三點(diǎn)式斜交鋼橫隔梁施工

范大軍，蘇 偉，彭衛(wèi)兵，張宇濤

(1.溫州市鹿城區(qū)交通運(yùn)輸局，浙江 溫州 325000；2.溫州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 溫州 325000；3.浙江工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，杭州 310014)

0 引言

裝配式梁橋憑借其靈活、受場(chǎng)地限制較小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于橋梁建設(shè)中，橫隔梁是裝配式梁橋中一個(gè)非常重要的結(jié)構(gòu)，它的主要作用是增強(qiáng)梁的橫向連接，分散車(chē)輛撞擊力到相鄰的梁，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

傳統(tǒng)的施工工藝使混凝土橫隔梁存在較多的技術(shù)問(wèn)題，如橫隔梁線形較差，高空施工難度較高，橫隔梁不能處于同一條直線上，出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)及偏位現(xiàn)象，導(dǎo)致梁體質(zhì)量差，橫隔梁出現(xiàn)破壞[4]；梁志廣[5]等對(duì)某線路實(shí)地檢查中發(fā)現(xiàn)，橫隔板破損、開(kāi)裂現(xiàn)象較為普遍，梁體協(xié)同受力狀態(tài)不良，梁體振動(dòng)較大,裂縫附近的混凝土鋼筋已出現(xiàn)斷裂；羅愛(ài)道[6]等對(duì)廣州北環(huán)高速公路僑樂(lè)橋的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)由于交通繁忙且超重車(chē)較多，以及當(dāng)時(shí)施工質(zhì)量及施工技術(shù)的原因，導(dǎo)致近年在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)橫隔板錯(cuò)位及其連接鋼板脫落等病害，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)安全性和耐久性造成直接影響；高國(guó)良[7]對(duì)朔黃鐵路近2 000孔混凝土梁進(jìn)行檢查和評(píng)定，發(fā)現(xiàn)橫隔板開(kāi)裂后會(huì)影響單孔梁整體受力性能，降低整孔梁抗扭性能及橋梁橫向穩(wěn)定性；許尚江[8]對(duì)濱州黃河公路大橋進(jìn)行病害調(diào)查，結(jié)果表明該橋橫隔梁間的連接破壞嚴(yán)重，處于單梁受力狀態(tài)。

鋼橫隔梁則可以有效地解決混凝土橫隔梁存在的問(wèn)題，與混凝土橫隔梁相比，它的自重更輕，高空施工更加便捷，免去了傳統(tǒng)混凝土橫隔梁支模的工序，并且設(shè)計(jì)和施工的總工期更短。不少學(xué)者對(duì)鋼橫隔梁開(kāi)展了分析研究，如姚嘉[9]等通過(guò)對(duì)鋼橫隔梁施加一定的預(yù)應(yīng)力，以平衡部分外荷載所引起的拉應(yīng)力,從而提高橋梁整體性；董立[10]等在濟(jì)南黃河公路大橋的維修施工中采取了鋼橫隔梁技術(shù)，將節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行剪切成型，然后對(duì)其進(jìn)行噴砂、除銹、涂防銹漆等操作，在混凝土梁體上安裝膨脹螺栓，之后進(jìn)行鋼橫隔梁的現(xiàn)場(chǎng)焊接；杜捷[11]等采用工字梁作為鋼橫隔梁，采用高強(qiáng)度摩擦性螺栓T形梁混凝土腹板連接；項(xiàng)貽強(qiáng)[12]等在模塊化鋼-混快速施工小箱梁橋中，應(yīng)用了鋼橫隔梁技術(shù)，鋼橫隔梁錨固板呈倒置的T型，采用焊接的方式將鋼橫隔梁與錨固板進(jìn)行連接；郭曉豹[13]等通過(guò)有限元模型分析和方案比選，提出了一種新型的三點(diǎn)式鋼橫隔梁。

本文基于三點(diǎn)式鋼橫隔梁，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)構(gòu)造與節(jié)點(diǎn)連接方式，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程，從而解決傳統(tǒng)混凝土橫隔梁存在的錯(cuò)臺(tái)及高空施工困難等裝配式梁橋存在的技術(shù)問(wèn)題。

1 工程概況

104國(guó)道溫州西過(guò)境永嘉張堡至甌海桐嶺段改建工程(鹿城段)跨金溫鐵路橋?yàn)槲迓?lián)預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)斜交橋，第4聯(lián)立面如圖1所示。上部結(jié)構(gòu)為30m跨徑簡(jiǎn)變連小箱梁，斜交角度為17.5°，橋梁寬度為31.5m，單幅橋?qū)?5.75m，共計(jì)5片梁板，左右幅對(duì)稱布置，濕接縫寬度72.5cm，主梁截面如圖2所示。預(yù)制箱梁采用C50混凝土，普通鋼筋為HPB235、HRB335兩種。主梁縱向預(yù)應(yīng)力筋采用抗拉強(qiáng)度為1 860MPa的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，縱向預(yù)應(yīng)力筋分為腹板預(yù)應(yīng)力筋和頂板預(yù)應(yīng)力筋。

圖1 第四聯(lián)立面(單位：cm)

圖2 主梁截面(單位：mm)

橋梁采用橫隔梁作為橫向聯(lián)系，保證主梁共同受力，其中在第11跨左幅與第13跨全幅跨中設(shè)置三點(diǎn)式鋼橫隔梁(圖3)，其余跨跨中橫隔梁為混凝土橫隔梁。

圖3 三點(diǎn)式鋼橫隔梁

2 鋼橫隔梁構(gòu)造

2.1 結(jié)構(gòu)形式

鋼橫隔梁采用三點(diǎn)式桁架結(jié)構(gòu)，主要由預(yù)埋鋼板、連接板、鋼梁、頂板、剪力釘?shù)葮?gòu)成，除剪力釘使用ML15鋼外，其余鋼材均采用Q345qD鋼，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，鋼橫隔梁如圖4所示。鋼梁采用外徑102mm、厚5mm的圓管，設(shè)計(jì)時(shí)考慮橫坡與斜交角度多方面因素，三點(diǎn)式鋼橫隔梁上部?jī)尚绷洪L(zhǎng)度不同，分別為1 212mm與1 172mm。頂鋼板為厚20mm的平行四邊形，上部采用槽形設(shè)計(jì)，上表面焊接16根直徑22mm的剪力釘，形成剪力釘群，保證剪力釘與濕接縫之間的抗拉、抗剪承載力[14-15]。

圖4 鋼橫隔梁結(jié)構(gòu)(單位：mm)

2.2 節(jié)點(diǎn)連接方式

鋼橫隔梁與箱梁的連接采用預(yù)埋鋼板的方式，鋼板在主梁預(yù)制時(shí)即預(yù)埋在箱梁腹板兩側(cè)。由于該橋?yàn)樾苯粯?，?jié)點(diǎn)板與預(yù)埋鋼板呈72.5°夾角，節(jié)點(diǎn)板與預(yù)埋鋼板之間采用熔透焊，節(jié)點(diǎn)板下部設(shè)置有加勁肋板，以保證構(gòu)件局部穩(wěn)定，可以提高節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定性和抗扭性能。加勁肋板與節(jié)點(diǎn)板采用8mm三角焊縫連接，加勁肋板與預(yù)埋鋼板之間采用熔透焊(圖4a)。鋼橫隔梁主體三點(diǎn)式桁架在工廠預(yù)制完成，三點(diǎn)式桁架節(jié)點(diǎn)板與焊板采用8mm直角焊縫連接。

頂鋼板處焊接16根直徑為22mm的剪力釘，均勻排列在頂鋼板上表面，縱橫向布置間距為150mm，與現(xiàn)澆段混凝土一起現(xiàn)澆，形成整體，有效傳遞現(xiàn)澆段處的剪力，使混凝土與鋼橫隔梁形成整體，共同工作。

3 施工方案

三點(diǎn)式鋼橫隔梁施工的主要流程為：工廠預(yù)制→帶有預(yù)埋鋼板的主梁預(yù)制→主梁架設(shè)→鋼橫隔梁吊裝→鋼橫隔梁節(jié)點(diǎn)板焊接→焊縫、預(yù)埋鋼板及節(jié)點(diǎn)板涂漆→頂鋼板處現(xiàn)澆段澆筑(剪力釘與濕接縫連接)。

3.1 鋼橫隔梁工廠預(yù)制

為了便于現(xiàn)場(chǎng)裝配，鋼橫隔梁三點(diǎn)式桁架在工廠預(yù)制完成，鋼管、封板、焊板、腹板和側(cè)板采用5mm直角焊縫焊接成整體，剪力釘焊接于頂鋼板上表面(圖5)。預(yù)埋鋼板、連接板采用等離子一體切割，完成鋼橫隔梁各部件的工廠化預(yù)制。在工廠預(yù)制時(shí)進(jìn)行鋼橫隔梁表面的涂裝，采用環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中間漆和氟碳防腐面漆的涂裝方案。

圖5 鋼橫隔梁工廠預(yù)制

3.2 鋼板預(yù)埋定位

采用鋼橫隔梁的小箱梁需在箱梁跨中腹板位置預(yù)埋鋼板，鋼板作為鋼與混凝土的一種連接方式，使鋼橫隔梁獲得可靠的連接。為了減少裝配誤差，預(yù)埋鋼板的定位尤其重要，首先在鋼模板上準(zhǔn)確標(biāo)記預(yù)埋鋼板的預(yù)埋點(diǎn)，接著采用臨時(shí)支撐將預(yù)埋鋼板固定，在預(yù)埋鋼板4條邊上采用點(diǎn)焊將其與鋼模板臨時(shí)固定，完成預(yù)埋鋼板的定位，如圖6所示。

圖6 預(yù)埋鋼板定位

吊裝鋼筋籠完成后，由于預(yù)埋鋼板受力較為復(fù)雜，受到拉壓應(yīng)力的作用，實(shí)際受力時(shí)存在彎曲變形[16]。其與主梁鋼筋的固定尤其重要，因此在連接預(yù)埋鋼板和主梁鋼筋時(shí)，宜采用直徑大于18mm的螺紋鋼筋，以保證強(qiáng)度。預(yù)埋鋼板與腹板箍筋鋼筋通過(guò)U形或L形鋼筋焊接，每塊預(yù)埋鋼板的連接鋼筋不少于9根，保證其抗剪、抗拉強(qiáng)度。鋼筋焊接時(shí)，應(yīng)避開(kāi)波紋管，如圖7所示。箱梁澆筑、拆模、養(yǎng)護(hù)完成后，即完成帶有預(yù)埋鋼板的主梁預(yù)制，如圖8所示。預(yù)埋鋼板附近混凝土澆筑質(zhì)量較好，梁體表面未出現(xiàn)孔洞及開(kāi)裂的情況，澆筑填充率較高。

圖7 預(yù)埋鋼板與主梁鋼筋的焊接

圖8 箱梁預(yù)制完成

3.3 鋼橫隔梁吊裝

主梁架設(shè)完成后，將鋼橫隔梁運(yùn)輸至橋下跨中指定位置。首先采用隨車(chē)吊將所有鋼橫隔梁吊裝至指定位置，在鋼橫隔梁頂板處預(yù)先焊接U型鋼筋，接著通過(guò)手拉葫蘆將鋼橫隔梁臨時(shí)固定，如圖9所示。

圖9 鋼橫隔梁吊裝

3.4 節(jié)點(diǎn)板焊接

采用掛籃施工。按照?qǐng)D紙要求，調(diào)整鋼橫隔梁斜交對(duì)齊角度為17.5°，節(jié)點(diǎn)板與預(yù)埋鋼板對(duì)應(yīng)位置的棱角焊縫，要求全熔透焊接，質(zhì)量等級(jí)為1級(jí)，節(jié)點(diǎn)板與連接板對(duì)應(yīng)位置的焊縫采用8mm直角焊縫，如圖10所示。

圖10 節(jié)點(diǎn)板焊接與焊縫部位示意

通過(guò)在設(shè)計(jì)階段考慮施工誤差對(duì)鋼橫隔梁裝配的影響，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)板與連接板時(shí)預(yù)留對(duì)齊誤差空間，使鋼橫隔梁在焊接安裝時(shí)，更易對(duì)齊，保證鋼橫隔梁的斜交角度，提高受力性能。

3.5 焊縫、預(yù)埋鋼板及節(jié)點(diǎn)板涂漆

涂裝前，清理節(jié)點(diǎn)板、預(yù)埋鋼板、連接板等的表面。鋼構(gòu)件除銹及表面處理的目的在于去除塵埃、油垢、水、氧化皮、鐵銹或舊的不堅(jiān)固的漆膜，以增強(qiáng)新涂漆膜的附著力，提高油漆質(zhì)量。本工程除銹使用粗細(xì)不同的鋼絲刷、平鏟鋼刮刀進(jìn)行除銹。

鋼橫隔梁整體焊接完成后，對(duì)節(jié)點(diǎn)板、預(yù)埋鋼板及焊縫補(bǔ)涂涂料。橋梁投入運(yùn)營(yíng)后，定期對(duì)鋼橫隔梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行除銹、涂裝，保證鋼橫隔梁在橋梁全生命周期內(nèi)的正常使用。

3.6 頂鋼板處現(xiàn)澆段澆筑

鋼橫隔梁整體安裝完畢后，采用連接鋼筋將頂鋼板處的剪力釘與濕接縫處的環(huán)形鋼筋局部焊接，確保濕接縫現(xiàn)澆前鋼橫隔梁的穩(wěn)定性。支模完成后，澆筑箱梁濕接縫，使頂鋼板與濕接縫形成整體，共同受力(圖11)。

圖11 頂鋼板處現(xiàn)澆

4 工程應(yīng)用

三點(diǎn)式鋼橫隔梁已成功應(yīng)用于104國(guó)道溫州西過(guò)境跨金溫鐵路橋第四聯(lián)。鋼橫隔梁具有自重輕、抗拉能力強(qiáng)、施工便捷等優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)和施工的總工期更少，解決了傳統(tǒng)斜交橋橫隔梁對(duì)不齊的問(wèn)題，且制作方便，便于模塊化施工，降低施工難度，加快施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖12 施工后的三點(diǎn)式鋼橫隔梁

5 結(jié)語(yǔ)

鋼橫隔梁在如今的工程實(shí)際中應(yīng)用不多，但它是一種可靠、便捷的結(jié)構(gòu)，與混凝土橫隔梁相比，鋼橫隔梁具有自重輕、抗拉能力強(qiáng)、施工便捷等優(yōu)勢(shì)。104國(guó)道溫州西過(guò)境永嘉張堡至甌海桐嶺段改建工程初步應(yīng)用三點(diǎn)式鋼橫隔梁，通過(guò)對(duì)鋼橫隔梁結(jié)構(gòu)與連接的合理設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工方案的精細(xì)制定，實(shí)現(xiàn)了鋼橫隔梁在施工階段的快速裝配。通過(guò)在設(shè)計(jì)階段考慮施工誤差的影響，解決了橫隔梁錯(cuò)臺(tái)、對(duì)不齊的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鋼橫隔梁對(duì)施工誤差較高的適應(yīng)性。并且，鋼橫隔梁通過(guò)采用較高等級(jí)的防腐防銹涂裝，使其在安全性、耐久性方面得到了一定的提升。工程實(shí)踐應(yīng)用表明：鋼橫隔梁作為一種新的橫向連接方式，具有受力合理、裝配快速、施工便捷、利于對(duì)齊等優(yōu)勢(shì)。