廣州繞城公路波形鋼腹板組合箱梁橋設計與施工方案研究

■盧紹鴻

（廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣州　510507）

廣州繞城公路波形鋼腹板組合箱梁橋設計與施工方案研究

■盧紹鴻

（廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣州510507）

本文以廣州繞城公路魚窩頭互通立交B匝道橋為例，詳細介紹三跨波形鋼腹板組合箱梁橋設計要點，以及利用鋼腹板先行架設、頂板預制、取消體外索、角鋼連接等特點的施工方案。該橋型主要針對上跨橋梁結構的設計和施工，具有明顯的優越性，可供山區、城市高架橋梁設計與施工借鑒參考。

波形鋼腹板組合箱梁橋設計與施工

1　工程概況

國道主干線廣州繞城公路中的南環段也叫南二環高速公路，其中魚窩頭互通立交B匝道橋采用（35+50+35）m跨徑波形鋼腹板組合箱梁橋。該橋跨越南沙大道，橋下交通繁忙，施工方案在國內首次采用先行架設波形鋼腹板，吊模澆筑底板，預制吊裝頂板，解決了橋下施工凈空不足和避免影響交通問題。橋梁位于R=110m圓曲線上，為國內同類橋梁最小半徑。設計中取消了體外索，簡化結構構造。鋼腹板與頂板連接在國內該類橋梁中首次采用角鋼連接。本橋為廣東省交通廳《利用折形鋼腹板先行架設組合箱梁橋設計方法研究》科研項目（編號：2007-18）的依托工程，為波形鋼腹板橋的設計與施工方案提供參考。

2　結構設計方案

2.1總體設計

橋梁跨徑組合（35+50+35）m，平曲線半徑R=110m，支座采用盆式橡膠支座。總體布置圖見圖1。

圖1　主橋總體布置

主梁主要由混凝土頂底板和波折鋼腹板組成。采用單箱單室，橋面寬10.3m，箱梁中心高2.65m，橋面設6%橫坡，頂板厚28cm，底板厚25cm，采用C60砼，橋梁標準斷面見圖2。

圖2　主梁橫斷面（單位：cm）

2.2波形鋼腹板

波形鋼腹板鋼梁整體上由波形鋼腹板、上下翼緣板、剪力鍵組成。

波形鋼腹板采用1600型（見圖3），通過調節直線段長度實現內外腹板弧線差。鋼腹板采用模壓冷彎加工，彎曲加工半徑R=240mm。在工廠每3片鋼腹板采用對接焊成4.8m左右的鋼腹板，運輸到現場，鋼腹板間采用四個螺栓臨時連接，再進行貼角焊。鋼腹板厚度在支座附近為16mm，其余段厚度12mm。

圖3　鋼腹板標準段（單位：cm）

2.3預制頂板

波形鋼腹板預制頂板寬 10.3m橫橋向支點處厚0.416m，跨中厚0.28m，懸臂端部厚15cm。

預制頂板中心縱橋向長度3.2m，吊裝重28t。預制板間濕接縫長度0.8m，在鋼腹板上緣設縱向現澆砼預留槽，槽寬0.44m。預制板先預制并存放6個月的時間，以減少由于混凝土收縮徐變造成的綴余內力。預制混凝土橋面板吊裝就位后采用C60無收縮微膨脹砼澆筑濕接縫，砼中摻橋隧專用抗裂純纖維，純纖維摻量為0.9kg/m3。橋面板橫向預應力采用2Φs15.2mm鋼絞線，間距0.7m。

2.4橫隔板

本橋平曲線半徑為110m，彎橋效應較為突出，且折形鋼腹板的面內撓曲剛度同上、下混凝土板相比小得多，必須設置適當數量的橫隔板，以限制箱梁的扭轉及畸變。箱梁橫隔板設置的原則一般是限制畸變翹曲正應力與恒載和活載產生的正應力比值在10%以內。本橋采用七個箱內橫隔板設置方案進行分析對比，七個方案中跨箱內隔板分別設置2～11道，邊跨箱內隔板分布設置1～7道，邊中跨橫隔板數對應關系見表1中的道數。方案一橫隔板布置見圖4、圖5。

圖4　方案一邊跨橫隔板布置圖（單位：cm）

圖5　方案一1/2中跨橫隔板布置圖（單位：cm）

采用ANSYS分析軟件進行分析，分析模型見圖6，分析結果見表1。

圖6　分析模型

表1　橫隔板設置方案對比表

橫隔板設置方案一到四的比值均小于10%，方案五內側的比值約為10%，結合預制頂板的分塊，確定采用中跨布置5道跨間橫隔板、邊跨布置3道跨間橫隔板（即方案四）。

中支點橫隔板厚1.5cm，邊支點橫梁厚1.2cm，其余跨間橫隔板厚30cm。橫隔板間距約8m。

2.5連接構造

鋼腹板梁上翼緣板寬600mm，厚16mm，采用角鋼連接鍵與預制混凝土頂板連接（見圖7和圖8）。

角鋼連接鍵采用L200×16型角鋼，角鋼長0.34m，與上翼緣鋼板焊接。角鋼縱向布置中心間距25cm。每塊角鋼設設2個直徑6cm的鋼筋孔，以穿過預留槽內縱向鋼筋。

圖7　頂板連接示意圖

圖8　角鋼連接示意圖

下翼緣板寬400mm，厚16mm，采用雙PBL鍵與砼底板連接（見圖8）。PBL鍵高0.15m，離焊接位置7cm處留有直徑6cm的鋼筋孔。

組合箱梁縱向在支座附近設波形鋼腹板現澆內襯混凝土，以保證腹板剪力能有效傳遞至橋墩，并可防止波形鋼板屈曲，內襯混凝土與波形鋼腹板通過焊釘剪力鍵連接。

波形鋼腹板與端橫隔板通過嵌入式連接、開口板及剪力鍵連接。中隔板通過焊釘剪力鍵連接。

現場波形鋼腹板縱向連接在架設波形鋼腹板時為防止鋼板搭接位置尺寸出現偏差，在鋼板搭接位置中心設置臨時固定用高強螺栓，待鋼板定位后擰緊，并對鋼板采用搭接貼角角焊縫連接，臨時固定用高強螺栓無需拆除。

3　施工方案

3.1施工工序

本橋跨越南沙大道城市快速路，橋下車流量大，受立交匝道縱坡制約，梁底到路面凈高僅5.7m，為減少對南沙大道的影響，施工工序為：（1）邊跨及中跨墩側9m范圍采用支架整體現澆；（2）中跨32m范圍先在地面拼裝鋼腹板及鋼橫撐，形成框架整體吊裝；（3）利用扁擔梁吊模澆筑底板砼；（4）采用150T吊機吊裝預制橋面板；（5）澆筑濕接縫，完成橋梁主體施工。

圖9　施工方案示意圖

波折鋼腹板采用先行架設，利用其剛度吊模現澆混凝土底板，再吊裝預制混凝土橋面板，實現少支架施工是本橋的特點，下面重點介紹工序2～4。

3.2中跨鋼腹板施工

波形腹板節段工廠制作，并在工廠進行小段預拼，在施工現場以橫鋼撐連接，形成框架（見圖10）。

圖10　鋼橫撐布置圖

中跨跨中位置設置臨時支撐。中間先行架設段要求在地面拼裝完一次吊裝，按預設拱度調整，完成合攏，簡支變連續（見圖11）。

圖11　臨時支撐圖

3.3中跨底板吊模施工

以波形鋼腹板為工作平臺，利用鋼扁擔梁吊置底板模板，中跨砼底板現澆，澆筑完中跨砼底板后拆除中跨支架，待底板砼達到90%強度且7天齡期后張拉底板通長鋼束（見圖12）。

圖12　中跨底板吊模施工

3.4中跨頂板預制吊裝

吊裝預制砼頂板，吊裝就位后旋緊螺帽同時監測上翼緣板邊緣撓度變化，撓度為零后停止旋緊螺帽實現型鋼支撐預緊，然后澆筑頂板預留槽砼，待砼齡期7d且強度達90%后張拉橫向預應力筋，拆除預制吊裝用的鋼扁擔梁和螺桿。張拉相應跨中底板鋼束（見圖13）。

圖13　頂板預制吊裝施工

4　動靜載試驗結果

本橋于2013年建成，并通過動靜載試驗檢驗。本橋對稱豎彎理論自振頻率為2.931Hz，實測自振頻率分別為3.049Hz；反對稱豎彎的理論自振頻率為4.662Hz，實測自振頻率為4.999Hz。實測值與理論值均非常接近，且均大于理論值。該橋在動載試驗（行車試驗和制動試驗）過程中，動力特性及動力響應正常，阻尼系數正常。實測沖擊系數（1+μ）在1.064～1.347之間，沖擊系數均值為 1.145，略小于理論計算的沖擊系數 1.178，試驗表明該橋的實際豎向剛度大于理論計算剛度，整體性好，未見開裂狀態。

5　小結

本次研究，有以下幾個特點：

（1）施工方案在國內首次采用先行架設波形鋼腹板，利用鋼腹板自身剛度吊模澆筑混凝土底板，再預制吊裝混凝土頂板的施工方法，解決了橋下施工凈空不足和影響交通問題。為該類橋梁中小跨提供一種新的施工方式。

（2）橋梁曲線半徑僅110m，為國內外同類橋梁最小半徑。通過參數分析優化橫隔板的設置，其分析結論可供類似曲線梁橋提供參考。

（3）波折鋼腹板橋一般采用體內索和體外索相結合的布索方案，依托橋梁曲率半徑僅110m，體外預應力形式構造復雜，本次研究取消了體外索，采用體內束布置形式，簡化了構造。

（4）配合預制橋面板的施工方法，上翼板采用開孔角鋼連接件，與預制混凝土頂板橫向鋼筋，交錯布置，避免了連接件與預制橋面板鋼筋沖突。

［1］劉玉擎.組合結構橋梁［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］劉玉擎.折形腹板組合箱梁橋結構體系分析.橋梁建設，2005（1）.

［3］陳宜言，王用中.波形腹板預應力混凝土橋設計與施工.北京：人民交通出版社，2009.

表4　I．G．Buckle方法抗震性能評估結果

橋梁震害預測的方法已經相當成熟，是橋梁震害預測定性分析最重要的方法之一。本次主要是參照I.G. Buckle方法，選擇場地、結構、地震動、抗震設防等4大類12個因素作為橋梁抗震性能總體評估定性分析考慮因素，通過簡要的計算對橋梁做定性抗震性能評估。

總體上來看，廈門BRT橋梁滿足當前的抗震設計要求，因此部分彎橋的抗震性能偏低，在7度地震作用下發生輕微破壞。因此建議對不滿足要求的這部分非規則橋梁需要加固以達到現行的抗震規范的要求。

參考文獻

［1］葉愛君，管仲國，范立礎.橋梁抗震.北京：人民交通出版社，2011.

［2］AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design. Subcommittee for Seismic Effects on Bridges T-3，2007.

［3］Eurocode 8：Design provisions for earthquake resistance of structures part 2：Bridge.

［4］01-2008 J T G T B，公路橋梁抗震設計細則［S］.2008.

［5］CJJ166-2011，城市橋梁抗震設計規程［S］.2011.

［6］羅華春，任志林，劉影.中國地震區劃圖發展歷程簡介［J］.城市與減災，2016（3）.

［7］I.G.Buckle，S.H.Kim.A Vulnerability Assessment modal for Highway Bridges.TechnicalCouncilonLifelineEarthquakeEngineering Monograph No.6Lifeline Earthquake Engineering［C］，Proceedings of the Fourth U.S.Conference，American Society of Civil Engineers，New York，Aug.1995，pages：493-500.

［8］朱美珍.公路橋梁震害預測的實用方法［J］.同濟大學學報（自然科學版），1994（3）：279-283.

［9］久保慶三郎，張尚識.橋梁的震害預測［J］.世界地震工程，1984（5）.

［10］張利華.橋梁結構震害預測方法比較研究［D］.大連理工大學，2008.