大跨变宽波形腹板钢箱-混凝土连续梁桥及施工方法

大跨变宽波形腹板钢箱-混凝土连续梁桥及施工方法

郑华瑞

中国建筑第八工程局有限公司 广东 广州510000

摘要：近年来，大跨径波形钢腹板箱梁的建设步伐十分迅速，随着跨径的增大，其顶板跨距和翼缘板长度日趋增大，而腹板由于采用了抗弯和抗扭刚度相对较小的波形钢腹板，局部车辆作用下引起的横向挠曲和畸变将会使组合箱梁的横向受力问题更加突出。大跨变截面波形钢腹板 PC 箱梁桥横隔板合理设置，研究了大跨变截面波形钢腹板 PC 箱梁桥在汽车荷载作用下横隔板的布置形式、隔板厚度及横隔板间距对其跨中截面翘曲正应力和翘曲刚度的影响规律，得出了大跨变截面波形钢腹板 PC 箱梁桥横隔板设置。

关键词：大跨波形；钢腹板箱梁；连续梁桥；施工技术

目前，国内已建和在建的波形钢腹板箱梁桥，用波形钢腹板代替混凝土腹板后，由于截面抗扭刚度的减小，使得由偏心荷载所产生的偏载效应有所增大。作为一种新型桥梁技术，大跨混凝土连续梁桥具有施工要求高、施工难度大的特点。为了更好地开展施工，保证桥梁建设的质量，立足大跨度预应力混凝土连续梁桥施工方法，通过严格控制各个施工环节的质量，促使桥梁建设行业持续、健康发展。在施工中，许多因素会影响大跨度预应力混凝土连续梁桥的施工质量，目前通常采用逐孔施工法、顶推施工法与悬臂施工法，确保在工期内按照工程进度完成施工，保障桥梁的整体质量，延长其使用寿命。

一、大跨度混凝土连续梁桥特点

近几年，随着交通运输业的发展，桥梁建筑的相关技术也得到了较大的发展和优化，国内桥梁建设领域也逐渐开始兴建结构受力特点和复杂程度均较高的桥梁工程。现阶段桥梁施工中亟待解决的热点和难点问题之一就是大跨度混凝土连续梁桥，同时它也是促进我国桥梁建设发展的一个重要部分。此类桥梁具有较多优点，如功能性较好、受力变形程度小、结构刚度大等，桥梁自身在浇筑混凝土期间可以使混凝土的应力特点和材料强度得到充分运用，从而有效提高建筑材料的利用率。此类桥的主梁变形程度比较平缓，与其他连续梁桥相比前者的平稳度更高，而且伸缩缝较小，这样桥梁的安全性就得到了有效保证。进行连续桥梁施工时，大多选择变截面施工，其优点包括承受偏载受力均匀、动力特性优良、抗扭刚度大等，可以保证连续梁桥对正负弯矩抵抗有足够的抵抗力。

二、大跨度混凝土连续梁桥施工方法

1、悬臂施工。在实际应用时，悬臂施工法通常可以分为两种施工方式，即挂篮法与无支架平衡伸臂法。该施工方法的原理主要是利用挂篮环节对称地浇筑混凝土，确保持续供给施工材料，在将预应力提高的同时开展循环作业。悬臂施工工艺的优点较多，比如整个施工过程都不会影响通行，而且可以充分利用建筑材料的特性和预应力。如果需要将跨中弯矩减少，可以增加新的支点，使桥梁整体具有更高的跨越能力。如今社会各界与广大民众对于桥梁工程的施工要求越来越高，悬臂施工法在许多施工距离长、复杂程度高的桥梁工程中被当作主要施工工艺，得到了施工单位的青睐。悬臂施工法的安全性与高效性均较高，在连续梁桥的建设中发挥着重要作用，应用前景十分广阔。

2、固定支架浇注。通过支架上安装的模板来浇筑混凝土的施工工艺就是固定支架浇筑法，其虽然需要花费较长的施工时间，但同时也具有较多优点。因为采用混凝土支架浇筑，连续梁桥的预应力程度和混凝土强度均较高，除了具有较强的施工稳定性、操作简单，而且结构体系通常不会变化，该施工方法在交通不便的工程以及小径跨桥中应用得比较广泛。

三、概况

某大跨变截面波形钢腹板 PC 箱梁桥，幅间距为 10～10.8 m，考虑曲线桥内外侧差异，上、下行线桥跨布置分别为 97.9 m+135 m+80 m 和 94.9 m+134.6 m+79.8 m 的 3 跨连续刚构梁，箱梁根部梁高 7 m（为主跨跨度的 1/19.29），按 2 次抛物线过渡到跨中梁高3.5 m（为主跨跨度的 1/38.57）。单幅桥宽 17 m，为单箱单室断面。为便于与引桥衔接及景观的需要，箱梁采用斜置式腹板，除端部及 0 号块腹板为混凝土腹板外，其余均为波形钢腹板。

1、有限元模型。某大桥有限元模型。模型考虑了波形钢腹板高度，顶、底板厚度沿梁纵向的变化及底板宽度沿梁横向的变化。

从平面上看，该大桥左边跨处于缓和曲线和圆曲线段上，圆曲线半径为 650 m，为了分析该桥在偏心活载作用下的弯扭耦合作用，对曲线段进行精确模拟。 网格形状均为四边形，沿顶、底板厚度方向网格划分为 2 层，对与波形钢腹板连接的混凝土网格进行加密，在桥跨方向和桥宽方向的网格尺寸约为 40 cm。由于该大桥为连续刚构体系，对于刚构墩的约束为限制该处墩底面节点 3 个方向的平动自由度和转动自由度，对于连续墩及支座的约束为限制其竖向平动自由度。如图。

2、横隔板厚度。横隔板通常分为刚性横隔板与柔性横隔板，横隔板刚度不仅与自身的材料有关，还与其厚度有关，因此设计时需保证横隔板具有一定的厚度。横隔板布置形式，横隔板厚度（横隔板厚度从 10 cm变化到 50 cm，按照 5 cm 的差级进行变化），以跨中截面底板翘曲正应力为研究可知，当横隔板的厚度为 10 cm时，截面的翘曲正应力水平达到无横隔板的水平。这说明横隔板厚度太小，对截面翘曲刚度的贡献有限。随着横隔板厚度的增加，截面的翘曲正应力逐渐减小，截面的翘曲刚度逐渐增大；当横隔板厚度增加到 30 cm 左右（相当于顶底板厚度）时，再继续增加横隔板厚度，翘曲正应力的数值基本不再变化，说明此时横隔板已经达到刚性横隔板的水平，继续增加横隔板厚度对截面翘曲刚度贡献较小。

3、横隔板布置形式。以中跨跨中截面为研究对象，将横隔板的布置活载加载时按中跨跨中截面影响线加载，分中载和偏载分别进行加载,不同横隔板布置形式下跨中截面底板角点处的翘曲正应力值（翘曲正应力=偏载正应力-中载正应力）,横隔板布置形式下混凝土底板角点处的翘曲正应力图。如图。

横隔板的情况可知，跨中截面底板翘曲正应力基本相等，底板角点处翘曲正应力分别为 0.56 MPa 和 0.60 MPa。 这说明横隔板设置对截面翘曲刚度的影响只与离该截面最近的横隔板刚度及间距有关。横隔板布置在 L/4 跨径处的情况可知，跨中截面底板角点处翘曲正应力由 0.60 MPa 变为 0.76 MPa，翘曲正应力增大了26 ％。 这说明截面翘曲刚度与横隔板间距设置有关，横隔板间距越小，截面翘曲刚度提高越大。比较无横隔板布置在 L/4 跨径处的情况可知，跨中截面底板角点处翘曲正应力分别为0.78 MPa 和 0.76 MPa，翘曲正应力基本相等。从隔板布置情况下的底板翘曲正应力值可以看出，此时翘曲正应力占对称活载正应力的16 %，与普通混凝土箱梁桥的水平（15 %）一致，因此，通过合理设置横隔板，波形钢腹板 PC 箱梁桥翘曲刚度可以达到普通箱梁的水平。

4、施工控制。桥梁的线形以及内力状态受施工阶段的影响。该桥梁采用的是悬臂和支架现浇施工方法，并且施工时以预应力混凝土构件为主要构件，施工时具有较多的截面，在施工时存在较多的薄弱环节。此外，成桥后桥梁的线形以及内力受施工顺序的影响较大，随着施工时荷载以及环境的变化，结构内力以及线形也在不断地变化，因此，应对桥梁施工时的各个阶段进行分析和调整，以控制桥梁结构的应力及变形。桥梁施工监控的目的在于确保成桥线形以及内力满足要求，以及时调整控制各阶段的施工，确保施工具有足够的合理性。

通过对波形钢腹板预应力混凝土结合型箱梁技术特点的分析，该技术有着无法比拟的优点。横隔板布置形式研究表明，横隔板对波形钢腹板 PC 箱梁桥截面翘曲刚度的提高主要由与该截面相邻的横隔板的间距决定，对于大跨度波形钢腹板PC 箱梁桥来说，除在端部设置刚度较大的端横隔板以外，还需要在跨中设置合理间距的横隔板，提出了大跨波形钢腹板 PC 箱梁桥横隔板的设置并经实桥验证，其结果与实桥设计相吻合。近年来，经过我国很多建筑行业的专家与学者的不懈的努力，我国的波形钢腹板箱梁技术已经取得了非常显著的进步。

参考文献：

[1]陈宜言．波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工［M］．北京：人民交通出版社，2019．

[2]昌灯明，王建军.大跨度装配式公路钢桥拼装与架设施工技术[J].交通世界，2019.

[3]刘剑国，黄国平.大跨度装配式公路钢桥拼装与架设施工技术[J].门窗，

2019.