謝波

中圖分類(lèi)號(hào)：K826.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

預(yù)彎預(yù)應(yīng)力組合梁簡(jiǎn)稱(chēng)預(yù)彎梁，是一種由預(yù)彎鋼梁和砼組合而成的新型預(yù)應(yīng)力－砼組合結(jié)構(gòu)，是上海市首次采用的新梁型、新工藝，它具有梁高小，施工方便（不需錨具和壓漿設(shè)備）等特點(diǎn)，特別適用于梁高受限制的跨線(xiàn)橋、城市橋、地下建筑，其工程整體經(jīng)濟(jì)效益較好。

預(yù)彎梁特點(diǎn)及施工難點(diǎn)

該工程中的三座大橋的預(yù)彎梁跨度均為40m，每跨半幅為9片中梁＋2片邊梁。裸鋼梁全長(zhǎng)38.76m，材質(zhì)為Q345C鋼，單片鋼梁重21t。鋼梁腹板厚20mm，高1110mm，上翼緣和下翼緣為變厚形式，澆筑混凝土后形成的組合梁全長(zhǎng)38.82m，起吊重50t，單孔安裝后橋全寬16m。

施工地處上海城區(qū)，可供制梁場(chǎng)地有限，加工工期緊，若采用單榀預(yù)壓技術(shù)，不僅要求場(chǎng)地面積大，而且需對(duì)地基進(jìn)行加固、打入錨樁處理，現(xiàn)場(chǎng)不具備條件。

采用雙榀預(yù)壓施工，技術(shù)含量高，40m跨的預(yù)彎梁在國(guó)內(nèi)尚無(wú)借鑒經(jīng)驗(yàn)，但雙榀預(yù)壓施工周期比采用單榀預(yù)壓工藝縮短近一半。

預(yù)彎梁工作原理

預(yù)彎梁施工的基本原理是事先用高強(qiáng)鋼材制作成拋物線(xiàn)形的預(yù)彎鋼梁，在鋼梁兩端簡(jiǎn)支的狀態(tài)下，在距梁端1/4～1/3跨度的位置上作用一對(duì)大小相等的集中載荷，通過(guò)分級(jí)加載給鋼梁施加彎矩。在保持鋼梁下翼緣受拉的狀態(tài)下，下翼緣板用高強(qiáng)度混凝土包裹，然后進(jìn)入持荷期和混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)期，待混凝土和彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%以上后，分級(jí)卸載，通過(guò)鋼梁的回彈使下翼緣混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。最后再澆筑腹板和上翼緣板混凝土，從而構(gòu)成預(yù)彎預(yù)應(yīng)力組合梁（見(jiàn)圖1）。

a.正反向兩榀梁置于支架上

b.雙榀同時(shí)加載至設(shè)計(jì)撓度后澆筑一期混凝土

c.一期混凝土強(qiáng)度和彈模到設(shè)計(jì)值95%后卸載

d.上榀梁翻轉(zhuǎn)

e.澆筑底板混凝土

施工方案

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具備的條件和周邊環(huán)境影響，預(yù)彎梁施工決定采用雙榀同時(shí)預(yù)壓工藝，以減少城區(qū)場(chǎng)地占用面積和加快施工進(jìn)度。工藝流程為：場(chǎng)地建設(shè)加力設(shè)備安裝正反成對(duì)鋼梁進(jìn)場(chǎng)第一片鋼梁放入支架調(diào)正、支護(hù)第二片鋼梁吊入支架并支立于第一片鋼梁上調(diào)正、支護(hù)第二片鋼梁分級(jí)（每50kN）預(yù)壓加載下片梁限位上片梁繼續(xù)加載至設(shè)計(jì)撓度持荷消除焊接殘余應(yīng)力分級(jí)（每50kN）卸載重新分級(jí)（每50kN）加載至設(shè)計(jì)撓度鎖定預(yù)彎力澆筑一期混凝土（下翼緣板）一期混凝土養(yǎng)護(hù)至強(qiáng)度和彈性模量至設(shè)計(jì)值的95%以上釋放預(yù)彎力，對(duì)一期混凝土施加預(yù)應(yīng)力將上片梁翻轉(zhuǎn)、倒置澆筑腹板混凝土安裝預(yù)彎組合梁整跨澆筑上翼緣板混凝土。

在整個(gè)施工工藝流程中，加載是所有工序中的主要控制點(diǎn)，因?yàn)殇摿旱母拱鍢O薄，僅有20mm，而梁長(zhǎng)38.76m，設(shè)計(jì)文件對(duì)于預(yù)彎鋼梁要求腹板中線(xiàn)偏差<1mm，側(cè)彎值<3mm。要求加壓時(shí)，加力點(diǎn)要嚴(yán)格控制在腹板中線(xiàn)上，防止腹板偏心受壓而使整個(gè)鋼梁橫向彎曲失穩(wěn)。橫向支護(hù)也必須牢固，有足夠的抵抗橫向力的作用，這對(duì)施工設(shè)備和操作人員都需具備高精度，嚴(yán)要求。

施工控制

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具備的條件和制約因素，預(yù)彎梁加載采用雙榀預(yù)壓技術(shù)。施工中通過(guò)設(shè)在兩端的反力支架形成自平衡體系，這樣，地基僅承受兩榀鋼梁重力即可（見(jiàn)圖1，圖3）。

由于鋼梁跨度較大，而橫向剛度又小，鋼梁在預(yù)彎力作用下容易發(fā)生橫向屈曲，因此，在梁端附近及跨間的適當(dāng)位置安裝一些限制鋼梁橫向變形的支撐裝置（見(jiàn)圖1，圖4）。

為保證加載時(shí)上、下兩榀梁同時(shí)受力，且不偏心，加載力的作用點(diǎn)必須與上下鋼梁腹板中線(xiàn)均重合為一條鉛垂線(xiàn)。否則，一旦加壓，就將使鋼梁偏心受壓，發(fā)生橫向彎曲失穩(wěn)。

在加壓過(guò)程中，由于下榀梁受重力影響，其撓度先到設(shè)計(jì)值，而上榀梁尚需克服自重影響，實(shí)際加壓值要大于下榀梁，故在下榀梁到設(shè)計(jì)撓度后，在加力點(diǎn)需設(shè)置限位裝置，使下榀梁在后續(xù)加壓過(guò)程中，在加力點(diǎn)處產(chǎn)生支點(diǎn)反力，不再下?lián)希祥簞t繼續(xù)發(fā)生變化至設(shè)計(jì)撓度為止。

上下兩榀梁均到達(dá)設(shè)計(jì)撓度后，持荷一段時(shí)間，分級(jí)卸載至初始狀態(tài)以消除殘余應(yīng)力。而后再重新分級(jí)加壓使上、下梁達(dá)到設(shè)計(jì)撓度，鎖定預(yù)彎力。

在加載到位后，上下兩榀梁澆筑一期混凝土（下翼緣板），因需待強(qiáng)度和彈模達(dá)設(shè)計(jì)值的95%后方可卸載。在此期間，預(yù)彎力不得損失，因此，加載后必須持荷。

加載和持荷期間，均定期檢測(cè)鋼梁撓度的變化，發(fā)生異常及時(shí)停止，查清原因后再實(shí)施。

施工過(guò)程

將已加工好的一榀正向鋼梁以?xún)啥撕?jiǎn)支狀態(tài)下置于端支架上，支點(diǎn)位置與梁跨支點(diǎn)重合，調(diào)正鋼梁，使其腹板中線(xiàn)鉛直，并通過(guò)橫向可調(diào)支撐，控制鋼梁的側(cè)彎值<3mm。

在正向鋼梁的加力點(diǎn)處放置2臺(tái)200t的千斤頂，千斤頂作用點(diǎn)與腹板中線(xiàn)重合，將反向鋼梁置于千斤頂上，千斤頂作為支點(diǎn)支撐。調(diào)正鋼梁，使其腹板中線(xiàn)鉛直，并通過(guò)橫向可調(diào)支撐，控制上鋼梁側(cè)彎<3mm，腹板中線(xiàn)與下鋼梁腹板中線(xiàn)重合。

放置端支架的上橫梁，使端支架形成框架，檢查各連接件牢固后即可開(kāi)始加載。

加載時(shí)分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)50kN，同時(shí)檢測(cè)上、下鋼梁的撓度變化和側(cè)彎值。

分級(jí)卸除預(yù)彎力，測(cè)量剩余拱度。

重新分級(jí)加載，加載過(guò)程以鋼梁撓度值加以控制，并同時(shí)以測(cè)力計(jì)讀出所加預(yù)彎力，下片鋼梁達(dá)到設(shè)計(jì)值后，通過(guò)限位裝置，使下片鋼梁不發(fā)生撓度變化，上片鋼梁繼續(xù)加壓，上下鋼梁跨中最終撓度均控制在97mm，并持荷保持預(yù)彎力不變。

在澆筑一期混凝土后，待其強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的95%以上時(shí)，分級(jí)卸載，混凝土在鋼梁的彈性回縮下受壓，從而形成預(yù)應(yīng)力混凝土。

將上片組合梁吊出支架并翻轉(zhuǎn)后，上、下梁均可澆筑腹板混凝土，形成預(yù)彎預(yù)應(yīng)力組合梁。在整跨梁安裝后，再澆筑橋面混凝土，使組合梁形成整跨一體。

工藝分析

因大跨度預(yù)彎梁雙片同時(shí)預(yù)壓技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)尚屬首次，有效地控制和準(zhǔn)確地分析預(yù)彎梁加壓值和變形值對(duì)混凝土產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力具有十分重要的作用，因?yàn)轭A(yù)彎梁的混凝土預(yù)應(yīng)力主要來(lái)源于鋼梁的變形，而鋼梁的變形除材料本身外取決于預(yù)彎力值的大小。故此，在施工中必須對(duì)預(yù)彎力和變形值進(jìn)行監(jiān)控，以確保工程質(zhì)量。

上下兩榀梁在加載時(shí)，因重力影響，在集中力作用下，雖然可保持兩端和跨中的應(yīng)力一致，但其它斷面不會(huì)相等,取1/8L，1/4L，1/2L處可得：

Mqx=1/2qlx-1/2qx2

MPx=Px x∈[0,a]

MPx=Pax∈[a,l-a]

上榀梁：

∑M= MPx- Mqx

下榀梁：

∑M= MPx +Mqx

q=210/38.76=5.42kN/m

在不同斷面處M值為：

L＝38.76m 1/8L 1/4L 1/2L

上榀梁 1/8P1l-7/128ql2 1/4P1L-3/32ql2 3/10P1l-1/8ql2

下榀梁 1/8P2l +7/128ql2 1/4P2L+ 3/32ql2 3/10P2l +1/8ql2

ΔM 1/8(P1-P2)l -7/64ql2 1/4(P1-P2)l-3/16ql2 3/10(P1-P2)l- 1/4ql2

當(dāng)ΔM＝0(施工中通過(guò)下榀梁限位裝置實(shí)現(xiàn))時(shí)，上下榀梁應(yīng)力一致，此時(shí)加力值在1/8L處ΔP＝184kN，1/4L處ΔP＝158kN，1/2L處ΔP＝175kN,

為便于施工時(shí)控制梁的線(xiàn)形和跨中應(yīng)力，加壓時(shí)上下榀梁保持跨中處撓度相等，此時(shí)上下梁體對(duì)應(yīng)點(diǎn)位應(yīng)力差值最大為5MPa，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)預(yù)彎梁加、卸預(yù)彎力的過(guò)程，是用千斤頂作用在鋼梁上的一對(duì)預(yù)彎力與加力框架的內(nèi)力保持平衡。這種施工方法不需要帶有地錨的基礎(chǔ)，對(duì)施工場(chǎng)地沒(méi)有特殊的要求，而且一次能制作兩榀梁，施工方便、效率高，基礎(chǔ)投資少，加載設(shè)備也比較簡(jiǎn)單。隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，尤其在多層立交和凈空要求高的地區(qū)，采用預(yù)彎梁具有很大的優(yōu)越性，能收到較高的經(jīng)濟(jì)效益和很好的社會(huì)效益。