熱軋H型鋼砼組合梁施工技術(shù)研究

周韋宇

摘 要：隨著國(guó)家大力推廣鋼橋在交通建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用，不同截面形式鋼梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際項(xiàng)目當(dāng)中不斷得到了新的嘗試。我省首座上部為熱軋H型鋼組合梁橋-六官營(yíng)子橋在2019年順利完工，被省公路局列為典型示范工程。

關(guān)鍵詞：鋼砼組合梁 熱軋型鋼工藝 混凝土澆筑

1.前言

2017年興凌線小趙屯上部改建工程是我省在普通公路中小跨徑改建工程中首次使用上部結(jié)構(gòu)為鋼板梁的項(xiàng)目。I型鋼梁通過(guò)工廠化分階段焊接，現(xiàn)場(chǎng)組合拼裝，最大限度的保證了上部結(jié)構(gòu)的實(shí)體質(zhì)量，同時(shí)縮短了施工工期，取得了極好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

相比較于興凌線小趙屯橋所使用的I型鋼梁，2018年朝陽(yáng)六官營(yíng)子橋上部改建工程使用的H型鋼梁（708×304），在結(jié)構(gòu)上更加趨于合理，工廠化加工更加簡(jiǎn)便。由于是簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，H型鋼梁?jiǎn)胃L(zhǎng)度13m，自重更輕，更有利于現(xiàn)場(chǎng)吊裝。同時(shí)，H型鋼由馬鋼鋼廠直接熱軋成型避免鋼板梁在拼裝焊接出現(xiàn)桿件變型等情況出現(xiàn)，有效減少了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)力。

2.六官營(yíng)子中橋橋梁概況

六官營(yíng)子中橋位于朝陽(yáng)市喀左縣境內(nèi)凌源-興城線（S225）K45+842 處，建成于 1986 年。橋梁全長(zhǎng)為 67.2m，跨徑布置為 13.2m+3×13m+13.2m，交角為 90°。該橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為預(yù)制鋼筋混凝土無(wú)翼緣空心板，每孔 7片板。該橋上部結(jié)構(gòu)改建成H型鋼組合梁，改建后橋面凈寬 12.0m，改建后的六官營(yíng)子橋荷載等級(jí)將達(dá)到1.3 倍公路-I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.H型鋼砼組合梁結(jié)構(gòu)形式

H型鋼砼組合梁組要包括：H型鋼、鋼筋混凝土翼板、抗剪連接件。H型鋼材質(zhì)為Q345D型，截面尺寸H708×304×15×28mm。六官營(yíng)子橋鋼筋混凝土翼板為現(xiàn)澆C40補(bǔ)償收縮混凝土橋面板。

抗剪連接件由ML15剪力釘組成。

4.施工工藝

4.1 六官營(yíng)子橋總體安排

H型鋼鋼梁安裝劃分為三個(gè)階段：馬鋼熱軋H型鋼生產(chǎn)、本鋼金屬公司加工及防腐涂裝施工、大通公司現(xiàn)場(chǎng)拼裝及完成全部土建施工。

4.2 熱軋型鋼主要工藝及生產(chǎn)流程

工廠化熱軋型鋼主要特點(diǎn)：一是采用異形坯扎H型鋼提高成材率，同時(shí)減少開(kāi)坯道次，加大了生產(chǎn)進(jìn)度。二是全連續(xù)軋制，通過(guò)快速更換架機(jī)系統(tǒng)保障了軋制連續(xù)性。熱軋H型鋼生產(chǎn)流程：（1）異形連鑄坯；（2）步進(jìn)加熱爐加熱；（3）高壓水除鱗；（4）開(kāi)坯機(jī)扎制；（5）熱鋸切頭尾；（6）萬(wàn)能機(jī)粗軋機(jī)軋制；（7）鋸頭尾或定尺步進(jìn)式冷床冷卻；（8）變節(jié)距錕式矯直機(jī)矯直。

4.3 熱軋H型鋼工廠化加工

本溪鋼鐵（集團(tuán)）建設(shè)有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)六官營(yíng)子橋上部H型鋼的工廠化加工及鋼梁表面防腐涂裝的施工。

（1）切割。利用數(shù)控火焰切割對(duì)H型兩端上部翼緣進(jìn)行切割，切割長(zhǎng)度320mm，厚度28mm?；鹧媲懈詈蟮倪吘壌蚰セ蛴脵C(jī)加工法除去明顯的火焰切痕跡線。

（2）加勁肋與型鋼焊接。加勁肋與型鋼焊接采用CO2氣體保護(hù)焊形成雙面角焊縫。CO2氣體保護(hù)焊直接依靠從噴嘴連續(xù)輸送氣流，在電弧周?chē)纬删植康臍怏w保護(hù)層，使電極端部、熔滴、熔池金屬處于保護(hù)氣罩內(nèi)，使其與空氣隔絕，從而保證焊接過(guò)程穩(wěn)定，并獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的焊縫。加勁肋與型鋼采用雙面角焊縫，焊槍角度得到了嚴(yán)格控制，如果高度角過(guò)底極容易造成上部咬邊下部翻邊，過(guò)高造成焊縫單邊。所以施工時(shí)將焊槍高度角控制在40°，前后角控制在10°與15°之間，充分保證角焊縫質(zhì)量。

（3）剪力釘焊接工藝。本項(xiàng)目工廠化加工主要環(huán)節(jié)是剪力釘焊接。為滿足本項(xiàng)目實(shí)際需要，本鋼建設(shè)集團(tuán)公司購(gòu)置了最新植釘槍和焊機(jī)設(shè)備等。同時(shí)配備角向磨光機(jī)去除鋼梁表面非導(dǎo)電雜質(zhì)等。 ①噴砂除銹處理。H型鋼加工工作完成后即進(jìn)行噴砂除銹處理。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求噴砂除銹達(dá)到≥Sa2.5 級(jí)。噴砂工藝是采用壓縮空氣為動(dòng)力形成高速噴射束，將噴料等高速噴射到需處理工件表面，使工件外表面的外表發(fā)生變化，由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，使工件表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機(jī)械性能得到改善。②防腐涂裝施工。本橋型鋼防腐涂裝方案主要技術(shù)指標(biāo)及施工工藝應(yīng)滿足《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（ JT/T 722-2008）的要求。

在完成剪力釘焊接后在工廠內(nèi)完成涂裝工作，車(chē)間配備良好的通風(fēng)照明設(shè)施。主要工序環(huán)氧富鋅底漆涂裝、環(huán)氧中間漆涂裝和面漆涂裝。底漆涂裝控制好攪拌溫度環(huán)氧富鋅漆基料與固化劑混合溫度控制在15°以上，確保了與鋼材的粘合度。

4.4 H型鋼現(xiàn)場(chǎng)安裝施工

六官營(yíng)子橋上部H型鋼鋼梁重量為邊跨2.78噸，中跨2.74噸，長(zhǎng)度13米，重量較輕，非常方便現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工?，F(xiàn)場(chǎng)配備75噸吊車(chē)一輛即可完成全橋鋼梁吊裝工作。

（1）劃線：鋼梁吊裝前在在橋墩上按H型鋼位置劃上縱、橫基準(zhǔn)線，同時(shí)確定支座中心線位置，吊裝時(shí)按線就位。

（2）吊裝：每吊裝完一片型鋼梁就要測(cè)量位置、出現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整，合格后再進(jìn)行下一片梁吊裝。

（3）劃線：鋼梁吊裝前在在橋墩上按箱梁位置劃上縱、橫基準(zhǔn)線，在鋼梁上同樣劃線，吊裝時(shí)按線就位。

（4）各接口處用臨時(shí)連接件定位，保證橋梁線形滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（5）在拼梁過(guò)程中必須隨時(shí)測(cè)量鋼梁中線、標(biāo)高等的偏差值并采取相應(yīng)措施使之保持在允許誤差范圍內(nèi)。

（6）每拼完一個(gè)梁段就需要測(cè)量、調(diào)整一次，合格后再拼裝下一個(gè)梁段。

（7）梁段吊裝到主墩上后，首先進(jìn)行梁段間的幾何尺寸調(diào)整，調(diào)整合格后方可焊接。

4.5混凝土橋面板施工

（1）支架施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件實(shí)際情況，利用壓路機(jī)或鉤機(jī)對(duì)橋下地表土質(zhì)進(jìn)行碾壓。滿堂架地基應(yīng)比地面高20cm左右，避免水侵，周邊設(shè)置好排水溝，做好防水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)3孔處部分地基進(jìn)行換填，換填材料利用原橋拆除砼廢渣。

由于六官營(yíng)子橋跨度較小，本橋采用密布式滿堂支架，主要由腕扣鋼管支架和木方組成。同時(shí)橫向利用型鋼底板放置橫向木方支撐橋面板底模。木方規(guī)格為9cm*18cm，布置間距40cm；縱向木方規(guī)格為5cm*8cm木方，布置間距30cm。用土工布襯墊在木方根部，避免拆模后型鋼表面漆面出現(xiàn)破壞。而竹膠板與鋼梁頂板部位交界位置間隙，使用玻璃膠進(jìn)行填充避免澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。

（2）混凝土澆筑及質(zhì)量控制措施。在鋼砼組合梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中，橋面板裂縫控制及其關(guān)鍵，一旦混凝土橋面板出現(xiàn)開(kāi)裂后，將導(dǎo)致組合梁剛度不斷降低。同時(shí)，有害氣體、腐蝕性液體等會(huì)通過(guò)裂縫滲入混凝土內(nèi)腐蝕鋼筋，剪力釘甚至鋼梁，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)耐久性。所以H型鋼組合梁橋面板混凝土澆筑實(shí)體施工質(zhì)量尤為重要。本項(xiàng)目主要采取以下施工控制措施：①橋面板采取補(bǔ)償收縮C40混凝土澆筑，利用拌合站集中拌和，罐車(chē)運(yùn)輸，輸送泵集中入模的方式確保澆筑的連續(xù)性。②混凝土澆筑宜選擇一天中溫度較低時(shí)進(jìn)行。③橋面板混凝土縱向先澆筑正彎矩區(qū)后向兩端對(duì)稱均勻進(jìn)行。橫向先澆筑中間鋼腹板內(nèi)側(cè)部分，后澆筑兩側(cè)懸臂部分。要求對(duì)稱均勻進(jìn)行，嚴(yán)格控制橫向不對(duì)稱荷載，在澆筑中間部分時(shí)，要求以結(jié)構(gòu)中心線為準(zhǔn)，兩邊之差不超過(guò)單邊的1/2；在澆筑兩側(cè)懸臂部分時(shí)，兩側(cè)之差不超過(guò)單側(cè)的 1/2。④當(dāng)凝土強(qiáng)度達(dá)到 100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度且砼齡期7天以上，拆除模板。

5.H型鋼砼組合梁施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)分析

5.1工期對(duì)比

相比興凌線小趙屯I型鋼板梁，H型鋼作為鋼結(jié)構(gòu)基本形式較更加適用于我省中小跨徑橋梁上部改建施工。其主體結(jié)構(gòu)由鋼廠熱軋直接成型，節(jié)省了鋼板梁在工廠內(nèi)桿件焊接拼裝的時(shí)間。H型鋼翼緣頂板厚度一致，現(xiàn)場(chǎng)土建支模施工更加方便快捷。

5.2使用能性優(yōu)勢(shì)

首先，熱軋H型鋼本身具備著有著鋼梁結(jié)構(gòu)自重輕，承載能力大，跨越能力強(qiáng)、安裝施工快等優(yōu)勢(shì)外，相比鋼板梁，它的截面外形更加契合力學(xué)規(guī)律，內(nèi)部密度平均，受力均衡。其次，由于熱軋直接成型無(wú)需復(fù)雜加工，節(jié)省了大量的工廠內(nèi)焊接工作量，其更加節(jié)能環(huán)保。第三，熱軋型鋼更適合集中規(guī)?；a(chǎn)，養(yǎng)護(hù)管理單位或施工單位可以進(jìn)行一部分儲(chǔ)備，可以在搶險(xiǎn)、搶修施工中直接快速投入使用，將險(xiǎn)橋施工對(duì)社會(huì)交通影響減少到最小。