現(xiàn)澆箱梁鋼筋骨架整體綁扎關(guān)鍵技術(shù)

錢有偉 王杰

摘要：為解決移動模架現(xiàn)澆箱梁施工中人工現(xiàn)場逐根綁扎鋼筋施工周期長、施工質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，采用鋼筋骨架整體綁扎模式，通過有限元模型對鋼筋骨架吊裝施工過程進(jìn)行力學(xué)分析，確保鋼筋骨架各施工階段的變形、應(yīng)力均在設(shè)計允許范圍內(nèi)；研發(fā)1套雙幅并制箱梁鋼筋整體綁扎的胎具和吊具，解決鋼筋骨架綁扎、存儲、吊裝、縱移、入模等技術(shù)難題，并應(yīng)用于溫州市域鐵路靈昆特大橋項目中。工程實踐表明：移動模架現(xiàn)澆箱梁整體綁扎施工質(zhì)量較好，移動模架的循環(huán)時間和投入數(shù)量均減少，移動模架的使用效率顯著提高，施工成本降低，施工現(xiàn)場干凈、整潔、有序。鋼筋骨架整體綁扎模式有助于實現(xiàn)海洋環(huán)境下橋梁陸地化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化的施工理念，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益較高。

關(guān)鍵詞：移動模架；鋼筋骨架整體綁扎；有限元分析；施工技術(shù);箱梁橋

中圖分類號：U448.21⁺3；TU755.3⁺3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1672-0032（2023）01-0057-07

引用格式：錢有偉，王杰.現(xiàn)澆箱梁鋼筋骨架整體綁扎關(guān)鍵技術(shù)［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報，2023，31（1）：57-63.

QIAN Youwei， WANG Jie. Integral binding key technology of reinforcement frame of cast-in-situ box girder［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，2023，31（1）：57-63.

0 引言

隨著我國鐵路、公路等大型跨江河、湖泊、海洋橋梁工程的大規(guī)模建設(shè)，移動模架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)取得了快速發(fā)展^[1-2]。移動模架現(xiàn)澆箱梁施工工藝已相對成熟，梁體鋼筋施工多采用人工配合吊車或純?nèi)斯さ姆椒ㄖ鸶谀０鍍?nèi)綁扎，最后澆筑混凝土^[3-5]。這種傳統(tǒng)鋼筋施工工藝的缺點是：鋼筋綁扎過程中，鋼筋銹跡、焊渣和施工雜物易污染模板，難清理；梁體模板內(nèi)綁扎周期長，降低了移動模架的使用效率，成本較高；梁體的高度一般超出高空作業(yè)規(guī)定高度，鋼筋安裝綁扎施工過程屬于高空作業(yè)，安全系數(shù)較低^[6-10]。雖然部分橋梁施工中曾試驗采用鋼筋骨架分段吊裝，但受制于移動模架的設(shè)計、配套設(shè)備及施工工藝，均未取得理想效果^[11-12]。

本文研究雙幅并制現(xiàn)澆箱梁鋼筋骨架整體綁扎施工技術(shù)，開發(fā)自行式鋼筋綁扎存儲一體化胎具，建立鋼筋骨架和起吊桁架有限元計算模型，模擬施工過程中鋼筋骨架和起吊桁架的受力和變形，以期縮短施工周期，節(jié)約成本并保證施工安全。

1 工程概況

溫州市域鐵路靈昆特大橋30、35 m現(xiàn)澆箱梁共34跨，分別位于通航主橋的南、北兩側(cè)：南岸7^#～24^#墩、27^#～29^#墩共19跨，北岸64^#～77^#墩、78^#～80^#墩共15跨，各自分左、右兩幅，箱梁采用C50海工混凝土約17 136 m³。上部結(jié)構(gòu)30、35 m簡支箱梁為等截面預(yù)應(yīng)力單箱單室雙幅箱梁，箱梁高2.15 m，橋面寬10.6 m。箱梁采用移動模架現(xiàn)澆施工，為縮短工期，實現(xiàn)流水化作業(yè)，梁體鋼筋骨架、內(nèi)模板系統(tǒng)全部提前安裝在已澆筑梁面上，采用自行式綁扎存儲胎具配合吊裝桁架整體吊裝入模施工。鋼筋骨架整體綁扎如圖1所示。

2 有限元分析

35 m鋼筋骨架單孔質(zhì)量為100 t，在胎具綁扎區(qū)由吊裝桁架提升縱移鋼筋骨架，通過模架主梁頂部起重天車組微調(diào)精確入模。在吊裝施工中，當(dāng)?shù)跹b桁架轉(zhuǎn)至起重天車組時，吊裝桁架由跨中兩側(cè)主橫梁支撐，其余工況均由多個主橫梁支撐。該工況為鋼筋骨架吊裝最不利工況。為準(zhǔn)確反映鋼筋骨架吊裝施工過程中的受力特征和變化規(guī)律，采用軟件Midas Civil對吊裝桁架進(jìn)行建模計算，縱梁、橫梁采用梁單元，吊裝桁架有限元分析模型如圖2所示，應(yīng)力圖、變形圖和一階模態(tài)屈曲分析如圖3～5所示。

鋼筋骨架通過花籃螺栓、鋼筋吊桿與吊裝桁架上26根橫梁連接，橫梁間最大間距為1.5 m，每根橫梁在鋼筋骨架橫斷面底板、腹板、翼緣板共布置10個吊點，共計260個吊點，每個吊點與吊裝桁架的連接方式相同。為簡化計算模型，選取中間段吊點橫梁1.5 m間距處吊裝桁架對應(yīng)長6.0 m的鋼筋骨架，建立鋼筋骨架有限元分析模型，如圖6所示。鋼筋骨架應(yīng)力圖、變形圖及一階模態(tài)屈曲分析如圖7～9所示。

由圖3～9及軟件Midas Civil計算結(jié)果可知：鋼筋骨架在吊裝過程中，吊裝桁架最大應(yīng)力為168.4 MPa，出現(xiàn)在起重天車組起吊桁架主橫梁與縱梁交叉點處（即桁架主橫梁最大彎矩處），最大變形為77 mm；一階模態(tài)臨界荷載系數(shù)為4.9，失穩(wěn)位置位于主橫梁吊點附近的剪刀撐，屬于局部失穩(wěn)；鋼筋骨架最大應(yīng)力為155.5 MPa，出現(xiàn)在骨架橫斷面中間吊桿附近（屬應(yīng)力集中），最大變形為7.5 mm，一階模態(tài)臨界荷載系數(shù)為24.1，施工中應(yīng)重點加強(qiáng)此處上、下層鋼筋間豎向鉤筋的焊接質(zhì)量。根據(jù)計算結(jié)果，在吊裝過程中，吊裝桁架和鋼筋骨架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性滿足文獻(xiàn)[3]要求。

3 施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼筋骨架施工工藝

在已澆筑好的混凝土梁上安裝移動式綁扎存儲一體化胎具及移動式吊裝設(shè)備，在施工段混凝土梁澆筑及養(yǎng)護(hù)階段，混凝土梁面上設(shè)置縱移軌道，通過膨脹螺栓錨固在已澆梁體上；軌道上安裝門座式起重機(jī)、綁扎存儲胎具，在綁扎胎具中完成第1幅鋼筋骨架綁扎、預(yù)應(yīng)力波紋管安裝、鋼絞線穿束及內(nèi)模安裝；胎具兩側(cè)立柱頂設(shè)置縱移軌道，供吊裝桁架走行，吊裝桁架吊裝提升第1幅鋼筋骨架，縱移倒運(yùn)至存儲胎具；綁扎胎具中完成第2幅鋼筋骨架綁扎；胎具帶著2幅鋼筋骨架及吊裝桁架自行縱移至移動模架尾部，依次完成各孔梁體鋼筋骨架的提前綁扎^[13-17]。鋼筋骨架施工示意圖如圖10所示。

3.2 自行式鋼筋綁扎存儲一體化胎具

自行式鋼筋綁扎存儲一體化胎具全長72 m，由鋼筋綁扎胎具、中間連接部位、鋼筋存儲胎具構(gòu)成。具體施工流程為：胎具、吊裝桁架調(diào)整就位→開始第1幅鋼筋骨架綁扎→鋼筋骨架吊裝縱移至存儲胎具→開始第2幅鋼筋骨架綁扎。自行式鋼筋綁扎存儲一體化胎具如圖11所示。

在鋼筋加工場加工完成梁部鋼筋大樣后，運(yùn)至施工現(xiàn)場，利用軌道上的門座式起重機(jī)將鋼筋吊裝至已澆混凝土梁面上，分類、分批堆放整齊，按底板、腹板鋼筋綁扎→波紋管安裝→內(nèi)模安裝→頂板鋼筋安裝的鋼筋綁扎順序在胎具內(nèi)進(jìn)行鋼筋骨架的綁扎作業(yè)。根據(jù)設(shè)計圖紙，在底板、腹板和翼緣板區(qū)域加工綁扎胎具與鋼筋直徑、間距一致的定位槽。施工作業(yè)人員將加工好的鋼筋大樣放入胎具上相應(yīng)的鋼筋定位槽內(nèi)，可有效保證鋼筋骨架的綁扎質(zhì)量。自行式綁扎存儲一體化胎具通過中間連接段將鋼筋綁扎胎具和鋼筋存儲胎具連接為整體。在中間連接段布置縱移油缸，在綁扎胎具和存儲胎具上設(shè)置豎向伸縮油缸，由液壓站統(tǒng)一進(jìn)行油缸伸縮控制，通過豎向油缸的伸縮與梁面產(chǎn)生摩擦力作為支撐，縱移油缸推拉胎具進(jìn)行自行移動^[18-22]。

3.3 鋼筋骨架提升縱移

鋼筋骨架綁扎成型后，通過布置在頂升縱移橫梁上的豎向液壓油缸頂升吊裝桁架，利用豎向液壓油缸側(cè)面的減速機(jī)提供縱移動力。通過吊裝桁架提升鋼筋骨架后，沿胎具兩側(cè)的縱移軌道將鋼筋骨架從綁扎胎具搬至存儲胎具，可同時制作2幅鋼架骨架。吊裝桁架全長34.8 m，最大寬度為14.0 m，設(shè)計有26根吊點橫梁、5根頂升縱移主橫梁、2根吊裝縱梁及7根吊裝穩(wěn)定桿，吊裝桁架平面、立面布置如圖12所示，吊裝桁架橫斷面布置如圖13所示，鋼筋骨架吊點布置如圖14所示。因抗彎能力較差，吊裝過程中鋼筋骨架易彎曲、受損及散架，存在一定危險。

3.4 鋼筋骨架入模

施工段梁體混凝土張拉完畢，設(shè)備縱移過孔就位后，移動式綁扎胎具自行將鋼筋骨架縱移至模架后端。在待澆梁體范圍內(nèi)，由模架上的縱移小車起吊鋼筋骨架前端，通過胎具上的承載小車和模架上的第1臺縱移小車帶動前移鋼筋骨架。在前移過程中，依次由4臺縱移小車提吊鋼筋骨架，直至鋼筋骨架脫離綁扎胎具，縱移就位至待澆筑梁體軸線設(shè)計位置。鋼筋骨架縱移到位后，改由起重天車組提吊，釋放縱移小車，模架主梁頂2組起重天車組上設(shè)有縱向、橫向移動油缸，油缸行程為1 m，通過微調(diào)縱向、橫向油缸推動天車組前、后、左、右移動完成鋼筋骨架就位，實現(xiàn)鋼筋骨架精確入模^[23-26]。

3.5 施工模擬與監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

為驗證鋼筋骨架整體吊裝入模施工方案的合理性和有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，對比有限元計算結(jié)果與現(xiàn)場實際監(jiān)測結(jié)果，合理評價鋼筋骨架整體吊裝施工質(zhì)量。根據(jù)吊裝桁架和鋼筋骨架受力特點，在吊裝桁架布置9個應(yīng)力測點，鋼筋骨架每個截面布置10個應(yīng)力測點，共計37個通道，采用JMZX-212表貼式應(yīng)變計進(jìn)行測量，應(yīng)變測量精確度為滿量程的2.5%，應(yīng)力測點布置如圖15、16所示。

根據(jù)圖15、16測量吊裝桁架、鋼筋骨架相應(yīng)測點的應(yīng)力，并與有限元計算結(jié)果對比，如圖17、18所示。

由圖17、18可知：1）吊裝桁架實測結(jié)果與有限元計算結(jié)果的變化趨勢基本吻合，兩者的相對誤差大部分小于10%，個別測點的相對誤差大于10%，但均滿足文獻(xiàn)[3]要求，并具有較好的一致性，驗證了鋼筋骨架整體吊裝施工過程的合理性和安全性；2）鋼筋骨架部分測點應(yīng)力實測結(jié)果與有限元計算結(jié)果相差較大，原因是施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)力傳感器長期露天放置，受各種氣候條件干擾，在施工中，人員、設(shè)備擾動桿件時影響傳感器測試效果，但應(yīng)力實測結(jié)果較小，具有較寬裕的安全裕度，可認(rèn)為鋼筋骨架施工過程中始終保持安全穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

1）對吊運(yùn)關(guān)鍵工況下雙幅并制現(xiàn)澆箱梁鋼筋骨架進(jìn)行受力分析，結(jié)果表明鋼筋骨架吊點布置合理，提升、縱移吊裝桁架滿足施工的強(qiáng)度和剛度要求。

2）在綁扎段鋼筋骨架有鋼筋定位卡槽，不需要人工測量，一次性完成綁扎，施工效率高，鋼筋骨架綁扎質(zhì)量好。綁扎工作在已澆筑好的橋面上操作，作業(yè)空間大，吊運(yùn)效率高，所用人工勞動力少，模架內(nèi)部不堆放大量鋼筋，既實現(xiàn)文明施工，又減少安全隱患。

3）自行式鋼筋綁扎存儲一體化胎具隨施工進(jìn)度在橋面不斷移動，可重復(fù)利用，靈活快捷，有效減少鋼筋骨架的長距離吊運(yùn)，減小對鋼筋骨架質(zhì)量的影響。鋼筋綁扎、內(nèi)模安裝、預(yù)應(yīng)力波紋管鋼絞線安裝與混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力張拉等作業(yè)同步進(jìn)行，減少了占用移動模架時間，顯著提高了移動模架施工效率，避免人員、機(jī)械窩工現(xiàn)象，有效縮短各工序間的流水步距。

通過對雙幅并制現(xiàn)澆箱梁鋼筋骨架整體綁扎施工技術(shù)的研究，并在溫州市域鐵路靈昆特大橋?qū)嶋H應(yīng)用，驗證了本文施工關(guān)鍵技術(shù)的可靠性，可為類似工程的施工提供參考。

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Integral binding key technology of reinforcement frame of

cast-in-situ box girder

QIAN Youwei， WANG Jie

The Second Engineering Co.， Ltd. of CTCE Group，Suzhou 215131， China

Abstract：In order to solve the problem of long construction time and unstable construction quality of manually binding reinforcement root-by-root in the construction of mobile formwork cast-in-situ box girder， the overall binding mode of reinforcement skeleton is adopted， and the mechanical analysis of reinforcement skeleton hoisting construction process is conducted through finite element model to ensure that the deformation and stress of reinforcement skeleton in each construction stage are within the allowable range of design. A set of jigs and slings for integral binding of twin-frame parallel box girder reinforcement is developed to solve technical problems such as binding， storage， hoisting， longitudinal movement， and formwork insertion of reinforcement skeleton. The technology is applied to the Lingkun Bridge Project of Wenzhou City Railway. The engineering practice shows that，? the? overall binding construction quality of the mobile formwork cast-in-situ box girder is?good， and the cycle time and input quantity of the mobile formwork are reduced， and the service efficiency of the mobile formwork is significantly improved， and the construction cost is reduced， and the construction site is clean， tidy and orderly. It can realize the construction concept of land， factory and standardization of bridges in the marine environment are realized with high economic and social benefits.

Keywords：mobile formwork; overall binding of reinforcement skeleton; finite element analysis; construction technology; box girder bridge

（責(zé)任編輯：王惠）