波形钢腹板PC组合梁桥前吊后托模架设计及应用研究

黄进森 谭海涛

摘要：文章根据广西飞龙大桥的桥梁工程经验，在模架关键点上进行技术改进和工艺优化，模架后托部分采用了预应力锚固牛腿支架作为支撑，结合贝雷梁完成对1#节段施工平台搭设，并结合挂篮前吊施工，形成前吊后托体系。整个施工工艺流程方便简单，能有效缩短施工时间，提高材料周转率，具有良好的社会效益和经济效益。研究成果可为同类型的波形钢腹板桥梁施工提供参考和依据。

关键词：桥梁工程；波形钢腹板PC组合梁桥；模架施工；前吊后托；施工方法

中图分类号：U445.4A290973

0引言

与目前传统形式的预应力混凝土连续梁桥体系相比，波形钢腹板PC组合梁桥采用结构更加稳定、轻质、高强的波形钢腹板取代了传统腹板较厚的混凝土箱梁桥，具有景观绿化效果好、跨越空间能力大、施工效率高、维修养护方便等优点，被广泛运用于大跨径桥梁的建设之中［1］。由于其特殊的腹板构造，波形钢腹板需要与混凝土顶板和底板相连接，通过双PBL键（顶板）连接与嵌入式（底板）连接相结合的方式。0#块转向第1#节段波形钢腹板的装配精度直接决定着后续钢腹板悬臂结构施工的装配准确度，而1#块挂篮底篮的后下横梁并无锚固点，因此仅仅通过刚吊带无法确保桥梁施工的安全性。为此，本文以广西飞龙大桥为主要研究对象，对模架结构进行了技术改良，设计出一个前吊后托的新模架，提供了一种便捷性、材料使用率高、施工进度快、作业难度小的施工方式。

1工程概况

广西飞龙大桥是平沙二级公路的控制性工程，该桥总长为940 m，其中主桥桥跨布置方案为（100+185+185+100）m的波形钢腹板连续刚构桥结构。主桥总长为570 m，桥面标准宽度为13.00 m，主桥的上部结构形式采用单箱单室箱梁布置，箱顶宽为13.00 m，箱底宽为7.00 m，翼板悬臂长度为3.00 m。箱梁的顶端底板及梁根部腹板内衬混凝土采用高强C60型混凝土，顶板厚度为0.34 m，底板厚度为0.3～1.75 m。上部箱梁根部中心梁高为10.90 m，跨中中心梁高为4.00 m，顶板设计横坡为2%，底板水平布置。梁高及底板垂直厚度采用1.8次抛物线变化。腹板材料采用1800型Q420qDNH耐候钢波形钢板，钢板厚度为14～28 mm，自重可比同类型跨径的预应力混凝土连续刚构桥减轻20%。边跨箱梁设置钢筋混凝土横隔板4道，中跨型箱梁设置钢筋混凝土横隔板8道，横隔板厚度为0.30m。箱梁采用双向预应力体系，包括箱顶与底板之间的纵向预应力束、顶板的横向预应力束及纵向体外预应力索。见图1。

6#、7#和8#主墩0#块长度均为19.40 m，分为0-1节段和0-2节段。其中0-1节段长11.10 m，0-2节段单侧长4.15 m，两侧总长8.30 m。0-1节段高10.90 m，底宽7.00 m，顶宽13.00 m。翼板悬臂长3.00 m，底板厚度为1.50 m，顶板厚度为2.55 m。0#块混凝土总方量为968 m3。见图2。

2模架设计

2.1模架设计思路

波形钢腹板PC组合梁桥0-2节段施工的模架主要由后托支架、挂篮、行走组件和作业平台等组成，其1#块施工模架设计详见图3。后端置于桥墩的牛腿托架，前端采用挂篮吊带悬吊［2-3］。后托支架采用预应力锚固牛腿支架+贝雷梁结构，挂篮底篮后端置于贝雷梁上，贝雷梁与挂篮底篮纵梁以钢卸落块垫块进行支垫调平。底篮前端以挂篮吊带+下横梁悬吊，其中行走轨道主要以波形钢腹板顶端双PBL剪力键作为前移轨道，在吊机底座与波形钢腹板支点位置设计滑轮形式，利用千斤顶进行顶推以实现挂篮行走。

在波形钢腹板PC组合梁桥0#块转向1#块施工时，通过预应力锚固牛腿支架的应用，在0#块施工时就已完成预应力锚固牛腿支架安装，为挂篮拼装、预压等提供先决条件，在缩短工期的同时保证安装精度、效率和质量。与常规施工相比较，本文设计的模架环境适应性更强，便携性更高，且可高精度、高效率地完成工作，从而加快施工进度。

2.2托架模型

根据托架设计的详细尺寸，对托架体系的后托牛腿、贝雷横梁、挂篮的内部构造进行Midas Civil有限元建模。挂篮内部结构包含横梁、挂篮底模、挂篮吊带等，如图4所示。

2.2托架荷载

由于采用钢腹板作为整体承重结构进行吊装施工，挂篮架在充分确保自身承载起重能力和承载刚度稳定的前提下，应尽可能达到轻型化施工和行走方便。设计托架的荷载主要包含施工荷载、模板支架荷载和混凝土荷载。挂篮自重按50.346 t考虑，混凝土自重按26 kN/m3计。施工荷载的取值应参考《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）。

2.3托架荷载组合

荷载组合（强度）=1.2×结构自重+1.2×浇筑混凝土自重+1.4×混凝土浇筑荷载。

荷载组合（变形）=1×结构自重+1×浇筑混凝土自重+1×混凝土浇筑荷载。

2.4托架受力分析结果

根据托架受力分析结果（表1）可知：

（1）0-2节段外悬段底板浇筑混凝土施工时，后端承托牛腿单元受到最大组合应力，最大值为88.80MPa，低于国内现行的Q235标准钢材构件215MPa的最大设计强度要求；最大剪应力为17.7MPa，低于国家Q235标准钢材125MPa的最大抗剪强度设计值要求；牛腿最大变形为1.162 mm，＜L/400=6.19 mm。牛腿各构件强度满足要求。

（2）0-2节段外悬段底板浇筑混凝土施工时，贝雷横梁单元受到最大组合应力，最大值为209.80MPa，小于贝雷片构件材料设计强度273MPa；最大剪应力为105.50MPa，小于贝雷片构件材料最大抗剪强度设计值208MPa；最大變形为2.788 mm，＜L/400=7.00 mm。贝雷梁各构件强度满足要求。

（3）0-2节段外悬段底板浇筑混凝土施工时，挂篮横梁单元受到最大组合应力为70.20MPa，低于国内现行的Q235钢材构件215MPa的最大设计强度要求；最大剪应力为13.80MPa，低于国家Q235标准钢材125MPa的最大抗剪强度设计值要求；最大变形为6.062 mm，＜L/400=18.75 mm。挂篮横梁各构件强度满足要求。

（4）0-2节段外悬段底板浇筑混凝土施工时，挂篮下纵梁单元受到最大组合应力为51.10MPa，低于国内现行的Q235钢材构件215MPa的最大设计强度要求；最大剪应力为20.90MPa，低于国家Q235标准钢材125MPa的最大抗剪强度设计值要求；最大变形为6.173 mm，＜L/400=18.75 mm。挂篮下纵梁各构件强度满足要求。

（5）0-2节段外悬段底板浇筑混凝土施工时，挂篮底模单元受到最大组合应力为150.00MPa，低于国内现行的Q235钢材构件215MPa的最大设计强度要求；最大剪应力为20.20MPa，低于国家Q235标准钢材125MPa的最大抗剪强度设计值要求；最大变形为7.401 mm，＜L/400=16.25 mm。挂篮底模各构件强度满足要求。

（6）0-2节段外悬段底板浇筑混凝土施工时，挂篮吊带单元受到最大组合应力为18.80MPa，低于国内现行的Q235钢材构件215MPa的最大设计强度要求；最大变形为4.463 mm，＜L/400=25.00 mm。挂篮吊带构件强度满足要求。通过对受力结果进行分析，托架正应力、剪应力和变形量均满足规范要求。

3模架应用

波形钢腹板PC组合梁桥1#块模架应用于飞龙大桥，在完成0-1节段的钢筋混凝土施工和对1#块首块波形钢腹板进行定位安装后，进行模架的安装。具体安装步骤如下。

3.1模架部件加工及拼装

根据模架各部件的设计图纸，将各部件在专业的钢构厂进行加工，在加工厂验收合格后方能运至施工现场，在施工现场进行拼装和焊接。

3.2预应力锚固牛腿支架安装

在施工最后一节墩身时需要预埋牛腿剪力槽，剪力槽底部距离墩顶的位置根据支架的高度确定。剪力槽采用10 mm厚钢板加工成长450 mm、宽160 mm、高400 mm的铁盒并预埋。墩身施工时，在剪力槽底部布置3层12 mm钢筋网片，钢筋布置间距为10 cm×10 cm，网片层间距5 cm。

预埋管要进行固定，防止混凝土浇筑时产生位移。在最后一节墩柱施工时，应在预应力牛腿位置的墩顶处预埋一根型钢，用于牛腿安装。

根据预设剪力槽进行牛腿的吊装，吊装到位后，及时将对拉杆紧固，在完成剪刀撑的焊接后方可进行预压工作。牛腿采用精轧螺纹钢，使用千斤顶单端张拉。牛腿预压时，应左右对称同时顶升千斤顶。预压按4级荷载（60％、80％、100%、120%）的设计最大预压荷载值进行均衡加载，加载达到设计荷载后，按照间隔24 h的监测频率，对监测点的变形数据进行监测，监测数值满足要求后方可开始卸载，通过对称、均衡、同步的方式进行预压荷载的卸载。

3.3贝雷梁安装

安装前先对贝雷梁安装位置进行准确定位，贝雷梁在地面采用贝雷片组装而成，采用汽车吊整体吊装。

3.4掛篮安装

3.4.1前后上横梁安装

完成贝雷梁安装后，对挂篮安装位置进行定位放样，利用吊车进行挂篮前、后上横梁的吊装，待位置确定后，进行临时稳固。用钢丝绳绑住吊带从精轧螺纹钢一端进行起吊，另一端穿入前后上横梁预留孔，并用螺母对上横梁进行固定。

3.4.2前后下横梁安装

前、后下横梁起吊后，将已安装吊带、吊杆穿入横梁，安装螺母，完成下横梁安装。

3.4.3底模安装

检查安装情况符合要求后，进行底模纵梁起吊，根据设计间距安装固定。底模模板安装前进行预拼，然后按照相应位置进行吊装，确保拼接正确。

3.4.4吊带安装

先安装后吊杆及滑梁限位装置，安装就位后吊装滑梁穿过滑梁限位孔，并安装前吊杆与滑梁前段进行连接。

依次完成挂篮上后横梁、吊带、下前横梁及底板纵梁等的安装。通过在墩身侧模板下方及牛腿支架间设置横梁分配梁进行支撑，形成前吊后托模架体系。

4结语

通过采用波形钢腹板PC组合梁桥模架施工方法，有效结合波形钢腹板桥梁本身特点，采用前吊后托工法，在提高安装精度的同时保证施工效率和质量。与传统工艺落地螺旋钢管支架相比，本文介绍的施工方法环境适应性更强，便携性更高，且可高精度、高效率地完成工作，从而加快施工进度。

参考文献

［1］ 项伟康.波形钢腹板PC组合结构在桥梁中的应用研究［J］.工程建设与设计，2022（22）：63-65.

［2］黄俊.大跨度连续梁悬臂浇筑连体挂篮设计及应用［J］.工程机械与维修，2021（5）：114-115.

［3］郭峰.拖吊结合式挂篮在波形钢腹板预应力连续梁中的设计及应用研究［J］.铁道建筑技术，2018（7）：26-27.

作者简介：黄进森（1988—），工程师，研究方向：道路与桥梁施工管理。