12 任明飞 波形钢腹板pc组合梁顶推设计技术暨国内第一座波形钢腹板顶推箱梁--郑州常庄水库桥设计.pdf

波形钢腹板PC组合梁顶推设计技术 暨国内第一座波形钢腹板顶推箱梁 --郑州常庄水库桥设计介绍 任明飞 二〇一四年九月 郑州 目录 波形钢腹板组合箱梁顶推技术背景 郑州常庄水库干渠桥设计 波形钢腹板组合箱梁顶推设计的几个关键问题 结语 致谢 一、波形钢腹板组合箱梁顶推技术背景 在遇到高墩、深谷、不可中断的桥下交通线、桥下难于拆迁的建筑物等复杂地形条件 限制时，使用顶推法从空中完成跨越作业，无疑是一种理想的方法。它可以在桥头固定场 所设置预制台座逐段预制，然后使用千斤顶纵向顶推，使梁体通过各墩顶的临时滑动支座 面最终就位，由于作业场所限定在一定范围内，减少了材料的运输和劳动强度，施工设备 也相对简单，具有其他施工方法无可比拟的优点。 长期以来，预应力混凝土箱梁是顶推梁上部结构的主流结构形式。但由于混凝土梁存 在自重大、抗剪和抗拉应力低、需要为施工专门配置临时预应力钢束等固有缺陷，预应力 混凝土顶推梁的发展一直受到局限，如其跨径局限在40~60m 之间，同时顶推梁的用料指标 较支架现浇、移动模架高。 一、波形钢腹板组合箱梁顶推技术背景 波形钢腹板组合结构应用于顶推梁上部结构将弥补预应力混凝土结构的上述缺陷，主要 表现在以下几个方面： 波形钢腹板组合箱梁以高强度波形钢腹板代替混凝土箱梁中最薄弱的部位 混凝土腹板， 波折钢腹板将解决了混凝土腹板抗剪、抗主拉性能低的缺点，混凝土的使用量可以减低约 15%~25% ，箱梁自重得到减轻，降低了顶推施工的难度，减少下部结构的造价； 波形钢腹板其固有的“手风琴效应”, 降低了箱梁的轴向刚度，顶底板的预应力效率得到 有效发挥，预应力钢束指标将会降低。 该结构可以使用体内和体外预应力的混合配束方式，设计时可以根据结构构造和受力特 点灵活调整两者的预应力钢束配置比例。 由于顶推梁施工阶段的弯矩包络与成桥状态有较大的差异，因此需要配置临时的施工预 应力钢束以保证梁体在正负弯矩交替作用下的安全性，该结构可以使用拆换方便的永久体 外预应力钢束当做临时体外预应力钢束，施工时不再需要针对施工阶段额外增加临时钢束 用量，避免了预应力混凝土结构中临时预应力钢束的浪费。 腹板重量的减轻使上部结构轻型化，不仅免除了腹板钢筋的绑扎、模板、腹板束等工序， 还降低了顶推施工的难度，减少了下构和基础的造价。 一、波形钢腹板组合箱梁顶推技术背景 目前在法国、日本、韩国均有使用波折钢腹板PC 组合箱配合顶推法施工的成功先例，尤其在 日本，先后使用该技术修建了银山御兴桥、岛崎川桥、桂岛高架桥等多座桥梁。 “他山之石， 可以攻玉”，首先先简要介绍一下国外的工程案例及技术概况： 1 、法国Mau‘pre高架桥 该桥于1987年建成，采用波形 钢腹板7跨连续梁桥，总长325m ， 最大跨度53.55m ，桥面宽度10.75m ， 梁高3.0m ，桥面板厚20cm ，波形 钢腹板上缘设288 ×10mm的连续 钢板，使用角钢连接件于桥面板 结合。该桥于其他的波形钢腹板 箱梁桥最大的不同是使用钢管混 凝土杆件来代替混凝土底板，与 倾斜45度的两块波形钢腹板及其 混凝土顶板形成三角形断面，从 而上部结构重量得到大幅度降低。 一、波形钢腹板组合箱梁顶推技术背景 1 、法国Mau‘pre高架桥 该桥使用顶推法施工，是 世界上波形钢腹板顶推梁的开 山之作。不仅技术含量很高 （采用波形钢腹板及其将钢管 混凝土作为梁杆件使用，既能 受压又能受拉，正负弯矩均能 适应），而且包括桥墩在内的 整体造型美观，设计新颖。 如图所示，本桥三角断面的 顶推施工设计构思巧妙，其在 墩顶设置了钢构架，滑道设置 于图示支撑处。对施工设计的 水平及施工质量的要求也很高。 一、波形钢腹板组合箱梁顶推技术背景 2 、北海道岛崎川桥 该桥是北海道纵向线函馆名寄线段跨二级河道岛崎川桥的一座桥梁，全长554m ；采用11孔 波形钢腹板PC 组合箱梁，最大跨度56m ，桥梁全宽11.3m ，箱梁高度3.199~4.087m ，根据河道及 道路的交叉条件，桥墩高度又多在30m 以上，最终采用顶推法施工。 一、波形钢腹板组合箱梁顶推技术背景 2 、北海道岛崎川桥