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预弯组合梁施工技术
摘要：预弯组合梁是预应力混凝土梁的一种新型施工技术。预弯组合梁是利用工字钢梁的预弯回弹力对混凝土施加预应力。此项技术在北京及城市跨河桥中均属首次使用，在国内属于领先水平。
关键词：组合结构  组合梁  预弯组合梁  组合梁制造
预弯组合梁也叫钢—混凝土预弯预应力组合梁，即对工字型钢梁按要求的曲线（即腹板预拱竖曲线）制作成弯梁后，对其施加预加力，利用钢梁卸力回弹时所释放出来的恢复力对钢梁弯曲内缘翼板所浇注的一期混凝土施加预应力，达到限制混凝土开裂和提高承载力的目的。
五塔寺道路工程南长河跨河桥采用了预弯组合梁技术，在北京及城市跨河桥中尚属首次，在国内处于先进行列。
    南长河跨河桥位于五塔寺路与南长河相交处。该工程由北京市公路联络线工程有限责任公司承建，北京市市政工程设计研究总院设计，北京市市政四建设工程有限责任公司施工，北京市市政钢结构工程有限责任公司负责预弯组合梁制作。
设计荷载：
      城—B级     地震烈度为8度
    设计结构特点：
全桥为单跨简支梁，跨径33米，预弯组合梁全长32.96米，梁高1.1米，上翼缘宽1.42米，下翼缘宽0.8米（详见图示）。
      城—B级     地震烈度为8度
设计结构特点：
全桥为单跨简支梁，跨径33米，预弯组合梁全长32.96米，梁高1.1米，上翼缘宽1.42米，下翼缘宽0.8米（详见图示）。

1.预弯复合梁制作工艺
预弯复合梁制作第一步：完成工字钢梁厂内加工，同时进行加、卸载工装设计、制作。第二步：将工字钢梁成对安装、固定在加、卸载工装内，对钢梁施力，达到设计要求后将上、下工字钢梁相邻翼板用连杆锁定。钢梁加、卸荷载由液压泵站和两个同步、单作用液压缸来完成。第三步：浇注下翼板混凝土。第四步：待下翼板混凝土强度达到90%以上时，卸预加力，再浇注腹板混凝土。第五步待腹板混凝土达到强度后，吊装就位。浇注桥面板及横梁混凝土，再做桥面铺装和栏杆。
2. 预弯组合梁关键部位的制作技术
2.1加、卸载工装设计
    预弯组合梁制作首先要有能满足加、卸载及混凝土施工要求的工艺装备。
2.1.1 加、卸载工装的结构形式
         a.加、卸载方式分为两种：单梁预压、双梁预压。单梁预压钢梁预压时稳定性好，但加载工装需打地锚，施工后工装重复利用率低，施工效率低。双梁预压利用一对钢梁的预弯力之间的自平衡来降低加力架和固定架的造价，无需地面锚固设施，同时使施工效率较单梁预压提高一倍，设备可重复利用。（详见图示）

双梁预压
南长河跨河桥预弯组合梁采用了双梁预弯的加载方式。
b.双梁预弯的加、卸载工装由五部分组成：横向支撑、固定架、加力架、液压系统、翻转架。详见图示

预弯梁工装示意图
2.1.2加、卸载工装的受力分析
a设计要求
预弯组合梁设计曲线为Y=0.35-0.0013758(X-16.45)2 ; 跨中预拱度为350mm；设计预加力600kN；共两个施力点，分别位于距梁端四分之一处。
b. 设计预加力通过加力架实现对钢梁的加载。加力架的加力杆为主要受力杆件。
设计预加力由两个加力杆承担，每杆承载300kN。加力杆的承载分为两部分：螺纹部分和杆截面部分。杆截面为轴心受拉杆件；螺纹部分为松连接螺栓承受拉力。经计算杆件满足强度要求。
c. 横向支撑的截面设计
预弯梁加载时腹板局部变形产生的侧向力，使立柱截面产生弯曲变形。根据设计要求，每个横向撑杆承受的最大侧向力为2t。若两个横向撑杆间的间隔忽略不计，视为4t的集中荷载，则立柱的强度计算如下：
立柱采用工字钢I30a   面积A=61.2cm2
抗弯截面模量W=403.2（cm3）
按受弯构件计算：
[б]=M/W
立柱承受的弯距:
 M=[б]* W =1700*403.2=68544N•m
当立柱受力点位于1/4处时（立柱总高为4米），立柱承受的侧向力为：
P=68544N        可以满足受力要求
为确保结构的整体稳定性，在横向支撑的外侧加斜向支撑，使结构受力合理。
2.1.3预弯组合梁的翻转
  预弯组合梁卸栽后需移出工装，浇注腹板混凝土。由于采用了双梁预压的加载方法，倒置于上方的预弯组合梁移出工装后需进行翻转。为防止翻转过程中的震动造成混凝土开裂，翻转时使用翻转架以减少震动。（详见图示）

翻转架
 2.2 工字梁加工过程中的焊接变形控制
  由于焊接热过程的影响，焊接变形发生是不可避免的，但在施工中，可采取适当的措施，减小焊接变形。
（1）  焊接工字梁时，采用对称的施焊顺序，有利于控制弯曲变形。
（2）  焊接纵向长焊缝时采用中分、逆向分段焊和跳焊的方法，使结构整体受热均匀。
（3）  上、下翼缘板采取反变形措施，防止角变形。
（4）  工字梁在专用工装胎上施焊，采用船形焊姿，焊前用刚性固定法，将梁与工装胎紧固并加临时支撑，以达到减小焊接变形的目的。
（5）  由于工字梁上、下翼板较厚（板厚为38mm），厚板焊接易产生焊接缺陷。因此采用焊前预热，焊后热处理的工艺措施，保证焊接质量达到设计要求。
工字梁焊接过程中正确的船形焊姿、合理的焊接顺序、焊前预热、焊后热处理及设计合理的焊接工装保证了工字梁的焊接质量，使焊接变形满足设计要求。
2.3预弯梁的加载施工
工字钢梁是预弯组合梁的骨架，在加力阶段要承受很大的变形并存在较高的应力，因此要对钢梁施加试压预加力，施工前制定严格的操作规程及安全措施。
2.3.1预弯梁加载过程中的技术措施
a.预弯梁加载过程中，由于腹板的局部变形而产生侧向力，导致横向失稳变形，因此预弯梁在加载工装中安装、固定要满足加载要求；横向支撑的设计、安装具有足够的强度和刚性，用于满足侧向力导致倾覆及刚性要求。
b.加载过程中按设计要求每级50kN逐级加载，并测量挠度，以钢梁挠度值加以控制，并同时校核实际预加力。加载至设计值既600kN后保压10分钟再测量最终挠度，保证了挠度值符合设计要求。钢梁加载过程中挠度变化如图示：

c.加载过程中随时检查工装使用情况，出现问题及时处理。
d.加载结束后，用固定杆将梁固定，上、下梁间用连杆锁定，固定杆和连杆满足稳定性和强度要求。
2.4预弯梁混凝土浇注施工
2.4.1下翼缘混凝土浇注
a.下翼缘混凝土标号为C60，预拌混凝土前进行试配，以确定水灰比、强度、砂率等符合设计及规范要求。采取减小水灰比、加强养护、控制水泥用量等技术措施，减小混凝土收缩徐变。
b.浇注所用混凝土采用预拌商品混凝土，用吊车提升吊斗，经溜槽浇注。
c.浇注时，采用插入式振捣器、附着式振捣器。振捣时附着式振捣器沿梁底一端顺序移动，插入式振捣器由模板上部顺序振捣，振捣棒间距不大于30cm，振至混凝土不下沉、不冒汽泡、表面平坦、泛浆为止。
2.4.2腹板混凝土浇注
腹板混凝土标号为C45，施工难点是钢板与混凝土模板距离过小，给振捣施工带来困难，为满足狭小空间振捣要求，施工中在振捣器上加装专用装置，使振捣充分，现浇混凝土质量达到要求。
结束语
    预弯组合梁施工技术是预应力桥梁施工技术的一个进步。在南长河跨河桥的施工过程中，总结出了一套完整的预弯组合梁的施工方法，使预弯组合梁施工技术日趋成熟。