城市高架分節預制拼裝蓋梁設計與施工方案

張 濤，王云龍

［1.上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200125；2.上海工業化裝配化市政工程技術研究中心，上海市 200125］

0 引言

近幾年，預制拼裝技術由于能夠減少現場施工時間，減少工程現場對交通環境的影響，減少施工現場工人數量等優勢，在國內得到了快速推廣。預制構件尺寸過大和重量過重易造成構件運輸困難，以及吊裝成本高。因此，將預制構件尺寸和重量控制在合理的范圍內，能夠有效地拓展預制拼裝橋梁結構的運用范圍。針對高架橋梁大尺寸蓋梁結構，橫向分節拼裝的方式的可靠性已經得到抗彎試驗驗證，并在上海 S26、S7 等工程中開展應用[1，2]。

現結合某高架橋梁新建工程的特點，提出整體采用分節拼裝蓋梁的設計與施工方案，可為以后類似工程設計提供參考。

1 工程概況

該工程系新建城市快速路，按照總體規劃，主線采用高架橋。橋梁結構主要以預制裝配式橋為主，新建主線高架橋總長約5.4 km，雙向6 車道布置。現主要研究的為該工程的第二標段，標段總長約1.8 km，標段道路平曲線位于S 彎上，主線高架除上下匝道連接段為變寬段，其余均為等寬段。等寬段主線高架除了跨路、跨河節點，上部結構均采用整幅小箱梁，下部結構采用雙柱墩連接大挑臂蓋梁，經過初步分析，這些蓋梁采用預應力混凝土結構總重量將超過260 t，超出了道路運輸能力，以及現場吊裝能力。

圖1 為工程范圍圖。

圖1 工程范圍圖

2 分節蓋梁結構設計

裝配式橋梁建設造價控制的重要方式是通過總體方案合理規劃，減少裝配式預制結構類型，減少工程中模板投入量。按照裝配式建筑結構建造的規律，通常認為模板重復利用率達到50 次以上，基本能夠實現裝配式建筑建造成本與現澆建筑建造成本基本持平。

根據工程總體方案，在本標段范圍內，需要標準雙柱蓋梁數量合計37 個，考慮到在本標段平曲線位于S 彎上，導致蓋梁橫坡先后從單向2.5%變化為雙向2%，最終變化為單向2%，為提高蓋梁模板的通用性，讓所有蓋梁通過一套模板完成制作，并降低蓋梁預制運輸吊裝難度，特提出以下幾項原則：

（1）蓋梁單節預制控制重量為170 t。蓋梁寬度應同時滿足抗震、預設立柱偏心的需求。

（2）蓋梁底部外挑臂保持通用的斜率，共用底模板。

（3）蓋梁側面保持垂直，共用垂直的側模板，對于高度不同的蓋梁，利用預制現場混凝土澆筑收水控制蓋梁頂標高與橫坡。

（4）蓋梁拼接面保持統一的位置，蓋梁拼接面保持同樣的齒塊，共用齒塊模板。

（5）蓋梁預應力錨固點位置基本統一，能夠統一在模板上開孔。

通過以上因素的綜合考慮，從外形和預應力布置上將蓋梁歸納為五種典型形態。蓋梁拼接面中齒塊位置和形狀保持統一。所有蓋梁中預應力鋼筋N2、N3 保持不變，N1 鋼束隨著蓋梁橫坡變化上下變化。因此，N1 鋼束對應的端部模板，以及拼接面模板應在N1 鋼束位置開橢圓形孔，方便調整位置。在蓋梁構造中，將拼接面設置為斜面，這樣可以化解一部分剪力為軸向壓力。

圖2 為蓋梁典型形態圖，圖3 為預應力布置立面圖。

3 分節蓋梁受力分析

3.1 重點分析內容

分節蓋梁的分析需要在按照現澆蓋梁分析模式的基礎上，參考節段梁的相關設計理論，著重開展以下幾個方面性能控制與分析：

（1）預應力蓋梁可按A 類構件設計，但是分節蓋梁在接縫位置需按照全預應力構件設計。

（2）分節蓋梁斜截面抗剪承載能力分析應考慮分節作用下產生斜裂縫水平投影長度減短等不利作用。

（3）分節位置受抗彎剪耦合作用導致承載能力的下降。

這幾項問題分析主要依托的規范為上海市《節段預制拼裝預應力混凝土橋梁設計標準》（DG/TJ 08-2255—2018）[3]。

3.2 接縫斜截面抗剪承載能力驗算

在接縫斜截面抗剪承載能力驗算過程中，讀取midas 中建立的蓋梁計算模型中基本組合中剪力數值和軸力數值。考慮到分節面的傾斜角度，計算出分節面上的剪力值和軸力數值，并依托規范中5.2.7 條進行驗算。驗算結果表明，滿足規范要求，且安全系數在1.5 以上。

圖2 蓋梁典型形態圖（單位：mm）

圖3 預應力布置立面圖（單位：mm）

3.3 接縫剪壓區抗剪承載能力

在接縫剪壓區抗剪承載能力驗算過程中，參考規范中5.2.9 條，以及相關條文說明中推薦的迭代步驟開展驗算時，出現計算結果無法求解的情況，造成無法判斷結構是否滿足安全要求。

分析規范公式在計算剪壓區抗剪承載能力時的幾個假定：

（1）接縫面為剪壓耦合破壞，不是純壓純剪破壞；

（2）按照受彎破壞模式，以及大偏心受壓破壞模式確定受壓混凝土范圍；

（3）假設設計彎矩與剪力的比值與極限彎矩與剪力的比值等同，修正混凝土受壓區高度。

考慮到規范公式規定的幾種物理狀態不一定同時出現，因此會出現驗算不收斂的情況。

同時，考慮到驗證結構安全的方式有兩種：

（1）知道力求配筋或者知道配筋驗算是否滿足要求；

（2）當無法計算出極限承載力的情況下，只要結構的承載能力大于最大的荷載組合也可以認為結構是安全的。

在該項目中，按照第（2）種方式驗算接縫剪壓區抗剪承載力。

該項目驗算按照以下順序進行：

（1）判斷是否會出現混凝土壓碎破壞模式。

在指定基本組合設計彎矩狀態下，是否會出現截面受彎導致部分截面退出工作，以及混凝土達到壓碎荷載狀態。

（2）判斷是否會出現混凝土彎剪破壞模式。

a.當彎曲狀態全截面受壓時，應可考慮全截面混凝土均可參加抗剪；

b.當彎曲狀態部分截面受壓時，只有受壓部分截面抗剪，可迭代確定截面范圍；

c.當設計剪力 Vd小于預應力剪力 0.75Vpd，i（體內預應力抗剪承載能力）+0.95Vpd，e（體內預應力抗剪承載能力）時，可認為混凝土剪力可不發揮作用，不用考慮彎剪組合作用，直接按照規范中5.2.9.-1 公式驗算即已經滿足規范要求。

驗算過程中，提取midas 中建立的蓋梁計算模型基本組合中設計彎矩值進行分析。蓋梁在該彎矩值作用下接縫位置全截面受壓，全截面均可提供剪力，且不考慮混凝土剪力的情況下，鋼絞線提供的剪力即可滿足抗剪要求，因此可認為設計方案性能滿足規范要求。

4 施工方案與配套鋼蓋梁設計

在已有的部分分節蓋梁實施工程案例中，在蓋梁中間段吊裝就位后，利用吊車吊裝蓋梁挑臂，在空中完成對位拼裝。該施工方案的優點是施工臨時設施投入少；缺點是在蓋梁挑臂對位時，需要同時校準多維坐標，吊裝精度控制難度大，且在臨時預應力完成張拉前，吊車需要保持位置，占用吊車時間較長。

為了解決上述問題，在該工程中，設置臨時施工橫梁，使拼裝對位確定施工精度時可以逐步對位各個方位角，降低對位難度，并按照以下順序開展施工：

（1）完成橋墩和蓋梁中間段的預制拼裝；

（2）在蓋梁中間段上安裝施工臨時橫梁；

（3）利用臨時橫梁，吊裝蓋梁挑臂，并張拉臨時預應力，將拼接面的環氧膠壓勻；

（4）張拉第一批永久預應力，拆除臨時預應力，拆除施工橫梁。待小箱梁吊裝后，張拉第二批永久預應力，完成蓋梁拼裝。

圖4 為施工步驟圖。

圖4 施工步驟圖

考慮到臨時鋼橫梁造價較高，選取兩個蓋梁，設計為鋼蓋梁結構。在施工過程中，這兩個鋼蓋梁作為施工臨時橫梁。分節蓋梁施工完成后，再安裝這兩個鋼蓋梁。分析驗算表明，鋼蓋梁在運營階段受力遠大于作為橫梁施工階段的受力，因此不需要針對施工階段進行額外加固。

5 結 語

從力學分析的角度上看，分節蓋梁的結構是可行的。通過共用模板，以及將永久結構作為施工臨時橫梁等措施，從設計的角度節約了總工程造價，提升了裝配式結構推廣的可行性。裝配式結構的工程質量與現場施工措施密切相關，在實際工程施工過程中，施工單位尚應針對預制構件的運輸、吊裝做好專項施工方案，確保工程的順利開展。