钢槽梁在城市高架桥中的应用及施工探析

李坤鹏 郭文滨

上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 200125

1 钢槽梁结构特点

钢槽梁是钢-混组合梁桥的一种应用比较广泛的组合结构，目前已在港珠澳大桥浅水区非通航孔桥、安徽望东长江大桥、杭州九堡大桥、武汉二七长江大桥等大型桥梁和城市高架桥上部结构中皆有采用。其优点主要体现在既充分利用混凝土的抗压性和钢材的抗拉性能，又能规避混凝土抗裂性能差及钢材屈曲和正交异性桥面板容易疲劳的问题。同时钢槽梁还能够进行工厂预制，其耐久性、经济性、发挥多重材料各自优势的合理性、便于施工，自重轻等优点[1]。

与钢箱梁对比的优势：减少钢材用量，节约了项目整体造价。采用钢筋混凝土桥面，利于沥青面层的结合，提高了桥面铺装层的耐久性能，同时上翼缘混凝土板使下面钢梁避免雨水侵蚀和阳光照射，改善了钢梁主结构腐蚀环境，可延长钢梁涂装寿命。

与混凝土梁对比的优势：上部结构自重减轻了，同样也减少了下部基础工程量。已安装钢梁可以作为混凝土板浇筑平台使用，桥梁下部基础施工时钢结构梁和混凝土板可以工厂化生产，确保了质量，同时可快速架设，施工工期缩短，且对桥下交通影响非常小，梁的抗拉性能增大，有利于抗震。减少了砂石材料，利于环保。

2 钢槽梁的发展及应用

2.1 发展概况及应用趋势

建国以来很长一段时期内，由于钢铁产能较小，钢材匮乏，价格昂贵。建设一座桥总是优先考虑采用预应力混凝土梁桥，在铁路桥梁和大跨度桥梁中才有可能采用钢结构，形成“中小跨度混凝土结构，大跨度钢结构”的二元格局，这种局面极大的限制了钢-混凝土组合梁的应用与实践，也直接导致了我国在钢-混凝土组合梁设计、加工制造、现场安装等方面的成套技术、规范体系、建设人才、工业产业的滞后。

经过改革开放四十年来的发展，我国的钢铁产能呈现翻倍式的增长，结构整体制造水平也极大的提高。

在国内钢-混组合梁在城市高架桥中的应用从1993年北京市政设计院设计的北京国贸桥的三个主跨采用了连续组合梁结构，是钢-混组合梁在国内城市高架桥建设中的首次应用。近年随着我国钢铁产能的提高，更是得到了广发应用，随着大量实验研究和广泛应用实践，钢-混组合梁的设计和施工经验得到沉淀，逐渐完善了钢-混组合结构梁相关的理论，极大的促进了该结构的梁桥发展。随着《钢-混凝土组合桥梁设计规范》（GB50917-2013）和《公路钢混组合梁桥设计与施工规范》（JTG/T D64-01-2015）的发行及建设者对钢-混组合梁优越性认识程度加深。和国内钢材产能过剩更为组合钢梁的推广应用打下了物质基础，大力推广钢-混组合梁应用及桥梁装配式技术推广应用政策导向，钢-混组合梁的发展迎来了历时性机遇。所以钢槽梁作为钢-混组合梁最常用的结构在城市高架桥建设中被大量应用的前景非常乐观[2]。

2.2 需要关注的问题

目前一般单个城市高架桥建设项目钢槽梁和大型桥梁钢结构工程量相比偏小很多，且汽运至桥位，所以钢槽梁在选定加工制造厂时，大多按低价选用钢梁制造厂甚至建筑钢结构工厂生产，和国内几家知名钢梁制造企业相比，在作业人员、加工设备、制造工艺方面有很大落差，智能化甚至机械自动化制造技术应用不到城市高架钢槽梁上，这是高架桥钢槽梁制造水平很难提升的重要因素。需要建设单位从桥梁建设百年大计的出发点考虑，针对钢槽梁的制造厂在选择上作出适当硬性条件限制，确保优质资源在城市高架桥钢槽梁上的投入使用，提升制造质量同时也利于不断优化和提升工艺水平。

3 施工关键技术

3.1 制造工艺

钢槽梁在工厂内预制，与普通钢箱梁桥相比，最明显的特征就是少了正交异性桥面板结构。钢梁工厂制作从原先的人工制作发展到机械自动化制造水平，目前已经向着智能化制造水平迈进，正在建设中的深中通道钢箱梁将首次尝试应用智能化制造，宁波舟山港主通道钢箱梁防腐涂装已经实现智能化作业。下面重点介绍钢槽梁制造关键工艺。

3.1.1 钢槽梁横坡预拱度设置

（1）钢槽梁的结构形式不同于钢箱梁，上翼缘板是开口形式，在钢槽梁的制造过程中，上翼缘板极易发生变形。因此钢槽梁的制作控制重点是控制腹板与上翼缘板的焊接变形，保证上翼缘板的横坡，减少马刀弯变形。我们对腹板与上翼缘板之间的T形焊接做了有限元分析，分析结果表明，通过对上翼缘板施加10.4-15.1mm反变形，同时对腹板设置11mm的拱度，可以显著改善焊接变形，使上翼缘板最大变形从28mm减少到1mm以内，为后续组合施工提供质量保障。计算结果见图1-4所示。

图1 无反变形措施的上翼缘板变形

图2 采取反变形措施的上翼缘板变形

图3 采用反变形措施前后上翼缘板横向变形对比

图4 采用反变形措施前后腹板纵向变形对比

（2）开口钢槽梁的结构形式决定了钢槽梁的刚度较小，柔性较大，横向扰度较大。要消除恒载引起的结构变形，得到预期的桥梁线型，对宽度较大的钢槽梁常设置横向坡度。由于这种变形而考虑的预拱度的数据通常是由设计单位根据其计算结构提出预拱度的要求，我们在制作过程中将此预拱度考虑到钢板放样下料的数据中。

3.1.2 节段预拼装工艺

钢槽梁节段在组装胎架上完成焊接检验后，直接进行整孔节段的预拼装操作，预拼装在同一组装胎架上进行。

梁段在胎架上组焊完成后，解除约束，按精度要求检测梁段几何尺寸，依据设计预拼线形对梁段进行连续匹配预拼。预拼过程中的控制测量将在温度较恒定的环境下进行。预拼完成后将测点按图纸要求焊于钢槽梁上翼缘板相应位置，并测量记录所有梁段间的相互关系。

节段钢槽梁预拼装的主要内容有：确定桥面线型，确定并控制钢槽梁的总长度、拱度、旁弯，修整上翼缘板、底板的长度和环缝坡口，检查并矫正环缝两侧构件的匹配性。

节段在组装完成后，两端部均留有余量，在预拼工序中精确划出余量修割线，完全修割并加工好焊接坡口。预拼过程中，始终以每孔中心线作为长度控制基准，相邻端口匹配修割。

针对立交桥钢槽梁其平面线型为平曲线形类型，平曲线形钢槽梁预拼工艺如下：

（1）上翼缘板余量修割线的划线。选取整孔节段中心处的节段为基准节段（具体选取同直线形节段）进行定位。各节段以其自身的横向基准线（或支座中心线）为基准划出远离基准段一端的余量修割线，余量暂不切割。相邻大节段的预拼段在此步骤中不划出余量修割线。余量修割线、横向基准线、整孔节段中心线与三道纵向基准线的交点作为线型控制点。

（2）线形调整与控制。利用胎架周边设置的全站仪基点形成测量坐标系，首先对基准节段进行定位，然后以基准节段为中心向两端依次定位，定位时严格控制各节段纵基线上线型控制点，尽量使各线型控制点的坐标与理论坐标吻合，保证每一点的坐标漂移不超过公差规定，如图5所示。

（3）余量划线与修割。根据上翼缘板上远离基准段一端的余量修割线，分别划出远离基准段一端的上翼缘板、底板、腹板等余量修割线，然后修去余量，同时开出焊接坡口。基准段两端余量均修出，相邻孔预拼节段余量暂不出，待下轮预拼时再修。

图5 平曲线形小节段分别划线示意

各节段之间的预拼由整孔节段中心线向两侧依次进行。以全站仪测出的整孔节段中心线和预拼节段横向基准线上三点坐标，计算出横向基准线与整孔节段中心线之间实际平行间距L实际值。结合图纸中整孔节段中心线与预拼节段横向基准线的理论间距L理论、焊接坡口间隙g，焊接收缩量s，计算出预拼节段（邻近基准节段的节段）余量修割线与基准节段端部的距离△L。以整孔节段中心线位置节段端口为基准，以△L为间距，划出预拼节段临近端口余量修割线[3]。

按上述步骤依次划出各预拼节段靠近整孔节段中心线侧余量修割线（包括相邻孔预拼节段），如图6所示。

（4）端口的匹配：以基准节段为中心，将其它各节段向基准节段方向移近，控制和调整各节段纵向直线度、纵向线型及距支座中心线的距离，直至满足公差要求，并重修正节段的纵、横向基准线。检查和调整上翼缘板、底板、腹板、及纵向肋之间的错边情况，并逐一根据其位置进行编号。

图6 节段匹配修割示意

3.1.3 节段基准线及线型控制点设置

（1）纵向基准线的设置：对于钢槽梁节段，设置两道或三道纵向基准线，纵向基准线平行于桥梁纵轴线，分别位于钢槽梁中心线处以及两侧腹板与上翼缘板交界处，刻划在上翼缘板上。

（2）横向基准线的设置：节段横向基准面垂直于桥梁纵轴线。一般节段的横向基准面设置于靠近节段横向中心的横隔板或横肋处。钢槽梁节段横向基准面与钢槽梁上翼缘板表面交线作为节段的横向基准线。

（3）线型控制点设置：线型控制点设置在上翼缘板表面，位于节段两端端口线与三条或两条纵向基准线交点。

3.2 现场安装方法

钢槽梁的安装最常用的方法主要有吊装和顶推两种方法。

（1）钢槽梁节段在横向上进行划块体制造时，梁段块体汽运至桥位现场后一般采用吊装直接定位至设计位置或吊至高空支架平台上先把梁段块体横向上先拼焊成一体后再顶推至设计位置，由于钢槽梁没有整体面板，吊装用临时吊点的设置非常关键，要根据块体的重心，均布确定4个吊点，保证吊装过程梁段的平衡，同时吊装定位后，要及时根据分段的外型和重心，临时打撑稳固后再松吊钩，避免分段向一侧发生倾覆。

（2）城市高架主线钢槽梁分段一般采用纵向上划分块体制造，汽运至桥位后，现场拼装成一定的长节段然后采用顶推安装，由于钢槽梁是个开口结构，整体刚度及稳定性相对与钢箱梁节段较弱，需在箱体内部增设临时支撑和顶推加劲，已确保顶推施工不会造成梁体的变形。

4 结语

总的来说，本文分析了钢槽梁的优点和对在城市高架桥中应用展望，通过分析钢槽梁的特点和施工方法及后续我国城市交通基础设施建设情况，钢槽梁在城市高架桥建设中必将会得到广泛应用。在当下我们仍需要在设计、施工等方面继续积极地进行创新，给城市桥梁建设的发展提供更加可靠的保障[4-5]。