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。按常见的10～30m预制T梁计算，内外梁长变化量一般在2m以内。新型模板采用模数式小块模板按需拼装的方式，实现侧模的长度可调；预埋件精确定位实现横隔梁位置调整。预埋件起连接钢横隔梁节点板、直接承压的作用，其位置直接影响钢横隔梁安装精度以及受力性能。模板拼接完成后根据定位块位置，将预埋件通过粘结剂临时固定在模板内侧对应位置，并使用横向钢筋与主梁钢筋的共同作用将梁腹板两侧的预埋件焊接固定，避免预埋件轻微错动，确保钢横隔梁与预制主梁的可靠连接,实现预埋件的精确定位。

3.3 新型预制模板结构

新型T梁模板如图12所示。侧模采用拼装式钢模板，外侧采用钢桁架固定。模板主体由普通混凝土段模板、模板插入块以及预埋件定位块组成，三类型模板的主要功能区别为：

图12 基于K字型钢横隔梁的预制T梁模板

(1)普通梁段混凝土模板为整体模板，T梁截面变化较大位置及梁端均设置在普通段模板上，为新型预制模板主体。

(2)模板插入块为主梁长度调整的主要部件，设计为长度0.5～1.5m的模数式小块模板，插入块模板在长度方向上无截面变化。

(3)预埋件定位块为预埋件临时固定的主要部件，采用长度0.5m的小块模板，模板表面设计预埋件定位点，不影响T梁浇筑外观，方便精准定位与临时固定。

施工时先定位普通段模板并吊装到位，通过移模车按需拼接插入块与定位块。模板拼装成型后，按设计方案确定预埋件位置，通过定位块定位点精确定位，并临时粘结在模板内表面。模板内设置钢筋网后焊接预埋件，实现紧密连接，浇筑主梁。

4 结语

采用新型预制T梁模板有效发挥K字型钢横隔梁的结构优势，在解决传统混凝土横隔梁对齐困难的前提下，该方案同时具有快速调节预制T梁长度、钢横隔梁预埋位置精确可调的优势，大大提高了新型模板的适用效率。在保证施工质量的前提下，同一模板周转率高，可实现大规模工厂化预制，节约模板并提高梁桥质量。