关于装配式组合钢箱梁在桥梁工程中的应用

关于装配式组合钢箱梁在桥梁工程中的应用

李周

保利长大工程有限公司第一分公司

摘要：随着社会的发展，科技的进度，在桥梁建筑施工时，我们适当选用最先进的施工技术，来满足社会发展需求。装配式组合钢箱梁结构的应用，给桥梁工程带来了更高的质量保障。目前我国已经建成投产了第一条全自动的组合钢箱梁的生产线，生产的组合钢箱梁质量稳定、效率较高、精度可靠。随着国内对这种桥梁建筑方式的研究与发展，装配式组合钢箱梁桥梁将会进行全国范围的推广应用。

关键字：装配式组合钢箱梁、桥梁工程、波形钢腹板

引言：相较传统的预应力混凝土桥梁工程相比，装配式组合钢箱梁结构承载力更高，更耐久，施工时间也相对缩减。装配式组合钢箱梁结构的桥梁在外国应用比较广泛，法国率先采用波形钢腹板技术建成了世界第一座cognac桥梁，随着第一座桥梁的成功使用，日本、德国等国家也相继参与到波形钢腹板组合钢箱梁桥梁的建设，我国首座波形钢腹板PC组合箱梁桥梁于2006年建成，截止2018年我国建成仅数十座，世界范围内已建成的波形钢腹板箱梁桥已突破200余座。在此，本文对装配式波形钢腹板组合钢箱梁结合国内外实践经验进行研究分析。

一、装配式组合钢箱梁结构组成

装配式组合钢箱梁的主要组成部分由钢和聚合物混凝土组合顶板、钢箱和预应力混凝土组合地板、波形钢腹板及横隔板组成。

（1）聚合物混凝土

它是一种改性混凝土，它的特点是耐侵蚀、耐磨、高强度、高粘粘力。其单位强度和使用年限与普通混凝土相比经济效益较高。

（2）预应力混凝土

预应力混凝土是钢绞线与高强度混凝土相结合，给混凝土预先施加压力，使混凝土构件具有更好的刚度、耐久性和抗裂性。

（3）波形钢腹板

波形钢腹板是代替原来的混凝土腹板，采用的钢卷板材料其表面的铜、镍材料组合会形成一层安定锈层防止雨水的侵蚀。波形钢腹板可根据工厂的制作能力、运输尺寸限制、拼装要求、经济性、结构受力特点了进行综合考虑设置。

（4）钢筋材料

普通钢筋一般采用HRB335、HRB400、KL400，预应力钢筋采用钢绞线，在箱内配置体外预应力束，为实现折现或曲线配筋，利用转向块转向最终固锚在横隔板上用以承担外荷载力。在顶板和地板中配置预应力钢束是用来抵抗自重及施工时的荷载。

（5）横隔板

横隔板的作用在于保证装配式组合钢箱梁的抗扭刚度，由于箱梁在外扭矩力的作用下，顶底板会产生弯矩，腹板会产生附加的扭转剪应力，所以必须设置横隔板来降低波形钢腹板的剪应力与翼板翘曲应力，增加箱梁的横向刚度。加厚的横隔板必须设置便于施工的人孔，梁端横隔板应设计完工后的人孔密封措施，并设置排水口。

（6）连接件

链接件是波纹钢腹板连接上下底板时所用的构件，包括顶板钢筋连接件、焊钉连接件、钢筋剪力键、栓钉剪力键，它关系到钢箱梁结构的水平剪切力，保证钢腹板与上下底板之间不会产生位移。连接方式可采用混合式，在嵌入型连接件的基础上，在结合面纵向焊接翼缘板，不仅提高了连接部位的刚度、耐久性，也便于桥梁施工。

二、装配式波形钢腹板组合钢箱梁结构的主要特点

(1)钢材的使用

装配式组合钢箱梁采用的钢结构为耐候钢，波形钢腹板的原材料就是耐候钢，耐候钢又叫耐大气腐蚀钢，耐候钢在使用前必须进行相关属性的检验，根据其化学成分和物理性能选用最科学的焊接技术。虽然耐候胶的氧化膜具有强大的防渗作用，但做好耐候钢前期的喷砂除锈或者抛丸除锈，以确保在钢与混凝土结合处施工时用胶会有更好的粘结效果也是非常必要的。耐候钢同样具有环保及可持续发展特性，2010年上海世博会卢森堡管所用的耐候钢拆除后是可以百分之百进行回收利用的。同时波形钢腹板具有良好的外观条件，可以营造出需要的美感，景区建桥比较适宜。

(2)结构特点

预应力体系采用内外预应力混合的方式，体外预应力的应用是体外束在支座处箱梁内中隔板上部穿过，交叉固定在中隔板上面，体内预应力是将钢绞线埋在混凝土里面，采用先张法进行张拉，增强钢箱梁结构预应力效力。在整体结构方面，钢板与聚合物混凝土界面涂刷洁面胶使钢板与混凝土高强度连接，有效抵抗水平剪切力，避免产生滑移。波形钢腹板的最大特性是抗剪屈曲能力，解决了腹板的竖向稳定性及纵向的拉伸延缩问题。底板浇筑自流平微膨胀混凝土，外壁闭合钢板的充分包裹力，体内预应力，底板箱呈现三向受力，确保了力的均匀分布，实现了力的有效传递。组合钢箱梁结构特点有效地提高了钢结构的强度及桥梁的承载力。

三、装配式组合钢箱梁在桥梁应用具有的优势

（1）成本方面

相较于混凝土腹板相比，解决了传统的腹板开裂问题，同时减轻了梁体的重量，自重的减轻可以相对延长梁体跨度，适当减少片梁，桩基础的荷载设计相应降低。钢筋、混凝土的使用量减少了，降低了施工成本。

（2）箱梁建造方面

由水上施工转变为工厂施工。工厂采用波形钢板冷弯压膜技术连续式压膜成型设备，大大减少了人力支出，实现腹板的流水线标准化生产，利用智能定位焊接技术配合大型构件翻转设备，对波形钢腹板、上下底板套箱进行机械化焊接成型操作，确保了整体构件的稳定性。机械化生产保证了箱梁的质量，降低人为损耗，减少资源浪费。

（3）在桥梁施工方面

将梁体用挂车运送到施工现场拼装，梁体安装采用悬臂施工方式，此方法不影响河道的交通运输能力，环境影响较小。组合钢箱梁的使用，减少了现场的支架、模板安装及人工现场浇筑，施工时可同时进行上下结构的安装作业，工程进度相对传统的桥梁施工方法也得到显著的改善，大大缩减工期。

（4）结构性能方面

由于波形钢腹板的纵向刚度较小，几乎不抵抗轴向力，将纵向预应力束安装在上下混凝土板内外，且分布均匀，波形钢腹板与预应力钢束的配合降低了传统混凝土腹板对预应力的吸收损耗，新型组合提高了预应力效率。混凝土的作用是用于对抗弯矩，波形钢腹板的作用是抵抗剪力。混凝土、波形钢腹板、预应力钢束的合理分布、有利于它们发挥本身的作用，提高桥梁的承重力。

（5）在受力结构方面

从历史经验分析，装配式组合钢箱梁具有较高的抗震性能、抗疲劳性、耐久性。

（6）维修方面

波形钢腹板有一定的耐久性，相对之前混凝土结构不容易出现裂缝钢筋腐蚀等情况，如果体外预应力钢索在长期运营作用下，出现了磨损或断裂时，我们可以暂停通车及时将其进行更换。

结束语：目前我国凤凰黄河大桥的设计方案已经通过审批，凤凰黄河大桥的引桥部分采用大跨连续组合钢箱梁，跨径将成为达到世界第一，采用岸上拼装及先进的施工控制方法，充分体现出我国桥梁建筑工业化建造技术的进步。我国桥梁建筑业应当结合当前装配式组合钢箱梁技术优势，进一步创新生产工艺及结构方式，打造工业化、标准化、装配化、信息化为主线的现代化桥梁建筑模式。同时我国应提前对钢箱梁结构的养护方面、自动化病害检修技术方面等进行技术攻关，以应对未来高养护投入、大批量检修、低技术储备等诸多难题。

参考文献：

[1]苏立超装配式组合钢箱梁在桥梁工程中的应用【J】施工技术2015-09-10

[2]李政装配式组合钢箱梁在桥梁工程中的应用【J】建材发展导向2019-04-16

[3]方斌装配式组合钢箱梁在桥梁工程中的应用【J】工程技术2017-02-03

[4]苌现伟一种新型组合结构在桥梁工程中的应用【J】公路与汽运2018-01