，则不需在剪力槽中布置钢筋，从而完全杜绝了栓钉与钢筋碰撞的情况，而剪力槽的尺寸只要满足栓钉焊接要求（即剪力槽尺寸大于焊枪夹头尺寸）和焊接后瓷环的清除要求（即手能伸进剪力槽）即可。

单钉剪力槽不仅解决了钢筋与栓钉碰撞的问题，还使栓钉由集中布置改成了均匀布置，从而避免了栓钉集中布置可能会带来的桥面板受力集中等问题。

图3 单钉剪力槽示意图

4. 板梁结合面密实性分析

当预制桥面板使用剪力槽作为板梁连接构造时，无剪力槽区域的桥面板下缘和钢梁上翼缘之间的结合面会由于误差或者预拱度设置而存在间隙。此间隙必须填充密实以保证钢主梁给桥面板提供均匀的支撑，避免集中受力。同时，此间隙的密实也能防止板梁结合面产生腐蚀问题。下面提供两个可行的解决方法。

1. 1. 铺浆法

铺浆法是先在钢翼缘上粘贴橡胶条及铺设砂浆，再架设桥面板，通过桥面板自重把砂浆压实，从而使板梁结合面达到密实状态。铺浆法曾被应用于港珠澳大桥浅水区非通航孔连续组合梁桥的施工。

然而，由上述施工步骤可知，该方法需要施工人员对钢梁上翼缘的每一个非剪力钉群区域进行砂浆的铺设，施工费时费力，且施工人员的作业安全性较差。

1. 2. 灌浆法

灌浆法是在桥面板架设后，在桥面板底面与钢梁上翼缘之间灌注砂浆使板梁结合面达到密实状态。与铺浆法相比，灌浆法施工更简单高效，但是为保证填充密实，应该根据钢梁上翼缘的纵横坡在侧模处设置更多的排气孔，并且应该选择流动性好的自密实混凝土作为填充料。

5. 比较分析及设计建议

钢筋与抗剪连接件碰撞问题和板梁结合面密实性问题是板梁连接构造的两个重要的施工细节问题。对于钢筋与抗剪连接件碰撞问题，可以采取一些特殊构造予以解决，如断开式下层钢筋、UHPC板梁连接构造及单钉剪力槽。其中，断开式下层钢筋能有效降低碰撞的可能性，但是桥面板的纵向抗剪承载力可能有所降低；UHPC板梁连接构造和单钉剪力槽能完全杜绝碰撞问题，但是UHPC较高的价格可能会使其推广受到阻碍，相比之下，单钉剪力槽更易于设计和施工，通过改变剪力槽的尺寸和布置即可将传统的剪力槽方案更改为单钉剪力槽方案，并且使用自密实混凝土灌注剪力槽可解决振捣困难的问题。因此，单钉剪力槽更适合应用和推广。

对于板梁结合面密实性问题，可以采用铺浆法和灌浆法予以解决。相比之下，铺浆法效率较低，且对预制桥面板架设操作要求较高。因此本文更推荐采用简单高效的灌浆法。

6. 结语

本文对钢-混组合梁板梁连接构造进行了分类及分析，并针对其存在的问题给出相应的构造方案及解决方法。主要结论如下：（1）为了避免钢筋与抗剪连接件发生碰撞，可以采用断开式下层钢筋、UHPC板梁连接构造和单钉剪力槽等特殊的板梁连接构造。其中，单钉剪力槽更适合应用和推广；（2）可以采用铺浆法和灌浆法实现板梁结合面的密实性。其中，灌浆法效率更高，操作更简单。
参考文献:
[1]王艳峰,潘军.港珠澳大桥钢-混组合梁制造及安装关键技术[J].交通科技,2015,(2).doi:10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.011.

[2]陶建山.港珠澳大桥集束式剪力钉钢-混组合连续梁施工技术[J].桥梁建设,2014,(6).