高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支整孔箱梁內(nèi)模設(shè)計(jì)與制造

李建強(qiáng)

(中鐵十五局集團(tuán)貴州中鐵路橋工程有限公司)

1 引言

目前我國的高速鐵路與原有鐵路相比，不僅外觀形式簡(jiǎn)潔美觀，而且速度更高。但是，高速鐵路對(duì)路面的平穩(wěn)性要求比原有鐵路對(duì)線路平穩(wěn)性的要求更高，所以就要求高速鐵路的支撐結(jié)構(gòu)要有較大的抗扭抗彎的剛度。而能基本消除T梁橫隔板所產(chǎn)生的病害，其中之一就是高架橋選用預(yù)制箱梁。此類梁型不僅安全性和穩(wěn)定性高于其他梁型，在整體的美觀程度和簡(jiǎn)潔程度上也優(yōu)于其他梁型。這樣的預(yù)制箱梁建成后具有，整個(gè)支撐部件受力簡(jiǎn)單，且日后的養(yǎng)護(hù)工作量和維修工作量少的特點(diǎn)。正因如此，在我國的高速鐵路的建設(shè)中，預(yù)制箱梁得到了廣泛的應(yīng)用。

2 高速鐵路預(yù)制箱梁內(nèi)膜總括

2.1 預(yù)制箱梁內(nèi)膜的簡(jiǎn)介

預(yù)制箱梁的整體很大，機(jī)械化程度高，目前預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支整孔箱梁標(biāo)準(zhǔn)梁跨度有23.5 m、31.5 m等，其重量最大可達(dá)900 t。因此，要使箱梁能滿足使用要求，又輕便節(jié)約成本，并且減輕梁體自重增加承載負(fù)荷，這則取決于生產(chǎn)箱梁所使用的模板。由內(nèi)膜和外膜組成的生產(chǎn)箱梁模版，在外膜上又細(xì)分為三部分，分別是端模、側(cè)模及底模。而內(nèi)模的外形構(gòu)造直接決定了箱梁箱內(nèi)形狀，設(shè)計(jì)合理可以減輕梁體自重節(jié)約橋梁生產(chǎn)成本;內(nèi)模的拆裝工藝又是控制生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。因此，內(nèi)模制造的重難點(diǎn)就在于它的外形構(gòu)造和施工工藝。

2.2 內(nèi)膜的要求

(1)內(nèi)模的建造應(yīng)符合箱梁內(nèi)部的橫縱斷面即縱、橫截面的需要，應(yīng)與實(shí)際情況相符。(2)箱梁在梁端一般會(huì)都有加厚的腹板或變坡的頂板與底板等，即箱梁內(nèi)箱里大口小，這則要求內(nèi)膜必須折疊收縮，以便縮小體積，通過梁端的最小空間，以達(dá)到拆裝內(nèi)模的要求。(3)將內(nèi)膜作為整體設(shè)計(jì)，不僅簡(jiǎn)化了內(nèi)膜的收放次數(shù)，更為內(nèi)膜的生產(chǎn)效率提供保障，使內(nèi)膜的伸縮展開更加快速穩(wěn)妥，同時(shí)也可減少模型拼接產(chǎn)生的誤差，有效提高梁體混凝土表面平整度。(4)內(nèi)膜必須配合混凝土的澆筑尤其是能適應(yīng)高性能的混凝土的快速澆筑，不能夠出現(xiàn)因?yàn)闈茶T時(shí)產(chǎn)生的側(cè)壓力和浮力產(chǎn)生較大的位移誤差。(5)預(yù)制箱梁的模板結(jié)構(gòu)應(yīng)具備反復(fù)使用的功能，且使內(nèi)膜不易變形，內(nèi)膜板面應(yīng)能清理迅速容易，在短時(shí)或較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)能夠循環(huán)再使用。

3 預(yù)制箱梁內(nèi)膜的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

內(nèi)模設(shè)計(jì)應(yīng)按照滿足工藝生產(chǎn)要求標(biāo)準(zhǔn)，制造經(jīng)濟(jì)合理，性能安全可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔方便施工的總原則進(jìn)行。

3.2 高速鐵路預(yù)制箱梁內(nèi)膜的設(shè)計(jì)方案

高速鐵路預(yù)制箱梁內(nèi)膜的制造運(yùn)用的是全液壓收放技術(shù)，底板部分不封閉，采用下置梁式結(jié)構(gòu)。內(nèi)模主要是由側(cè)模角膜頂模以及走行大梁、頂升立柱及箱梁內(nèi)的支撐部分組成。因此，相互之間就會(huì)受力，其力學(xué)關(guān)系表現(xiàn)為，角模與側(cè)模共同與頂模相連接，頂模的相互受力則是由頂升立柱支撐與大梁之間構(gòu)成，底模與支架的受力由大梁承擔(dān)，底模則是內(nèi)模的支撐受力部位。即就是底模安裝支撐架，內(nèi)模軌道放于支撐架上，走行大梁根部的滑輪在鋪設(shè)好的內(nèi)模軌道上通過卷揚(yáng)機(jī)的牽引實(shí)現(xiàn)入模出模。最后經(jīng)過液壓缸，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)膜的收與支。

3.3 高速鐵路預(yù)制箱梁的總體結(jié)構(gòu)

3.3.1 支撐結(jié)構(gòu)

牽引系統(tǒng)，拉桿及撐桿，支腿和滾動(dòng)輪再加上走形鋼梁就構(gòu)成了內(nèi)膜的支撐系統(tǒng)。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇鋼梁的上置或下置。且不論選擇上置還是下置的方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)，比如，大梁本身充當(dāng)了軌道的作用就不需要外加軌道了。正因如此移動(dòng)模塊的工作就會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)化。而其弊端是梁內(nèi)的作業(yè)空間沒有上置大梁的形式操作方便。但是上置大梁雖然較為方便混凝土的施工，遇到需要移模的情況作業(yè)就不如下置大梁來的簡(jiǎn)化。用施工撐桿經(jīng)側(cè)向施工的方式把受力傳遞到大梁上荷載，可由頂升力柱和大梁實(shí)現(xiàn)豎向荷載。為了能使內(nèi)膜的整體受力能夠相互抵消，至少是左右相互抵消，可以將大梁的受力傳遞到底模上，再經(jīng)過通風(fēng)孔的設(shè)計(jì)，加裝豎向拉筋的方法將大梁與底模相互錨固。

3.3.2 模板結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)段和非標(biāo)準(zhǔn)段以及隔墻段模版構(gòu)成了內(nèi)膜模版系統(tǒng)的劃分。標(biāo)準(zhǔn)段與分標(biāo)準(zhǔn)段及隔墻段的模版基本單元長(zhǎng)度分節(jié)又各有差異，標(biāo)準(zhǔn)段的分節(jié)最長(zhǎng)為4 m，其次是非標(biāo)準(zhǔn)段為3 m，最短的是隔墻段模版長(zhǎng)度僅為1.5 m。模板的分節(jié)長(zhǎng)的設(shè)計(jì)主要是度考慮利于汽車運(yùn)輸。設(shè)計(jì)的所有面板均是采用經(jīng)過預(yù)處理的8 mm厚Q235鋼板。面板加勁肋則采用橫向小肋、縱向大肋兩種形式，頂模縱向加強(qiáng)肋斷面為兩塊(160×8)mm鋼板，材質(zhì)Q235，縱向布置。模版在實(shí)際施工過程中所需要的性能，如強(qiáng)度穩(wěn)定性和剛性要求都是可以經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)算的。

3.3.3 液壓結(jié)構(gòu)

液壓系統(tǒng)作為預(yù)制箱梁內(nèi)膜的一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，存在于大梁的前端，主要由油箱油泵、液壓缸、控制開關(guān)及電動(dòng)機(jī)組成，內(nèi)模的液壓系統(tǒng)共有64只油缸，其中頂升油缸主要完成模板整體的升落起降工作，標(biāo)準(zhǔn)段和非標(biāo)準(zhǔn)段的收張主要由上側(cè)的油缸完成。與此相對(duì)應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)段的角膜收張工作主要由下油缸完成。隔墻段模版的收張工作主要由隔墻油缸完成。根據(jù)工作壓力設(shè)計(jì)內(nèi)模的液壓系統(tǒng)采用的是分流集流閥同步回路的設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)順序依次操作及自鎖保壓抵抗混凝土施工的各種載荷，可以在一定程度上確保內(nèi)模立、脫模的同步動(dòng)作。

4 高速鐵路預(yù)制箱梁內(nèi)膜的制造

4.1 內(nèi)膜的加工要求

(1)要嚴(yán)格控制材料的質(zhì)量，要有所有鋼材和型材及板材的材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告和出廠合格證。(2)所有的板材在下料前都應(yīng)開平，型鋼則必須校直才可使用。(3)面板在進(jìn)行必要的拼接時(shí)，應(yīng)該在其背面開坡口施焊，如果焊后變形的則需要及時(shí)校正。(4)用工裝工藝的形式連接耳板。(5)要保證所有零件的切割和焊接的表面粗糙度不低于12。而對(duì)不需焊接部件的表面粗造度可以不做低于12的要求，此外，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范操作加工。(6)對(duì)于內(nèi)膜的養(yǎng)護(hù)如:可涂抹清機(jī)油養(yǎng)護(hù)成品膜板的外側(cè)，而用潤(rùn)滑脂養(yǎng)護(hù)銷軸和螺栓，其他部分的內(nèi)膜可噴涂一遍富鋅底漆，再刷兩遍橘黃色防銹漆。

4.2 內(nèi)膜的加工工藝

內(nèi)膜的面板一般采用數(shù)控剪板下料，內(nèi)膜的肋板則采用數(shù)控等離子切割下料，內(nèi)膜的角模折彎一般采用數(shù)控折彎?rùn)C(jī)折彎成型，內(nèi)膜的側(cè)模圓弧型部分主要制作方法是用模具在油壓機(jī)上壓制，整體膜的刨加工要等加強(qiáng)肋板和肋板及槽鋼等組裝完成之后再進(jìn)行，最后要保證各膜連接面的組裝尺寸符合直線度的要求。

4.3 內(nèi)膜制造的細(xì)節(jié)施工

(1)混凝土的施工

混凝土與梁體的配合比必需滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)終張拉的要求，強(qiáng)度要大于50 MPa，混凝土的灌注順序?yàn)榈装濉⒏拱濉㈨敯濉榱耸够炷恋臐仓俣扰c振搗速度一致就必須配備足夠的技術(shù)人員。內(nèi)膜的養(yǎng)護(hù)可以采取自然養(yǎng)護(hù)或者蒸汽養(yǎng)護(hù)，但主要依據(jù)是根據(jù)環(huán)境的溫度和施工條件。

(2)預(yù)應(yīng)力的施工預(yù)制箱梁內(nèi)膜預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)采取二次張拉和三次張拉相結(jié)合的施工工藝。采用三次拉漲工藝的原因是為了防止梁體內(nèi)部的混凝土出現(xiàn)收縮甚至裂紋。而蒸氣養(yǎng)護(hù)的箱梁由于梁體早期強(qiáng)度發(fā)展較快，并且梁體與環(huán)境溫差控制的時(shí)間較長(zhǎng)，因此采用二次張拉工藝。整個(gè)內(nèi)膜的施工流程如圖1。

圖1 施工流程

5 結(jié)語

高速鐵路箱梁內(nèi)膜的設(shè)計(jì)與制造如果嚴(yán)格按照箱梁內(nèi)膜設(shè)計(jì)的要求與原則制造，準(zhǔn)確的完成內(nèi)膜的支撐系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，模板系統(tǒng)，在施工制造過程中遵循混凝土的灌注與預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的原則，就能使內(nèi)膜系統(tǒng)安全可靠，可以最大程度上縮短制造時(shí)間，使高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支整孔箱梁內(nèi)膜的制作更加簡(jiǎn)單方便，而且質(zhì)量更加穩(wěn)定，對(duì)我國今后高速鐵路的發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。

[1]蔡泓.高速鐵路客運(yùn)專線預(yù)制箱梁液壓縮放內(nèi)模研究[J］.鐵道建筑技術(shù)，2007，(1).

[2]白建文.淺談?lì)A(yù)制箱梁施工的質(zhì)量控制[J］.山西交通科技，2004，(S1).

[3]蔡理，張?chǎng)髑澹?機(jī)電工程實(shí)驗(yàn)中心環(huán)境建設(shè)的研究與探討[J］. 制造技術(shù)與機(jī)床，2003，(1).

[4]孫友松，陳新，張立厚，等.加快信息化步伐，迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)[J］. 工業(yè)工程，1999，(2).