波形鋼腹板節(jié)段梁預(yù)制施工技術(shù)研究

鄧飛凡，譚云浩，張子龍，李澤鵬

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

波形鋼腹板PC組合梁是上世紀(jì)90年代興起的新型橋梁結(jié)構(gòu)，其充分利用了混凝土抗壓、波形鋼腹板抗剪性能，大幅度減少了結(jié)構(gòu)自重，在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)對(duì)波形鋼腹板PC組合梁研究較晚，國(guó)內(nèi)首座波形鋼腹板PC組合梁橋——長(zhǎng)征人行橋于2005年1月建成，后又修建了河南光山潑河大橋、河南鄭登快速通道朝陽(yáng)溝特大橋、山西運(yùn)寶黃河公路大橋、廣東港珠澳珠海連接線前山河大橋等，目前，波形鋼腹板PC組合梁橋已成為國(guó)內(nèi)重點(diǎn)推廣的橋梁結(jié)構(gòu)形式之一。

波形鋼腹板PC組合梁通常采用現(xiàn)澆施工工藝，施工進(jìn)度慢，施工質(zhì)量、線形難以控制；而常規(guī)的短線法對(duì)施工精度要求較高，施工難度大。南陽(yáng)湘江特大橋主橋波形鋼腹板PC組合梁采用長(zhǎng)線法進(jìn)行預(yù)制施工，保證了箱梁線形，大幅度提高了生產(chǎn)效率及施工質(zhì)量，取得了良好的效果。

1 工程概況

南陽(yáng)湘江特大橋主梁為單箱單室截面，箱梁頂板寬14.5 m，底板寬8.1 m，腹板采用波形鋼板。波形鋼腹板與底板的連接采用角鋼連接件，與頂板采用雙開孔鋼板連接件(Twin-PBL)連接，見圖1。

a)立面圖b)構(gòu)造圖

主梁共分4個(gè)懸拼“T”構(gòu)，每個(gè)“T”構(gòu)縱曲線不同。一個(gè)“T”構(gòu)單側(cè)共分13個(gè)梁段，0#梁段長(zhǎng)8.0 m，其余1#～13#梁段為5×3.2 m+8×4.8 m，合攏段長(zhǎng)3.2 m。梁段截面高度按1.8次拋物線變化(高度變化為：7.5～3.5 m)。

2 節(jié)段梁預(yù)制施工技術(shù)難點(diǎn)分析

1)目前傳統(tǒng)的預(yù)制方法分為短線法和長(zhǎng)線法：短線法預(yù)制對(duì)施工精度要求高，整體線形難以控制。對(duì)波形鋼腹板板節(jié)段梁預(yù)制而言，長(zhǎng)線法具有一定的預(yù)制優(yōu)勢(shì)，但是長(zhǎng)線臺(tái)座常用于底模線形不變的“T”構(gòu)梁段預(yù)制施工，且存在施工臺(tái)座占用周期長(zhǎng)、利用率低的問題。

2)波形鋼腹板高達(dá)6 m，重達(dá)4 t，采用常規(guī)施工工藝對(duì)波形鋼腹板進(jìn)行直接定位安裝施工難度大，定位精度低。

3)考慮波形鋼腹板節(jié)段梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力張拉對(duì)梁段線形的影響，需待梁段懸拼完成后再進(jìn)行橫向預(yù)應(yīng)力張拉，因此采用常規(guī)設(shè)置在腹板兩側(cè)吊桿進(jìn)行吊裝的施工方法對(duì)梁段翼板受力不利，可能導(dǎo)致翼板開裂。

3 波形鋼腹板節(jié)段梁預(yù)制臺(tái)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

臺(tái)座采用鋼管架的結(jié)構(gòu)形式(見圖2)，鋼管柱之間采用橫聯(lián)、剪刀撐進(jìn)行聯(lián)系，以加大臺(tái)座的整體穩(wěn)定性，鋼管內(nèi)腔灌入砼以提高臺(tái)座整體剛度，減少?gòu)椥宰冃危粸橛行Ы鉀Q臺(tái)座沉降問題，預(yù)制臺(tái)座基礎(chǔ)采用φ30cm管樁+擴(kuò)大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，管樁入土深度按16 m控制。

鋼管架頂部搭設(shè)分離式可調(diào)節(jié)底模架，結(jié)構(gòu)形式為：無極頂托調(diào)節(jié)系統(tǒng)+2I36b橫梁+I18分配梁+6 m鋼板底模。分配梁錯(cuò)位搭接，形成每跨相互獨(dú)立又互成整體的鉸結(jié)構(gòu)，通過下端設(shè)置的無極頂托調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)底模線型的調(diào)整(見圖3、圖4)。

圖2 長(zhǎng)線臺(tái)座縱斷面圖(單位：mm)

圖3 分離式底模架

圖4 無極頂托調(diào)節(jié)系統(tǒng)

4 波形鋼腹板節(jié)段梁預(yù)制臺(tái)座的計(jì)算分析

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068—2018)標(biāo)準(zhǔn)，本結(jié)構(gòu)為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，安全等級(jí)為二級(jí),其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.3，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.5，荷載調(diào)整系數(shù)取0.9。其永久作用考慮梁段自重，可變作用考慮施工人員荷載、傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載。

采用MIDAS有限元軟件對(duì)臺(tái)座支架進(jìn)行兩跨建模強(qiáng)度、剛度計(jì)算分析，建立鋼管、聯(lián)系、橫梁、分配梁，定義支架所需的材料和截面，上下型鋼的連接采用彈性鏈接，鋼管底部進(jìn)行固定約束，計(jì)算模型及結(jié)果見圖5、圖6。

由圖6可知，臺(tái)座支架最大壓彎組合應(yīng)力為192.1 MPa，最大變形位為5.7 mm，強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足設(shè)計(jì)要求。

b)2I36b橫梁壓彎組合應(yīng)力結(jié)果圖 c)φ630鋼管樁壓彎組合應(yīng)力結(jié)果圖

圖5 預(yù)制臺(tái)座支架模型a)I18 b分配梁壓彎組合應(yīng)力結(jié)果圖

5 波形鋼腹板節(jié)段梁的預(yù)制施工

波形鋼腹板節(jié)段梁預(yù)制施工模板臺(tái)車由側(cè)模系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)和端模系統(tǒng)組成(見圖7)，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走，并利用機(jī)械撐桿進(jìn)行模板定位調(diào)整。

圖7 預(yù)制施工模板臺(tái)車(單位：mm)

預(yù)制施工時(shí)，在每個(gè)長(zhǎng)線臺(tái)座配置2套模板臺(tái)車，當(dāng)前一個(gè)“T”構(gòu)的7#節(jié)段梁預(yù)制完，將2#～5#節(jié)段梁調(diào)離臺(tái)座，進(jìn)行下一“T”構(gòu)的2#節(jié)段梁施工，形成2個(gè)預(yù)制施工工作面。為避免底模調(diào)整影響標(biāo)高控制，2個(gè)工作面之中間隔3個(gè)節(jié)段梁的空間。該方法能及時(shí)騰出空間進(jìn)行下一個(gè)“T”構(gòu)梁段的預(yù)制，提高了長(zhǎng)線臺(tái)座的利用率，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能最大化施工(見圖8、圖9)。

圖8 長(zhǎng)線臺(tái)座模板布置圖

圖9 長(zhǎng)線臺(tái)座預(yù)制施工圖

波形鋼腹板高達(dá)6 m，重達(dá)4 t，安裝定位較為困難。將翼板模和頂板內(nèi)模與波形鋼腹板的頂板接觸位置設(shè)計(jì)成凹槽狀的方式(如圖10所示)，待底板鋼筋綁扎完成后，調(diào)整定位翼板模及頂板內(nèi)模，然后吊裝波形鋼腹板入模，進(jìn)行精調(diào)固定。

圖10 長(zhǎng)線臺(tái)波形鋼腹板定位施工示意圖

吊裝施工時(shí)，常規(guī)梁段吊具的吊點(diǎn)設(shè)置于腹板兩側(cè)(如圖11所示)，采用圓鋼棒穿入頂板與扁擔(dān)梁吊具進(jìn)行連接，吊裝過程中容易導(dǎo)致頂板開裂。因此，考慮將吊點(diǎn)設(shè)置于鋼腹板位置(如圖12所示)，采用精軋螺紋鋼穿過波形鋼腹板頂板與吊具連接。所有吊點(diǎn)力作用于波形鋼腹板上，避免了由于頂板受力過大而導(dǎo)致砼開裂。

圖11 常規(guī)梁段吊裝施工示意圖

圖12 優(yōu)化后吊裝施工示意圖

由于端部存在剪力鍵，波形鋼腹板節(jié)段梁預(yù)制完成后不能直接垂直起吊，施工時(shí)，在梁段頂板頂面及底板頂面設(shè)置千斤頂，施加水平推力將梁段頂開，然后再垂直起吊(如圖13所示)。

圖13 波形鋼腹板節(jié)段梁調(diào)離臺(tái)座施工圖

6 結(jié)論

通過采用多工作面長(zhǎng)線法預(yù)制施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了南陽(yáng)湘江特大橋波形鋼腹板變截面PC組合梁高效、高質(zhì)的預(yù)制施工，確保了后期梁段懸拼施工的順利進(jìn)行。可為類似橋梁施工提供參考。