波形钢腹板节段梁预制施工技术研究

邓飞凡，谭云浩，张子龙，李泽鹏

(湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410004)

0 引言

波形钢腹板PC组合梁是上世纪90年代兴起的新型桥梁结构，其充分利用了混凝土抗压、波形钢腹板抗剪性能，大幅度减少了结构自重，在国外得到了广泛的应用。我国对波形钢腹板PC组合梁研究较晚，国内首座波形钢腹板PC组合梁桥——长征人行桥于2005年1月建成，后又修建了河南光山泼河大桥、河南郑登快速通道朝阳沟特大桥、山西运宝黄河公路大桥、广东港珠澳珠海连接线前山河大桥等，目前，波形钢腹板PC组合梁桥已成为国内重点推广的桥梁结构形式之一。

波形钢腹板PC组合梁通常采用现浇施工工艺，施工进度慢，施工质量、线形难以控制；而常规的短线法对施工精度要求较高，施工难度大。南阳湘江特大桥主桥波形钢腹板PC组合梁采用长线法进行预制施工，保证了箱梁线形，大幅度提高了生产效率及施工质量，取得了良好的效果。

1 工程概况

南阳湘江特大桥主梁为单箱单室截面，箱梁顶板宽14.5 m，底板宽8.1 m，腹板采用波形钢板。波形钢腹板与底板的连接采用角钢连接件，与顶板采用双开孔钢板连接件(Twin-PBL)连接，见图1。

a)立面图b)构造图

主梁共分4个悬拼“T”构，每个“T”构纵曲线不同。一个“T”构单侧共分13个梁段，0#梁段长8.0 m，其余1#～13#梁段为5×3.2 m+8×4.8 m，合拢段长3.2 m。梁段截面高度按1.8次抛物线变化(高度变化为：7.5～3.5 m)。

2 节段梁预制施工技术难点分析

1)目前传统的预制方法分为短线法和长线法：短线法预制对施工精度要求高，整体线形难以控制。对波形钢腹板板节段梁预制而言，长线法具有一定的预制优势，但是长线台座常用于底模线形不变的“T”构梁段预制施工，且存在施工台座占用周期长、利用率低的问题。

2)波形钢腹板高达6 m，重达4 t，采用常规施工工艺对波形钢腹板进行直接定位安装施工难度大，定位精度低。

3)考虑波形钢腹板节段梁顶板横向预应力张拉对梁段线形的影响，需待梁段悬拼完成后再进行横向预应力张拉，因此采用常规设置在腹板两侧吊杆进行吊装的施工方法对梁段翼板受力不利，可能导致翼板开裂。

3 波形钢腹板节段梁预制台座结构设计

台座采用钢管架的结构形式(见图2)，钢管柱之间采用横联、剪刀撑进行联系，以加大台座的整体稳定性，钢管内腔灌入砼以提高台座整体刚度，减少弹性变形；为有效解决台座沉降问题，预制台座基础采用φ30cm管桩+扩大基础的结构形式，管桩入土深度按16 m控制。

钢管架顶部搭设分离式可调节底模架，结构形式为：无极顶托调节系统+2I36b横梁+I18分配梁+6 m钢板底模。分配梁错位搭接，形成每跨相互独立又互成整体的铰结构，通过下端设置的无极顶托调节系统可实现底模线型的调整(见图3、图4)。

图2 长线台座纵断面图(单位：mm)

图3 分离式底模架

图4 无极顶托调节系统

4 波形钢腹板节段梁预制台座的计算分析

根据《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB50068—2018)标准，本结构为临时结构，安全等级为二级,其结构重要性系数取1.0，永久荷载分项系数取1.3，可变荷载分项系数取1.5，荷载调整系数取0.9。其永久作用考虑梁段自重，可变作用考虑施工人员荷载、倾倒混凝土产生的冲击荷载和振捣混凝土产生的荷载。

采用MIDAS有限元软件对台座支架进行两跨建模强度、刚度计算分析，建立钢管、联系、横梁、分配梁，定义支架所需的材料和截面，上下型钢的连接采用弹性链接，钢管底部进行固定约束，计算模型及结果见图5、图6。

由图6可知，台座支架最大压弯组合应力为192.1 MPa，最大变形位为5.7 mm，强度、刚度、稳定性均满足设计要求。

b)2I36b横梁压弯组合应力结果图 c)φ630钢管桩压弯组合应力结果图

图5 预制台座支架模型a)I18 b分配梁压弯组合应力结果图

5 波形钢腹板节段梁的预制施工

波形钢腹板节段梁预制施工模板台车由侧模系统、内模系统和端模系统组成(见图7)，采用电机驱动行走，并利用机械撑杆进行模板定位调整。

图7 预制施工模板台车(单位：mm)

预制施工时，在每个长线台座配置2套模板台车，当前一个“T”构的7#节段梁预制完，将2#～5#节段梁调离台座，进行下一“T”构的2#节段梁施工，形成2个预制施工工作面。为避免底模调整影响标高控制，2个工作面之中间隔3个节段梁的空间。该方法能及时腾出空间进行下一个“T”构梁段的预制，提高了长线台座的利用率，实现了产能最大化施工(见图8、图9)。

图8 长线台座模板布置图

图9 长线台座预制施工图

波形钢腹板高达6 m，重达4 t，安装定位较为困难。将翼板模和顶板内模与波形钢腹板的顶板接触位置设计成凹槽状的方式(如图10所示)，待底板钢筋绑扎完成后，调整定位翼板模及顶板内模，然后吊装波形钢腹板入模，进行精调固定。

图10 长线台波形钢腹板定位施工示意图

吊装施工时，常规梁段吊具的吊点设置于腹板两侧(如图11所示)，采用圆钢棒穿入顶板与扁担梁吊具进行连接，吊装过程中容易导致顶板开裂。因此，考虑将吊点设置于钢腹板位置(如图12所示)，采用精轧螺纹钢穿过波形钢腹板顶板与吊具连接。所有吊点力作用于波形钢腹板上，避免了由于顶板受力过大而导致砼开裂。

图11 常规梁段吊装施工示意图

图12 优化后吊装施工示意图

由于端部存在剪力键，波形钢腹板节段梁预制完成后不能直接垂直起吊，施工时，在梁段顶板顶面及底板顶面设置千斤顶，施加水平推力将梁段顶开，然后再垂直起吊(如图13所示)。

图13 波形钢腹板节段梁调离台座施工图

6 结论

通过采用多工作面长线法预制施工技术，实现了南阳湘江特大桥波形钢腹板变截面PC组合梁高效、高质的预制施工，确保了后期梁段悬拼施工的顺利进行。可为类似桥梁施工提供参考。