波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工关键技术

芦 欣

（新疆交投建设管理有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

引言

波形钢腹板PC 组合箱梁是一种采用波形钢腹板替代混凝土腹板的新型钢-混凝土组合结构，避免了腹板应用剪应力过大而导致开裂的问题，同时减轻了主梁的自重。因腹板采用波形钢替代，使得原布置在腹板上的预应力束采用体外布置，便于桥梁的维修，因此该类型的桥梁比传统混凝土PC 梁桥成本低［1-4］。

波形钢腹板桥在国外使用较多，近几年国内也开始使用，但多数为单箱单室的主梁，对于单箱双室甚至多室的施工控制及研究涉及较少，后者比前者多了一个或多个波形钢腹板，使得两者的横向受力和施工控制有所不同［5-6］。

1 工程概况

南照跨堤大桥是南照淮河公路大桥105 国道跨越淮河的一座重要桥梁，主梁采用变截面波纹钢腹板单箱双室连续箱梁，跨径组合为38 m +68 m +38 m，桥面布置为2×（0.50 m（防撞护栏）+9.75 m（行车道））=20.50 m。中支点梁高4.2 m，底板厚度0.50 m；跨中梁高1.7 m，顶、底板厚度0.3 m，梁高及底板厚度按2 次抛物线过渡；混凝土采用C50；波纹钢腹板采用Q345D，型号采用1 600 型，厚度采用14 mm、22 mm、20 mm、18 mm 和16 mm 五种型号。参数见图1。

图1 桥梁纵向布置（m）

上部结构共划分11 个节段，0#块节段长度7.2 m，1#块～9#块节段长度3.2 m，11#块节段长度2.3 m，合拢段长度3.2 m。引桥墩顶梁高为4.2 m，跨中梁高为1.7 m。

2 有限元分析

利用桥梁专用有限元计算分析软件Midas Civil建立南照跨堤连续梁桥有限元模型，主梁采用空间梁单元进行模拟，全桥共划分为56 个单元，57 个节点，有限元模型见图2。

施工阶段的有限元分析，主要是针对施工方案定的每个节段进行应力、内力和挠度验算，看是否满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTC 3362—2018）要求。

图2 桥梁施工阶段划分

通过计算可得，最大悬臂施工阶段截面最大压应力为10.80 MPa，小于18.76 MPa；最大拉应力为0.31 MPa，小于限值1.68 MPa；截面最大压应力为11.10 MPa，小于18.76 MPa。因此，桥梁在施工过程中满足安全性要求。

3 悬臂施工关键技术控制

3.1 波形钢腹板定位控制

3.1.1 波形钢腹板定位测点布置

图3 波形钢腹板定位测点布置

波形钢腹板定位是否准确，直接影响到腹板受力，因此腹板定位不仅要测量纵横向坐标，还要测量竖向坐标，准确掌握腹板的空间状态。根据该桥结构特点，每个单侧块段测量P1～P9 点，其中P1～P6为顶面测点，P7～P9 为底面测点。H 为波形钢的高度，h 为P7～P12 距离腹板底的高度，波形钢腹板定位测点布置见图3。

3.1.2 结果分析

波形钢腹板的定位为x，y 和z 的实测坐标值与理论值的偏差程度，分别对应波形钢腹板的平面定位和高程定位。

波形钢腹板的高程主要取决于中腹板前后两点的高程，即P2 和P5 的高程，因此本文选取该两点的实测值与理论值进行对比，以控制波形钢腹板的高程。实例中波形钢腹板桥为三跨，对应有65#和66#主墩，65#墩左右侧数据对比见图4。

图4 钢腹板测点高程对比

在施工阶段，随着每个节段的安装，前后两个节段的平面点将重合，如果两点不重复，则将使主梁产生次内力。65#墩左右节段安装数据对比分析见图5。

图5 钢腹板测点平面定位对比

（1）由图4 可知，P2 和P5 测点理论的高程与实测值吻合度较好，最大误差仅为12 mm，且整体的线形接近抛物线线形。（2）由图5 可知，在主梁上的9 个测点的监控下，波形钢腹板的平面定位的理论值与实测值误差较小，最大误差仅为10 mm，且同一个前后重复的测点在平面上衔接较好，各前后测点呈线性排列。波形钢腹板的安装定位在每个断面9 个测点的监控下，满足施工精度要求。

3.2 合龙前后主梁线形控制

3.2.1 合龙测点布置及过程

合龙段的高程控制是桥梁成桥线形控制的关键，也是调控的最后一步，对成桥后的线形和应力都会产生影响。因此，对于合龙段的施工需要精确控制。为了保证桥梁高程符合要求，在主梁的顶板和底板分别布置了5 个和3 个变形测点，见图6。

图6 变形测点立面布置（cm）

3.2.2 结果分析

（1）对合龙前悬臂阶段的主梁高程进行对比分析。监控主梁高程，使得主梁的实际高程与理论值的误差在可接受范围内，施工阶段各主梁的高程，最终会影响成桥后主梁线形。（2）对成桥高程进行控制。主梁设计高程加上预拱度值构成理论成桥高程，分析与实际成桥高程的偏差。悬臂阶段的主梁高程，仅列出65#墩左右阶段的对比数据，见图7、图8。

图7 悬臂阶段主梁高程

图8 成桥高程对比

可以看出：（1）悬臂施工阶段，主梁实测高程与理论值较为吻合，高程最大偏差为20 mm，在±20 mm以内，符合规范要求；相邻节段高差在10 mm以内，符合规范要求。（2）主梁合龙后，上部结构的实测线形与理论线形趋势一致，且合拢高差6 mm，小于20 mm，符合《公路桥涵施工技术规范》（TTG/TF50—2011）要求。

3.3 主梁应力控制

需要对每个节段进行应力测试，并在关键的控制截面布置应力测点，保证整个施工过程，各节段和关键控制截面的应力值不超限。

3.3.1 主桥测点布置

桥梁上部结构总共布置7 个应力测试截面。分别为主跨的L/2 截面、L/4 截面、箱梁根部截面、边跨L/2 截面、L/4 截面。其中B 和E 截面为主梁根部截面；A、D 和G 截面为主梁跨中截面；C 和F 截面为L/4 截面。主梁根部截面及跨中截面布置6 个应力测点，其中顶板3 个，底板3 个；四分点截面共布置9 个测点，其中顶板3 个，底板3 个，腹板3 个。测试断面布置见图9。

图9 截面应力测点布置（支点截面）

3.3.2 结果分析

为了监控施工阶段和成桥后，各关键截面的应力是否超限，现选取B、C 和D 截面进行数据对比分析。施工阶段B 截面顶板应力、C 截面腹板应力和D 截面合龙后主梁应力数据对比见图10。

图10 各截面测点应力对比

（1）对于B 截面，即65#墩墩顶位置处，其下缘实测应力值均大于理论值，为压应力，压应力值远小于规范值。（2）对于C 截面，即L/4 截面，竖向应力与其他两个方向应力的趋势存在明显的区别。随着施工的进行，竖向应力越来越大，而其余两者则趋于稳定，说明波形钢腹板主要承受竖向剪力。（3）对于跨中D 截面，在主跨合龙并张拉体外预应力后，该截面各处的实测应力均大于理论值，且两者趋势相同。由此可知，悬臂施工节段和合拢后，应力状态满足规范要求。

4 结语

通过与有限元结果进行对比分析可知：（1）波形钢腹板的高程最大误差仅为12 mm，平面纵横误差为10 mm，满足施工精度要求。（2）悬臂施工阶段，各节段的高程误差均小于10 mm；合龙后，成桥线形与理论成桥线形吻合度较好，且两者最大误差为6 mm，均满足规范要求。（3）在施工阶段，各节段和关键截面的应力值均满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50—2011）要求。