鋼-混組合梁橋面板-防撞護欄一體化鋼模板設計分析

劉曉鑾，徐慧丹，李 欣，陳 輝

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

鋼-混組合梁是鋼梁通過連接件與混凝土橋面板組合而成的梁式橋，該結構可以充分發揮鋼結構受拉、混凝土受壓的材料特點，整體造價比較經濟。

鋼-混組合梁混凝土橋面板的施工方式一般有兩種，一種是現場澆筑，另一種是工廠預制、現場吊裝。采用現場澆筑施工時，橋面板模板有臨時支架模板、預制混凝土模板和組合結構橋面板等，如圖1所示。其中，臨時支架模板需要在施工現場安裝、拆卸，預制混凝土模板安裝在兩道鋼縱梁之間作為永久模板使用。組合結構橋面板采用鋼板作為混凝土橋面板的永久模板，通過錨固鋼筋或PBL剪力鍵等與混凝土橋面板連接，形成共同受力的橋面板[1-7]。三種模板形式在防撞護欄施工時，橋梁外側需要另外搭設模板，難以有效預防高空作業時橋面墜物，需要設置必要防護構造保護橋下交通和行人安全[8]。

圖1 現場現澆施工模板形式

1 工程概況

本工程為嘉興市市區快速路環線工程，主線高架某聯采用跨徑50m簡支鋼-混組合梁結構，主縱梁采用多箱單室槽型梁結構，標準橫斷面如圖2所示。

圖2 疊合梁標準橫斷面圖（單位：mm）

本跨鋼-混組合梁處于高架曲線超高段，如果采用預制橋面板，品種多數量少且吊裝過程中安全風險高，因此設計采用現澆橋面板，原計劃以鋼縱、橫梁作為混凝土橋面板的澆筑支撐構件，立模澆筑橋面板混凝土。因橋面下方緊鄰某汽車4S店展廳及停車位（見圖3），為保證橋面板和防撞護欄混凝土澆筑施工期間地面車輛、進出通道及展廳安全，對現澆橋面板和防撞護欄的鋼模板進行一體化設計，實現快速施工和安全施工。

圖3 橋位處平面及橫斷面布置圖（單位：mm）

2 一體化鋼模板設計

2.1 鋼模板設計

橋面板-防撞護欄一體化鋼模板，由橋面板底鋼模、防撞護欄外鋼模及橫向和豎向帶孔鋼板組成，帶孔鋼板可以作為澆筑混凝土時底鋼模和外鋼模的加勁肋，同時又作為剪力鍵傳遞鋼與混凝土之間的相互作用力。鋼模板和帶孔鋼板厚度均取6mm，帶孔鋼板需要避讓橋面剪力釘，順橋向間距取600mm，如圖4所示。

圖4 一體化鋼模板橫斷面及大樣圖（單位：mm）

細節方面，設計防撞護欄外鋼模與混凝土護欄外緣對齊，保持線形美觀。為減少雨水滲透對一體化鋼模板耐久性的影響，外鋼模頂面彎起與防撞護欄頂面齊平，并在豎向帶孔鋼板頂部設置阻水鋼板，防止雨水進入鋼模板與混凝土接觸面，增強結構耐久性。

2.2 鋼模板施工

施工時，鋼模板與鋼主梁焊接成整體后吊裝，底鋼模作為施工平臺和混凝土澆筑模板，外鋼模作為防護模板，防止混凝土澆筑期間橋面墜物。在橋面板混凝土達到設計要求后，橋面板底層縱向鋼筋與帶孔鋼板網孔以及兩者之間的混凝土共同形成PBL剪力鍵，底鋼模可參與組合橋面板整體受力，有效提高了橋面板承載能力，然后綁扎防撞護欄鋼筋，利用外鋼模澆筑防撞護欄混凝土，如圖5所示。

圖5 底鋼模制作及橋面鋼筋施工照片

2.2 鋼模板計算

采用MIDAS/Civil建立一體化鋼模板有限元模型，鋼模板以及帶孔鋼板均采用板單元模擬，待澆筑的混凝土重量以及施工人員、設備荷載通過面荷載施加在鋼模板表面，計算模型和結果如圖6和圖7所示。

圖6 一體化鋼模板有限元模型

圖7 鋼模板受力分析結果

從圖6看出，鋼模板的最大應力主要集中在最右側鋼箱梁頂板處的帶孔鋼板上緣，最大應力為58MPa，鋼模板及帶孔鋼板的應力始終處于彈性范圍，強度滿足規范要求。

鋼模板的最大變形集中在挑臂端部防撞護欄處，最大豎向變形4.2mm，《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T3650—2020）規定模板最大變形值不超過構件跨度的1/400，4.2mm＜2000mm/400=5mm，滿足要求。

除挑臂處鋼模板外，其余位置鋼模板和帶孔鋼板四周均有主梁頂板支撐，鋼模板最大豎向變形僅0.6mm，帶孔鋼板最大應力45MPa，不控制設計。因此下文以挑臂處帶孔鋼板縱向間距和鋼板厚度作為研究對象，探討一體化鋼模板的合理構造設計。

3 鋼模板設計參數分析

取挑臂處帶孔鋼板縱向間距分別為0.4m、0.6m、0.8m，鋼板厚度分別為6mm、8mm、10mm，其余位置鋼板厚度6mm，帶孔鋼板與挑臂處對齊，分別計算鋼模板豎向變形、最大應力及每延米用鋼量，計算數據見表1至表3，變化趨勢如圖8所示。

表1 0.4m帶孔鋼板縱向間距計算結果

表2 0.6m帶孔鋼板縱向間距計算結果

表3 0.8m帶孔鋼板縱向間距計算結果

圖8 鋼模板豎向變形、最大應力和每延米用鋼量計算結果

從計算結果可以看出，在不同帶孔鋼板縱向間距下，隨著鋼板厚度增加，鋼模板最大豎向變形和最大應力逐步減小，但變化幅度逐漸變緩，這是因為鋼板厚度增加會增大鋼模板剛度同時會增大模板自重，對鋼模板變形和應力影響逐漸減弱；同時鋼板厚度增加帶來每延米用鋼量顯著增加。

綜合考慮鋼模板局部穩定性和經濟性，帶孔鋼板縱向間距不宜過大。參考國內類似工程鋼模板構造，該工程鋼板厚度取為6mm，帶孔鋼板縱向間距取為0.6m，滿足鋼模板變形要求，且有一定富余量，較為適宜。

4 結語

本文以嘉興市市區快速路環線工程中鋼-混組合梁施工跨越4S店為背景，利用MIDAS/Civil軟件建立橋面板-防撞護欄一體化鋼模板模型，分析了鋼板厚度、帶孔鋼板間距等對鋼模板變形、應力和用鋼量的影響，可以為類似鋼模板結構設計提供參考。主要結論如下：

（1）橋面板-防撞護欄一體化鋼模板，由橋面板底鋼模、防撞護欄外鋼模及橫向和豎向帶孔鋼板組成，可有效防止橋面墜物，增強施工安全。

（2）一體化鋼模板首先作為橋面板澆筑模板，然后與橋面板共同受力并結合外鋼模作為防撞護欄澆筑模板，提高施工速度并保證施工安全。

（3）經驗算一體化鋼模板受力和變形均滿足規范要求，可以在其他類似工程中推廣應用。

（4）選擇合理的鋼板厚度和帶孔鋼板縱向間距，可以在保證鋼模板受力安全的同時取得經濟性最優。