謝波

中圖分類號：K826.16 文獻標識碼：A 文章編號：

預彎預應力組合梁簡稱預彎梁，是一種由預彎鋼梁和砼組合而成的新型預應力－砼組合結構，是上海市首次采用的新梁型、新工藝，它具有梁高小，施工方便（不需錨具和壓漿設備）等特點，特別適用于梁高受限制的跨線橋、城市橋、地下建筑，其工程整體經(jīng)濟效益較好。

預彎梁特點及施工難點

該工程中的三座大橋的預彎梁跨度均為40m，每跨半幅為9片中梁＋2片邊梁。裸鋼梁全長38.76m，材質為Q345C鋼，單片鋼梁重21t。鋼梁腹板厚20mm，高1110mm，上翼緣和下翼緣為變厚形式，澆筑混凝土后形成的組合梁全長38.82m，起吊重50t，單孔安裝后橋全寬16m。

施工地處上海城區(qū)，可供制梁場地有限，加工工期緊，若采用單榀預壓技術，不僅要求場地面積大，而且需對地基進行加固、打入錨樁處理，現(xiàn)場不具備條件。

采用雙榀預壓施工，技術含量高，40m跨的預彎梁在國內(nèi)尚無借鑒經(jīng)驗，但雙榀預壓施工周期比采用單榀預壓工藝縮短近一半。

預彎梁工作原理

預彎梁施工的基本原理是事先用高強鋼材制作成拋物線形的預彎鋼梁，在鋼梁兩端簡支的狀態(tài)下，在距梁端1/4～1/3跨度的位置上作用一對大小相等的集中載荷，通過分級加載給鋼梁施加彎矩。在保持鋼梁下翼緣受拉的狀態(tài)下，下翼緣板用高強度混凝土包裹，然后進入持荷期和混凝土強度增長期，待混凝土和彈性模量達到設計強度的95%以上后，分級卸載，通過鋼梁的回彈使下翼緣混凝土產(chǎn)生預壓應力。最后再澆筑腹板和上翼緣板混凝土，從而構成預彎預應力組合梁（見圖1）。

a.正反向兩榀梁置于支架上

b.雙榀同時加載至設計撓度后澆筑一期混凝土

c.一期混凝土強度和彈模到設計值95%后卸載

d.上榀梁翻轉

e.澆筑底板混凝土

施工方案

根據(jù)施工現(xiàn)場具備的條件和周邊環(huán)境影響，預彎梁施工決定采用雙榀同時預壓工藝，以減少城區(qū)場地占用面積和加快施工進度。工藝流程為：場地建設加力設備安裝正反成對鋼梁進場第一片鋼梁放入支架調正、支護第二片鋼梁吊入支架并支立于第一片鋼梁上調正、支護第二片鋼梁分級（每50kN）預壓加載下片梁限位上片梁繼續(xù)加載至設計撓度持荷消除焊接殘余應力分級（每50kN）卸載重新分級（每50kN）加載至設計撓度鎖定預彎力澆筑一期混凝土（下翼緣板）一期混凝土養(yǎng)護至強度和彈性模量至設計值的95%以上釋放預彎力，對一期混凝土施加預應力將上片梁翻轉、倒置澆筑腹板混凝土安裝預彎組合梁整跨澆筑上翼緣板混凝土。

在整個施工工藝流程中，加載是所有工序中的主要控制點，因為鋼梁的腹板極薄，僅有20mm，而梁長38.76m，設計文件對于預彎鋼梁要求腹板中線偏差<1mm，側彎值<3mm。要求加壓時，加力點要嚴格控制在腹板中線上，防止腹板偏心受壓而使整個鋼梁橫向彎曲失穩(wěn)。橫向支護也必須牢固，有足夠的抵抗橫向力的作用，這對施工設備和操作人員都需具備高精度，嚴要求。

施工控制

根據(jù)施工現(xiàn)場具備的條件和制約因素，預彎梁加載采用雙榀預壓技術。施工中通過設在兩端的反力支架形成自平衡體系，這樣，地基僅承受兩榀鋼梁重力即可（見圖1，圖3）。

由于鋼梁跨度較大，而橫向剛度又小，鋼梁在預彎力作用下容易發(fā)生橫向屈曲，因此，在梁端附近及跨間的適當位置安裝一些限制鋼梁橫向變形的支撐裝置（見圖1，圖4）。

為保證加載時上、下兩榀梁同時受力，且不偏心，加載力的作用點必須與上下鋼梁腹板中線均重合為一條鉛垂線。否則，一旦加壓，就將使鋼梁偏心受壓，發(fā)生橫向彎曲失穩(wěn)。

在加壓過程中，由于下榀梁受重力影響，其撓度先到設計值，而上榀梁尚需克服自重影響，實際加壓值要大于下榀梁，故在下榀梁到設計撓度后，在加力點需設置限位裝置，使下榀梁在后續(xù)加壓過程中，在加力點處產(chǎn)生支點反力，不再下?lián)?，上榀梁則繼續(xù)發(fā)生變化至設計撓度為止。

上下兩榀梁均到達設計撓度后，持荷一段時間，分級卸載至初始狀態(tài)以消除殘余應力。而后再重新分級加壓使上、下梁達到設計撓度，鎖定預彎力。

在加載到位后，上下兩榀梁澆筑一期混凝土（下翼緣板），因需待強度和彈模達設計值的95%后方可卸載。在此期間，預彎力不得損失，因此，加載后必須持荷。

加載和持荷期間，均定期檢測鋼梁撓度的變化，發(fā)生異常及時停止，查清原因后再實施。

施工過程

將已加工好的一榀正向鋼梁以兩端簡支狀態(tài)下置于端支架上，支點位置與梁跨支點重合，調正鋼梁，使其腹板中線鉛直，并通過橫向可調支撐，控制鋼梁的側彎值<3mm。

在正向鋼梁的加力點處放置2臺200t的千斤頂，千斤頂作用點與腹板中線重合，將反向鋼梁置于千斤頂上，千斤頂作為支點支撐。調正鋼梁，使其腹板中線鉛直，并通過橫向可調支撐，控制上鋼梁側彎<3mm，腹板中線與下鋼梁腹板中線重合。

放置端支架的上橫梁，使端支架形成框架，檢查各連接件牢固后即可開始加載。

加載時分級進行，每級50kN，同時檢測上、下鋼梁的撓度變化和側彎值。

分級卸除預彎力，測量剩余拱度。

重新分級加載，加載過程以鋼梁撓度值加以控制，并同時以測力計讀出所加預彎力，下片鋼梁達到設計值后，通過限位裝置，使下片鋼梁不發(fā)生撓度變化，上片鋼梁繼續(xù)加壓，上下鋼梁跨中最終撓度均控制在97mm，并持荷保持預彎力不變。

在澆筑一期混凝土后，待其強度和彈性模量達到設計值的95%以上時，分級卸載，混凝土在鋼梁的彈性回縮下受壓，從而形成預應力混凝土。

將上片組合梁吊出支架并翻轉后，上、下梁均可澆筑腹板混凝土，形成預彎預應力組合梁。在整跨梁安裝后，再澆筑橋面混凝土，使組合梁形成整跨一體。

工藝分析

因大跨度預彎梁雙片同時預壓技術目前在國內(nèi)尚屬首次，有效地控制和準確地分析預彎梁加壓值和變形值對混凝土產(chǎn)生的預應力具有十分重要的作用，因為預彎梁的混凝土預應力主要來源于鋼梁的變形，而鋼梁的變形除材料本身外取決于預彎力值的大小。故此，在施工中必須對預彎力和變形值進行監(jiān)控，以確保工程質量。

上下兩榀梁在加載時，因重力影響，在集中力作用下，雖然可保持兩端和跨中的應力一致，但其它斷面不會相等,取1/8L，1/4L，1/2L處可得：

Mqx=1/2qlx-1/2qx2

MPx=Px x∈[0,a]

MPx=Pax∈[a,l-a]

上榀梁：

∑M= MPx- Mqx

下榀梁：

∑M= MPx +Mqx

q=210/38.76=5.42kN/m

在不同斷面處M值為：

L＝38.76m 1/8L 1/4L 1/2L

上榀梁 1/8P1l-7/128ql2 1/4P1L-3/32ql2 3/10P1l-1/8ql2

下榀梁 1/8P2l +7/128ql2 1/4P2L+ 3/32ql2 3/10P2l +1/8ql2

ΔM 1/8(P1-P2)l -7/64ql2 1/4(P1-P2)l-3/16ql2 3/10(P1-P2)l- 1/4ql2

當ΔM＝0(施工中通過下榀梁限位裝置實現(xiàn))時，上下榀梁應力一致，此時加力值在1/8L處ΔP＝184kN，1/4L處ΔP＝158kN，1/2L處ΔP＝175kN,

為便于施工時控制梁的線形和跨中應力，加壓時上下榀梁保持跨中處撓度相等，此時上下梁體對應點位應力差值最大為5MPa，滿足了設計要求。

結束語

綜上所述，對預彎梁加、卸預彎力的過程，是用千斤頂作用在鋼梁上的一對預彎力與加力框架的內(nèi)力保持平衡。這種施工方法不需要帶有地錨的基礎，對施工場地沒有特殊的要求，而且一次能制作兩榀梁，施工方便、效率高，基礎投資少，加載設備也比較簡單。隨著城市建設規(guī)模的擴大，尤其在多層立交和凈空要求高的地區(qū)，采用預彎梁具有很大的優(yōu)越性，能收到較高的經(jīng)濟效益和很好的社會效益。