鋼-混組合梁橋面板-防撞護(hù)欄一體化鋼模板設(shè)計(jì)分析

劉曉鑾，徐慧丹，李 欣，陳 輝

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

鋼-混組合梁是鋼梁通過連接件與混凝土橋面板組合而成的梁式橋，該結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)受拉、混凝土受壓的材料特點(diǎn)，整體造價(jià)比較經(jīng)濟(jì)。

鋼-混組合梁混凝土橋面板的施工方式一般有兩種，一種是現(xiàn)場澆筑，另一種是工廠預(yù)制、現(xiàn)場吊裝。采用現(xiàn)場澆筑施工時(shí)，橋面板模板有臨時(shí)支架模板、預(yù)制混凝土模板和組合結(jié)構(gòu)橋面板等，如圖1所示。其中，臨時(shí)支架模板需要在施工現(xiàn)場安裝、拆卸，預(yù)制混凝土模板安裝在兩道鋼縱梁之間作為永久模板使用。組合結(jié)構(gòu)橋面板采用鋼板作為混凝土橋面板的永久模板，通過錨固鋼筋或PBL剪力鍵等與混凝土橋面板連接，形成共同受力的橋面板[1-7]。三種模板形式在防撞護(hù)欄施工時(shí)，橋梁外側(cè)需要另外搭設(shè)模板，難以有效預(yù)防高空作業(yè)時(shí)橋面墜物，需要設(shè)置必要防護(hù)構(gòu)造保護(hù)橋下交通和行人安全[8]。

圖1 現(xiàn)場現(xiàn)澆施工模板形式

1 工程概況

本工程為嘉興市市區(qū)快速路環(huán)線工程，主線高架某聯(lián)采用跨徑50m簡支鋼-混組合梁結(jié)構(gòu)，主縱梁采用多箱單室槽型梁結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2所示。

圖2 疊合梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：mm）

本跨鋼-混組合梁處于高架曲線超高段，如果采用預(yù)制橋面板，品種多數(shù)量少且吊裝過程中安全風(fēng)險(xiǎn)高，因此設(shè)計(jì)采用現(xiàn)澆橋面板，原計(jì)劃以鋼縱、橫梁作為混凝土橋面板的澆筑支撐構(gòu)件，立模澆筑橋面板混凝土。因橋面下方緊鄰某汽車4S店展廳及停車位（見圖3），為保證橋面板和防撞護(hù)欄混凝土澆筑施工期間地面車輛、進(jìn)出通道及展廳安全，對現(xiàn)澆橋面板和防撞護(hù)欄的鋼模板進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速施工和安全施工。

圖3 橋位處平面及橫斷面布置圖（單位：mm）

2 一體化鋼模板設(shè)計(jì)

2.1 鋼模板設(shè)計(jì)

橋面板-防撞護(hù)欄一體化鋼模板，由橋面板底鋼模、防撞護(hù)欄外鋼模及橫向和豎向帶孔鋼板組成，帶孔鋼板可以作為澆筑混凝土?xí)r底鋼模和外鋼模的加勁肋，同時(shí)又作為剪力鍵傳遞鋼與混凝土之間的相互作用力。鋼模板和帶孔鋼板厚度均取6mm，帶孔鋼板需要避讓橋面剪力釘，順橋向間距取600mm，如圖4所示。

圖4 一體化鋼模板橫斷面及大樣圖（單位：mm）

細(xì)節(jié)方面，設(shè)計(jì)防撞護(hù)欄外鋼模與混凝土護(hù)欄外緣對齊，保持線形美觀。為減少雨水滲透對一體化鋼模板耐久性的影響，外鋼模頂面彎起與防撞護(hù)欄頂面齊平，并在豎向帶孔鋼板頂部設(shè)置阻水鋼板，防止雨水進(jìn)入鋼模板與混凝土接觸面，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。

2.2 鋼模板施工

施工時(shí)，鋼模板與鋼主梁焊接成整體后吊裝，底鋼模作為施工平臺和混凝土澆筑模板，外鋼模作為防護(hù)模板，防止混凝土澆筑期間橋面墜物。在橋面板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，橋面板底層縱向鋼筋與帶孔鋼板網(wǎng)孔以及兩者之間的混凝土共同形成PBL剪力鍵，底鋼模可參與組合橋面板整體受力，有效提高了橋面板承載能力，然后綁扎防撞護(hù)欄鋼筋，利用外鋼模澆筑防撞護(hù)欄混凝土，如圖5所示。

圖5 底鋼模制作及橋面鋼筋施工照片

2.2 鋼模板計(jì)算

采用MIDAS/Civil建立一體化鋼模板有限元模型，鋼模板以及帶孔鋼板均采用板單元模擬，待澆筑的混凝土重量以及施工人員、設(shè)備荷載通過面荷載施加在鋼模板表面，計(jì)算模型和結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 一體化鋼模板有限元模型

圖7 鋼模板受力分析結(jié)果

從圖6看出，鋼模板的最大應(yīng)力主要集中在最右側(cè)鋼箱梁頂板處的帶孔鋼板上緣，最大應(yīng)力為58MPa，鋼模板及帶孔鋼板的應(yīng)力始終處于彈性范圍，強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

鋼模板的最大變形集中在挑臂端部防撞護(hù)欄處，最大豎向變形4.2mm，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3650—2020）規(guī)定模板最大變形值不超過構(gòu)件跨度的1/400，4.2mm＜2000mm/400=5mm，滿足要求。

除挑臂處鋼模板外，其余位置鋼模板和帶孔鋼板四周均有主梁頂板支撐，鋼模板最大豎向變形僅0.6mm，帶孔鋼板最大應(yīng)力45MPa，不控制設(shè)計(jì)。因此下文以挑臂處帶孔鋼板縱向間距和鋼板厚度作為研究對象，探討一體化鋼模板的合理構(gòu)造設(shè)計(jì)。

3 鋼模板設(shè)計(jì)參數(shù)分析

取挑臂處帶孔鋼板縱向間距分別為0.4m、0.6m、0.8m，鋼板厚度分別為6mm、8mm、10mm，其余位置鋼板厚度6mm，帶孔鋼板與挑臂處對齊，分別計(jì)算鋼模板豎向變形、最大應(yīng)力及每延米用鋼量，計(jì)算數(shù)據(jù)見表1至表3，變化趨勢如圖8所示。

表1 0.4m帶孔鋼板縱向間距計(jì)算結(jié)果

表2 0.6m帶孔鋼板縱向間距計(jì)算結(jié)果

表3 0.8m帶孔鋼板縱向間距計(jì)算結(jié)果

圖8 鋼模板豎向變形、最大應(yīng)力和每延米用鋼量計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可以看出，在不同帶孔鋼板縱向間距下，隨著鋼板厚度增加，鋼模板最大豎向變形和最大應(yīng)力逐步減小，但變化幅度逐漸變緩，這是因?yàn)殇摪搴穸仍黾訒龃箐撃０鍎偠韧瑫r(shí)會增大模板自重，對鋼模板變形和應(yīng)力影響逐漸減弱；同時(shí)鋼板厚度增加帶來每延米用鋼量顯著增加。

綜合考慮鋼模板局部穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，帶孔鋼板縱向間距不宜過大。參考國內(nèi)類似工程鋼模板構(gòu)造，該工程鋼板厚度取為6mm，帶孔鋼板縱向間距取為0.6m，滿足鋼模板變形要求，且有一定富余量，較為適宜。

4 結(jié)語

本文以嘉興市市區(qū)快速路環(huán)線工程中鋼-混組合梁施工跨越4S店為背景，利用MIDAS/Civil軟件建立橋面板-防撞護(hù)欄一體化鋼模板模型，分析了鋼板厚度、帶孔鋼板間距等對鋼模板變形、應(yīng)力和用鋼量的影響，可以為類似鋼模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。主要結(jié)論如下：

（1）橋面板-防撞護(hù)欄一體化鋼模板，由橋面板底鋼模、防撞護(hù)欄外鋼模及橫向和豎向帶孔鋼板組成，可有效防止橋面墜物，增強(qiáng)施工安全。

（2）一體化鋼模板首先作為橋面板澆筑模板，然后與橋面板共同受力并結(jié)合外鋼模作為防撞護(hù)欄澆筑模板，提高施工速度并保證施工安全。

（3）經(jīng)驗(yàn)算一體化鋼模板受力和變形均滿足規(guī)范要求，可以在其他類似工程中推廣應(yīng)用。

（4）選擇合理的鋼板厚度和帶孔鋼板縱向間距，可以在保證鋼模板受力安全的同時(shí)取得經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。