摘要：具有外扩横梁的曲线连续钢箱梁特别适合线路平曲线半径小、跨越有设墩限制的路口。钢箱梁具有抗扭刚度大、受力性能好、结构自重轻、加工方便、施工期短等优点，尤其适用于跨度较大的外扩横梁结构。
关键词：外扩横梁；曲线连续钢箱梁；设计应用
钢箱梁跨越能力强，自重相对较轻，特别是安装时可不搭设大面积的支顶架或局部只需搭设临时支墩，占地面积较小，可以施工和交通同时进行，有利于交通的疏解，故钢箱梁的使用具有广泛的前景。
一、外扩横梁曲线连续钢箱梁的设计
1.结构受力分析。建立连续钢箱梁第一体系整体计算模型，主梁、横梁截面采用钢板厚度中线构成线框架，分别赋予不同板件厚度进行模拟。截面顶底板纵向加劲肋，其余加劲肋及横隔板等效为荷载施加于相应位置。具有外扩横梁的钢箱梁受力具有在复杂应力状态下工作的特点：主梁中支点处，顶板在主梁方向受拉，横梁方向受压；底板在主梁方向受压，横梁方向受拉，“主力+附加力”组合钢箱梁顶板、底板正应力。设计中应考虑主梁的弯、剪、扭组合应力。需要注意的是外扩横梁基本没有扭矩。对于带外扩横梁的钢箱梁，不仅主梁需要设置预拱度，外扩横梁也应设置预拱度。总变形为主梁变形和横梁变形的叠加。由于存在较长的外扩横梁，因此导致结构刚度大大降低。为满足梁体竖向挠度不大于L/1500的要求，应尽可能增大外扩横梁的梁高。
2.支座反力分析。由于连续曲线钢箱梁有扭转效应，因此在双支座支点处会产生不均匀反力；另外，钢结构自重较轻，活载在总荷载中的比例就显得较大。连续梁边墩支座在恒载作用下的预压力一般不大，两者叠加，甚至会出现负反力。设计中需特别注意上拔力的计算。在无梁端压重的情况下，边墩预压力较小，甚至会产生负反力，梁端需设置压重，避免出现支座脱空。考虑到安全储备，采用抗震球钢支座。该支座具有抗拉结构。此外，弯钢箱梁桥同一墩号处横向两个支座反力不均匀，尤其是具有外扩横梁的中墩，外扩横梁支点反力差异很大。双支座吨位选取时需要特别注意。外扩横梁支座横桥向支座位移量取值需进行计算。需要指出的是，虽然支座反力不均匀，但由于具有外扩横梁，因此该钢箱梁仍具有很好的抗倾覆能力。
3.结构整体稳定及局部稳定。采用特征值屈曲理论对结构进行稳定性分析。主桥结构在恒载、“恒载+活载”满布工况下，表明外扩横梁的结构具有很好的整体稳定性。对于局部稳定，需着重考虑在主梁顶底板、横梁顶板、主梁腹板以及支座处加劲肋。需要注意的是：在外扩横梁与主梁交叉顶板处，横梁加劲肋必须贯通；在相应的底板处，主梁加劲肋也必须贯通。
4.钢结构疲劳的考虑。为有效确保桥面板疲劳寿命，设计中采用了以下几项措施：1）桥面板板厚取14mm，顶板T型纵肋板板厚取16mm，板式纵肋板板厚取14mm。2）桥面板在有轨电车轮载影响范围内采用T型加劲肋，轮载影响范围外采用板肋。纵肋和横隔板交叉部位，应要求纵肋连续。该工程中，有轨电车轮载固定在主梁横断面内，且混凝土道床对荷载有分散作用，所以，相比较公路桥梁，桥面板的疲劳问题略小。
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5.钢箱梁安装总体方案。具有外扩横梁的钢箱梁分段划分需综合考虑结构受力、曲线外形、外扩横梁、运输条件和吊装自重等因素。钢箱梁总计用钢量约为538t。钢箱梁架设时，分段底部设置临时支架，支架下部铺设2m×6m的路基箱，支架底部与路基箱固结。中跨横梁采用350t汽车吊单机吊装，纵梁采用220t汽车吊单机吊装。钢结构出厂前进行预拼装，现场正式吊装前进行预吊。由于主梁纵向已剖开，闭口构件变为开口构件，降低了结构刚度，在吊装运输之前需沿剖切面设置桁架式加固斜撑，待箱梁架设焊接完成后再割除。小半径弯梁吊装过程中有倾覆风险，需采取抗倾覆措施。架设时主要通过设置支架，采用增加结构临时支点的方式防止架设过程中的倾覆风险。
二、具有外扩横梁曲线连续钢箱梁应用
1.箱梁的受力特性与跨径、宽跨比、抗弯刚度、抗扭刚度、抗翘曲刚度及支承形式等因素有关且横断面形式不断变化，不能按常规的薄壁箱梁空间梁单元进行计算，应采用其它的空间计算模型。对此，目前代表性的有限元分析方法有空间梁格法、折板法、板壳元法等，就该工程的特点，采用了考虑具体施工过程的空间梁格法进行主要构件设计。而对梁格法中不能考虑的局部效应问题，以及超常规宽跨比箱梁最为显著的剪滞、翘曲及畸变问题，则采用了板壳单元进行分析。通常钢结构设计中，钢梁自重占全部荷载的比例相对于钢筋混凝土结构来说不大，且没有收缩、徐变等时效问题，一般可不考虑施工过程的影响。
2.箱梁的安装及尺寸调整。利用箱梁底板下部自制千斤来调整箱梁的标高，底板左右的螺旋千斤顶调整箱梁的轴线位置，同时具有固定箱梁稳定的功能。箱梁吊装前，在单箱室和横梁的两腹板间顶、底板上分别划出中心线。即控制标高和轴线位置点。首先吊装箱梁左箱室单元体，使箱梁两端置于四个自制螺旋支顶的滚珠上，如有滚珠与箱梁板接触不到，调整支顶的行程，使支顶滚珠接触到箱梁的底板。两侧用螺旋千斤顶锁定底板，箱梁顶板上利用导链葫芦与横梁连接，锁紧，则三个方向的自由度得以控制，利用临时支墩上的微调装置来调整./箱室的标高和轴线；箱梁顶板上的导链葫芦和箱体内部底板上的千斤顶来调节./箱室的前后位置。调节方法为：在腹板的上平面位置（顶板上）按设计图纸标出各部位标高的对应点，利用水平仪测量各点的实际标高，通过自制千斤顶上、下行程的调节，使箱室的标高符合设计要求。通过微调装置两侧千斤顶，调整箱梁的横向位置，使用箱梁顶、底板上纵向中心线与横梁中心线吻合，利用全站仪进行观测。利用箱梁顶板上的导链葫芦、内部的千斤顶调整箱梁的纵向尺寸，纵向尺寸的控制方法：以横梁内部的横隔板为基准，量取至箱梁横隔板的距离，使其符合设计图纸尺寸要求。经过前面三个步骤的调整，重新复核箱体各部尺寸情况，一般情况下调整一个方位的尺寸会影响其它二个方位的尺寸的步骤予以精确调整到位左箱室尺寸调整到位后，在箱梁底板和贝雷架之间焊接临时支撑，把左箱室固定起来，拆除微调装置。
3.预应力施工及压浆。所有预应力束都应在箱梁混凝土强度达到设计强度的90%以上，且混凝土龄期达到5d后方可进行张拉，且采用张拉应力与钢束延伸量进行双控;纵向预应力钢束在纵向必须两端同步张拉，在箱梁横截面应保证两边对称张拉;张拉预应力钢束时应在初张力状态下注出标记，以便直接测定各钢绞线的引伸量，精轧螺纹粗钢筋不允许有断丝或滑移。张拉完毕后，用切割机切除多余钢绞线或精轧螺纹钢，对锚具采用高强度等级砂浆进行封闭。压浆应在张拉完毕后立即进行，压浆前采用空压机压缩空气进行清孔，清除孔内杂物。其中水泥浆应严格控制水灰比，为保证压浆强度掺入适量减水剂。纵向、竖向预应力管道采用真空压浆法进行压浆，横向预应力管道采取普通方法进行压浆。如发现孔道堵塞，必须改由另一端进浆补压;压浆应先压下面孔道，后压上面孔道;水泥浆必须通过细筛后进入压浆机，且要不停地搅动水泥浆。压浆后立即将梁端水泥浆冲洗干净，同时清除支承垫板、锚具及端部混凝土表面的污垢，并凿毛。待水泥浆达到终凝后，按设计要求绑扎端部钢筋网，固定封端模板。封锚混凝土的配合比及强度要求应与梁体混凝土相同，且必须振捣密实。混凝土初凝后，应及时拆模浇水养护。
具有外扩横梁的曲线连续钢箱梁，不仅主梁需要设置预拱度，外扩横梁也需设置预拱度。总的预拱度高度是两者的叠加。
参考文献
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论文作者:丁亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/27
标签：横梁论文; 支座论文; 底板论文; 纵向论文; 结构论文; 标高论文; 水泥浆论文; 《建筑学研究前沿》2018年第27期论文;