波形鋼腹板組合箱梁橋懸臂施工關鍵技術

蘆 欣

（新疆交投建設管理有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

波形鋼腹板PC 組合箱梁是一種采用波形鋼腹板替代混凝土腹板的新型鋼-混凝土組合結構，避免了腹板應用剪應力過大而導致開裂的問題，同時減輕了主梁的自重。因腹板采用波形鋼替代，使得原布置在腹板上的預應力束采用體外布置，便于橋梁的維修，因此該類型的橋梁比傳統混凝土PC 梁橋成本低［1-4］。

波形鋼腹板橋在國外使用較多，近幾年國內也開始使用，但多數為單箱單室的主梁，對于單箱雙室甚至多室的施工控制及研究涉及較少，后者比前者多了一個或多個波形鋼腹板，使得兩者的橫向受力和施工控制有所不同［5-6］。

1 工程概況

南照跨堤大橋是南照淮河公路大橋105 國道跨越淮河的一座重要橋梁，主梁采用變截面波紋鋼腹板單箱雙室連續箱梁，跨徑組合為38 m +68 m +38 m，橋面布置為2×（0.50 m（防撞護欄）+9.75 m（行車道））=20.50 m。中支點梁高4.2 m，底板厚度0.50 m；跨中梁高1.7 m，頂、底板厚度0.3 m，梁高及底板厚度按2 次拋物線過渡；混凝土采用C50；波紋鋼腹板采用Q345D，型號采用1 600 型，厚度采用14 mm、22 mm、20 mm、18 mm 和16 mm 五種型號。參數見圖1。

圖1 橋梁縱向布置（m）

上部結構共劃分11 個節段，0#塊節段長度7.2 m，1#塊～9#塊節段長度3.2 m，11#塊節段長度2.3 m，合攏段長度3.2 m。引橋墩頂梁高為4.2 m，跨中梁高為1.7 m。

2 有限元分析

利用橋梁專用有限元計算分析軟件Midas Civil建立南照跨堤連續梁橋有限元模型，主梁采用空間梁單元進行模擬，全橋共劃分為56 個單元，57 個節點，有限元模型見圖2。

施工階段的有限元分析，主要是針對施工方案定的每個節段進行應力、內力和撓度驗算，看是否滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTC 3362—2018）要求。

圖2 橋梁施工階段劃分

通過計算可得，最大懸臂施工階段截面最大壓應力為10.80 MPa，小于18.76 MPa；最大拉應力為0.31 MPa，小于限值1.68 MPa；截面最大壓應力為11.10 MPa，小于18.76 MPa。因此，橋梁在施工過程中滿足安全性要求。

3 懸臂施工關鍵技術控制

3.1 波形鋼腹板定位控制

3.1.1 波形鋼腹板定位測點布置

圖3 波形鋼腹板定位測點布置

波形鋼腹板定位是否準確，直接影響到腹板受力，因此腹板定位不僅要測量縱橫向坐標，還要測量豎向坐標，準確掌握腹板的空間狀態。根據該橋結構特點，每個單側塊段測量P1～P9 點，其中P1～P6為頂面測點，P7～P9 為底面測點。H 為波形鋼的高度，h 為P7～P12 距離腹板底的高度，波形鋼腹板定位測點布置見圖3。

3.1.2 結果分析

波形鋼腹板的定位為x，y 和z 的實測坐標值與理論值的偏差程度，分別對應波形鋼腹板的平面定位和高程定位。

波形鋼腹板的高程主要取決于中腹板前后兩點的高程，即P2 和P5 的高程，因此本文選取該兩點的實測值與理論值進行對比，以控制波形鋼腹板的高程。實例中波形鋼腹板橋為三跨，對應有65#和66#主墩，65#墩左右側數據對比見圖4。

圖4 鋼腹板測點高程對比

在施工階段，隨著每個節段的安裝，前后兩個節段的平面點將重合，如果兩點不重復，則將使主梁產生次內力。65#墩左右節段安裝數據對比分析見圖5。

圖5 鋼腹板測點平面定位對比

（1）由圖4 可知，P2 和P5 測點理論的高程與實測值吻合度較好，最大誤差僅為12 mm，且整體的線形接近拋物線線形。（2）由圖5 可知，在主梁上的9 個測點的監控下，波形鋼腹板的平面定位的理論值與實測值誤差較小，最大誤差僅為10 mm，且同一個前后重復的測點在平面上銜接較好，各前后測點呈線性排列。波形鋼腹板的安裝定位在每個斷面9 個測點的監控下，滿足施工精度要求。

3.2 合龍前后主梁線形控制

3.2.1 合龍測點布置及過程

合龍段的高程控制是橋梁成橋線形控制的關鍵，也是調控的最后一步，對成橋后的線形和應力都會產生影響。因此，對于合龍段的施工需要精確控制。為了保證橋梁高程符合要求，在主梁的頂板和底板分別布置了5 個和3 個變形測點，見圖6。

圖6 變形測點立面布置（cm）

3.2.2 結果分析

（1）對合龍前懸臂階段的主梁高程進行對比分析。監控主梁高程，使得主梁的實際高程與理論值的誤差在可接受范圍內，施工階段各主梁的高程，最終會影響成橋后主梁線形。（2）對成橋高程進行控制。主梁設計高程加上預拱度值構成理論成橋高程，分析與實際成橋高程的偏差。懸臂階段的主梁高程，僅列出65#墩左右階段的對比數據，見圖7、圖8。

圖7 懸臂階段主梁高程

圖8 成橋高程對比

可以看出：（1）懸臂施工階段，主梁實測高程與理論值較為吻合，高程最大偏差為20 mm，在±20 mm以內，符合規范要求；相鄰節段高差在10 mm以內，符合規范要求。（2）主梁合龍后，上部結構的實測線形與理論線形趨勢一致，且合攏高差6 mm，小于20 mm，符合《公路橋涵施工技術規范》（TTG/TF50—2011）要求。

3.3 主梁應力控制

需要對每個節段進行應力測試，并在關鍵的控制截面布置應力測點，保證整個施工過程，各節段和關鍵控制截面的應力值不超限。

3.3.1 主橋測點布置

橋梁上部結構總共布置7 個應力測試截面。分別為主跨的L/2 截面、L/4 截面、箱梁根部截面、邊跨L/2 截面、L/4 截面。其中B 和E 截面為主梁根部截面；A、D 和G 截面為主梁跨中截面；C 和F 截面為L/4 截面。主梁根部截面及跨中截面布置6 個應力測點，其中頂板3 個，底板3 個；四分點截面共布置9 個測點，其中頂板3 個，底板3 個，腹板3 個。測試斷面布置見圖9。

圖9 截面應力測點布置（支點截面）

3.3.2 結果分析

為了監控施工階段和成橋后，各關鍵截面的應力是否超限，現選取B、C 和D 截面進行數據對比分析。施工階段B 截面頂板應力、C 截面腹板應力和D 截面合龍后主梁應力數據對比見圖10。

圖10 各截面測點應力對比

（1）對于B 截面，即65#墩墩頂位置處，其下緣實測應力值均大于理論值，為壓應力，壓應力值遠小于規范值。（2）對于C 截面，即L/4 截面，豎向應力與其他兩個方向應力的趨勢存在明顯的區別。隨著施工的進行，豎向應力越來越大，而其余兩者則趨于穩定，說明波形鋼腹板主要承受豎向剪力。（3）對于跨中D 截面，在主跨合龍并張拉體外預應力后，該截面各處的實測應力均大于理論值，且兩者趨勢相同。由此可知，懸臂施工節段和合攏后，應力狀態滿足規范要求。

4 結語

通過與有限元結果進行對比分析可知：（1）波形鋼腹板的高程最大誤差僅為12 mm，平面縱橫誤差為10 mm，滿足施工精度要求。（2）懸臂施工階段，各節段的高程誤差均小于10 mm；合龍后，成橋線形與理論成橋線形吻合度較好，且兩者最大誤差為6 mm，均滿足規范要求。（3）在施工階段，各節段和關鍵截面的應力值均滿足《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50—2011）要求。