三点式斜交钢横隔梁施工

范大军，苏 伟，彭卫兵，张宇涛

(1.温州市鹿城区交通运输局，浙江 温州 325000；2.温州市交通规划设计研究院有限公司，浙江 温州 325000；3.浙江工业大学土木工程学院，杭州 310014)

0 引言

装配式梁桥凭借其灵活、受场地限制较小等优点被广泛运用于桥梁建设中，横隔梁是装配式梁桥中一个非常重要的结构，它的主要作用是增强梁的横向连接，分散车辆撞击力到相邻的梁，增强结构的整体性。

传统的施工工艺使混凝土横隔梁存在较多的技术问题，如横隔梁线形较差，高空施工难度较高，横隔梁不能处于同一条直线上，出现错台及偏位现象，导致梁体质量差，横隔梁出现破坏[4]；梁志广[5]等对某线路实地检查中发现，横隔板破损、开裂现象较为普遍，梁体协同受力状态不良，梁体振动较大,裂缝附近的混凝土钢筋已出现断裂；罗爱道[6]等对广州北环高速公路侨乐桥的检测中发现由于交通繁忙且超重车较多，以及当时施工质量及施工技术的原因，导致近年在运营中出现横隔板错位及其连接钢板脱落等病害，对桥梁结构的运营安全性和耐久性造成直接影响；高国良[7]对朔黄铁路近2 000孔混凝土梁进行检查和评定，发现横隔板开裂后会影响单孔梁整体受力性能，降低整孔梁抗扭性能及桥梁横向稳定性；许尚江[8]对滨州黄河公路大桥进行病害调查，结果表明该桥横隔梁间的连接破坏严重，处于单梁受力状态。

钢横隔梁则可以有效地解决混凝土横隔梁存在的问题，与混凝土横隔梁相比，它的自重更轻，高空施工更加便捷，免去了传统混凝土横隔梁支模的工序，并且设计和施工的总工期更短。不少学者对钢横隔梁开展了分析研究，如姚嘉[9]等通过对钢横隔梁施加一定的预应力，以平衡部分外荷载所引起的拉应力,从而提高桥梁整体性；董立[10]等在济南黄河公路大桥的维修施工中采取了钢横隔梁技术，将节点板进行剪切成型，然后对其进行喷砂、除锈、涂防锈漆等操作，在混凝土梁体上安装膨胀螺栓，之后进行钢横隔梁的现场焊接；杜捷[11]等采用工字梁作为钢横隔梁，采用高强度摩擦性螺栓T形梁混凝土腹板连接；项贻强[12]等在模块化钢-混快速施工小箱梁桥中，应用了钢横隔梁技术，钢横隔梁锚固板呈倒置的T型，采用焊接的方式将钢横隔梁与锚固板进行连接；郭晓豹[13]等通过有限元模型分析和方案比选，提出了一种新型的三点式钢横隔梁。

本文基于三点式钢横隔梁，优化其结构构造与节点连接方式，并将其应用于实际工程，从而解决传统混凝土横隔梁存在的错台及高空施工困难等装配式梁桥存在的技术问题。

1 工程概况

104国道温州西过境永嘉张堡至瓯海桐岭段改建工程(鹿城段)跨金温铁路桥为五联预应力砼简支转连续斜交桥，第4联立面如图1所示。上部结构为30m跨径简变连小箱梁，斜交角度为17.5°，桥梁宽度为31.5m，单幅桥宽15.75m，共计5片梁板，左右幅对称布置，湿接缝宽度72.5cm，主梁截面如图2所示。预制箱梁采用C50混凝土，普通钢筋为HPB235、HRB335两种。主梁纵向预应力筋采用抗拉强度为1 860MPa的预应力钢绞线，纵向预应力筋分为腹板预应力筋和顶板预应力筋。

图1 第四联立面(单位：cm)

图2 主梁截面(单位：mm)

桥梁采用横隔梁作为横向联系，保证主梁共同受力，其中在第11跨左幅与第13跨全幅跨中设置三点式钢横隔梁(图3)，其余跨跨中横隔梁为混凝土横隔梁。

图3 三点式钢横隔梁

2 钢横隔梁构造

2.1 结构形式

钢横隔梁采用三点式桁架结构，主要由预埋钢板、连接板、钢梁、顶板、剪力钉等构成，除剪力钉使用ML15钢外，其余钢材均采用Q345qD钢，保证结构的强度，钢横隔梁如图4所示。钢梁采用外径102mm、厚5mm的圆管，设计时考虑横坡与斜交角度多方面因素，三点式钢横隔梁上部两斜梁长度不同，分别为1 212mm与1 172mm。顶钢板为厚20mm的平行四边形，上部采用槽形设计，上表面焊接16根直径22mm的剪力钉，形成剪力钉群，保证剪力钉与湿接缝之间的抗拉、抗剪承载力[14-15]。

图4 钢横隔梁结构(单位：mm)

2.2 节点连接方式

钢横隔梁与箱梁的连接采用预埋钢板的方式，钢板在主梁预制时即预埋在箱梁腹板两侧。由于该桥为斜交桥，节点板与预埋钢板呈72.5°夹角，节点板与预埋钢板之间采用熔透焊，节点板下部设置有加劲肋板，以保证构件局部稳定，可以提高节点板的稳定性和抗扭性能。加劲肋板与节点板采用8mm三角焊缝连接，加劲肋板与预埋钢板之间采用熔透焊(图4a)。钢横隔梁主体三点式桁架在工厂预制完成，三点式桁架节点板与焊板采用8mm直角焊缝连接。

顶钢板处焊接16根直径为22mm的剪力钉，均匀排列在顶钢板上表面，纵横向布置间距为150mm，与现浇段混凝土一起现浇，形成整体，有效传递现浇段处的剪力，使混凝土与钢横隔梁形成整体，共同工作。

3 施工方案

三点式钢横隔梁施工的主要流程为：工厂预制→带有预埋钢板的主梁预制→主梁架设→钢横隔梁吊装→钢横隔梁节点板焊接→焊缝、预埋钢板及节点板涂漆→顶钢板处现浇段浇筑(剪力钉与湿接缝连接)。

3.1 钢横隔梁工厂预制

为了便于现场装配，钢横隔梁三点式桁架在工厂预制完成，钢管、封板、焊板、腹板和侧板采用5mm直角焊缝焊接成整体，剪力钉焊接于顶钢板上表面(图5)。预埋钢板、连接板采用等离子一体切割，完成钢横隔梁各部件的工厂化预制。在工厂预制时进行钢横隔梁表面的涂装，采用环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆和氟碳防腐面漆的涂装方案。

图5 钢横隔梁工厂预制

3.2 钢板预埋定位

采用钢横隔梁的小箱梁需在箱梁跨中腹板位置预埋钢板，钢板作为钢与混凝土的一种连接方式，使钢横隔梁获得可靠的连接。为了减少装配误差，预埋钢板的定位尤其重要，首先在钢模板上准确标记预埋钢板的预埋点，接着采用临时支撑将预埋钢板固定，在预埋钢板4条边上采用点焊将其与钢模板临时固定，完成预埋钢板的定位，如图6所示。

图6 预埋钢板定位

吊装钢筋笼完成后，由于预埋钢板受力较为复杂，受到拉压应力的作用，实际受力时存在弯曲变形[16]。其与主梁钢筋的固定尤其重要，因此在连接预埋钢板和主梁钢筋时，宜采用直径大于18mm的螺纹钢筋，以保证强度。预埋钢板与腹板箍筋钢筋通过U形或L形钢筋焊接，每块预埋钢板的连接钢筋不少于9根，保证其抗剪、抗拉强度。钢筋焊接时，应避开波纹管，如图7所示。箱梁浇筑、拆模、养护完成后，即完成带有预埋钢板的主梁预制，如图8所示。预埋钢板附近混凝土浇筑质量较好，梁体表面未出现孔洞及开裂的情况，浇筑填充率较高。

图7 预埋钢板与主梁钢筋的焊接

图8 箱梁预制完成

3.3 钢横隔梁吊装

主梁架设完成后，将钢横隔梁运输至桥下跨中指定位置。首先采用随车吊将所有钢横隔梁吊装至指定位置，在钢横隔梁顶板处预先焊接U型钢筋，接着通过手拉葫芦将钢横隔梁临时固定，如图9所示。

图9 钢横隔梁吊装

3.4 节点板焊接

采用挂篮施工。按照图纸要求，调整钢横隔梁斜交对齐角度为17.5°，节点板与预埋钢板对应位置的棱角焊缝，要求全熔透焊接，质量等级为1级，节点板与连接板对应位置的焊缝采用8mm直角焊缝，如图10所示。

图10 节点板焊接与焊缝部位示意

通过在设计阶段考虑施工误差对钢横隔梁装配的影响，设计节点板与连接板时预留对齐误差空间，使钢横隔梁在焊接安装时，更易对齐，保证钢横隔梁的斜交角度，提高受力性能。

3.5 焊缝、预埋钢板及节点板涂漆

涂装前，清理节点板、预埋钢板、连接板等的表面。钢构件除锈及表面处理的目的在于去除尘埃、油垢、水、氧化皮、铁锈或旧的不坚固的漆膜，以增强新涂漆膜的附着力，提高油漆质量。本工程除锈使用粗细不同的钢丝刷、平铲钢刮刀进行除锈。

钢横隔梁整体焊接完成后，对节点板、预埋钢板及焊缝补涂涂料。桥梁投入运营后，定期对钢横隔梁进行养护，进行除锈、涂装，保证钢横隔梁在桥梁全生命周期内的正常使用。

3.6 顶钢板处现浇段浇筑

钢横隔梁整体安装完毕后，采用连接钢筋将顶钢板处的剪力钉与湿接缝处的环形钢筋局部焊接，确保湿接缝现浇前钢横隔梁的稳定性。支模完成后，浇筑箱梁湿接缝，使顶钢板与湿接缝形成整体，共同受力(图11)。

图11 顶钢板处现浇

4 工程应用

三点式钢横隔梁已成功应用于104国道温州西过境跨金温铁路桥第四联。钢横隔梁具有自重轻、抗拉能力强、施工便捷等优势，设计和施工的总工期更少，解决了传统斜交桥横隔梁对不齐的问题，且制作方便，便于模块化施工，降低施工难度，加快施工进度，提高施工质量，取得了良好的社会效益和经济效益。

图12 施工后的三点式钢横隔梁

5 结语

钢横隔梁在如今的工程实际中应用不多，但它是一种可靠、便捷的结构，与混凝土横隔梁相比，钢横隔梁具有自重轻、抗拉能力强、施工便捷等优势。104国道温州西过境永嘉张堡至瓯海桐岭段改建工程初步应用三点式钢横隔梁，通过对钢横隔梁结构与连接的合理设计、现场施工方案的精细制定，实现了钢横隔梁在施工阶段的快速装配。通过在设计阶段考虑施工误差的影响，解决了横隔梁错台、对不齐的问题，实现了钢横隔梁对施工误差较高的适应性。并且，钢横隔梁通过采用较高等级的防腐防锈涂装，使其在安全性、耐久性方面得到了一定的提升。工程实践应用表明：钢横隔梁作为一种新的横向连接方式，具有受力合理、装配快速、施工便捷、利于对齐等优势。