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1、B R J DGE AND TUNNE L C0NS T RUCTI oN AND M AC HI NE R Y 文章編號 ： 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 5 ) 0 8 0 0 6 6 - 0 4 波形鋼腹板小箱梁頂推設計與施工研究 王 飛 ， 劉 之 光 ， 任 亮 ( 1 上饒市交通運輸局 ， 江西 上饒3 3 4 1 0 0 ；2 華東交通大學 土木建筑 學院， 江西 南昌 3 3 0 0 1 3 ) 摘 要 ： 針對傳統 P C小箱梁存在的 問題 ， 設計 了波形鋼腹板 小箱梁替代混凝 土腹板 ， 通過 引入 2 1 8大直徑預 應力鋼 束 ， 提 出了創新 的波形。
2、 鋼腹 板 小箱 梁分 塊預 制 組拼 和 臨時斜 拉 塔輔 助 相 結 合的頂 推施 工方 案 ， 實現 了波形鋼 腹板 自身作 為鋼 導 梁的 施 工 工藝 ， 提 高 了頇推 速 度 ， 節 省 了工 程 造價 ， 其成果可供 同類的設計和施工參考。 關鍵詞 ： 波形鋼腹 板 ； 頂 推施 工 ； 分 塊預 制組拼 ； 臨時斜拉塔 中 圖分 類號 ： U4 4 5 4 6 2 文 獻標志 碼 ： B I nc r e m e n t a l La u n c h i ng De s i g n a n d Co ns t r u c t i o n o f Co r r u g a t 。
3、e d S t e e l W e b S ma l l BO X Gi r de r s W ANG Fe i ，LI U Zhi gu a ng ，REN Li a n g ( 1 S h a n g r a o Bu r e a u o f Tr a n s p o r t a t i o n，S h a n g r a o 3 3 4 1 0 0 ，J i a n g x i ，Ch i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ，Ea s t C h i n。
4、 a J i a o t o n g Un i v e r s i t y ，Na n c h a n g 3 3 0 0 1 3 ，J i a n g x i ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n v i e w of t he pr o bl e ms o f t r a d i t i o n a l s m a l l b ox g i r de r s ，c o r r ug a t e d s t e e l we b s ma l l bo x g i r d e r s we r e d e s i g n e d t o r e p l a c e。
5、 c o n c r e t e we b Ba s e d o n t h e i n t r o d u c t i o n o f a d i a me t e r o f 2 1 8 mm p r e s t r e s s e d r e i n f o r c e me n t ， t h e i n c r e me n t a l 1 a u n c h i n g c o n s t r u c t i o n p r o j e c t c o mb i n i n g s e g m e nt a l pr e c a s t e r e c t i on a n d o。
6、 c c a s i o na l c a bl e s t a ye d t o we r wa s pu t f o r wa r d，wh i c h i mpl e me n t s t h e p r o c e s s o f c or r u ga t e d s t e e l we b a s l a u nc h i n g no s e，s a ve s t h e c o s t o f t he br i d ge a n d i mpr o v e s t h e s p e e d o f e r e c t i o n The r e s ul t s a r 。
7、e e x pe c t e d t o be us e f ul i n t h e de s i g n a nd c on s t r u c t i o n of s i mi l a r s t r uc t u r e s Ke y wo r ds ： c o r r u ga t e d s t e e l we b； i nc r e me nt a l l a u nc hi ng c o ns t r uc t i o n； s e g me nt a l p r e c a s t e r e c t i on；o c c a s i o na 1 c a bl e s 。
8、t a y e d t o we r 0 引 言 預應 力混 凝土 小 箱 梁一 般 采 用 裝 配式 施 工 ， 由 于其 施 工簡便 、 速度 快 ， 在 中小 跨徑橋 梁 中非常具 有 競 爭優 勢 ， 應 用十分 廣泛 。但是 ， 受混 凝土 材料 自身 的限制 ， 預應力混凝土小箱梁單跨跨徑 目前未能突 破 4 0 m； 且在長期使用過程 中， 預 應力混凝土小箱 梁會相繼出現端腹板斜裂縫 、 腹板與頂板相交處 的 縱向裂縫等病害口 ， 嚴 重影響著橋梁 的使用 功能。 為此 ， 引入新材料 ， 從而增大傳統小箱梁跨徑 ， 克服 混凝土小箱梁腹板易開裂的弊端， 顯得尤為重要 。 波形。
9、鋼板作為一種壓型鋼板 ， 具有單位重量輕 、 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 2 0 5 基金項 目： 江西省教育廳基金資助項 目( GJ J 1 4 3 8 5 ) 6 6 強度高、 抗震性能好 、 施工快速 、 外形美觀等優點 ， 是 良好的建筑材料和結構構件 。目前國內已成功應用 于替代預應力混凝土箱形截面腹板 ， 并有 2 o余座大 跨 度 波 形 鋼 腹 板 P C 組 合 箱 梁 橋 的 成 功 應 用 實 例 ， 但將波形鋼板應用于傳統的 P C小箱梁 中尚 無相關的文獻報道 ?？紤]到波形鋼板具有抗剪、 抗 拉強度高等優點， 且相對于混凝 土構件可以大大減 輕結構 自重， 因。
10、此將波形鋼板引入 P C小箱梁 中作 為 腹板 ， 既能 克服傳 統 混 凝 土小 箱 梁 腹 板 易 開裂 的 弊 端 ， 又 能增 大跨度 。 對 于波形 鋼腹 板 梁 橋 的施 工 ， 目前 主要 有 滿 堂 支 架施 工法 、 掛籃 懸 臂施 工 法 、 頂 推 施 工法 、 整 梁裝 BRI DGE AND TUNNEL C0NS TRUCTI oN AND M ACHI NERY 配式拼裝施工法和 R W 工法等 ?？紤] 到波形鋼板 在頂推施工 中可利用其 自身的剛度加工成前 伸導 梁 ， 頂推到位后可作為箱形截面的腹板 ， 從而簡化導 梁設施 ， 縮短工期 ， 因此本文針對傳統 。
11、P C小箱梁存 在 的問題 ， 在 引入 波形鋼 腹板 的基 礎上 ， 開展 波形 鋼 腹 板小 箱 梁頂 推設 計和施 工 的研究 。 1 波形鋼腹板小箱梁設計 江西上饒某大橋為跨徑 4 6 4 m連續 梁橋， 考 慮到傳統 P C小箱梁存在 的問題 ， 本文引入波形鋼 腹板替代混凝土腹板 ， 用 2 1 8大直徑預應力鋼束 替 代 1 5 2 4鋼 絞線 ， 設 計 了與 頂 推 施 工 相 適 應 的 波 形鋼 腹板 小箱 梁 。 1 1主梁 設計 主梁采用 4片波形鋼腹板小箱梁的設計方案 ， 如 圖 1所示 。 圖 1波 形 鋼腹 板 小 箱 粱 截 面 相 應 的細部 構造 如下 。。
12、 ( 1 )結構尺寸 。全橋寬 1 7 m， 高 3 5 m， 單片小 箱 梁頂 板寬 3 8 m， 底 板寬 2 2 m， 頂底 板 混 凝 土厚 度 在 跨 中處 均 為 0 4 0 m， 在 支 點 處 底 板 加 厚 至 0 8 O m， 頂板厚度保持不變。波形鋼腹板選用 1 6 0 0 型， 在跨 中厚度為 i 0 mm， 為滿足受力需要 ， 支點處 加 厚至 1 2 mm。 ( 2 )橫隔板。為增加波形鋼腹板小箱梁之 間的 抗扭剛度 ， 設計中共設置了 3種橫隔板 ， 即箱 內橫隔 板 、 箱 間橫 隔板 和 后 拼 橫 隔板 。其 中箱 內橫 隔 板 除 梁端為 5 m 一道外，。
13、 其余 均為 8 m 一道 ； 箱間橫隔 板和后拼橫隔板 間距一致 ， 在端部均為 1 3 r n ， 中間 為 1 6 m。橫隔板采用兩片平行放置且壓痕垂直的 波 形鋼 板 連接 而成 ( 厚度 為 0 5 0 m) ， 中間 通過 壓 注 C 3 0細石混凝土進行填充 。箱 內橫隔板在小箱梁預 制 時完 成 ， 箱 間橫 隔板一部 分 在頂 推 臺座上完 成 ， 另 一 部分在頂推到位后與后拼橫隔板一起完成 。 ( 3 )預應力孑 L 道 ?？椎乐睆綖?1 2 c m， 采用鋼管 抽拔成型。為防止管道漏漿 ， 在各 片小箱梁拼裝接 縫澆筑前 ， 波紋管與抽拔管孔 口之間采用樹脂密封。 1 。
14、2預應 力束 橋梁頂推施工與其他施工方法相 比， 最大的不 同是 ， 施工過程中主梁 內力呈正、 負值交替更換 ， 與 成 橋狀 態下 主梁 的 內力 相 差 較 大 ， 因此 大 跨 度 橋 梁 采 用頂 推施 工 時頂底 板預 應力 束設 計一 般分 為前 期 束和后期束 。前期束為滿足頂推施工需要 ， 通常采 用 逐段 張拉 和接 長 的 直線 型 通 束 ； 后 期 束 為 滿 足二 期 恒載 和活 載需 要 ， 通 常 在頂 推 到位 后 在 支 點 頂部 和跨 中底部采用短束。 考慮到波形鋼腹板小箱梁頂 、 底板較薄， 如果采 用傳 統 的 1 5 2 4鋼 絞 線 ， 較 大 的。
15、 齒 輪 式 聯 結 器 會 增加頂底板厚度 ， 進而增加鋼束數量和結構 自重， 因 此并不適合頂推施工 ； 而且小箱梁內部空間小 ， 后期 預應 力 張拉操 作難 度 大 ， 故 預 應 力 束 根數 應盡 量 減 少 。為便 于 對 比 ， 表 1中列 出 了 常用 的 1 5 2 4鋼 絞線 、 2 1 平 行鋼 絲 和新 型 的 2 1 8大 直 徑 預應 力 鋼束 的參數。 表 1三種預應 力鋼束參數對 比 直徑 面積 標準強度 破斷力 破斷力 mm MP a k N 比值 1 5 2 4 l _ 4 1 0 1 8 6 0 2 6 0 1 0 2 1 0 0 2 6 9 1 0 4。
16、 1 8 6 0 4 3 0 1 7 2 1 8 0 3 1 3 1 0 4 1 8 6 0 5 7 3 2 2 從 表 1中可 以看 出 ： 1鋼絲 面積 比普通 1 5 2 4 鋼絞線面積大了一倍 ， 這使其破斷力增大至 1 7倍 ； 而 2 1 8大 直 徑 鋼 絞 線 與 2 1相 比 ， 直 徑 變 化 不 大 ， 但破斷力增大至普通 1 5 2 4鋼絞線的 2 2倍 。 因此， 從提高使用效率 、 減少孔道數和應用新技術出 發 ， 本文在波形鋼腹板小箱梁中引入了 2 1 8大直 徑預應力束。經大型 有限元程序反 復仿真計算分 析 ， 最終確定本橋前期束布置上緣和下緣分別為 8 孔 。
17、和 4孔 1 2束 2 1 8大 直 徑 鋼 絞 線 ， 采 用 逐 段 張 拉和接長的直線型通束 ； 后期 束布置為上緣和下緣 均為 3孔 1 2束 2 1 8大 直徑鋼絞線， 采用分段 布 置 ， 其位置分別位于支點上緣和跨中下緣 。 2 分塊預 制組拼頂 推 頂推施工是以不到梁體重量 5 的水平力來克 6 7 BR J DGE AND TUNNEL CONS TRUCTI oN AND M ACHI NERY 服梁底與滑道之間的摩阻力 ， 將 2 0倍水平推力重量 的箱 梁架設 到位 ， 是橋 梁施工 中耗 能最 小 、 費 用最低 的方 法 。同 時 ， 頂 推 施 工 還 兼 具 占。
18、地 少 、 不 影 響交 通、 質量穩定等優點 ， 因此是 中等跨徑橋梁中非常具 有競爭力的一種架橋工藝 3 。但 自1 9 7 8年陜西狄 家河大橋引進頂推工藝 以來 ， 中國已建成 的頂推施 工橋梁僅 3萬余米 ， 且 P C梁橋單跨頂推跨徑不足 5 0 m。究其原因 ， 主要是頂推施工存在著速度慢 、 工期 長 、 需 設置 臨時墩 、 無統 一 的頂推施 工標 準 圖等 問題 ， 嚴重 制 約著頂 推施工 的應用 和推 廣 。 2 1 構 思的提 出 針對頂推施工工期長、 速度慢的缺點， 中國學者 在湖南南 縣啞吧 渡大 橋設計 施 工 中提 出了箱 梁分 條 分塊預制 組拼頂 推 的。
19、施 工方 法_ 7 。該 方法 棄用 傳 統 單箱方案 ， 將主梁橫向分成若干小箱梁， 縱 向分成若 干節段 ， 并在預制場進行預制， 待預制小箱梁節段收 縮徐變基本完成后 ， 通過門吊將其吊裝至頂推平 臺， 澆筑濕接縫 ， 張拉 預應 力 ， 最 后 進行 頂 推 施工 。 由 于實現了橋梁結構上下部同時施工， 該方法大大提高 了頂推施 工的速度 ， 節省 了工期 。同時主 梁采用 分條 分塊預制還 實現了結構 的輕 型化 ， 全橋頂 推施工 中僅 采用一 臺 1 0 0 t 連續 千斤 頂 。此項 目的成 功實施為分 塊預制組拼頂推工藝的推廣應用奠定了基礎。 2 2分塊 預 制組拼 本文在。
20、 4 6 4 m 波 形 鋼 腹 板 小 箱 梁 中 引 入 分 塊 預制組 拼頂推 施工 工藝 。單 片小箱 梁縱 向分成八 段 ， 其 中第 一段 長度 為 3 9 m， 第 二 段 至 第八 段 長度 均為 3 1 m。為消除混凝土大部分的收縮和徐變， 波 形鋼 腹板小 箱 梁 在 預 制 完 成 后 需 在 梁 場 放 置 9 0 d 以上 。節段拼裝時， 第一段小箱梁頂底板均未澆筑 ， 以波形鋼腹板 自身作 為鋼導梁使用 ， 待全橋頂推到 位后 ， 裝模 板澆筑 頂 底 板 混凝 土 和 橫 隔板 ?？?慮 到 施工工期和頂推穩定性的要求 ， 每 2條小箱梁形成 一 幅 ， 并在 臺。
21、座上 澆筑 箱間 的橫 隔板 ， 然 后進行 同步 頂 推 。圖 2為對應 的預 制 組拼 布 置 圖 ， 其 中預制 節 段通過橫跨拼裝臺座的 2臺龍 門吊機起 吊至拼裝臺 座 ， 然后進行拼裝 。拼裝 臺座 由鋼管樁基礎、 3 2 1軍 用貝雷片和豎向千斤頂組成， 其中豎 向千斤頂用于 局部調節小箱梁的標高 ， 從而確保頂推到位后小箱 梁 線形 達到設 計 要 求 。此 外 ， 由于本 橋 在 頂 推設 計 中取消了跨 中臨時墩 ， 因此在第二 、 三節段拼裝完成 后 ， 需 在第 二 節 段 的 中心 安 裝 臨 時 主塔 、 張 拉 斜 拉 6 8 索， 塔的高度和拉索索力通過計算確定。
22、 。 圖 2小箱 梁 分 塊 預 制 組 拼 布 置 2 3鋼 導梁設計 橋梁頂推施工中， 第一跨主梁受力變化幅度最 大 ， 在第一跨前端安裝臨時鋼導梁以減小 主梁頂推 過程中的受力 ， 當主梁頂推到位后 ， 再將鋼導梁進行 拆除。對波形鋼腹板小箱梁橋而言， 可結合波形鋼 腹板 自身 的特點 設計 鋼導 梁截 面 ， 如 圖 3所 示 。 圖 3鋼 導 梁 橫 截 面 從 圖 3中可 以看 出 ， 鋼 導梁 由波形 鋼腹板 、 上 下 緣縱梁 、 上緣大橫梁 、 T型加勁肋 、 下緣橫撐和橫聯 組合而成。其中， 波形鋼腹板在頂推過程 中承擔剪 力， 上下緣縱梁承擔彎矩， 中間焊接 的橫聯、 橫。
23、撐 和 大橫梁 則用 來滿 足橫 向穩定 及抗扭 要求 。全 橋頂推 到位后 ， 拆除上緣縱梁 、 大橫梁、 橫撐和橫聯 ， 在鋼導 梁處掛 ?，F 澆頂底 板 和 橫 隔 板 ， 當混 凝 土 結 構 強度 達到 7 O 時 ， 拆 除模 板 ， 張拉永 久 預應 力 束 ， 即可形 成 主梁 。 3 帶臨時斜拉塔頂推施工方案 目前 ， 對于單跨跨度超過 5 0 m 的橋梁， 進行頂 推施工時一般先在跨 中設置臨時墩 ， 待全橋頂推到 位后再 將 I 臨時 墩 進 行 拆 除 。本 橋 單 跨 跨 徑 達 到 了 6 4 r n ， 如果 在 跨 中設 置 l臨時 墩 ， 不僅 造價 不 菲 。
24、， 而且 B DGE AND TUNNE L C0NS T RUCTI oN AND M ACHI NE RY 影響河道通航。為此在施工中提出分塊預制組拼與 臨時斜拉塔輔助相結合的頂推施工方案， 臨時主塔 設置在第二段主梁的中心， 通過斜拉索一端連接鋼 導梁 ， 一端錨 固在第三段 主梁上 。該方法的突出優 點是 ： 斜拉索與主梁錨 固點類似于一個支撐 ， 與常規 頂推設置臨時墩效果相當， 從 而減少 了頂推實際跨 徑 ， 可有效減少施工預應力 ， 降低工程造價 ； 減少了 水 中臨時墩 的施 工 和拆除 ， 簡化 了頂 推施 工工 序 ， 提 高 了頂 推施 工速 度 ； 臨 時 斜拉 塔 。
25、在 頂 推 完 成 后 可 以 進行回收 ， 因此可進一步降低工程造價。 圖 4為波形鋼腹板 小箱梁分塊預 制組拼與 臨 時斜拉塔輔助相結合 的頂推施工方 案。該方案不 僅 實 現 了 波形 鋼 腹 板 小 箱 梁 分 塊 預 制 與 下 部 施 工 的 同步進 行 ， 而且 大 大 減 少 了水 中臨 時 墩 的數 量 ， 加快了頂推施工 的速度 。波形鋼腹板 小箱梁單次 組拼取 2個節段 ， 長度為 6 2 m， 按 1 2 d完成計算 ， 平 均 頂推 速 度 可 達 到 5 1 1 2 1 d _ 。 ， 如 再 計 人 波 形 鋼導梁和臨時斜拉塔安裝時 間以及其他 可能 的不 確定性。
26、因素 ， 2個月 左右 即能完成 單 幅( 2條 小箱 梁) 頂推任務 。待單 幅頂推到位后 ， 再將 臨時斜拉 塔和頂推設備轉移到另一 幅進行頂 推施工 。波形 鋼 導 梁頂 底 板 混凝 土 在 全 橋 4片 小 箱 梁 頂 推 到 位 后 進行 立 模 澆 筑 ( 澆筑 時 間 約 為 2個 月左 右 ) ?？?慮到小箱 梁預制 、 存 放 以及 下部結 構施 工工期 約 為 4個月 ， 橋面鋪裝按 2個 月計算 ， 則全橋施 工總 工期約為 1年 。該方 案充分體現本文所提 出的分 塊 預 制組 拼 與 臨 時斜 拉 塔 輔 助 相 結 合 的頂 推 施 工 技 術 的快 速 高 效 。
27、。 4 結 語 2 陳 寶 春， 陳 宜言 ， 林 松 波 形鋼 腹 板 橋梁 應 用 調 查分 析 J 妻 ! ： 苧 苧 。 進 筑 路 機 械 與 施 工 機 械 定 ，是長橋和中等跨徑橋梁建設 中非常具有競爭力的 ,2 0 0 8, 2 5 ( 3 ) ： 61 - 6 3 一 一 種施工工藝。本文針對傳統 P C小箱梁存在 的問 4 徐化 軒 頂推梁橋施工 中可 能出現的技 術問題及對 策 J 鐵 題 ， 采用波形鋼腹板替代混凝土腹板設計 了主跨 6 4 道工 程學報， 2 0 0 2 。 7 4 ( 2 ) ： 3 O 一 3 3 m波形鋼腹板小箱梁橋 。為滿足頂推施工受力需要， 。
28、5 徐 岳， 朱萬勇， 楊 岳 波 形鋼 腹板P C 組合箱梁橋抗彎承載 在引入 1 8 大直徑預應力鋼束的基礎上， 提出了創 力 計算 J _ 長安大學 學報： 自 然科學版， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 2 ) ： 6 0 6 4 新 的波形鋼腹 板小 箱梁 分 塊預 制組 拼 和 臨時斜 拉 塔 6 杜玉 林， 閆志剛， 杜 立峰， 等 跨密集鐵路小半徑連續鋼箱梁頂 輔助相結合的頂推施工方案 ， 實現了波形鋼腹板 自身 推施 工技 術 J 公路工程 2 0 1 3 , 3 8 ( 4 ) ： 一 。 L 作為鋼導梁的施工工藝， 節省了工程造價， 提高了頂 任 亮 方志 上官興 大跨P c 梁橋頂推新技術 J 公路， 推速度 ， 其成果可供同類工程的設計和施工參考。 8 冀 偉 ， 世忠， 藺鵬臻 波形 鋼腹板組 合箱梁振 動頻率分 析 參 考文 獻 ： 與試驗 J 中國公路學報， 2 0 1 3 ， 2 ( 5 ) ： I O 2 - I O 7 責任編輯 ： 譚忠華 6 9 。
