预应力混凝土箱梁桥波形钢腹板施工技术研究

工程科技 2009年第1期

预应力混凝土箱梁桥波形钢腹板

施工技术研究

第一工程有限公司 胡关江 彭 溢 秦 嘉

=摘 要> 采用波形钢腹板的预应力混凝土箱形梁桥,Pc箱梁的自重得到大大减轻,改善了梁体的

受力状况,节省材料,同时可以减少下部结构的工程量,从而降低工程造价。本文结合山东鄄城黄河公路特大桥主桥施工实践,介绍预应力混凝土箱形梁桥波形钢腹板的优点及相关施工技术。

=关键词> 波形钢腹板 箱形梁 桥梁施工

1 前言

近年来,随着体外预应力技术的成熟和新型建筑材料的发展,许多国家展开了对大跨径桥梁主梁轻型化问题的研究。在上世纪八十年代,法国工程师设计并建造了以波形钢腹板代替箱梁的混凝土腹板的新型组合结构桥梁)))Cognac桥,其后又相继建造了Maupre高架桥、Asterix桥和Dole等数座波形钢腹板的组合结构桥梁。自上世纪九十年代起,日本从法国引进了该种技术并进行了研究,在参考法国同类桥梁的基础上,先后修建了新开桥、本谷桥、松木七号桥等一系列桥梁,其中有连续梁桥,也有连续刚构桥,拓宽了其使用范围,发展了设计和施工技术。

波形钢腹板预应力混凝土箱形梁就是用波形钢板腹板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板的箱形梁。其显著特点是用10~18mm左右厚的钢板取代厚30~80cm厚的混凝土腹板。同时由于顶底板预应力束放置空间有限,波形钢腹板预应力混凝土箱梁应用了体外预应力索。

波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥梁的设计和建造在国内起步比较晚,目前山东鄄城黄河公路大桥主桥采用了波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构,为世界最长,国内最大的波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥。2 工程概况

山东鄄城黄河公路大桥是一座横跨黄河的特大桥梁,地处山东省南部鄄城县以北,位于山东与河南省交界处,全桥位于黄河南北大堤以内。主桥采用上、下行分离式桥梁,桥梁上部结构为波形钢腹板预应力混凝土箱梁,桥跨分为主跨和接引桥的边跨,主跨为120m,边跨为70m,桥跨设计为70m+11@120m+70m。单幅上部箱梁为单箱单室,顶宽为1315m,箱梁底宽615m,墩顶根部梁高为710m,高跨比为1/17114;跨中梁高为315m,高跨比为1/3413。梁高按二次抛物线变化。箱梁顶板厚013m、底板厚度0125~0180m,按二次抛物线变化。波形钢腹板采用Q345c低合金钢材,直腹板,波长116m,波高22cm,水平面板宽43cm,水平折叠角度为3017b,弯折内径R最小值为15d(d为波形钢腹板厚度),钢板厚度10~18mm。为了提高整个预应力混凝土箱梁桥波形钢腹板施工技术研究

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结构的横向抗变形能力与抗扭刚度,每120m跨主梁除支点设有端隔墙外,每标准跨跨间设有四道横隔。

纵向预应力筋分为体内束和体外束。预应力钢束均用270级<15125钢绞线,体内束设置类同于一般预应力混凝土箱形连续梁,按悬臂浇注分节段设置,用于承受恒载;120m标准跨共分11对节段悬浇。每一节段施工时布设2~4根顶板束(15-19型),顶板共设32束。边跨设4束顶板合龙束(15-12型),中跨底板和边跨底板分别共设14束和8束15-15型预应力束,边跨顶板合龙束及中、边跨底板束于桥梁合龙后张拉。体外束用于承受活载,于全桥合龙后穿束张拉。全桥中跨共设8束,边跨4束,体外束采用15-19型成品索。横向预应力采用15-3型预应力束,为避免墩上块局部应力裂缝,于每一墩上设有15-8型竖向预应力束。

波形钢腹板预应力混凝土箱形梁横断面见图1。

图1 波形钢腹板预应力混凝土箱形梁横断面

3 总体施工方案

波形钢腹板预应力混凝土箱形梁施工与普通预应力混凝土箱梁悬臂灌注施工类似,均采用挂篮施工方法。具体施工顺序为挂篮安装、试验y底模安装y绑扎底板钢筋y安装预应力管道y安装波形钢腹板y浇筑底板混凝土y等强、安装顶板模板y绑扎顶板钢筋、安装预应力管道y浇筑顶板混凝土y等强、预应力张拉y挂篮前移。4 波形钢腹板施工关键技术

411 波形钢板的加工方法

波形钢板选择有加工、运输能力,能保证质量和工期要求,并具有一定规模的钢结构工厂加工制作。压波方法有两种:冲压法和模压法。

冲压法特点为:¹压制设备费用较省;º由于板材需多次反折搬动,厚重的大板的制作受限;»因要多次反折,其制作工效较低。36

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模压法特点为:¹压制设备较贵;º可以用较短时间压制一个波长;»因可以连续压制,故可能尽板长制作;¼波形板压制长度受压力机制约。

施工前应根据工程规模、质量和工期要求选择合适的制作方法。412 波形钢腹板的制作

波形钢腹板的钢板技术条件应符合5低合金高强度结构钢6的规定,且加工应按照5钢结构工程施工及验收规范6和设计图纸要求进行;钢材表面锈蚀等级符合5涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级6规定的等级要求。当钢材表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时,其深度不得大于该钢材厚度允许偏差值的1/2。钢板转折处做成圆弧,其内径大于15倍板厚,若内径达不到15倍板厚,则按夏比冲击要求选择圆弧半径,其具体要求见表1。

表1 夏比冲击能与波形钢板冷弯折内侧半径要求夏比冲击能(J)

150以上200以上

半径选择(弯折径<15t)

冷弯折内侧半径板厚7倍以上板厚5倍以上

波形钢腹板焊接应在保证焊缝质量的前提下,尽量采用焊接收缩变形小的焊接方法,例如采用CO2焊和半自动焊方法及单面焊接双面成型技术。所有类型的焊接在施焊前,均做焊接工艺评定试验,试验的指导原则是:要求所有焊缝的屈服强度、抗拉强度、低温冲韧性等不低于母材规定值,符合焊缝质量要求并应符合现行国家标准的焊接材料。

波形钢腹板加工过程中严格控制各波形板段横向总体尺寸和螺栓孔尺寸,各节段间接口的相对公差控制在允许范围之内,以利于各接口的顺利栓接(焊接),为此,在完成节段的制造运输后,必须进行节段的连续匹配拼装,以控制立面线形和梁长。节段的长、宽、高、螺栓的纵横向间距,预拼装全长、拱度等偏差,应控制在5规范6规定的允许范围内。

为消除各种误差及变形的影响,合龙段的制造长度预留足够的配切量,确定合龙之后,再加工完成。工厂制造中所使用的一切量具、仪器上计量结构检定后方可使用。使用前应与工厂用尺相互核对。

运输、储存时波形钢腹板可以多层叠放,层数不超过5层,每底层钢板应支撑与其外形相同的木或混凝土存放垫上。

钢板外表面的涂装宜选用长效高性能防腐蚀涂装材料;钢板内表面阴暗潮湿,宜选用长效防腐蚀涂装,运输安装中对涂装严格保护,避免损伤。

波形钢腹板的制作精度要求见表2。

表2 波形钢腹板的制作精度要求

项 目腹板高构件长翼缘板的直角度

波 高

记 号HLTh

精 度?(3+b/2)

?4?W/100?10

备 注

腹板高b(m),道路公团标准

L<5m,道路公团标准翼缘板宽W(mm),道路公团标准

企业内部标准

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续表2

项 目平面弯曲量腹板高方向平坦度现场接缝部的相对误差、腹板高、翼缘板的直角度

记 号aR

精 度

?5H/250

备 注

L<20m,道路公团标准腹板高H(mm),道路公团标准

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上述各个数值的1/2,主梁的现场接缝全部测定,但是在进行试验组装时能够确认相互间的关系,就可以通过目视确认

413 波形钢腹板的现场施工

(1)波形钢腹板与箱梁顶、底板的连接

波形钢腹板与箱梁顶、底板的连接是关系波形钢腹板预应力混凝土箱梁整体性的关键构造,波形钢腹板与混凝土顶、底板连接一般采用埋入式连接,波形钢腹板埋入顶、底板混凝土中均为300mm;顶、底板与波形钢腹板间的剪力传递藉埋入混凝土中的波形钢腹板斜幅间的混凝土块(齿键),混凝土通过波形板上的穿孔形成的混凝土销,穿过波形板孔洞的贯穿钢筋以及焊接与波形板上、下缘的纵向连接钢筋来实现,施工中应注意保证这些抗剪部件的施工质量,以确保波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的整体性。

波形钢腹板与箱梁顶、底板的连接方式见图2。(2)波形钢腹板间的纵向连接

波形钢腹板波长116m,悬浇节段长度均为116m的3倍。节段内波形钢腹板的纵向连接可在波形钢腹板加工工厂内完成,节段与节段波形钢板纵向连接在悬浇施工中完成;节段内波形钢腹板纵向连接和节段间波形钢板纵向连接均采用双面搭接贴角焊接,为节段施工中连接方便,可采用M22普通螺栓先作临时固定后施焊的连接方法。

(3)波形钢腹板与横隔的连接

波形钢腹板与0号块及端横隔的连接采用穿孔板连接方式,其剪力传递藉混凝土销、贯穿钢筋完成。波形钢腹板与跨间横隔连接采用双PBL键连接方式。为实现混凝土腹板到波形钢腹板的渐变,1号、2号段的部分以及部分梁端现浇段设置了波形钢腹板里衬混凝土,里衬混凝土与底、顶板同时浇筑,其与波形钢腹板藉栓钉连接。

波形钢腹板与横隔的连接方式见图3。38

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图2 波形钢腹板与箱梁顶、底板的连接方式

图3 波形钢腹板与横隔的连接方式

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(4)波形钢腹板涂装

波形钢腹板涂装直接影响波形钢板的使用年限,涂装产品应符合5建设用钢结构防腐涂料6相关要求,确保涂装质量,保证桥梁使用寿命。

钢结构防腐涂装施工前,涂料供应商应根据设计图纸要求及相关规范制定详细的波形钢腹板涂装工艺方案,经建设单位、监理单位及设计单位认可。涂装时施工环境的温度不得低于5e,相对湿度不得高于85%,工件表面温度不得高于50e,工作表面不可有油污及其它污渍。除外表面的面漆涂装可在工地露天施工外,其余均应在室内进行。

波形钢板涂装范围为波形钢板除埋入顶、底板混凝土中的部分外与大气环境接触的内外表面。波形钢腹板内外表面涂装工序具体见表3。

表3 波形钢腹板内外表面涂装工序

序号1234

工序名称喷砂表面处理电弧热喷铝环氧云铁防锈漆封闭层芳香族聚氨酯面漆

施工要求Sa310级,RZ40~80Lm

3层2层1层

施工方法喷射除锈电弧喷涂无气喷涂无气喷涂

160Lm80Lm50Lm涂装总厚度

5 结束语

通过山东鄄城黄河公路大桥成功应用波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥施工技术,打破了在国内这种结构形式仅停留在高等院校和科研单位探讨和研究的局面,成功的填补了我国在波形钢腹板预应力混凝土箱形梁应用的空白。

波形钢腹板预应力混凝土箱形梁结构具有经济效益显著、提高预应力效率、改善结构性能、提高材料使用效率和断面结构效率、自重轻、抗震性能好、减少悬臂梁节段数、便于维修和保养、耐久性能好和外形美观等一系列优点,可以相信,这种结构的优点将为越来越多的人们所认识,波形钢腹板箱梁桥将会在我国得到广泛应用,为国家节约大量的建设资金。