摘要：装配式组合钢箱梁结构是一种全新的桥梁结构，其本身具有施工周期短、施工成本低、承载能力强等多种优点，不仅满足了人们对桥梁工程施工质量的要求，而且减少了材料使用，减轻了对周围环境的污染。因此，相关工作者应深入研究装配式组合钢箱梁结构，在各类公路桥梁以及跨线桥工程中积极推广和应用该项技术，推动桥梁工程的可持续发展。
关键词：装配式组合钢箱梁；桥梁工程；应用
1装配式组合钢箱梁的组成
相比较传统的预应力钢筋混凝土箱梁结构，装配式组合钢箱梁是由一个个单独的钢箱组合而成，并利用波形钢腹板以及预应力技术，将叠合单元组成一个钢－混凝土叠合梁。在桥梁工程当中，箱梁的顶板和底板均采用聚合物纤维水泥混凝土浇筑而成，而其腹板则采用波形钢腹板结构。同时将预应力设置在底板中，并在顶板中加入桥面抗剪筋，并采用聚合物界面连接喷涂胶实现钢板与混凝土的有机结合，大大提高了装配式组合钢箱梁的承载能力，解决了传统桥梁施工中出现的腹板开裂、承载力不足等问题。
2装配式组合钢箱梁结构的应用特点
2.1主材的选择
本工程在进行在桥梁的主体材料选择时，采用了耐候钢卷板材料。相比较普通的钢材，耐候钢卷板材料在潮湿的环境下，其表面会形成一层由铜、铬等元素所组成的安定锈层，该锈层的出现有效的抵挡了水汽以及有害离子对耐候钢卷板材料的侵蚀，因此在施工过程中无需对其进行防腐涂装，有效的减少了因为防腐漆的使用所造成的环境污染问题，同时还有效的降低了桥梁后期的维护保养费用支出。
2.2解决了传统预应力钢筋混凝土箱梁的质量问题
传统的预应力钢筋混凝土箱梁本身的自重较大，很容易出现腹板开裂等质量问题。而本工程采用的装配式组合钢箱梁结构，腹板采用了波形钢腹板结构，有效的解决了传统箱梁结构自重大、承载力、腹板开裂以及下挠严重等问题。在实际建设过程中，结合不同桥梁工程的不同桥面宽度要求，可以通过横向增加钢箱叠合梁的方式，满足其横向结构需求。
2.3桥梁结构的自动化流水线生产
本工程在进行桥梁建设过程中，还通过采用波形钢板连续式模压成型设备、大型构件翻转设备以及智能定位焊接技术等，实现了整个桥梁结构的自动化生产。不仅有效的减少了工程量，降低了相关工人的劳动强度，而且减弱了人为操作对桥梁构件的质量影响，提高了整个工程的施工效率，缩短了施工周期。同时采用连续式模压成型设备还确保本桥梁的腹板部分在竖向方向，无需设置焊缝，大大提高了腹板本身的承载能力和抗剪性能。
2.4结构本身的传力途径更清晰
在装配式组合钢箱梁结构当中，腹板主要承受剪力，而底板采用预应力混凝土结构，桥面采用钢－聚合物混凝土结构，主要起到抗弯的作用，大幅度的提高了整个桥梁承载能力。而且整个桥梁的受力完全符合平截面假定原则，传力途径十分清晰和明确。以本工程的试验结果为例，基于公路I级荷载的背景下，桥梁的跨中挠度约为11.8mm，远低于规定要求的50mm挠度值。当荷载逐步增大到505t时，桥梁的跨中挠度逐渐上升至167mm，通过对桥梁进行观察，波形钢腹板本身未出现屈曲现象，桥面板的混凝土也未出现开裂压碎问题，虽然底板已经呈现一定的屈曲现象，但当荷载卸除后，挠度逐渐恢复，充分说明了采用装配式组合钢箱梁结构可以有效的提高桥梁的承载力，且桥梁本身不会出现脆性破坏等问题。
3钢箱-混凝土组合梁的施工方法
3.1常规施工技术
钢箱-混凝土组合梁桥常规的施工技术，普遍采用钢箱梁与桥面板分步进行的方式，将钢箱梁先架设到位，再以钢箱梁为支撑平台，进行混凝土桥面板的现浇或预制铺设作业。这种施工技术，由于钢梁自重较轻，对构件运输、吊装或顶推作业所需要的机具设备与临时措施的要求较低。钢箱梁在现场的架设有吊装法、顶推法等。一般对于陆上有通行运输条件的中小跨度桥梁，采用吊装施工法；跨越山谷、河流的桥梁一般采用顶推法施工；当河面太宽不适宜采用顶推法时，也可采用水上吊机架设钢箱梁。
3.2顶推施工法
顶推法施工主梁的构思，来源于钢桥架设中普遍采用的纵向拖拉法。自1959年在奥地利Ager桥成功应用以来，随着施工技术的发展和材料的进步，顶推法施工已在世界各国得到了广泛的应用。1963年，顶推法在委内瑞拉主跨为96m的卡罗尼河桥得到应用，并首次使用了钢导梁和临时墩，被认为是第一座真正意义上采用顶推法施工的桥梁。此后，顶推施工法相继应用到日本和欧洲国家的多座桥梁上，其中最大跨径桥梁是主跨168m的前联邦德国的Worth桥；南非象河铁路桥（全长1035m）、德国的Aichtai桥（1161m）和瑞士捷拉东斯桥（1370m）均是顶推长度超1000m的大型桥梁；2003年底建成通车的墨西哥ChiaPas桥的架设创造了顶推法施工桥梁的新纪录，2004年竣工的法国米约大桥，采用多点柔性正交顶推法双向顶推施工，顶推跨度达到171m，代表了世界顶推桥梁施工技术的先进水平。顶推法早期在混凝土梁桥上应用的较多，着顶推施工技术和有限元仿真技术的发展，顶推法也越来越多地应用在大跨度钢箱梁桥中。
采用顶推施工法施工的主梁，受力情况要比其他施工方法复杂，在梁体不断的顶推循环过程中，结构体系都在不断地发生变化，超静定的次数由低向高不断发展，最终形成运营阶段的受力状态，因此，有必要对顶推全过程的每个工况都进行详细的受力分析。邵厚坤等在国内最早开展关于顶推法施工过程中梁体受力分析的研究工作，对传统弯矩分配法进行改进，推导出“定点比－弯矩分配综合法”，确定出主梁各截面的弯矩、剪力以及支反力的影响线。刘树爱较早地开展了顶推施工阶段内力分析的研究，建立了符合工程实际的主梁简化模型，并对顶推过程中梁体主要截面的内力变化进行了详细的计算分析。
4装配式组合钢箱梁结构的应用对比分析
4.1经济方面
根据30m的装配式组合钢箱梁与传统的小箱梁材料用量情况来看，通过数据分析发现，采用装配式组合钢箱梁结构在钢筋材料用量方面可以降低50%；可以节约60%的混凝土用量。以本工程为例，若采用传统的预应力混凝土箱梁结构，需要采用25+2×32+25m的预应力混凝土箱梁，而采用装配式组合钢箱梁结构，桥梁的上部结构替换为25+2×32+25m的拼装波形钢腹板组合梁。两者的整体施工预算如表1所示。由此可见从整体上而言，选用装配式组合钢箱梁的施工成本更低。
表1传统预应力混凝土箱梁结构与装配式组合钢箱梁结构经济对比表
4.2施工进度
若按照传统的预应力混凝土箱梁结构进行施工，整个工期预计需要90天的时间。而采用装配式组合钢箱梁结构，无需进行满堂支架的搭设、浇筑养生、预压等施工工序，预计整个工期只需要48天就可以完成，可以为工程节约50%以上的人工费用和设备租赁费用支出。
结束语
传统的预应力钢筋混凝土桥梁结构，本身施工流程复杂，结构本身的承载力较差，且可循环利用价值较低，不符合当前节能环保的社会发展理念。以某市某桥梁工程为例，研究分析了装配式组合钢箱梁在桥梁工程中的应用具有重要的现实意义。
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论文作者:杨海昌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/21
标签：组合论文; 腹板论文; 桥梁论文; 结构论文; 预应力论文; 混凝土论文; 波形论文; 《建筑学研究前沿》2019年9期论文;