波形鋼腹板PC組合梁橋前吊后托模架設(shè)計及應(yīng)用研究

黃進(jìn)森 譚海濤

摘要：文章根據(jù)廣西飛龍大橋的橋梁工程經(jīng)驗(yàn)，在模架關(guān)鍵點(diǎn)上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和工藝優(yōu)化，模架后托部分采用了預(yù)應(yīng)力錨固牛腿支架作為支撐，結(jié)合貝雷梁完成對1#節(jié)段施工平臺搭設(shè)，并結(jié)合掛籃前吊施工，形成前吊后托體系。整個施工工藝流程方便簡單，能有效縮短施工時間，提高材料周轉(zhuǎn)率，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。研究成果可為同類型的波形鋼腹板橋梁施工提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；波形鋼腹板PC組合梁橋；模架施工；前吊后托；施工方法

中圖分類號：U445.4A290973

0引言

與目前傳統(tǒng)形式的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋體系相比，波形鋼腹板PC組合梁橋采用結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、輕質(zhì)、高強(qiáng)的波形鋼腹板取代了傳統(tǒng)腹板較厚的混凝土箱梁橋，具有景觀綠化效果好、跨越空間能力大、施工效率高、維修養(yǎng)護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于大跨徑橋梁的建設(shè)之中［1］。由于其特殊的腹板構(gòu)造，波形鋼腹板需要與混凝土頂板和底板相連接，通過雙PBL鍵（頂板）連接與嵌入式（底板）連接相結(jié)合的方式。0#塊轉(zhuǎn)向第1#節(jié)段波形鋼腹板的裝配精度直接決定著后續(xù)鋼腹板懸臂結(jié)構(gòu)施工的裝配準(zhǔn)確度，而1#塊掛籃底籃的后下橫梁并無錨固點(diǎn)，因此僅僅通過剛吊帶無法確保橋梁施工的安全性。為此，本文以廣西飛龍大橋?yàn)橹饕芯繉ο?，對模架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)改良，設(shè)計出一個前吊后托的新模架，提供了一種便捷性、材料使用率高、施工進(jìn)度快、作業(yè)難度小的施工方式。

1工程概況

廣西飛龍大橋是平沙二級公路的控制性工程，該橋總長為940 m，其中主橋橋跨布置方案為（100+185+185+100）m的波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)。主橋總長為570 m，橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為13.00 m，主橋的上部結(jié)構(gòu)形式采用單箱單室箱梁布置，箱頂寬為13.00 m，箱底寬為7.00 m，翼板懸臂長度為3.00 m。箱梁的頂端底板及梁根部腹板內(nèi)襯混凝土采用高強(qiáng)C60型混凝土，頂板厚度為0.34 m，底板厚度為0.3～1.75 m。上部箱梁根部中心梁高為10.90 m，跨中中心梁高為4.00 m，頂板設(shè)計橫坡為2%，底板水平布置。梁高及底板垂直厚度采用1.8次拋物線變化。腹板材料采用1800型Q420qDNH耐候鋼波形鋼板，鋼板厚度為14～28 mm，自重可比同類型跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋減輕20%。邊跨箱梁設(shè)置鋼筋混凝土橫隔板4道，中跨型箱梁設(shè)置鋼筋混凝土橫隔板8道，橫隔板厚度為0.30m。箱梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系，包括箱頂與底板之間的縱向預(yù)應(yīng)力束、頂板的橫向預(yù)應(yīng)力束及縱向體外預(yù)應(yīng)力索。見圖1。

6#、7#和8#主墩0#塊長度均為19.40 m，分為0-1節(jié)段和0-2節(jié)段。其中0-1節(jié)段長11.10 m，0-2節(jié)段單側(cè)長4.15 m，兩側(cè)總長8.30 m。0-1節(jié)段高10.90 m，底寬7.00 m，頂寬13.00 m。翼板懸臂長3.00 m，底板厚度為1.50 m，頂板厚度為2.55 m。0#塊混凝土總方量為968 m3。見圖2。

2模架設(shè)計

2.1模架設(shè)計思路

波形鋼腹板PC組合梁橋0-2節(jié)段施工的模架主要由后托支架、掛籃、行走組件和作業(yè)平臺等組成，其1#塊施工模架設(shè)計詳見圖3。后端置于橋墩的牛腿托架，前端采用掛籃吊帶懸吊［2-3］。后托支架采用預(yù)應(yīng)力錨固牛腿支架+貝雷梁結(jié)構(gòu)，掛籃底籃后端置于貝雷梁上，貝雷梁與掛籃底籃縱梁以鋼卸落塊墊塊進(jìn)行支墊調(diào)平。底籃前端以掛籃吊帶+下橫梁懸吊，其中行走軌道主要以波形鋼腹板頂端雙PBL剪力鍵作為前移軌道，在吊機(jī)底座與波形鋼腹板支點(diǎn)位置設(shè)計滑輪形式，利用千斤頂進(jìn)行頂推以實(shí)現(xiàn)掛籃行走。

在波形鋼腹板PC組合梁橋0#塊轉(zhuǎn)向1#塊施工時，通過預(yù)應(yīng)力錨固牛腿支架的應(yīng)用，在0#塊施工時就已完成預(yù)應(yīng)力錨固牛腿支架安裝，為掛籃拼裝、預(yù)壓等提供先決條件，在縮短工期的同時保證安裝精度、效率和質(zhì)量。與常規(guī)施工相比較，本文設(shè)計的模架環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，便攜性更高，且可高精度、高效率地完成工作，從而加快施工進(jìn)度。

2.2托架模型

根據(jù)托架設(shè)計的詳細(xì)尺寸，對托架體系的后托牛腿、貝雷橫梁、掛籃的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行Midas Civil有限元建模。掛籃內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含橫梁、掛籃底模、掛籃吊帶等，如圖4所示。

2.2托架荷載

由于采用鋼腹板作為整體承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝施工，掛籃架在充分確保自身承載起重能力和承載剛度穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡可能達(dá)到輕型化施工和行走方便。設(shè)計托架的荷載主要包含施工荷載、模板支架荷載和混凝土荷載。掛籃自重按50.346 t考慮，混凝土自重按26 kN/m3計。施工荷載的取值應(yīng)參考《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）。

2.3托架荷載組合

荷載組合（強(qiáng)度）=1.2×結(jié)構(gòu)自重+1.2×澆筑混凝土自重+1.4×混凝土澆筑荷載。

荷載組合（變形）=1×結(jié)構(gòu)自重+1×澆筑混凝土自重+1×混凝土澆筑荷載。

2.4托架受力分析結(jié)果

根據(jù)托架受力分析結(jié)果（表1）可知：

（1）0-2節(jié)段外懸段底板澆筑混凝土施工時，后端承托牛腿單元受到最大組合應(yīng)力，最大值為88.80MPa，低于國內(nèi)現(xiàn)行的Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材構(gòu)件215MPa的最大設(shè)計強(qiáng)度要求；最大剪應(yīng)力為17.7MPa，低于國家Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計值要求；牛腿最大變形為1.162 mm，＜L/400=6.19 mm。牛腿各構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（2）0-2節(jié)段外懸段底板澆筑混凝土施工時，貝雷橫梁單元受到最大組合應(yīng)力，最大值為209.80MPa，小于貝雷片構(gòu)件材料設(shè)計強(qiáng)度273MPa；最大剪應(yīng)力為105.50MPa，小于貝雷片構(gòu)件材料最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計值208MPa；最大變形為2.788 mm，＜L/400=7.00 mm。貝雷梁各構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（3）0-2節(jié)段外懸段底板澆筑混凝土施工時，掛籃橫梁單元受到最大組合應(yīng)力為70.20MPa，低于國內(nèi)現(xiàn)行的Q235鋼材構(gòu)件215MPa的最大設(shè)計強(qiáng)度要求；最大剪應(yīng)力為13.80MPa，低于國家Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計值要求；最大變形為6.062 mm，＜L/400=18.75 mm。掛籃橫梁各構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（4）0-2節(jié)段外懸段底板澆筑混凝土施工時，掛籃下縱梁單元受到最大組合應(yīng)力為51.10MPa，低于國內(nèi)現(xiàn)行的Q235鋼材構(gòu)件215MPa的最大設(shè)計強(qiáng)度要求；最大剪應(yīng)力為20.90MPa，低于國家Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計值要求；最大變形為6.173 mm，＜L/400=18.75 mm。掛籃下縱梁各構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（5）0-2節(jié)段外懸段底板澆筑混凝土施工時，掛籃底模單元受到最大組合應(yīng)力為150.00MPa，低于國內(nèi)現(xiàn)行的Q235鋼材構(gòu)件215MPa的最大設(shè)計強(qiáng)度要求；最大剪應(yīng)力為20.20MPa，低于國家Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計值要求；最大變形為7.401 mm，＜L/400=16.25 mm。掛籃底模各構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（6）0-2節(jié)段外懸段底板澆筑混凝土施工時，掛籃吊帶單元受到最大組合應(yīng)力為18.80MPa，低于國內(nèi)現(xiàn)行的Q235鋼材構(gòu)件215MPa的最大設(shè)計強(qiáng)度要求；最大變形為4.463 mm，＜L/400=25.00 mm。掛籃吊帶構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。通過對受力結(jié)果進(jìn)行分析，托架正應(yīng)力、剪應(yīng)力和變形量均滿足規(guī)范要求。

3模架應(yīng)用

波形鋼腹板PC組合梁橋1#塊模架應(yīng)用于飛龍大橋，在完成0-1節(jié)段的鋼筋混凝土施工和對1#塊首塊波形鋼腹板進(jìn)行定位安裝后，進(jìn)行模架的安裝。具體安裝步驟如下。

3.1模架部件加工及拼裝

根據(jù)模架各部件的設(shè)計圖紙，將各部件在專業(yè)的鋼構(gòu)廠進(jìn)行加工，在加工廠驗(yàn)收合格后方能運(yùn)至施工現(xiàn)場，在施工現(xiàn)場進(jìn)行拼裝和焊接。

3.2預(yù)應(yīng)力錨固牛腿支架安裝

在施工最后一節(jié)墩身時需要預(yù)埋牛腿剪力槽，剪力槽底部距離墩頂?shù)奈恢酶鶕?jù)支架的高度確定。剪力槽采用10 mm厚鋼板加工成長450 mm、寬160 mm、高400 mm的鐵盒并預(yù)埋。墩身施工時，在剪力槽底部布置3層12 mm鋼筋網(wǎng)片，鋼筋布置間距為10 cm×10 cm，網(wǎng)片層間距5 cm。

預(yù)埋管要進(jìn)行固定，防止混凝土澆筑時產(chǎn)生位移。在最后一節(jié)墩柱施工時，應(yīng)在預(yù)應(yīng)力牛腿位置的墩頂處預(yù)埋一根型鋼，用于牛腿安裝。

根據(jù)預(yù)設(shè)剪力槽進(jìn)行牛腿的吊裝，吊裝到位后，及時將對拉桿緊固，在完成剪刀撐的焊接后方可進(jìn)行預(yù)壓工作。牛腿采用精軋螺紋鋼，使用千斤頂單端張拉。牛腿預(yù)壓時，應(yīng)左右對稱同時頂升千斤頂。預(yù)壓按4級荷載（60％、80％、100%、120%）的設(shè)計最大預(yù)壓荷載值進(jìn)行均衡加載，加載達(dá)到設(shè)計荷載后，按照間隔24 h的監(jiān)測頻率，對監(jiān)測點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)值滿足要求后方可開始卸載，通過對稱、均衡、同步的方式進(jìn)行預(yù)壓荷載的卸載。

3.3貝雷梁安裝

安裝前先對貝雷梁安裝位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，貝雷梁在地面采用貝雷片組裝而成，采用汽車吊整體吊裝。

3.4掛籃安裝

3.4.1前后上橫梁安裝

完成貝雷梁安裝后，對掛籃安裝位置進(jìn)行定位放樣，利用吊車進(jìn)行掛籃前、后上橫梁的吊裝，待位置確定后，進(jìn)行臨時穩(wěn)固。用鋼絲繩綁住吊帶從精軋螺紋鋼一端進(jìn)行起吊，另一端穿入前后上橫梁預(yù)留孔，并用螺母對上橫梁進(jìn)行固定。

3.4.2前后下橫梁安裝

前、后下橫梁起吊后，將已安裝吊帶、吊桿穿入橫梁，安裝螺母，完成下橫梁安裝。

3.4.3底模安裝

檢查安裝情況符合要求后，進(jìn)行底模縱梁起吊，根據(jù)設(shè)計間距安裝固定。底模模板安裝前進(jìn)行預(yù)拼，然后按照相應(yīng)位置進(jìn)行吊裝，確保拼接正確。

3.4.4吊帶安裝

先安裝后吊桿及滑梁限位裝置，安裝就位后吊裝滑梁穿過滑梁限位孔，并安裝前吊桿與滑梁前段進(jìn)行連接。

依次完成掛籃上后橫梁、吊帶、下前橫梁及底板縱梁等的安裝。通過在墩身側(cè)模板下方及牛腿支架間設(shè)置橫梁分配梁進(jìn)行支撐，形成前吊后托模架體系。

4結(jié)語

通過采用波形鋼腹板PC組合梁橋模架施工方法，有效結(jié)合波形鋼腹板橋梁本身特點(diǎn)，采用前吊后托工法，在提高安裝精度的同時保證施工效率和質(zhì)量。與傳統(tǒng)工藝落地螺旋鋼管支架相比，本文介紹的施工方法環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，便攜性更高，且可高精度、高效率地完成工作，從而加快施工進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：黃進(jìn)森（1988—），工程師，研究方向：道路與橋梁施工管理。