單柱型鋼筋混凝土場鑄橋墩與預鑄帽梁工法之改良

前言

 單柱型鋼筋混凝土場鑄橋墩與預鑄帽梁工法,在台北捷運內湖線已有設計案例且已完工通車,是國內第一次採用預鑄帽梁之工法,其設計理念,係採用預鑄帽梁設置上鋼板錨錠件、及場鑄橋墩設置下鋼板錨錠件,兩鋼板以工地銲接作為接合方式。而其應力傳遞方向是由預鑄帽梁→上鋼板內層錨錠件→上鋼板→外圍工地銲道→下鋼板→下鋼板內層錨錠件→場鑄橋墩。

  預鑄帽梁工法,有進行詳細計算檢核驗證,實為一理想之工法,惟考量上下鋼鈑與混凝土直接接觸,於工地銲接時之高入熱量,恐有損害局部混凝土強度之虞。且鋼筋應力傳遞經由上下鋼版間之外圍工地銲道,鋼筋與銲道並不在同一應力線上,應力流有彎折現象,無法直接傳遞,故啟發改良之意念,改良工法將以預鑄帽梁工法為基礎,改善前述之現象,詳如後文所述。

改良構想

  為避免工地銲接時之高度熱量損害局部混凝土強度,銲接位置應與混凝土外圍分隔,然需分隔多少距離才適當,則需考量不影響混凝土強度之可耐溫度及溫度傳遞狀況,此部分需詳細研析,本文暫且不討論此議題,而以適當距離替代。另為改善應力流彎折傳遞不直接之現象,而以鋼骨鋼筋混凝土鋼筋傳力接頭之作法,即將鋼筋及續接器與鋼版強軸成一直線,由鋼鈑強軸直接傳遞鋼筋應力。

  經過考量結構設計及施工之可行性,初步發展二種改良方案如後:

方案一:連結構件可概分上續接錨錠構件、現場續接構件、下續接錨錠構件三部份,其相關連接配置示意如圖1。上下續接錨錠構件原型設計示意圖(圓柱例),如附圖2及3。

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圖1  方案一續接錨錠構件配置示意圖(圓柱例)

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圖2  方案一上續接錨錠構件原型設計示意圖(圓柱例)

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圖3   方案一下續接錨錠件原型設計示意圖(圓柱例)

 上下續接錨錠構件原型(圓柱例)之構造,皆為一側以鋼板銲接成圓盤部,另一側銲接鋼筋續接器(含搭接鋼筋)及H型鋼(含剪力釘)組合成複合錨錠部。圓盤部以一圓形鋼板為基礎,並配合鋼筋位置環形設置垂直向加勁鈑兼作續接鈑,採雙側連接鈑以高強度螺栓連結上下續接錨錠構件之續接鈑,利用鋼板對接傳遞應力。H型鋼配合剪力釘,能將圓盤部與混凝土作一有效結合,而鋼筋續接器(含搭接鋼筋)之數量與配置,則搭配鋼筋混凝土墩柱之設計鋼筋支數。另為增加橫向耐剪力,於下續接錨錠構件圓盤部中央設置圓型剪力榫,並開有灌漿孔,以利RC墩柱之灌漿工作。另因上下續接錨錠構件之兩側圓盤部,並未澆置混凝土形成一純鋼鈑接合處,不利軸壓力之傳遞,故在預鑄RC(或PC)帽梁預留一灌漿管,於帽梁吊裝固定後,於純鋼鈑接合處外圍組立環形鋼筋網,封模後澆置無收縮高強度混凝土或砂漿,構成現場續接構件(詳附圖4)。

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圖4   方案一現場續接構件配置示意圖

為考量預鑄帽梁方位之施工誤差,可於帽梁吊裝時兩側連接鈑內墊以調整鋼片,再以高強度螺栓連結(詳附圖5),以確保預鑄帽梁之安裝方向。

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圖5  方案一續接錨錠構件部接合詳圖

方案二:連結構件同方案一,其相關連接配置示意如圖6。上下續接錨錠構件原型設計示意圖(圓柱例),如附圖7及8。

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圖6  方案二續接錨錠構件配置示意圖(圓柱例)

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圖7   方案二上續接錨錠構件原型設計示意圖(圓柱例)

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圖8   方案二下續接錨錠件原型設計示意圖(圓柱例)

上下續接錨錠構件原型(圓柱例)之構造,皆為一側以鋼板銲接成圓盤部,另一側銲接鋼筋續接器(含搭接鋼筋),及H型鋼(含剪力釘)組合成複合錨錠部。圓盤部以一圓形鋼板為基礎,並設置垂直向環形續接版及垂直加勁版,利用垂直向環形續接鋼版對銲傳遞應力,垂直向環形續接版及垂直加勁版之位置,需配合鋼筋及續接器位置,以直接傳遞應力。H型鋼配合剪力釘,能將圓盤部與混凝土作一有效結合,而鋼筋續接器(含搭接鋼筋)之數量與配置,則搭配鋼筋混凝土墩柱之設計鋼筋支數。另為增加橫向耐剪力,於下續接錨錠構件圓盤部中央設置圓型剪力榫,並開有灌漿孔,以利RC墩柱之灌漿工作。另因上下續接錨錠構件之兩側圓盤部並未澆置混凝土形成一純鋼鈑接合處,不利軸壓力之傳遞,故在預鑄RC(或PC)帽梁預留一灌漿管,於帽梁吊裝固定後,於純鋼鈑接合處外圍組立環形鋼筋網,封模後澆置無收縮高強度混凝土或砂漿,構成現場續接構件(詳附圖9)。續接錨錠構件部接合詳圖詳附圖10。

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圖9  方案二現場續接構件配置示意圖

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圖10  方案二續接錨錠構件部接合詳圖

 

應力流程

  以下就兩方案分別論述預鑄帽梁承載各項載重後,應力傳遞路徑:

方案一:

  預鑄帽梁→上續接錨錠構件複合錨錠部→圓盤部圓形鋼板(上續接錨錠構件)→圓盤部垂直向續接鈑(上續接錨錠構件)→現場續接構件(雙側連接鈑及高強度螺栓與無收縮高強度混凝土或砂漿)→圓盤部垂直向續接鈑(下續接錨錠構件)→圓盤部圓形鋼板(下續接錨錠構件)→下續接錨錠構件複合錨錠部→搭接範圍之搭接鋼筋及圍束箍筋→RC墩柱。其重要接合機制如下說明:

(1) 利用圓盤部垂直向加勁版(續接鈑)強軸勁度可直接傳遞應力至續接錨錠構件複合錨錠部之鋼筋續接器及搭接鋼筋。

(2) 接合範圍內之圍束箍筋可將續接錨錠構件複合錨錠部與RC墩柱作有效之連接,成為一體。

方案二:

  預鑄帽梁→上續接錨錠構件複合錨錠部→圓盤部圓形鋼板(上續接錨錠構件)→圓盤部環型續接鋼板(上續接錨錠構件)→現場續接構件(銲道與無收縮高強度混凝土或砂漿)→圓盤部環型續接鋼板(下續接錨錠構件)→圓盤部圓形鋼板(下續接錨錠構件)→下續接錨錠構件複合錨錠部→搭接範圍之搭接鋼筋及圍束箍筋→RC墩柱。其重要接合機制如下說明:

(1)上下續接錨錠構件圓盤部環型續接鋼板直接對銲,利用環型續接鋼板及垂直加勁版(續接鈑)強軸勁度可直接傳遞應力至上下續接錨錠構件複合錨錠部之鋼筋續接器及搭接鋼筋。

(2) 接合範圍內之圍束箍筋可將續接錨錠構件複合錨錠部與RC墩柱作有效之連接,成為一體。

結語

  兩方案之主要差異在預鑄帽梁工地安裝工法之不同,方案一採用雙連接鈑配合方位調整片及高強度螺栓進行工地續接,工法有些煩複,但工地續接部之混凝土較可成一體;而方案二採用工地銲接進行工地續接,工法較為簡單,但工地續接部之混凝土較難成一體。兩方案各有優缺點,且未來進行實際接合詳細設計檢核或配合業主施工需求時,或許仍需進行局部修訂,故應整體考量工期、施工品質、統包商之喜好等再作工法決定。

參考文獻

(1) 劉嘉哲、趙振宇(105)。中華技術「台北捷運內湖線預鑄U型梁與預鑄帽梁之設計與施工」。

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