装配式钢- 混组合桥梁预应力体系施工方法研究

1、概述

桥梁预应力体系能有效的提高桥梁的承载能力，加大桥上部结构的跨度，可大幅度减少梁的扰度，消除桥梁运营过程中因活载所致裂纹，增加桥梁的耐久性；桥梁预应力施工通常采用张拉钢筋、钢丝束、高强钢丝、钢绞线等方式建立，钢-混组合梁由于其结构的特殊性，不能采用常规的张拉方式建立桥梁预应力体系，尤其是在采用装配式施工方法情况下；

装配式钢-混组合桥是钢混结构的一种新的施工方式，钢混组合桥充分发挥了钢筋混凝土结构和钢结构的力学特性，充分发挥了混凝土和钢材的材料性能，弥补了混凝土结构抗拉和钢材受压易屈等问题，使桥梁整体结构具有受力经济合理，结构自重轻、跨度大、易施工等特性；但装配式钢混组合桥预应力的设置成为了其实施的关键；由于装配式钢混组合桥梁由构件装配而成，不同于常规桥梁通过增设通长钢绞线实现桥梁的预应力体系，需采取特殊方式设置桥梁预应力。

（1）预应力钢筋法：配重预应力钢筋法，即在桥面板内设置预应力钢筋、钢绞线、高强钢丝等；本工程桥面板采用装配式施工，桥面板仅 26cm 双层双向布筋，最小钢筋净距 5.6cm ，如采用预应力钢筋法，在结构上不可行。

（2）调整支座高度法：即在支座位置通过预顶升钢梁部分，待桥面板施工完成后，降低支座高度，使桥面板内部产生压力而形成的预应力体系；采用该种方法须根据桥梁的跨度、结构形式、结构材料等严谨的计算顶升高度，如顶升高度偏小，将达不到预期的要求，如顶升高度偏大，对跨中位置的主梁和桥面板会造成不可逆的损害，顶升的高度一般可通过 MidasCivil 法建模进行计算和模拟；经过建模计算，本工程最佳顶升高度为 4× 60m 组合梁中墩位置顶升高度为 20cm 。在工程施工上，顶升作业可采用设置于盖梁的千斤顶进行顶升作业；其预应力体系的建立仅需投入PLC 多点同步液压操控系统和千斤顶，在经济上可行。

（3）加载配重法：即调整混凝土浇筑顺序，先浇筑中跨跨中和及边支点区段的混凝土后，待混凝土凝结硬化后进行配重，再浇筑负弯矩区段混凝土，最后待混凝土硬化后卸除配重；该方法无需改变现有结构，在结构上可行；但本桥采用装配式施工，分段多次浇筑混凝土，工期较长，不能充分发挥装配式结构在工期上的优势，且多次分段浇筑混凝土桥梁整体性较差；该种方法，由于需配重，需增加配重装置，其配重重量与桥梁跨度成正相关关系，故该种方法在中小跨径的桥梁上面效果显著，但对于大跨度其重量过大，经济上不可行。

（4）部分组合梁法：即在负弯矩区段不布设连接件或仅设置柔性连接件，但在设置连接件的分界处会造成很大的应力集中，需采取相应的构造措施；需改变现有结构设计，在结构上不可行。

（5）体外预应力法：即在钢主梁外侧采用张拉钢丝束、钢绞线等方式建立预应力体系；该种方法不会对装配式钢-混组合结构造成重大改变，结构上可行；但采用该种方法，需增设外预应力系统，在经济上一般。

通过对比分析，装配式钢-混组合桥梁其预应力体系宜采用调整支座高度法，无论是在结构方面、施工方面和经济方面，均有较大的优势。

4、施工工艺流程

顶升施工工艺流程对钢梁、桥面板及预应力体系的受力有直接影响；不同工艺顺序的顶升其桥梁内部应力、支座反力、桥梁预应力有不同的影响。本文将对顶升、桥面板安装、落梁之间顺序进行分析研究；研究主要分两部分：先安装桥面板后顶升和先顶升后安装桥面板。

（1）先安装桥面板后顶升：先安装桥面板后顶升，可以有效的避免钢梁顶升后，因钢梁内已存在较大的应力，在桥面板安装过程中，由于桥面板安装时荷载不均匀分布的问题，导致钢梁起翘和梁底脱空，以及由于不均匀荷载问题导致钢梁应力增大对钢梁造成损坏；但先安装桥面板，在桥梁整体顶升时，会存在桥面板滑移现象，不利于桥面板之间钢筋连接；如在顶升之前进行钢梁连接，在顶升后，桥面板纵向钢筋将在一个较长的时间内处于受拉状态，钢筋在结构受力上属于不利情况。

（2）先顶升后安装桥面板施工：先顶升钢梁后安装桥面板，可以大幅度降低顶升过程中顶点位置的顶力大小，降低顶升作业难度和施工成本；但钢梁顶升后，因钢梁内已存在较大的应力，在桥面板安装过程中，由于桥面板安装时荷载不均匀分布的问题，会导致钢梁起翘和梁底脱空，以及由于不均匀荷载问题导致钢梁应力增大对钢梁造成损坏；其次，钢梁落梁时，由于预制板荷载分布不均的影响，钢梁落梁时宜发生偏移。

从方案可行、安全可控、施工成本三方面综合考虑，本桥二次顶升采取两者相结合的方式，采取分跨顶升的方式，即在全联钢箱梁顶推到位，拆除导梁、安装永久支座、落梁后，从一端开始，先铺设第一跨 1/2 预制桥面板，再浇筑梁段现浇段及湿接缝。待混凝土到达设计强度及养护时间后，将第二个墩墩顶钢箱梁向上顶升 20cm 至设计顶升高度；完成第一跨桥面板铺设，并铺设第二跨 1/2 预制桥面板，浇筑湿接缝，浇筑 1#墩顶湿接缝，待混凝土达到指定强度后， 1# 墩顶钢箱梁回落至原位，将第三个墩墩顶钢箱梁向上顶升 20cm_c 。重复上述步骤，完成其他跨桥面铺设和湿接缝浇筑。在预制板吊装和现浇带浇筑时，需均衡对称施工，尽可能避免因荷载不均匀分布使钢梁产生次应力；在落梁的时候，需设置纵、横纠偏千斤顶，以确保落梁时的精准度。

5、预应力施工关键技术

桥面预制板预制完成后，需存储 6 个月以上，待预制板收缩和徐变稳定后，方可吊装；现浇带须采用补偿收缩高性能混凝土，低收缩混凝土水中14d 限制膨胀率 20.025% ，水中14d 转空气中28d 限制膨胀率 2-0.02% ；其现浇带浇筑完成后，养护时间不小于42 天，待其强度和弹性模量达到设计要求，方可进行落梁；避免因预制板和现浇带收缩徐变导致预应力值衰减较大。

6、结论

1、通过 Midas Civil 建模计算和模拟，并经工程实际验证，采用调整支座高度法能有效解决装配式钢-混组合桥梁预应力设置问题。

2、在装配式钢-混组合桥梁施工中，采用先顶升钢梁后吊装预制板，顶升和落梁均采用同步实施，其施工工艺流程具有明显优势。

3、装配式钢-混组合桥梁施工中，需采用措施尽量减少混凝土因收缩徐变导致桥梁预应力值的衰减。

7、参考文献

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