道路与桥梁 2020年4月第17卷总第353期
某波形钢腹板连续刚构桥施工控制技术
齐 辉1，黎念东2
（1.中电建路桥集团有限公司，北京 100048；2.中铁大桥科学研究院有限公司，武汉 430010）
摘要：本文以跨径组合（75+160+75）m的某波形钢腹板连续刚构桥为例，分析了波形钢腹板连续刚构桥施工重难点，主要包括应力与线形控制、体外束有效索力以及混凝土收缩徐变的影响。并利用MIDAS/Civil建立三维有限元模型，对施工关键阶段的线形位移、应力状态以及全桥预拱度进行研究，研究成果可以为类似桥梁的施工提供参考和借鉴。关键词：波形钢腹板；连续刚构桥；箱梁；施工技术［中图分类号］U448.216
［文献标识码］A
Construction Control Technology of Continuous Rigid Frame Bridge with Corrugated Steel Webs
Qi Hui1, Li Niandong2
(1. Power China Road Bridge Group Co., Ltd., Beijing 100048, China;
2. China Railway Bridge Scientific Research Institute Co., Ltd., Wuhan Hubei 430010, China)
Abstract: Taking a continuous rigid frame bridge with corrugated steel webs of span combination (75 + 160 + 75)m as an example, the paper analyzes the key and difficult points in the construction of the continuous rigid frame bridge with corrugated steel webs, mainly including the stress and linear control, the effective cable force of external tendons and the influence of concrete shrinkage and creep. In addition, MIDAS / civil is used to build a three-dimensional finite element model to study the linear displacement, stress state and the pre camber of the whole bridge in the key stage of construction. The research results can provide a reference for the construction of similar bridges.Key words: corrugated steel web; continuous steel bridge; box girder; construction technology
1工程概况
大桥主桥位于圆曲线上，全长311 m，主桥跨径组合为（75+160+75）m波形钢腹板连续刚构桥。右线桥梁中心桩号K131+833，大桥起于K131+675，止于K131+986；左线桥梁中心桩号ZK131+788，大桥起于ZK131+630，止于ZK131+941。
主桥为波形钢腹板预应力混凝土连续刚构桥，采用分幅式单室截面的主梁结构，采用三向预应力混凝土。箱梁底板宽7.5 m，顶板宽12.6 m，外翼板悬臂长2.55 m，箱梁顶板设置成2 %单向横坡，箱梁跨中梁高4.0 m，边跨现浇段梁高4.154 m（箱梁高均以箱梁中心处高度为准），0号墩顶标高与箱梁和桥墩连接处的标高均为10.0 m；中跨梁段箱梁底板厚从箱梁根部截面的120 cm渐变至跨中截面的35 cm厚，按1.8次抛物线变化；边跨梁段箱梁底板厚从箱梁根部截面的120 cm渐变至边蹲支点截面的37.2 cm，按1.8次抛物线变化。箱梁顶板厚30 cm，墩顶局部加厚至130 cm。波形钢腹板钢材为Q355NHD，钢板厚16~28 mm，直腹板，波高22 cm，波长1.6 m，水平折叠角度为30.7 °，水平面板宽43 cm，弯折内径R最小值为15 d（d为波形钢腹板厚度）。
等逐渐增加，伴随着桥梁结构的徐变发生、预应力张拉、
边界条件增减和体系的转换过程。施工时需要对波形钢腹板的应力分布情况进行详细测试，在荷载试验时，对波形钢腹板采取高精度、稳定性好的系统进行应力测试，应变测点沿高度方向布置多个测点，通过实测结果来验证设计理论的正确性。
波形钢腹板悬臂在安装过程中随着线形精度控制，随着横坡、纵坡、加工偏差和施工桁车的变形影响，其难度逐渐增大，在桥梁施工悬臂状态的不同阶段，梁体线形变化也非常大。
腹板采用了波形钢腹板形式，导致其结构中没有腹板束，同时顶板束若施加过多也可能引起底板的拉应力增大。2.2主要施工方案
2.2.1主桥主梁段和跨中段施工
主桥箱梁采用挂篮悬臂浇筑。当主墩完成后，墩上用万能杆件组拼托架浇筑0号块件，用挂篮依次悬臂浇筑其余梁段。波形钢腹板预应力混凝土箱形连续刚构标准节段施工步骤为：前移挂篮—模板到位—安装底板普通钢筋—安装波形钢腹板并与前段波形钢腹板连接—浇筑底板混凝土—安装顶板钢筋—浇筑顶板混凝土—养生；张拉顶板预应力束；节段1-15（1'-17'）号横向预应力滞后张拉l个节段；移动挂篮模板进入下一循环。主桥边跨16~17号梁段现浇段采用托架现浇。2.2.2主桥主梁合龙段施工
全桥分两个合龙阶段，第一阶段现浇边跨直线段
2波形钢腹板连续刚构桥重难点分析及施工方案
2.1波形钢腹板桥梁重难点分析
波形钢腹板桥梁最大的重难点是桥梁结构应力与线性的控制，在施工过程中桥梁的预应力、自重和施工荷载
作者简介：齐辉（1986-）男，本科，工程师。从事工作：高速公路建设与管理。
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指标、排列及其折减系数按照《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）进行。主桥横向考虑按3车道加载，冲击系数和汽车制动力作用按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015，以下简称通用规范）取值计算。
根据通用规范中基本风速表取值，运营期间风荷载取百年一遇基本风速24.5 m/s；施工阶段取10年一遇基本风速，Vsd=18.5 m/s。
根据气象资料，全桥结构体系温度、非线性温差按照通用规范取值；混凝土梁截面温差效应按通用规范考虑
T2=5.5 ℃，负温差按正温10 cm桥面铺装厚度，T1=14 ℃，
差0.5倍考虑。
挂篮移动产生的竖向临时施工荷载，挂篮按1 025.8 kN取用；合龙段采用合龙吊架，吊架按512.9 kN取用。
边界条件设置过渡墩为墩梁简支，主墩底固结，主墩和主梁固结。对桥梁施工过程建立有限元模型如图1所示。
主梁在悬臂浇筑的过程中，每个梁段的线形、应力时刻发生着变化，但是对于悬臂浇筑阶段，施工监控最关心的是悬臂端部的高程、端部的转角及上下游高差，因为这些因素会直接影响下一个梁段的安装，下文给出了关键施工阶段主梁的位移。
（16~17号梁段）；第二阶段合龙中跨。合龙段施工步骤为：撤出一端挂篮后，前移另一端挂篮—设置合龙段平衡重与底板模板—调整合龙段两端标高—合龙段临时锁定—安装合龙段波形钢腹板—浇筑底板混凝土，撤出部分平衡重—浇筑顶板混凝土，撤出全部平衡重—在养生达到90 %强度后，张拉合龙束—撤出挂篮、模板。
3施工控制计算方法及控制成果分析
3.1施工控制计算方法
波形钢腹板悬臂施工控制计算方法主要包括倒拆计算法、无应力状态法和正装计算法。
确定桥梁施工过程中线形和内力为基础是无应力状态法的基本原理，通过无应力曲线和无应力长度不变，在施工过程计算中进行迭代，保证结构形式不影响结构的位移和内力状态。该方法可以适应特大跨度桥梁的施工精度
以设定的成桥目标作为起点，对桥梁逆向施控制要求[1]。
工进行倒拆计算，确定施工各阶段的结构位移和内力状态是倒拆计算法的出发点 [2,3]。
通过桥梁正常施工顺序进行分布模拟计算桥梁施工各阶段的实际情况，确定结构线形和内力变化是正装计算法的基本原理 [4]。3.2计算成果分析
为保证施工监控计算数据的准确性，采用MIDAS/Civil软件建立桥梁施工的空间模型，对其进行施工过程仿真计算和结构安全验算。主箱梁采用C60混凝土，主墩墩身采用C40混凝土，承台采用C30混凝土，混凝土力学性能指标如表1所示。混凝土徐变收缩参数可按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）提取，环境湿度取76 ％，将每个单元的实际截面作为构件的理论厚度进行计算，水泥种类系数5.0，采取考虑10年的混凝土收缩徐变时间进行分析。
表1 混凝土力学性能指标
力学性能指标弹性模量E/MPa
轴心抗压强度设计值（MPa）/fcd轴心抗拉强度设计值（MPa）/ftd
）容重（kN/m/
3
图1 大桥整体模型图（图片来源：作者自绘）
C60混凝土C40混凝土C30混凝土36 00027.52.04260.000 01
32 50019.11.71260.000 01
30 00014.31.43260.000 01
波形钢腹板制造线形为设计高程+制作预拱度，全桥
制作预拱度线形如图2所示。图3~图6的施工过程在主梁中跨合龙阶段，竖向最大位移为-0.077 m；收缩徐变10年后，中跨竖向最大位移为-0.081 m，与中跨合龙时位移接近；中跨合龙时，主梁砼顶板最大拉应力为0.08 MPa，主梁砼底板最大拉应力为1.61 MPa；通车10年后主梁全部处于受压状态，主梁应力与中跨合龙时主梁应力变化不大。
250200
热膨胀系数（1/℃/）
制造线行预拱度
预应力钢绞线采用高强度低松弛预应力钢绞线；钢腹板采用Q355NHD钢材；普通钢筋采用HPB300级和HRB400级钢筋；结构预应力钢筋力学性能指标为钢绞线弹性模量195 000 MPa，抗拉标准强度为1 860 MPa。
在计算时，永久作用荷载取值为一期恒载——混凝土容重为26 kN/m3、钢材容重为78.5 kN/m3；二期恒载——
、10 cm C40混凝桥面铺装按10 cm沥青混凝土（24 kN/m3）
，护栏重量根据设计图纸计算；收缩徐变作土（26 kN/m3）
用按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）取值计算，平均相对湿度为70 ％；孔道摩阻系数μ取值0.17，管道偏差系数取0.001 5。
可变作用荷载采用公路—Ⅰ级作用布载，主要技术
预拱度/mm150100500-50
1 #主墩 2 #主墩
桥墩号
图2 大桥主梁波形钢腹板制造线形预拱度（图片来源：作者自绘）
根据设计方提供的桥面竣工线形，由桥面铺装完成时
的施工预拱度与设计提供的经验预拱度组合，计算波形钢腹板制作预拱度。制造线形预拱度最大值在2 #墩小桩号侧的第18截面处，为220 mm。
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中跨合龙
MIADS/CivilPOST-PROCESSORDISPLACEMENT
Z-方向
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徐变10年
MIADS/CivilPOST-PROCESSOR
BEAM STRESS组合3（+y,-z）
5.09
0.00-9.81-17.25-24.70-32.15-39.60-47.05-54.50-61.95-69.40-76.85
系数=
2.016 9E+002
-4.41-4.85-5.29-5.72-6.16-6.60-7.03-7.47-7.91-8.34-8.78-9.22STAGE:徐变10年
GS:合计最后MAX:5MIN:34
文件:蜈蚣口~单位:N/mm^2日期：11/28/2019
STAGE:中跨合龙
GS:合计
最后MAX:1MIN:49文件:蜈蚣口~单位:mm
图3 中跨合龙主梁位移（单位：m）（图片来源：MIDAS/Civil软件）
徐变10年
MIADS/Civil
POST-PROCESSORDISPLACEMENT
Z-方向
图6 10年收缩徐变主梁应力（单位：MPa）
（图片来源：MIDAS/Civil软件）
6.31
0.00-9.59-17.54-25.49-33.44-41.39-49.34-57.29-65.24-73.19-81.14
系数=
1.910 3E+002
波形钢腹板制作预拱度由施工阶段（包含二期桥面铺装完成时）的桥面竣工线形与设计一致所需的施工过程预拱度，与设计方按经验公式计算的预拱度（含收缩徐变和1/2汽车活载的影响）两部分构成。
4结论
本文通过有限元模型对跨径组合（75+160+75）m的某波形钢腹板连续刚构桥进行施工过程模拟分析，施工监控计算结论如下：①在主梁中跨合龙阶段，竖向最大位移为-0.077 m；收缩徐变10年后，中跨竖向最大位移为-0.081 m。两者位移较接近。②在整个施工阶段过程中，通过施工阶段联合截面建模，分别考察主梁顶板、底板混凝土应力状况。在中跨合龙时，主梁砼顶板最大拉应力为0.08 MPa，主梁砼底板最大拉应力为1.61 MPa；通车10年后主梁全部处于受压状态，主梁应力与中跨合龙时主梁应力变化不大。③根据设计方提供的桥面竣工线形，由桥面铺装完成时的施工预拱度与设计提供的经验预拱度组合，计算波形钢腹板制作预拱度。制造线形预拱度最大值在2#墩小桩号侧的第18截面处，为220 mm。
参考文献
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水利与建筑工程学报，2008（01）：60-63，69．
[2] 王卫，张建东，段鸿杰，等．国外波形钢腹板组合桥梁的发
展与现状[J]．现代交通技术，2011，8（06）：31-33，52．[3] 姬同庚．大跨径波形钢腹板连续箱梁桥设计与施工关键
技术[J]．世界桥梁，2014，42（05）：12-17．
[4] 李杰，武海鹏，陈淮．波形钢腹板变截面连续体系梁桥钢
腹板承剪分析[J]．桥梁建设，2015，45（01）：79-84．
STAGE:徐变10年
GS:合计
最后
MAX:8MIN:49
文件:蜈蚣口~单位:mm
图4 10年收缩徐变主梁位移（单位：m）
（图片来源：MIDAS/Civil软件）
中跨合龙
MIADS/Civil
POST-PROCESSOR
BEAM STRESS组合3（+y,-z）
1.610.560.00-1.52-2.56-3.60-4.64-5.69-6.73-7.77-8.81-9.85
STAGE:中跨合龙
GS:合计最后MAX:90MIN:36
文件:蜈蚣口~单位:N/mm^2日期：11/28/2019
图5 中跨合龙主梁应力（单位：MPa）（图片来源：MIDAS/Civil软件）
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