大跨度波形鋼腹板組合箱梁橋設(shè)計(jì)及施工中重點(diǎn)問題的探討

竇世昌

(河北省交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司)

波形鋼腹板箱梁恰當(dāng)?shù)貙摗⒒炷羶煞N不同材料結(jié)合起來，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強(qiáng)度及材料的使用效率，體現(xiàn)了較多的優(yōu)越性但是鑒于該種結(jié)構(gòu)體系在國內(nèi)推廣較晚、認(rèn)識(shí)尚淺、應(yīng)用較少、創(chuàng)新較差，無論在設(shè)計(jì)及施工中尚且存在一些問題，具體問題及解決思路如下:

1 抗剪連接件形式的選用

目前國內(nèi)外抗剪連接件形式主要有翼緣型、插入型等形式，較多采用的是翼緣型連接件，而在翼緣型抗剪連接件中又以開孔板連接件居多(此外焊釘式連接件、型鋼連接件等)。

開孔板抗剪連接件的設(shè)計(jì)在很大程度上抑制了波形鋼腹板的抗剪屈曲，增強(qiáng)了波形鋼腹板的縱向剛度，但因其剛度過大使預(yù)應(yīng)力體系的優(yōu)越性并不能得到充分發(fā)揮，且對(duì)頂板及底板混凝土的徐變、干燥收縮變形約束較大，為有效減小翼緣型鋼腹板的縱向剛度對(duì)體外預(yù)應(yīng)力的影響，建議鋼腹板翼緣板連接處設(shè)置20 mm 以上的變形縫，且在翼緣板處設(shè)置應(yīng)力消除弧。此外，翼緣型抗剪連接件在節(jié)段拼裝中定位安裝難度異常困難，因施工調(diào)整、加工誤差等諸多因素影響，導(dǎo)致相鄰節(jié)段波形鋼腹板翼緣板很難實(shí)現(xiàn)平齊，增加了波形鋼腹板翼緣板與頂板模板支設(shè)的難度，且容易造成翼緣板鋼混組合處的混凝土錯(cuò)臺(tái)，嚴(yán)重影響混凝土外觀并對(duì)鋼混結(jié)合處的防水抗?jié)B工作提出了重大考驗(yàn)。鑒于此，筆者建議在設(shè)計(jì)采用翼緣型抗剪連接件時(shí)，盡量選用單翼緣型抗剪連接件，即與頂板混凝土連接處采用Twin－PBL 抗剪連接件，與底板混凝土連接處采用插入型抗剪連接件，既能有效保證施工質(zhì)量及抗?jié)B要求，又能較大程度上增大鋼腹板與混凝土的結(jié)合面積，提高其組合結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

2 支架現(xiàn)澆段0、1 號(hào)塊鋼筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在大跨度懸臂澆筑波形鋼腹板組合箱梁橋設(shè)計(jì)中，0、1號(hào)塊作為懸澆體系中局部承壓、彎拉、扭轉(zhuǎn)、剪切等綜合內(nèi)力作用的受力構(gòu)件，其在設(shè)計(jì)及施工中必須重點(diǎn)考慮和關(guān)鍵控制，且0、1 號(hào)塊為波形鋼腹板內(nèi)襯混凝土部分，該部分的設(shè)計(jì)及施工水平直接關(guān)系到大跨度波形鋼腹板組合箱梁橋的鋼混組合作用水平，因此在鋼筋布置和預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中必須高度重視。

鑒于0、1 號(hào)塊為全橋關(guān)鍵部位，故該處混凝土設(shè)計(jì)多為三向受力狀態(tài)，以使混凝土力學(xué)性能得到充分發(fā)揮，且該處鋼筋設(shè)計(jì)極為復(fù)雜、配筋率較高。其中鋼筋形式主要分為主筋、架立鋼筋、構(gòu)造鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道定位筋、錨后加強(qiáng)筋、箱梁根部支座處局部承壓加強(qiáng)筋、墩頂固結(jié)鋼筋、波形鋼腹板貫穿鋼筋、波形鋼腹板內(nèi)襯加強(qiáng)鋼筋、波形鋼腹板定位鋼筋等。作為波形鋼腹板組合箱梁橋這種特殊結(jié)構(gòu)而言，波形鋼腹板貫穿鋼筋作用顯得異常重要，在實(shí)際施工中更應(yīng)該作為施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)來加以控制。

以三跨連續(xù)波形鋼腹板組合箱梁橋?yàn)槔? 號(hào)墩0、1 號(hào)四塊鋼腹板編號(hào)分別為1BW1－Z1、2BW1－Z1、1BW1－B1、2BW1－B1。其編號(hào)的具體含義為:1BW1 后邊的1 表示為1號(hào)墩，前邊的1 表示自左幅向右幅方向第一塊波形鋼腹板，Z表示為中跨，B 表示為邊跨，Z 或B 字母后的數(shù)字1 表示為第一個(gè)節(jié)段。

0 號(hào)塊順橋向1BW1－Z1 和1BW1－B1、2BW1－Z1 和2BW1－B1 及橫橋向1BW1－ Z1 和2BW1－ Z1、1BW1－ B1和2BW1－B1 四塊波形鋼腹板必須形成空間組合體系，形成有效地對(duì)拉組合有效消除單塊鋼腹板邊緣極限受力狀態(tài)，四塊鋼腹板宜通過開孔鋼板貫穿通長(zhǎng)鋼筋形成縱向約束、橫向緊固的空間穩(wěn)定體系，使0、1 號(hào)塊橫、順橋向鋼腹板都能夠和混凝土形成整體來共同抵抗彎拉、剪切等結(jié)構(gòu)內(nèi)力作用，從而充分確保鋼混組合結(jié)構(gòu)的承載能力和整體穩(wěn)定性。在此重點(diǎn)提出波形鋼腹板縱向貫穿鋼筋的設(shè)計(jì)及施工。

貫穿鋼筋及剪力釘?shù)脑O(shè)計(jì)有效控制了鋼板與混凝土材料兩者之間發(fā)生的水平剪切力，其施工質(zhì)量的高低直接影響到橋梁運(yùn)營后兩種材料之間是否會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移。因大跨度波形鋼腹板組合箱梁橋0、1 號(hào)塊施工時(shí)，波形鋼腹板需提前定位，完成定位后方可安裝貫穿鋼筋。若采用翼緣型抗剪連接件時(shí)，上下翼緣處的貫穿鋼筋施工質(zhì)量相對(duì)而言較易控制的，橫縱向鋼腹板貫穿鋼筋施工難度極大，且質(zhì)量難于控制。該處縱向通長(zhǎng)貫穿鋼筋宜在加工前斷開以便于安裝，具體下料尚需考慮焊接接頭必須滿足鋼筋設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求，橫向貫穿鋼筋不宜斷開，凡直徑小于20 mm 的貫穿鋼筋若空間受限，不宜直接參照?qǐng)D紙彎鉤形式進(jìn)行加工，而需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模板支設(shè)情況進(jìn)行預(yù)折彎，待完成鋼筋貫穿后人工調(diào)整至設(shè)計(jì)彎鉤形式，貫穿鋼筋直徑不宜大于20 mm。

因0、1 號(hào)塊鋼筋設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和交叉性，在進(jìn)行該處施工前，專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)將其中所有鋼筋進(jìn)行歸屬性和交叉性分類，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定鋼筋綁扎方案，編制詳細(xì)明確、操作性強(qiáng)、針對(duì)性高的鋼筋施工作業(yè)指導(dǎo)書，盡量避免因鋼筋布置次序和位置沖突等造成的返工和窩工。

3 豎曲線影響下的波形鋼腹板箱梁橋設(shè)計(jì)

若波形鋼腹板組合箱梁橋縱斷面位于豎曲線且半徑較小的的路段，波形鋼腹板在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮因全橋縱坡影響所造成的波形鋼腹板上下翼緣縱坡坡度為變化值，通過在鋼腹板設(shè)計(jì)及制作階段實(shí)現(xiàn)節(jié)段間縱坡調(diào)整，以此確保克服常規(guī)波形鋼腹板在安裝過程中通過調(diào)整繞旋轉(zhuǎn)中心角度的方式實(shí)現(xiàn)鋼腹板的粗略定位的傳統(tǒng)方式，若采用通過旋轉(zhuǎn)中心調(diào)整縱坡影響值的方法進(jìn)行波形鋼腹板定位，在貼角焊加高強(qiáng)度螺栓組合連接方式中，往往存在因調(diào)整角度過大造成搭接區(qū)域內(nèi)波形鋼腹板相應(yīng)的開孔難以對(duì)中，個(gè)別孔位需現(xiàn)場(chǎng)火焰開孔且距離鋼板邊緣過近甚至超出邊緣，容易造成該處的應(yīng)力集中，而筆者提出的改進(jìn)方式充分確保了相鄰節(jié)段之間的波形鋼腹板在豎向搭接部分的有效豎直，有利于現(xiàn)場(chǎng)貼角焊縫的施工及質(zhì)量控制，并能實(shí)現(xiàn)貼角焊處的最小搭接長(zhǎng)度，有效節(jié)約鋼材、降低結(jié)構(gòu)自重。

4 翼緣型波形鋼腹板處抗剪構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)

雖然波形鋼腹板有效解決了傳統(tǒng)鋼筋混凝土腹板開裂的問題，但鑒于鋼混組合結(jié)合界面的特殊性，因設(shè)計(jì)或施工原因，極易造成鋼板與混凝土接觸面線性受力所造成的裂縫。國內(nèi)大多數(shù)業(yè)已完工的波形鋼腹板組合箱梁橋在波形鋼腹板與混凝土結(jié)合部位的鋼筋設(shè)計(jì)都較為薄弱，特別是Twin－PBL 翼緣型抗剪連接件橋梁中，我國和日本標(biāo)準(zhǔn)的抗剪連接件中開孔鋼板間均未設(shè)置剪力釘或剪力筋，在橋梁運(yùn)營過程中，在彎扭組合等內(nèi)力作用下容易造成開孔鋼板間的混凝土與翼緣板線性接觸面剝離，另外也容易造成開孔鋼板與接觸部位的混凝土在橋梁震動(dòng)作用下開裂，進(jìn)而衍生出更為不利的結(jié)構(gòu)耐久性和承載能力問題。故筆者在此提出波形鋼腹板與混凝土結(jié)合部位盡量避免線性受力，且必須設(shè)計(jì)較為合理的剪力釘或剪力筋，避免素混凝土或低配筋率混凝土局部受力，而造成較為嚴(yán)重的。

5 波形鋼腹板防腐涂裝施工技術(shù)控制

鋼混組合結(jié)構(gòu)防腐涂裝質(zhì)量直接影響到主體結(jié)構(gòu)的耐久性，因此必須高度重視防腐涂裝工作，特別是防腐涂裝前的鋼表面除銹粗糙程度和清理工作，以及底漆、中間漆和面漆每層涂裝時(shí)原涂裝層的清潔、涂裝工作。另外，在涂裝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)大氣環(huán)境、光照等諸多因素影響，采用相應(yīng)的防腐涂裝體系。在大跨度波形鋼腹板組合箱梁橋防腐涂裝時(shí)，波形鋼腹板底漆和中間漆于工廠內(nèi)進(jìn)行噴涂，其作業(yè)環(huán)境較好，然為保證橋梁整體美觀，面漆涂裝宜在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。但因現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境較為惡劣，要求在澆筑混凝土及壓漿前，必須對(duì)波形鋼腹板進(jìn)行貼布處理，以防止混凝土、潤滑油等雜質(zhì)污染鋼腹板中間漆的涂裝，從而為面漆涂裝提供保障。

［1］ 蘇立超. 波形鋼腹板箱梁橋剪力鍵形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012，(1).

［2］ 李淑琴，萬水，張長(zhǎng)青. 波形鋼腹板設(shè)計(jì)與制造［M］. 北京:人民交通出版社，2011.