鋼槽組合梁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要 為了分析中等跨徑窄鋼槽組合梁橋的合理施工工藝，文章以潤(rùn)河大橋?yàn)橐劳?，采用理論分析與數(shù)值模型相結(jié)合的方法，對(duì)鋼槽組合梁梁橋施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。研究表明，采用預(yù)制混凝土薄底板兼做橋面板施工模板，配合翼緣采用裝配式三角托架，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)澆橋面板的快速施工；鋼槽梁具有良好的承載能力，先拆除支架再進(jìn)行橋面板澆筑施工的方案可行；受斜交影響，兩個(gè)鋼槽梁預(yù)拱度應(yīng)按照不對(duì)稱布置，成橋時(shí)可達(dá)到相同拱度以滿足橫坡要求。

關(guān)鍵詞 預(yù)制小箱梁；工業(yè)化；預(yù)制施工；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào) U441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）05-0125-03

0 引言

鋼槽組合梁梁橋是一種結(jié)構(gòu)較為新穎的組合結(jié)構(gòu)形式，具有良好的承載能力和耐久性，逐步應(yīng)用于公路及市政橋梁中[1]。國(guó)內(nèi)外針對(duì)窄鋼槽組合梁橋的相關(guān)研究也有一定的進(jìn)展。

現(xiàn)有鋼箱組合梁橋的常見(jiàn)施工方法主要包括支架安裝法、架橋機(jī)逐孔安裝法、懸臂安裝施工法、頂推施工法等[2-4]。針對(duì)橋面多采用預(yù)制安裝方法進(jìn)行施工，也有小規(guī)模條件下采用現(xiàn)澆法進(jìn)行施工[5]。同時(shí)，還有研究對(duì)窄鋼箱組合梁的受力特性進(jìn)行研究，分析其剪力滯效應(yīng)，以及這種結(jié)構(gòu)的受力特性[6-7]。

綜上，現(xiàn)有的研究中針對(duì)鋼槽組合梁橋的施工工藝研究相對(duì)較少，尤其是采用預(yù)制底模板形式的混凝土橋面板研究更少。為了對(duì)窄鋼箱組合梁橋的合理工藝進(jìn)行進(jìn)一步研究，以潤(rùn)河大橋?yàn)橐劳袑?duì)鋼槽組合梁施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 總體概況與建設(shè)條件

合肥至周口高速公路壽縣（保義）至潁上（南照）段是安徽省規(guī)劃的“五縱九橫”高速公路網(wǎng)的“縱三”德州至上饒高速公路的聯(lián)絡(luò)線，是規(guī)劃的合肥至周口省際高速公路的一段，是聯(lián)系合肥經(jīng)濟(jì)圈、皖北城市群的又一通道。SY-LJ6標(biāo)段設(shè)計(jì)的起訖樁號(hào)為K82+208～K95+317，全長(zhǎng)約13.11 km。

K90+974潤(rùn)河特大橋全長(zhǎng)1 354 m，跨越潤(rùn)河位置的橋梁軸線與河道夾角為53°，該橋主橋跨徑為（30+53+30）+（30+50+30）+（30+53+30）m，橋梁在第20、26孔上跨潤(rùn)河堤壩。上部結(jié)構(gòu)主橋采用鋼槽組合梁，引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，橋墩采用柱式墩，橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，基礎(chǔ)采用摩擦灌注樁基礎(chǔ)。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

潤(rùn)河特大橋主橋采用窄鋼槽組合梁結(jié)構(gòu)，大橋采用分幅布置，單幅橋面寬12.75 m。鋼主梁采用窄鋼槽結(jié)構(gòu)，由中心間距為6.7 m的雙窄鋼槽結(jié)構(gòu)組成，兩個(gè)鋼槽箱通過(guò)鋼橫梁進(jìn)行連接，如圖1所示。鋼主梁采用Q345qD箱型直腹板鋼梁，腹板間距為3.05 m。主梁梁高采用等高度布置，鋼梁高2.25 m。底板設(shè)置縱向I型加勁肋，腹板在單側(cè)設(shè)置豎向加勁肋。

鋼槽梁底板寬度為3.15 m，單側(cè)上翼緣寬度為0.7 m，根據(jù)縱向的不同位置，底板厚度為20～36 mm，頂板厚度為26～46 mm。

橋面板采用鋼筋混凝土面板，橋面板和鋼梁通過(guò)剪力釘連接，在橋面板內(nèi)布置橫向預(yù)應(yīng)力。為了提高橋面板施工的便利性，該橋的橋面板采用預(yù)制混凝土底模板現(xiàn)澆，形成后結(jié)合的組合橋面板體系。

2 鋼梁安裝施工技術(shù)

2.1 總體施工思路

結(jié)合項(xiàng)目的施工條件，潤(rùn)河特大橋鋼箱組合梁采用從左幅第5、7聯(lián)大里程向小里程方向履帶吊的吊裝法施工，安裝完成后，再?gòu)淖蠓?聯(lián)大小里程側(cè)向中間合龍，實(shí)現(xiàn)左幅鋼梁貫通。右幅吊裝步驟同左幅。

大橋?yàn)榻M合結(jié)構(gòu)橋梁，由窄鋼槽和鋼筋混凝土橋面板組成。為了便捷地完成現(xiàn)澆混凝土橋面板的施工，采用履帶吊完成大橋鋼梁的安裝，整聯(lián)鋼梁成形后再進(jìn)行橋面板現(xiàn)澆施工。其中，鋼梁腹板之間的范圍，采用預(yù)制混凝土薄板作為底模板進(jìn)行鋼筋綁扎和混凝土的澆筑施工。在外側(cè)腹板以外的翼緣板范圍，通過(guò)裝配式三角托架結(jié)構(gòu)為混凝土施工提供支撐，以完成混凝土澆筑，如圖2所示：

鋼梁完成后，利用吊車完成預(yù)制混凝土薄板及三角托架結(jié)構(gòu)的安裝，再利用預(yù)制薄板和三角托架依次完成鋼筋安裝和混凝土施工。在預(yù)制底板上設(shè)置聯(lián)結(jié)鋼筋，與現(xiàn)澆混凝土的鋼筋相連接，在成橋后與現(xiàn)澆混凝土共同承載受力。

2.2 鋼梁安裝施工

潤(rùn)河特大橋鋼梁采用支架法進(jìn)行安裝，以第5聯(lián)為例，支架布置示意圖如圖3所示，對(duì)于堤壩等地基承載能力良好的區(qū)域采用擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行支撐，而對(duì)于水中軟弱地基范圍則采用鋼管樁基礎(chǔ)進(jìn)行支撐。

潤(rùn)河特大橋共計(jì)56組拼裝支架，其中第5、7聯(lián)支架1左右幅共計(jì)8組位于橋位處的平坦段地面上方，需清除表面浮土并夯實(shí)；第5、7聯(lián)支架2、3共計(jì)16組位于大壩陡坡兩側(cè)，施工前需在支架下方分層回填為臺(tái)階狀平臺(tái)，并將土體夯實(shí)。獨(dú)立基礎(chǔ)與地面接觸位置處，均需用細(xì)沙將支架基礎(chǔ)找平，其余使用鋼管樁基礎(chǔ)的支架共計(jì)32組，其基礎(chǔ)使用振動(dòng)錘錘擊至設(shè)計(jì)的有效入土深度11.5 m。

該橋的安裝支架均采用裝配式，立柱采用Φ325×8 mm的Q355B鋼管，水平桿和斜桿為[16的Q235B槽鋼，立柱間、立柱與腹桿均使用螺栓連接。裝配式支架可根據(jù)鋼箱梁橫隔板間距進(jìn)行靈活組裝，以滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

一聯(lián)單幅橋梁共分為12個(gè)吊裝節(jié)段，單個(gè)槽型箱梁分為6個(gè)階段。在兩側(cè)鋼梁節(jié)段吊裝就位后，再吊裝橫梁連接成整體。鋼梁吊裝利用棧橋采用雙機(jī)抬吊的方式進(jìn)行安裝，最大吊裝重量為67.3 t。

3 施工過(guò)程受力分析

3.1 計(jì)算模型與主要參數(shù)

為了對(duì)鋼槽組合梁橋在施工過(guò)程中的受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，確保結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全可靠，利用有限元軟件Midas Civil建立空間桿系模型進(jìn)行數(shù)值分析，建立的有限元模型如圖4所示。

在計(jì)算利用梁?jiǎn)卧謩e模擬兩根主梁及橫梁結(jié)構(gòu)，利用板單元模擬鋼筋混凝土橋面板。在計(jì)算過(guò)程中，模擬鋼梁分段安裝、焊接、預(yù)制混凝土底板安裝、三角托架臨時(shí)支撐安裝、混凝土面板濕重施加、混凝土橋面板參與受力、三角托架拆除，以及施工二期鋪裝等施工過(guò)程。

支架結(jié)構(gòu)的支撐，按照僅受壓彈性支撐進(jìn)行模擬，在鋼梁整聯(lián)成形后，先拆除支架后進(jìn)行橋面板的施工。橋面板的自重由鋼梁結(jié)構(gòu)承擔(dān)，形成的組合斷面共同承擔(dān)二期荷載和活載作用。

3.2 施工過(guò)程受力分析

在鋼梁安裝過(guò)程中，主梁會(huì)經(jīng)歷先簡(jiǎn)支再連續(xù)的體系轉(zhuǎn)化過(guò)程，對(duì)鋼梁施工過(guò)程中關(guān)鍵工況下的受力狀態(tài)進(jìn)行了分析，計(jì)算結(jié)果表明鋼梁安裝過(guò)程中出現(xiàn)的最大豎向變形為65.9 mm。

在施工過(guò)程中，鋼梁出現(xiàn)的最大正應(yīng)力發(fā)生在混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑施工過(guò)程，此時(shí)混凝土和鋼梁的自重均有鋼梁承擔(dān)。在跨中位置，鋼梁上翼緣出現(xiàn)的最大縱向應(yīng)力為108.9 MPa，如圖5所示，最大應(yīng)力小于材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度270 MPa，滿足施工過(guò)程中的受力要求。鋼梁在施工過(guò)程中出現(xiàn)的最大剪應(yīng)力為36.0 MPa，小于材料的抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度155 MPa。由此可見(jiàn)，鋼梁的總體應(yīng)力均較小，滿足施工過(guò)程中的受力要求。

上述分析表明，鋼槽梁具有良好的承載能力，施工過(guò)程中的混凝土濕重全部由鋼梁承擔(dān)是合理可行的，在施工過(guò)程中可先拆除支架，后進(jìn)行橋面板的現(xiàn)澆施工。

3.3 施工預(yù)拱度設(shè)置

在對(duì)鋼梁施工全過(guò)程準(zhǔn)確模擬分析的基礎(chǔ)上，可以得到鋼梁在施工過(guò)程中的累積變形。將累積變形與最大活載變形的1/2反向疊加作為鋼梁加工預(yù)拱度的設(shè)置原則，主梁的施工預(yù)拱度曲線如圖6所示。

圖6中的橫坐標(biāo)為鋼梁的里程坐標(biāo)，以橋梁中心點(diǎn)為0點(diǎn)，縱軸為鋼梁的制造預(yù)拱度。從圖6中可以看出，由于中間兩個(gè)橋墩與橋梁呈53°斜角狀態(tài)，因此左右鋼梁的變形有一定的不對(duì)稱性。鋼梁在中跨跨中的最大預(yù)拱度值為72 mm，而邊跨可基本不設(shè)置預(yù)拱度。

按照?qǐng)D6所示的預(yù)拱度數(shù)據(jù)進(jìn)行鋼梁的預(yù)拱度施工，在支架拆除后左右兩根鋼主梁的預(yù)拱度將基本恢復(fù)到同一水平，可保證兩個(gè)位置橫斷面的橫坡滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

該文依托潤(rùn)河特大橋?qū)σ环N窄鋼箱組合梁橋施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究與總結(jié)，形成的主要結(jié)論如下：

（1）分析了窄鋼箱組合梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合施工條件，提出了大橋安裝的總體思路和施工順序；采用全裝配式的臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)，根據(jù)地形特點(diǎn)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了裝配式支架的因地制宜。

（2）采用預(yù)制混凝土薄底板兼做橋面板施工模板，配合翼緣部分采用裝配式三角托架作為支撐，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)澆橋面板的快速施工。

（3）施工過(guò)程的受力分析結(jié)果表明，鋼槽梁具有良好的承載能力，在全聯(lián)鋼槽梁安裝完成后，可先拆除支架再進(jìn)行橋面板的澆筑施工，提出的總體施工工序合理。

（4）施工過(guò)程變形分析結(jié)果表明，由于該橋斜交，兩個(gè)鋼槽梁預(yù)拱度應(yīng)按照不對(duì)稱布置，在支架拆除后可實(shí)現(xiàn)變形一致，以保證橋梁橫坡滿足要求。

參考文獻(xiàn)

[1]曹東杰，楊晴，于振華，等.市全互通立交“雙窄箱”鋼混組合梁總體設(shè)計(jì)[C].2023年全國(guó)土木工程施工技術(shù)交流會(huì)論文集（上冊(cè)）.深圳深高速基建環(huán)保開(kāi)發(fā)有限公司，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司.2023：506-508.

[2]張年杰.大跨徑組合連續(xù)鋼箱梁橋施工工藝[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）， 2024（18）：84-86.

[3]李成昌.小曲率半徑鋼箱-混凝土組合梁跨高速懸臂拼裝技術(shù)研究[J].建筑機(jī)械， 2023（11）：159-162.

[4]郭智磊.分離式鋼箱組合梁安裝施工技術(shù)研究[J].交通科技與管理， 2023（7）：72-74.

[5]高海斌.鋼箱組合梁橋施工工藝及質(zhì)量控制分析[J].交通世界， 2022（26）：98-100.

[6]蔡炎標(biāo)，王海濤.分離式雙邊鋼箱組合梁剪力滯效應(yīng)分析[J].公路， 2023（11）：93-98.

[7]聶立力，周迅，熊偉.某城市連續(xù)鋼混組合梁橋設(shè)計(jì)與研究[J].中國(guó)水運(yùn)， 2023（16）：115-117.