桥梁预制拼装盖梁结构设计与施工研究

时间：2024-04-24

文/范满兰、李燕华

1 前言

高架桥梁是现阶段应用于城市桥梁建设的主要类型，在高架桥梁的建设中，传统的施工方式并不利于下部桥梁的质量和稳定性建设。而利用预制拼装技术对桥梁的盖梁结构施工，能够通过提高桥梁的受力性能来优化桥梁的建设。

2 常见的桥梁盖梁结构预制拼装方案

2.1 预制拼装施工的应用优势

高架桥梁能够应对现阶段大多数复杂的城市交通环境，盖梁作为连接桥梁上部与承接下部的荷载，在保证桥梁质量和稳定性方面发挥着重要的作用。现阶段，我国用于桥梁盖梁结构的施工方法以装配式施工为主，而装配式施工技术的应用主要体现在预制拼装上。

与原有的现场施工方式相比，预制拼装的施工方式不仅能够有效减少施工对现场交通造成的影响，而且还能够在降低人员施工成本的同时，减少因高空作业导致的安全隐患。高架桥梁是现阶段常用于城市桥梁工程建设的主要类型，在对高架桥梁的预制结构进行拼装时，主要采用整体、分两节、分三节等方案进行具体施工[1]。

2.2 整体预制吊装

应用于高架桥梁的预制结构施工方案，都是以大部分高架桥梁的27m 标准断面宽度为前提的，对于特殊情况需要加宽桥面的情况，主要采用的是门架式的盖梁结构。整体预制吊装方案的主线标准盖梁吊重能够达到240t，这种预制吊装方案应用吊车一次性实现盖梁的吊装，减少了现场临时搭建支承消耗的时间和成本，但由于其需要对吊装的构件选择特殊的线路运输，再加上盖梁整体结构的吊重较高，对吊装设备的要求也比较高，因此在实际应用中尚有一定的限制和困难。

2.3 分两节预制安装

分两节预制安装方案，主要是将整体的盖梁结构分为两个预制吊装阶段和一个后浇带，通过降低施工的实际难度提高一次性施工的成功率。整个高架桥梁工程需要应用多个盖梁结构，在将盖梁结构分阶段预制时，每两节之间的现浇段以1.5m 的预留距离为最佳。在实际安装时，通过在盖梁外侧的端部设置临时支承，保证桥梁结构的稳定性；在两节盖梁结构完成安装后，再进行现浇段以及预应力的张拉施工。

2.4 分三节预制安装

分三节预制安装方案是最能体现装配式施工以及预制拼装施工特点和优势的安装方案，这种安装方案主要是通过将整体的盖梁结构划分为三个预制吊装节段以及两道拼接缝，将每节盖梁的重量控制在150t 之内，进而保证预制安装的质量和稳定性。另外，在拼接缝和节段的盖梁拼接面应用环氧胶，以牛腿式进行垂直接缝，能够有效降低安装的施工难度，加快施工进度[2]。

3 桥梁预制拼装盖梁结构设计与施工研究

不同的盖梁预制安装方案是依据不同的盖梁结构设计进行的，为了使桥梁盖梁的安装质量满足桥梁工程的质量要求，在应用装配式施工技术时，相关工作人员需要事先对桥梁的盖梁结构进行设计，选择适宜的预制拼装方案。在对桥梁预制拼装盖梁结构设计与施工进行分析时，主要可以从以下几个方面来入手：

3.1 桥梁预制拼装盖梁结构设计

盖梁结构本身在桥梁中起到支承、分布和传递上部结构的作用，因此在对盖梁结构进行设计之前，相关工作人员首先要明确桥梁工程的主线桥面标准宽度、桥梁荷载级别、上下部结构组成等内容，在了解桥梁工程的大概情况之后，再对桥梁的墩柱进行分析，明确桥墩立柱截面尺寸、均高、盖梁在道路中心线处的高度、横向顺向桥宽以及盖梁的总体重量。

盖梁结构的质量和稳定性会受到施工后的预应力张拉施工的影响，因此在设计桥梁盖梁结构时，工作人员还要考虑到用于桥梁浇筑的混凝土强度等级，并仔细检查预应力钢束的规格；另外，在盖梁结构预应力施工时，需要注意以“对称张拉、先长束、后短束”的原则进行张拉。当接缝中的混凝土强度以及弹性模量等数据都能够达到100%之后，先完成第一批钢束的张拉，第二次张拉则需要在钢梁完成架设之后。

由于现阶段应用于桥梁工程的起重机的最大起吊质量大多控制在160t 左右，因此在选择盖梁结构的预制安装时，大多采用阶段划分的拼装方案。在完成盖梁结构的设计施工之后，将盖梁结构以横向分段的形式在预制厂进行预制，将预制结构运输到施工现场后，大多采用湿接缝的方式来完成盖梁结构节段间的连接。

3.2 有限元模型

依据桥梁盖梁结构的设计原理，在对实际的盖梁结构进行设计时，由于受到不同施工现场以及桥梁工程施工要求的影响，在结构的具体数据信息方案会存在一定的差别。此外，通常采用有限元模型的方式来对盖梁结构中混凝土构件的受力情况进行分析，在这个过程中，为了保证模拟受力情况的真实性，需要在有限元模型中建设盖梁、立柱、桩基础等盖梁的具体结构组成部分。

在建设桥梁盖梁结构的有限元模型时，最重要的就是在保证遵循《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）的前提下对盖梁结构进行建模。在建模之后，不仅要考虑到加载的永久作用范围，还要依据实际的施工顺序对模型中的施工工况进行合理划分。应用有限元模型的盖梁结构加载的永久作用，以一期恒载、二期铺装荷载以及混凝土的收缩徐变作用为主，实际的施工顺序主要以桥梁墩柱施工、盖梁吊装、湿接缝施工、张拉钢束、架设上部钢梁、张拉钢束以及桥面的整体施工为主。

3.3 结果分析

在建立好桥梁盖梁结构的有限元模型之后，就要对建模的计算结果进行分析，用于桥梁盖梁结构的计算项目，其主要包括以下几个方面。

3.3.1 施工阶段应力验算

施工阶段的应力验算，主要体现在从张拉第一批钢束到整个桥面施工的过程。

在依据有限元模型得出正应力的计算结果之后，一方面要依据公路混凝土设计规范中有关预应力的标准，对法向应力的标准进行计算，另一方面也要将计算结果与得到的标准结果进行比较，用以保证盖梁结构在实际施工中能够满足质量和稳定性的要求。

3.3.2 使用阶段应力验算

使用阶段的应力验算，主要是为了保证在桥梁工程使用之后盖梁结构能够承受的应力大小以及是否会对盖梁结构和桥面的质量产生比较严重的影响。在对此阶段的应力进行验算时，主要需要将有限元模型中盖梁的正截面法向应力、斜截面的主压应力变化结果提取出来，并依据相关的法律法规文件标准，将理论上盖梁正截面混凝土的压应力以及斜截面混凝土的主压应力的标准计算出来。以表1应用的盖梁结构为例，这种盖梁在使用阶段的法向应力以15.81MPa 为最大标准，在经过计算之后可以得知，这一标准比规范的16.2MPa 要小；这种盖梁的最大斜截面主压应力也以15.81MPa 为标准，而规范的标准是19.44MPa，这也比规定的范围要小。因此，依据有限元模型可以得知，该盖梁结构的设计在压应力方面符合实际的盖梁结构施工标准。

3.3.3 持久状况抗裂验算

在进行盖梁结构的持久状况抗裂验算时，需要在有限元模型中结合盖梁结构在短期效应以及长期效应组合的情况下进行计算，并依据计算结果对混凝土的拉应力分别在短期效应以及长期效应中的标准进行计算。在进行盖梁结构的持久状况抗裂验算时，盖梁结构能够符合压应力的标准要求，大多是由于盖梁结构在短期效应与长期效应的组合下并没有出现拉应力，而且长期效应下也不会出现拉应力，因此盖梁结构大多只需要对短期效应中出现的拉应力进行计算，判断其是否满足要求，就可以实现对盖梁结构持久状况的计算。

3.3.4 持久状况承载能力验算

承载能力是桥梁盖梁结构最需要满足的性能要求，在进行盖梁结构的持久状况承载能力验算时，最主要的是在长期效应的条件下，对盖梁结构的弯矩、剪力效应以及抗力进行提取和验算。整个验算的方法和标准，要完全按照公路混凝土的设计规范来进行，以此满足实际的桥梁工程设计要求。

在对桥梁盖梁结构设计和施工进行分析之后可以得知，随着科学技术的不断发展，现阶段应用于我国城市桥梁工程的施工类型以高架桥梁为主。基于装配式施工技术的要求以及桥面的宽度要求，在对桥梁的盖梁结构进行施工设计时，首先需要采用横向分段的方式来完成盖梁结构的预制拼装，而在选择实际的预制安装方案时，则需要在结合施工现场的环境之后，具体选择分两节还是分三节进行预制安装；其次，在对盖梁结构进行设计时，应用有限元模型能够对盖梁结构在施工和使用阶段承受的应力是否满足盖梁结构的承载要求进行验算，这对保证盖梁结构的质量具有重要的作用。