波形鋼腹板PC組合梁橋前吊后托模架設計及應用研究

黃進森 譚海濤

摘要：文章根據廣西飛龍大橋的橋梁工程經驗，在模架關鍵點上進行技術改進和工藝優化，模架后托部分采用了預應力錨固牛腿支架作為支撐，結合貝雷梁完成對1#節段施工平臺搭設，并結合掛籃前吊施工，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，提高材料周轉率，具有良好的社會效益和經濟效益。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。

關鍵詞：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

與目前傳統形式的預應力混凝土連續梁橋體系相比，波形鋼腹板PC組合梁橋采用結構更加穩定、輕質、高強的波形鋼腹板取代了傳統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、維修養護方便等優點，被廣泛運用于大跨徑橋梁的建設之中［1］。由于其特殊的腹板構造，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）連接相結合的方式。0#塊轉向第1#節段波形鋼腹板的裝配精度直接決定著后續鋼腹板懸臂結構施工的裝配準確度，而1#塊掛籃底籃的后下橫梁并無錨固點，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為主要研究對象，對模架結構進行了技術改良，設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、施工進度快、作業難度小的施工方式。

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的波形鋼腹板連續剛構橋結構。主橋總長為570 m，橋面標準寬度為13.00 m，主橋的上部結構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襯混凝土采用高強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應力混凝土連續剛構橋減輕20%。邊跨箱梁設置鋼筋混凝土橫隔板4道，中跨型箱梁設置鋼筋混凝土橫隔板8道，橫隔板厚度為0.30m。箱梁采用雙向預應力體系，包括箱頂與底板之間的縱向預應力束、頂板的橫向預應力束及縱向體外預應力索。見圖1。

6#、7#和8#主墩0#塊長度均為19.40 m，分為0-1節段和0-2節段。其中0-1節段長11.10 m，0-2節段單側長4.15 m，兩側總長8.30 m。0-1節段高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模架設計

2.1模架設計思路

波形鋼腹板PC組合梁橋0-2節段施工的模架主要由后托支架、掛籃、行走組件和作業平臺等組成，其1#塊施工模架設計詳見圖3。后端置于橋墩的牛腿托架，前端采用掛籃吊帶懸吊［2-3］。后托支架采用預應力錨固牛腿支架+貝雷梁結構，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行支墊調平。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，在吊機底座與波形鋼腹板支點位置設計滑輪形式，利用千斤頂進行頂推以實現掛籃行走。

在波形鋼腹板PC組合梁橋0#塊轉向1#塊施工時，通過預應力錨固牛腿支架的應用，在0#塊施工時就已完成預應力錨固牛腿支架安裝，為掛籃拼裝、預壓等提供先決條件，在縮短工期的同時保證安裝精度、效率和質量。與常規施工相比較，本文設計的模架環境適應性更強，便攜性更高，且可高精度、高效率地完成工作，從而加快施工進度。

2.2托架模型

根據托架設計的詳細尺寸，對托架體系的后托牛腿、貝雷橫梁、掛籃的內部構造進行Midas Civil有限元建模。掛籃內部結構包含橫梁、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構進行吊裝施工，掛籃架在充分確保自身承載起重能力和承載剛度穩定的前提下，應盡可能達到輕型化施工和行走方便。設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。施工荷載的取值應參考《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012）。

2.3托架荷載組合

荷載組合（強度）=1.2×結構自重+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×結構自重+1×澆筑混凝土自重+1×混凝土澆筑荷載。

2.4托架受力分析結果

根據托架受力分析結果（表1）可知：

（1）0-2節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力，最大值為88.80MPa，低于國內現行的Q235標準鋼材構件215MPa的最大設計強度要求；最大剪應力為17.7MPa，低于國家Q235標準鋼材125MPa的最大抗剪強度設計值要求；牛腿最大變形為1.162 mm，＜L/400=6.19 mm。牛腿各構件強度滿足要求。

（2）0-2節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力，最大值為209.80MPa，小于貝雷片構件材料設計強度273MPa；最大剪應力為105.50MPa，小于貝雷片構件材料最大抗剪強度設計值208MPa；最大變形為2.788 mm，＜L/400=7.00 mm。貝雷梁各構件強度滿足要求。

（3）0-2節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力為70.20MPa，低于國內現行的Q235鋼材構件215MPa的最大設計強度要求；最大剪應力為13.80MPa，低于國家Q235標準鋼材125MPa的最大抗剪強度設計值要求；最大變形為6.062 mm，＜L/400=18.75 mm。掛籃橫梁各構件強度滿足要求。

（4）0-2節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力為51.10MPa，低于國內現行的Q235鋼材構件215MPa的最大設計強度要求；最大剪應力為20.90MPa，低于國家Q235標準鋼材125MPa的最大抗剪強度設計值要求；最大變形為6.173 mm，＜L/400=18.75 mm。掛籃下縱梁各構件強度滿足要求。

（5）0-2節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力為150.00MPa，低于國內現行的Q235鋼材構件215MPa的最大設計強度要求；最大剪應力為20.20MPa，低于國家Q235標準鋼材125MPa的最大抗剪強度設計值要求；最大變形為7.401 mm，＜L/400=16.25 mm。掛籃底模各構件強度滿足要求。

（6）0-2節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力為18.80MPa，低于國內現行的Q235鋼材構件215MPa的最大設計強度要求；最大變形為4.463 mm，＜L/400=25.00 mm。掛籃吊帶構件強度滿足要求。通過對受力結果進行分析，托架正應力、剪應力和變形量均滿足規范要求。

3模架應用

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

3.1模架部件加工及拼裝

根據模架各部件的設計圖紙，將各部件在專業的鋼構廠進行加工，在加工廠驗收合格后方能運至施工現場，在施工現場進行拼裝和焊接。

3.2預應力錨固牛腿支架安裝

在施工最后一節墩身時需要預埋牛腿剪力槽，剪力槽底部距離墩頂的位置根據支架的高度確定。剪力槽采用10 mm厚鋼板加工成長450 mm、寬160 mm、高400 mm的鐵盒并預埋。墩身施工時，在剪力槽底部布置3層12 mm鋼筋網片，鋼筋布置間距為10 cm×10 cm，網片層間距5 cm。

預埋管要進行固定，防止混凝土澆筑時產生位移。在最后一節墩柱施工時，應在預應力牛腿位置的墩頂處預埋一根型鋼，用于牛腿安裝。

根據預設剪力槽進行牛腿的吊裝，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行預壓工作。牛腿采用精軋螺紋鋼，使用千斤頂單端張拉。牛腿預壓時，應左右對稱同時頂升千斤頂。預壓按4級荷載（60％、80％、100%、120%）的設計最大預壓荷載值進行均衡加載，加載達到設計荷載后，按照間隔24 h的監測頻率，對監測點的變形數據進行監測，監測數值滿足要求后方可開始卸載，通過對稱、均衡、同步的方式進行預壓荷載的卸載。

3.3貝雷梁安裝

安裝前先對貝雷梁安裝位置進行準確定位，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，對掛籃安裝位置進行定位放樣，利用吊車進行掛籃前、后上橫梁的吊裝，待位置確定后，進行臨時穩固。用鋼絲繩綁住吊帶從精軋螺紋鋼一端進行起吊，另一端穿入前后上橫梁預留孔，并用螺母對上橫梁進行固定。

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，進行底模縱梁起吊，根據設計間距安裝固定。底模模板安裝前進行預拼，然后按照相應位置進行吊裝，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。通過在墩身側模板下方及牛腿支架間設置橫梁分配梁進行支撐，形成前吊后托模架體系。

4結語

通過采用波形鋼腹板PC組合梁橋模架施工方法，有效結合波形鋼腹板橋梁本身特點，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量。與傳統工藝落地螺旋鋼管支架相比，本文介紹的施工方法環境適應性更強，便攜性更高，且可高精度、高效率地完成工作，從而加快施工進度。

參考文獻

［1］ 項偉康.波形鋼腹板PC組合結構在橋梁中的應用研究［J］.工程建設與設計，2022（22）：63-65.

［2］黃俊.大跨度連續梁懸臂澆筑連體掛籃設計及應用［J］.工程機械與維修，2021（5）：114-115.

［3］郭峰.拖吊結合式掛籃在波形鋼腹板預應力連續梁中的設計及應用研究［J］.鐵道建筑技術，2018（7）：26-27.

作者簡介：黃進森（1988—），工程師，研究方向：道路與橋梁施工管理。