橋梁工程中裝配式組合鋼箱梁的應用
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為解決前述束縛現代化交通發展的瓶頸，邢臺路橋建設總公司結合多年的施工經驗，研發了一種新型的組合結構橋梁———裝配式波形鋼腹板組合梁橋，并建成了國內乃至世界上第一條工廠內自動化的組合鋼箱梁生產線，真正意義上實現了鋼箱梁由鋼板原材到成品鋼箱梁的工廠內自動化生產，同時使鋼-混凝土組合結構的綜合造價與鋼筋混凝土結構基本持平，力學性能得到極大優化，鋼材利用得到充分發揮，混凝土質量通病得到有效克服，各道工序實現了工廠化生產。
1.1裝配式鋼腹板組合箱梁的基本組成
裝配式鋼腹板組合箱梁由一個個鋼箱組合成疊合單元，結合預應力技術、水泥混凝土技術達到組合受力，組裝成鋼結構橋梁。其頂板、底板采用聚合物纖維水泥混凝土、腹板采用波形鋼板相結合的組合體系。在底板中設計體內預應力，在頂板中設計橋面抗剪筋，鋼與混凝土結合截面采用聚合物界面連接噴涂膠。
1.2新型組合結構的創新點
1)組合鋼箱梁的鋼腹板采用耐候鋼，解決了普通鋼材的腐蝕問題，省去了傳統鋼結構及鋼-混凝土組合結構的防腐涂裝，采用裸裝服役極大程度上降低了鋼-混凝土組合結構的后期維護費用，此外其主要構件為鋼結構，回收價值極高。
2)底板鋼套箱及頂板鋼-混凝土結合截面采用聚合物界面連接噴涂膠，實現了鋼與混凝土的高強度連接，根本上解決了鋼-混凝土組合過渡截面的層間滑移問題。底板采用封閉的鋼套箱，澆筑微膨脹混凝土，在外壁閉合鋼板的抱裹約束下工作，同時施加預應力，使底箱混凝土呈三向受力狀態，實現了結構受力的良好傳遞。
3)組合鋼箱梁的腹板部分采用波形鋼板，解決了腹板縱向拉伸延縮以及豎向穩定問題，使預應力作用效能得到充分發揮，同時從根本上解決了混凝土腹板的開裂問題，減小了主梁自重。該結構較傳統的混凝土主梁結構自重降低40%以上，樁基礎及下部結構也可根據其恒載變化而降低原設計荷載要求。
4)組合鋼箱梁的鋼與混凝土協同變形，其剛度較純鋼結構橋梁的剛度大，且省去了純鋼結構中設計的橫、縱、豎向加勁肋，簡化了制作程序。
5)實現了組合鋼箱梁的工廠自動化流水線生產工藝，自動開平對焊，定尺自動切割，工件自動成型，機械手自動焊接，保證了成型尺寸一致。質量穩定、精度可靠、效率超前。
6)實現了龐大構件的標準化生產，現場安裝采用拼裝技術，效率較高，極大程度上縮短了施工工期，解決城市道路車輛擁擠問題效果明顯。
7)組合鋼箱梁其承載能力超過公路Ⅰ級橋梁荷載標準，結構使用安全，且可根據荷載等級的提高在不改變自身結構的基礎上引入體外預應力，提高其承載能力。
2裝配式波形鋼腹板組合鋼箱梁的主要施工工藝
1)備料及材料的化學成分、力學性能檢驗作為特殊用鋼耐候鋼的檢驗項目主要包括化學成分、拉伸、彎曲、沖擊試驗以及焊絲焊劑等相關檢驗。施焊前應進行焊接工藝評定，確定科學合理的焊接工藝后方可施焊，施焊采用自動焊接技術。
2)板材整形因耐候鋼進場原材為鋼卷板，因此首道工序即通過板材整形設備將卷板整形為平板，以便于后續對鋼板的加工。
3)拋丸除銹因耐候鋼卷板長期存放會在鋼材表面形成致密的氧化膜，該氧化膜雖然阻止了大氣中氧和水向鋼鐵基體滲入，減緩了銹蝕向鋼鐵材料縱深發展，但對后期的組焊及鋼-混凝土結合處施工界面膠的質量影響較大，故需事先將板材進行預處理，除銹等級為Sa2.5，Sa3.0。采用拋丸除銹，也可采用噴砂除銹。
4)號料號料為實現成品箱梁組裝前的關鍵工序，也是控制組合鋼箱梁合理消耗的重要環節。號料時應充分考慮鋼板的坡口損耗、壓縮變形、焊接變形等眾多因素，并結合各部分構件合理配料，最大程度上降低消耗，充分確保構件單元的加工精度。
5)構件加工波形鋼腹板采用專用的連續模壓設備，經整形且號料準確的平鋼板經過模壓設備進行波形板連續模壓，實現了整梁波形板縱向無焊接縫，確保了受彎構件的整體穩定性。底板套箱、波形鋼腹板平行作業，同步完成后流水作業轉入組拼成型工序。
6)組裝成型底板構件、腹板構件、頂板構件采用全自動焊接機器人操作，實行三大構件、兩大結合面的全自動焊接作業。對于頂板與腹板焊接處高難度的仰焊作業，采用大型翻轉機將箱梁整體進行翻轉，將高難度的仰焊變為低難度的平焊，從而確保焊縫的施工質量。要對焊接成型后的組合鋼箱梁進行焊縫的無損檢測，常規檢測方法為射線探傷、超聲波探傷。
7)預應力施工為增強鋼-混凝土組合結構的整體剛度和承載能力，在底板鋼套箱內引入體內預應力鋼束，以實現底板彎拉構件提前預壓，體內預應力鋼束的張拉可根據實際情況采用先張法或后張法，但從經濟指標看，先張法要優于后張法施工。
8)混凝土施工底板箱內采用自流平微膨脹水泥混凝土，保證了水泥混凝土對鋼絞線和連接件的握裹力，確保了受力均勻分布和力的有效傳遞。頂板為鋼混復合結構，采用高強聚合物界面連接噴涂膠和“Ω”形鋼筋連接件與鋼筋焊網焊接，澆筑聚合物纖維混凝土使鋼頂板與鋼筋混凝土網固結成一體、永不分離，協同受力。
9)組合鋼箱梁運輸運輸采用平板運輸車，在運輸過程中要重點注意對組合鋼箱梁的運輸安全管理工作，確保其運輸過程中牢固穩定，同時加強主要成品組合鋼箱梁的保護，在與鋼箱梁固定卡索接觸部位采用柔性材料進行保護。
10)組合鋼箱梁現場安裝組合鋼箱梁的現場安裝工作雷同于常規的先簡支后連續預應力混凝土箱梁，但因其自重較小，可采用較小噸位的自行式吊機或架橋機等設備進行吊裝作業，同時加強吊裝過程中的測量和監測工作，確保就位的精度和安全。
11)組合鋼箱梁的梁長設計及橫向連接裝配式組合箱梁受作業平臺、運輸安全、吊裝便利等諸多因素影響，目前設計梁長為16～35m，橫向連接在梁端支座處采用鋼-混凝土端橫梁做加強設計，梁體部位采用鋼-混凝土橫隔板連接以增強其橫向聯系，橫隔板設計因跨徑不同取3～4m設置1道。
3結語
波形鋼腹板組合梁作為鋼混組合結構的典型設計，有效解決了傳統鋼筋混凝土結構的腹板開裂問題，使預應力效能得到最大利用，減小了主梁自重，降低了混凝土用量，節約了建設材料。
1)組合鋼箱梁作為一種新型的結構形式，缺乏規范及相關標準的指導和評定。國內尚需加快鋼橋及鋼-混凝土組合結構體系相關規范的編制工作。
2)組合鋼箱梁的加工長度尚受機床作業面、運輸安全、吊裝便利等諸多因素影響，不能滿足任意尺寸的結構形式需要，應進一步研究組合鋼箱梁的加速高效、質量可靠的縱向接長技術。
3)組合鋼箱梁的受力性能尚需進一步研究和優化。我國對鋼橋的研究已趨于成熟，但對于組合結構，尤其是波形鋼腹板組合結構的受力特性尚不明確，現行設計中縱向彎曲受力采用“斷面的平截面假定”，該分析理論有待進一步論述和驗證。
4)組合鋼箱梁的橫向剛度較混凝土腹板小，應加強橫向設計，建議采用鋼-混凝土組合橫梁，增強橫向聯系，其較純鋼結構橫梁效果明顯。
5)組合鋼箱梁宜開發裝配式單元構件，以滿足長距離運輸或戰備交通的需要。
作者：蘇立超 單位：邢臺路橋建設總公司