我公司新獲一項(xiàng)專利授權(quán) 近日，我公司研發(fā)中心牽頭與陜西省西咸新區(qū)涇河新城開發(fā)建設(shè)有限公司聯(lián)合申報(bào)的國家發(fā)明專利《一種功能分區(qū)設(shè)計(jì)的部分敞口鋼箱梁及其施工工藝》獲得授權(quán)。
該專利公開了一種根據(jù)受力和施工多種需求進(jìn)行功能分區(qū)設(shè)計(jì)的新型部分敞口鋼梁設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。該鋼梁技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
一、力學(xué)性能優(yōu)越，構(gòu)造適應(yīng)性強(qiáng)
（一）受力性能優(yōu)越
根據(jù)受力和施工需要，結(jié)合功能分區(qū)理念，對鋼梁的閉口部分和敞口部分進(jìn)行合理調(diào)配。
一種功能分區(qū)設(shè)計(jì)的部分敞口鋼梁示意圖
上圖中“①”為主梁核心受力構(gòu)件，用于確保主梁的最低抗彎、抗扭能力，構(gòu)造設(shè)計(jì)為封閉箱。其寬度和高度（即梁等高或是否變高）根據(jù)主梁全寬、跨度、懸臂寬度要求等關(guān)鍵參數(shù)及箱室內(nèi)部的施工條件等因素綜合確定。必要時(shí)，可在根部受壓區(qū)設(shè)置內(nèi)部橫隔板加密段或鋼-混組合結(jié)構(gòu)板。
閉口部分受壓區(qū)底板頂面鋼-混組合板示意圖
實(shí)際上，“①”部分亦可與支點(diǎn)橫梁“④”共同作為鋼梁分步施工時(shí)控制梁體整體穩(wěn)定性的框架，這種框架式構(gòu)造，可大大提高施工吊裝單元尺度，顯著提高施工效率。
支點(diǎn)橫梁“④”同樣采用封閉箱式，既可與“①”組成抗彎、抗扭能力較強(qiáng)的平面框架體系，同時(shí)其內(nèi)部可灌注混凝土，一方面確保“④”與橋墩蓋梁“⑤”之間的支座不至于脫空，另一方面可簡化“④”內(nèi)部支座加勁肋設(shè)計(jì)，優(yōu)化施工條件，避免與支座螺栓沖突。
“②”為鋼梁中部敞口部分，該部分主要是承擔(dān)和傳遞橋面荷載，同時(shí)作為橋面鋼筋混凝土澆筑層的澆筑底模并與其形成鋼-混組合橋面。其下設(shè)置的橫隔板或橫梁，亦是其主要傳力構(gòu)件，其與“①”的連接，視敞口部分的跨度和梁整體的抗扭需求，設(shè)置不同的圓倒角和橫隔板高度。其下部隔板或橫梁的縱橋向設(shè)置密度，視鋼梁剪力滯的程度確定，必要時(shí)在支點(diǎn)附近設(shè)置加密段。
“③”為懸臂敞口部分。與常規(guī)鋼箱梁懸臂一般采用閉口截面不同，該部分設(shè)計(jì)為U形連續(xù)敞口（每個(gè)橫隔板節(jié)間都敞口）。
敞口懸臂部分示意圖
構(gòu)造上，懸臂高度從端部向根部以多次曲線模式逐漸加大，更加符合懸臂受力模式。從施工角度看，該構(gòu)造有效避免了常規(guī)鋼箱梁施工過程中由于懸臂底部封閉區(qū)間狹小而帶來的施工難度和弊端，大大提高施工焊接可靠度和人性化程度。
（二）構(gòu)造適應(yīng)性強(qiáng)
在城市高架或立交橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，變寬梁及分叉梁等異形梁一直都是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，當(dāng)橋下管線或地下構(gòu)筑物導(dǎo)致跨度較大時(shí)，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)不再經(jīng)濟(jì)。在這種情況下，常規(guī)閉口鋼箱梁箱室寬度變化導(dǎo)致腹板布置復(fù)雜，無法進(jìn)入施工的“死角”較多，導(dǎo)致施工質(zhì)量無法保證。采用分區(qū)設(shè)計(jì)的部分敞口鋼梁則不存在這個(gè)問題：一般情況下，我們可以保持閉口箱室寬度不變，變寬的只是中部敞口部分，這一部分沒有底板，焊接非常方便。
在西安市西延路立交青龍路口“變寬+分叉”聯(lián)的頂板平面圖和底板平面圖中，右側(cè)最后一跨橋面分為中部主線和兩側(cè)匝道，匝道和主線前者上升，后者落地，高程上“分道揚(yáng)鑣”，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
a 變寬、分叉鋼梁頂板平面圖
b 變寬、分叉鋼梁底板平面圖
從底板平面圖可以看出，閉口箱室寬度始終保持不變，邊寬和右側(cè)最后一跨發(fā)生高度上切割分離的是中部或者懸臂敞口部分，設(shè)計(jì)和施工難度大幅度降低。實(shí)際上由于跨度較大，閉口箱室底部還設(shè)置了梁底曲線變高。閉口箱室等寬設(shè)計(jì)有效避免了變寬、變高同時(shí)存在帶來的內(nèi)部構(gòu)件加工困難的問題。下圖為建成后實(shí)景。
變寬分叉鋼梁建成效果
二、節(jié)約用鋼量
該技術(shù)去掉了常規(guī)閉口鋼箱梁中受力較小的板件，并通過鋼-混組合橋面板減小了跨中受壓區(qū)段頂鋼板厚度，箱室內(nèi)部受壓區(qū)亦設(shè)置了隔板加密或鋼-混組合加強(qiáng)區(qū)，因此采用該技術(shù)設(shè)計(jì)的城-A級荷載下30~60m跨度區(qū)間的鋼梁每平米用鋼量一般位于400kg/m2左右，我公司最低設(shè)計(jì)記錄為389kg/ m2（跨度40m）。這對于節(jié)約城市鋼結(jié)構(gòu)橋梁的投資，具有跨越性的意義，這一用鋼量較城市高架常規(guī)鋼箱梁可降低15%-30%，且橋梁越寬，變寬、異形程度越高，節(jié)約越大。
常規(guī)全斷面閉口鋼箱梁示意圖
三、施工便捷，工法兼容性、人性化程度更高
（一）吊裝單元更輕
功能分區(qū)設(shè)計(jì)的鋼梁由于每平米用鋼量下降，因此一個(gè)吊裝單元的重量更輕，也可以說在吊裝重量不變的情況下，吊裝單元的尺度可以更大，施工速度相應(yīng)顯著提高。同時(shí)，由于其閉口構(gòu)件可以先期吊裝并形成較為穩(wěn)定的體系，在分步吊裝的情況下，其吊裝單元可以進(jìn)一步加長，以達(dá)到減少支架、縮減施工措施費(fèi)用、加快施工速度的目的。下圖所示為該鋼梁在西咸新區(qū)涇河新城正陽大道南延伸橋梁上的成功吊裝經(jīng)驗(yàn)：該項(xiàng)目主梁寬17.75m，如采用傳統(tǒng)橫、縱分塊方式組拼則需要大量支架，現(xiàn)采 用功能分區(qū)設(shè)計(jì)的部分敞口鋼梁后，先期吊裝閉口部分箱室，不僅運(yùn)輸問題得到解決，同時(shí)吊裝長度達(dá)到18m以上，每跨40m中部僅需設(shè)置不多于2處支架，大大節(jié)約了支架措施費(fèi)用，極大提高了施工速度。
正陽大道南延伸橋梁工程鋼梁吊裝
（二）頂推等其他工法的兼容性更高
部分敞口鋼梁較常規(guī)鋼箱梁的自重更輕，敞口部分可分期施工，具備更大靈活性。下圖為該技術(shù)鋼梁在西安市建工路施工架設(shè)時(shí)，為保護(hù)橋下綠化帶而進(jìn)行的長達(dá)1.1km的長距離頂推。
西安市建工路部分敞口鋼梁長距離頂推施工
下圖為該技術(shù)鋼梁在西安市西延路立交項(xiàng)目中，為避免對相交道路的交通干擾而進(jìn)行的移動支架頂推法，該方案的實(shí)施，將 常規(guī)滿堂支架吊裝對路口交通的封閉時(shí)間，從20天縮短到了2天。
西安市西延路立交部分敞口鋼梁移動支架頂推施工
（三）施工人性化程度更高
在懸臂和梁中部特別是形狀不規(guī)則的箱室位置設(shè)計(jì)為敞口截面，對焊接施工具有較大好處。
四、造型美觀，有利于形成城市高架整體風(fēng)格
功能分區(qū)設(shè)計(jì)的敞口鋼梁自2013年研發(fā)問世以來，以其優(yōu)美的外形和各項(xiàng)優(yōu)勢迅速獲得了廣泛的應(yīng)用，總應(yīng)用鋼量達(dá)數(shù)十萬噸，對西安市鋼結(jié)構(gòu)橋梁的整體風(fēng)格形成，做出了較大貢獻(xiàn)。
陜西省西咸新區(qū)涇河新城正陽大道南延伸橋梁工程
2016-2019年逐步應(yīng)用于西安市二環(huán)改造西南二環(huán)立交、西延路立交等多個(gè)城市立交項(xiàng)目中。
西安市西南二環(huán)立交昆明路高架段（在建）
西安市西延路立交工程（已建成）
西安市建工路高架（已建成）
我公司將秉承持續(xù)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念，在打造西安特色市政橋梁工程風(fēng)格體系上做出更大的貢獻(xiàn)。
（研發(fā)中心）
