李坤鵬 郭文濱

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海 200125

1 鋼槽梁結(jié)構(gòu)特點

鋼槽梁是鋼-混組合梁橋的一種應(yīng)用比較廣泛的組合結(jié)構(gòu)，目前已在港珠澳大橋淺水區(qū)非通航孔橋、安徽望東長江大橋、杭州九堡大橋、武漢二七長江大橋等大型橋梁和城市高架橋上部結(jié)構(gòu)中皆有采用。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在既充分利用混凝土的抗壓性和鋼材的抗拉性能，又能規(guī)避混凝土抗裂性能差及鋼材屈曲和正交異性橋面板容易疲勞的問題。同時鋼槽梁還能夠進(jìn)行工廠預(yù)制，其耐久性、經(jīng)濟(jì)性、發(fā)揮多重材料各自優(yōu)勢的合理性、便于施工，自重輕等優(yōu)點[1]。

與鋼箱梁對比的優(yōu)勢：減少鋼材用量，節(jié)約了項目整體造價。采用鋼筋混凝土橋面，利于瀝青面層的結(jié)合，提高了橋面鋪裝層的耐久性能，同時上翼緣混凝土板使下面鋼梁避免雨水侵蝕和陽光照射，改善了鋼梁主結(jié)構(gòu)腐蝕環(huán)境，可延長鋼梁涂裝壽命。

與混凝土梁對比的優(yōu)勢：上部結(jié)構(gòu)自重減輕了，同樣也減少了下部基礎(chǔ)工程量。已安裝鋼梁可以作為混凝土板澆筑平臺使用，橋梁下部基礎(chǔ)施工時鋼結(jié)構(gòu)梁和混凝土板可以工廠化生產(chǎn)，確保了質(zhì)量，同時可快速架設(shè)，施工工期縮短，且對橋下交通影響非常小，梁的抗拉性能增大，有利于抗震。減少了砂石材料，利于環(huán)保。

2 鋼槽梁的發(fā)展及應(yīng)用

2.1 發(fā)展概況及應(yīng)用趨勢

建國以來很長一段時期內(nèi)，由于鋼鐵產(chǎn)能較小，鋼材匱乏，價格昂貴。建設(shè)一座橋總是優(yōu)先考慮采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，在鐵路橋梁和大跨度橋梁中才有可能采用鋼結(jié)構(gòu)，形成“中小跨度混凝土結(jié)構(gòu)，大跨度鋼結(jié)構(gòu)”的二元格局，這種局面極大的限制了鋼-混凝土組合梁的應(yīng)用與實踐，也直接導(dǎo)致了我國在鋼-混凝土組合梁設(shè)計、加工制造、現(xiàn)場安裝等方面的成套技術(shù)、規(guī)范體系、建設(shè)人才、工業(yè)產(chǎn)業(yè)的滯后。

經(jīng)過改革開放四十年來的發(fā)展，我國的鋼鐵產(chǎn)能呈現(xiàn)翻倍式的增長，結(jié)構(gòu)整體制造水平也極大的提高。

在國內(nèi)鋼-混組合梁在城市高架橋中的應(yīng)用從1993年北京市政設(shè)計院設(shè)計的北京國貿(mào)橋的三個主跨采用了連續(xù)組合梁結(jié)構(gòu)，是鋼-混組合梁在國內(nèi)城市高架橋建設(shè)中的首次應(yīng)用。近年隨著我國鋼鐵產(chǎn)能的提高，更是得到了廣發(fā)應(yīng)用，隨著大量實驗研究和廣泛應(yīng)用實踐，鋼-混組合梁的設(shè)計和施工經(jīng)驗得到沉淀，逐漸完善了鋼-混組合結(jié)構(gòu)梁相關(guān)的理論，極大的促進(jìn)了該結(jié)構(gòu)的梁橋發(fā)展。隨著《鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計規(guī)范》（GB50917-2013）和《公路鋼混組合梁橋設(shè)計與施工規(guī)范》（JTG/T D64-01-2015）的發(fā)行及建設(shè)者對鋼-混組合梁優(yōu)越性認(rèn)識程度加深。和國內(nèi)鋼材產(chǎn)能過剩更為組合鋼梁的推廣應(yīng)用打下了物質(zhì)基礎(chǔ)，大力推廣鋼-混組合梁應(yīng)用及橋梁裝配式技術(shù)推廣應(yīng)用政策導(dǎo)向，鋼-混組合梁的發(fā)展迎來了歷時性機遇。所以鋼槽梁作為鋼-混組合梁最常用的結(jié)構(gòu)在城市高架橋建設(shè)中被大量應(yīng)用的前景非常樂觀[2]。

2.2 需要關(guān)注的問題

目前一般單個城市高架橋建設(shè)項目鋼槽梁和大型橋梁鋼結(jié)構(gòu)工程量相比偏小很多，且汽運至橋位，所以鋼槽梁在選定加工制造廠時，大多按低價選用鋼梁制造廠甚至建筑鋼結(jié)構(gòu)工廠生產(chǎn)，和國內(nèi)幾家知名鋼梁制造企業(yè)相比，在作業(yè)人員、加工設(shè)備、制造工藝方面有很大落差，智能化甚至機械自動化制造技術(shù)應(yīng)用不到城市高架鋼槽梁上，這是高架橋鋼槽梁制造水平很難提升的重要因素。需要建設(shè)單位從橋梁建設(shè)百年大計的出發(fā)點考慮，針對鋼槽梁的制造廠在選擇上作出適當(dāng)硬性條件限制，確保優(yōu)質(zhì)資源在城市高架橋鋼槽梁上的投入使用，提升制造質(zhì)量同時也利于不斷優(yōu)化和提升工藝水平。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 制造工藝

鋼槽梁在工廠內(nèi)預(yù)制，與普通鋼箱梁橋相比，最明顯的特征就是少了正交異性橋面板結(jié)構(gòu)。鋼梁工廠制作從原先的人工制作發(fā)展到機械自動化制造水平，目前已經(jīng)向著智能化制造水平邁進(jìn)，正在建設(shè)中的深中通道鋼箱梁將首次嘗試應(yīng)用智能化制造，寧波舟山港主通道鋼箱梁防腐涂裝已經(jīng)實現(xiàn)智能化作業(yè)。下面重點介紹鋼槽梁制造關(guān)鍵工藝。

3.1.1 鋼槽梁橫坡預(yù)拱度設(shè)置

（1）鋼槽梁的結(jié)構(gòu)形式不同于鋼箱梁，上翼緣板是開口形式，在鋼槽梁的制造過程中，上翼緣板極易發(fā)生變形。因此鋼槽梁的制作控制重點是控制腹板與上翼緣板的焊接變形，保證上翼緣板的橫坡，減少馬刀彎變形。我們對腹板與上翼緣板之間的T形焊接做了有限元分析，分析結(jié)果表明，通過對上翼緣板施加10.4-15.1mm反變形，同時對腹板設(shè)置11mm的拱度，可以顯著改善焊接變形，使上翼緣板最大變形從28mm減少到1mm以內(nèi)，為后續(xù)組合施工提供質(zhì)量保障。計算結(jié)果見圖1-4所示。

圖1 無反變形措施的上翼緣板變形

圖2 采取反變形措施的上翼緣板變形

圖3 采用反變形措施前后上翼緣板橫向變形對比

圖4 采用反變形措施前后腹板縱向變形對比

（2）開口鋼槽梁的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了鋼槽梁的剛度較小，柔性較大，橫向擾度較大。要消除恒載引起的結(jié)構(gòu)變形，得到預(yù)期的橋梁線型，對寬度較大的鋼槽梁常設(shè)置橫向坡度。由于這種變形而考慮的預(yù)拱度的數(shù)據(jù)通常是由設(shè)計單位根據(jù)其計算結(jié)構(gòu)提出預(yù)拱度的要求，我們在制作過程中將此預(yù)拱度考慮到鋼板放樣下料的數(shù)據(jù)中。

3.1.2 節(jié)段預(yù)拼裝工藝

鋼槽梁節(jié)段在組裝胎架上完成焊接檢驗后，直接進(jìn)行整孔節(jié)段的預(yù)拼裝操作，預(yù)拼裝在同一組裝胎架上進(jìn)行。

梁段在胎架上組焊完成后，解除約束，按精度要求檢測梁段幾何尺寸，依據(jù)設(shè)計預(yù)拼線形對梁段進(jìn)行連續(xù)匹配預(yù)拼。預(yù)拼過程中的控制測量將在溫度較恒定的環(huán)境下進(jìn)行。預(yù)拼完成后將測點按圖紙要求焊于鋼槽梁上翼緣板相應(yīng)位置，并測量記錄所有梁段間的相互關(guān)系。

節(jié)段鋼槽梁預(yù)拼裝的主要內(nèi)容有：確定橋面線型，確定并控制鋼槽梁的總長度、拱度、旁彎，修整上翼緣板、底板的長度和環(huán)縫坡口，檢查并矯正環(huán)縫兩側(cè)構(gòu)件的匹配性。

節(jié)段在組裝完成后，兩端部均留有余量，在預(yù)拼工序中精確劃出余量修割線，完全修割并加工好焊接坡口。預(yù)拼過程中，始終以每孔中心線作為長度控制基準(zhǔn)，相鄰端口匹配修割。

針對立交橋鋼槽梁其平面線型為平曲線形類型，平曲線形鋼槽梁預(yù)拼工藝如下：

（1）上翼緣板余量修割線的劃線。選取整孔節(jié)段中心處的節(jié)段為基準(zhǔn)節(jié)段（具體選取同直線形節(jié)段）進(jìn)行定位。各節(jié)段以其自身的橫向基準(zhǔn)線（或支座中心線）為基準(zhǔn)劃出遠(yuǎn)離基準(zhǔn)段一端的余量修割線，余量暫不切割。相鄰大節(jié)段的預(yù)拼段在此步驟中不劃出余量修割線。余量修割線、橫向基準(zhǔn)線、整孔節(jié)段中心線與三道縱向基準(zhǔn)線的交點作為線型控制點。

（2）線形調(diào)整與控制。利用胎架周邊設(shè)置的全站儀基點形成測量坐標(biāo)系，首先對基準(zhǔn)節(jié)段進(jìn)行定位，然后以基準(zhǔn)節(jié)段為中心向兩端依次定位，定位時嚴(yán)格控制各節(jié)段縱基線上線型控制點，盡量使各線型控制點的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)吻合，保證每一點的坐標(biāo)漂移不超過公差規(guī)定，如圖5所示。

（3）余量劃線與修割。根據(jù)上翼緣板上遠(yuǎn)離基準(zhǔn)段一端的余量修割線，分別劃出遠(yuǎn)離基準(zhǔn)段一端的上翼緣板、底板、腹板等余量修割線，然后修去余量，同時開出焊接坡口?；鶞?zhǔn)段兩端余量均修出，相鄰孔預(yù)拼節(jié)段余量暫不出，待下輪預(yù)拼時再修。

圖5 平曲線形小節(jié)段分別劃線示意

各節(jié)段之間的預(yù)拼由整孔節(jié)段中心線向兩側(cè)依次進(jìn)行。以全站儀測出的整孔節(jié)段中心線和預(yù)拼節(jié)段橫向基準(zhǔn)線上三點坐標(biāo)，計算出橫向基準(zhǔn)線與整孔節(jié)段中心線之間實際平行間距L實際值。結(jié)合圖紙中整孔節(jié)段中心線與預(yù)拼節(jié)段橫向基準(zhǔn)線的理論間距L理論、焊接坡口間隙g，焊接收縮量s，計算出預(yù)拼節(jié)段（鄰近基準(zhǔn)節(jié)段的節(jié)段）余量修割線與基準(zhǔn)節(jié)段端部的距離△L。以整孔節(jié)段中心線位置節(jié)段端口為基準(zhǔn)，以△L為間距，劃出預(yù)拼節(jié)段臨近端口余量修割線[3]。

按上述步驟依次劃出各預(yù)拼節(jié)段靠近整孔節(jié)段中心線側(cè)余量修割線（包括相鄰孔預(yù)拼節(jié)段），如圖6所示。

（4）端口的匹配：以基準(zhǔn)節(jié)段為中心，將其它各節(jié)段向基準(zhǔn)節(jié)段方向移近，控制和調(diào)整各節(jié)段縱向直線度、縱向線型及距支座中心線的距離，直至滿足公差要求，并重修正節(jié)段的縱、橫向基準(zhǔn)線。檢查和調(diào)整上翼緣板、底板、腹板、及縱向肋之間的錯邊情況，并逐一根據(jù)其位置進(jìn)行編號。

圖6 節(jié)段匹配修割示意

3.1.3 節(jié)段基準(zhǔn)線及線型控制點設(shè)置

（1）縱向基準(zhǔn)線的設(shè)置：對于鋼槽梁節(jié)段，設(shè)置兩道或三道縱向基準(zhǔn)線，縱向基準(zhǔn)線平行于橋梁縱軸線，分別位于鋼槽梁中心線處以及兩側(cè)腹板與上翼緣板交界處，刻劃在上翼緣板上。

（2）橫向基準(zhǔn)線的設(shè)置：節(jié)段橫向基準(zhǔn)面垂直于橋梁縱軸線。一般節(jié)段的橫向基準(zhǔn)面設(shè)置于靠近節(jié)段橫向中心的橫隔板或橫肋處。鋼槽梁節(jié)段橫向基準(zhǔn)面與鋼槽梁上翼緣板表面交線作為節(jié)段的橫向基準(zhǔn)線。

（3）線型控制點設(shè)置：線型控制點設(shè)置在上翼緣板表面，位于節(jié)段兩端端口線與三條或兩條縱向基準(zhǔn)線交點。

3.2 現(xiàn)場安裝方法

鋼槽梁的安裝最常用的方法主要有吊裝和頂推兩種方法。

（1）鋼槽梁節(jié)段在橫向上進(jìn)行劃塊體制造時，梁段塊體汽運至橋位現(xiàn)場后一般采用吊裝直接定位至設(shè)計位置或吊至高空支架平臺上先把梁段塊體橫向上先拼焊成一體后再頂推至設(shè)計位置，由于鋼槽梁沒有整體面板，吊裝用臨時吊點的設(shè)置非常關(guān)鍵，要根據(jù)塊體的重心，均布確定4個吊點，保證吊裝過程梁段的平衡，同時吊裝定位后，要及時根據(jù)分段的外型和重心，臨時打撐穩(wěn)固后再松吊鉤，避免分段向一側(cè)發(fā)生傾覆。

（2）城市高架主線鋼槽梁分段一般采用縱向上劃分塊體制造，汽運至橋位后，現(xiàn)場拼裝成一定的長節(jié)段然后采用頂推安裝，由于鋼槽梁是個開口結(jié)構(gòu)，整體剛度及穩(wěn)定性相對與鋼箱梁節(jié)段較弱，需在箱體內(nèi)部增設(shè)臨時支撐和頂推加勁，已確保頂推施工不會造成梁體的變形。

4 結(jié)語

總的來說，本文分析了鋼槽梁的優(yōu)點和對在城市高架橋中應(yīng)用展望，通過分析鋼槽梁的特點和施工方法及后續(xù)我國城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況，鋼槽梁在城市高架橋建設(shè)中必將會得到廣泛應(yīng)用。在當(dāng)下我們?nèi)孕枰谠O(shè)計、施工等方面繼續(xù)積極地進(jìn)行創(chuàng)新，給城市橋梁建設(shè)的發(fā)展提供更加可靠的保障[4-5]。