我公司新獲一項專利授權 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)建設有限公司聯(lián)合申報的國家發(fā)明專利《一種功能分區(qū)設計的部分敞口鋼箱梁及其施工工藝》獲得授權。
該專利公開了一種根據(jù)受力和施工多種需求進行功能分區(qū)設計的新型部分敞口鋼梁設計和施工技術。該鋼梁技術具有以下優(yōu)點：
一、力學性能優(yōu)越，構造適應性強
（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行合理調(diào)配。
一種功能分區(qū)設計的部分敞口鋼梁示意圖
上圖中“①”為主梁核心受力構件，用于確保主梁的最低抗彎、抗扭能力，構造設計為封閉箱。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，可在根部受壓區(qū)設置內(nèi)部橫隔板加密段或鋼-混組合結(jié)構板。
閉口部分受壓區(qū)底板頂面鋼-混組合板示意圖
實際上，“①”部分亦可與支點橫梁“④”共同作為鋼梁分步施工時控制梁體整體穩(wěn)定性的框架，這種框架式構造，可大大提高施工吊裝單元尺度，顯著提高施工效率。
支點橫梁“④”同樣采用封閉箱式，既可與“①”組成抗彎、抗扭能力較強的平面框架體系，同時其內(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)部支座加勁肋設計，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，該部分主要是承擔和傳遞橋面荷載，同時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。其下設置的橫隔板或橫梁，亦是其主要傳力構件，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置密度，視鋼梁剪力滯的程度確定，必要時在支點附近設置加密段。
“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，該部分設計為U形連續(xù)敞口（每個橫隔板節(jié)間都敞口）。
敞口懸臂部分示意圖
構造上，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）構造適應性強
在城市高架或立交橋梁設計時，變寬梁及分叉梁等異形梁一直都是設計的難點，當橋下管線或地下構筑物導致跨度較大時，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構不再經(jīng)濟。在這種情況下，常規(guī)閉口鋼箱梁箱室寬度變化導致腹板布置復雜，無法進入施工的“死角”較多，導致施工質(zhì)量無法保證。采用分區(qū)設計的部分敞口鋼梁則不存在這個問題：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“分道揚鑣”，結(jié)構復雜。
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，設計和施工難度大幅度降低。實際上由于跨度較大，閉口箱室底部還設置了梁底曲線變高。閉口箱室等寬設計有效避免了變寬、變高同時存在帶來的內(nèi)部構件加工困難的問題。下圖為建成后實景。
變寬分叉鋼梁建成效果
二、節(jié)約用鋼量
該技術去掉了常規(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)亦設置了隔板加密或鋼-混組合加強區(qū)，因此采用該技術設計的城-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，我公司最低設計記錄為389kg/ m2（跨度40m）。這對于節(jié)約城市鋼結(jié)構橋梁的投資，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)設計的鋼梁由于每平米用鋼量下降，因此一個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，施工速度相應顯著提高。同時，由于其閉口構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，其吊裝單元可以進一步加長，以達到減少支架、縮減施工措施費用、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：該項目主梁寬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)設計的部分敞口鋼梁后，先期吊裝閉口部分箱室，不僅運輸問題得到解決，同時吊裝長度達到18m以上，每跨40m中部僅需設置不多于2處支架，大大節(jié)約了支架措施費用，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。下圖為該技術鋼梁在西安市建工路施工架設時，為保護橋下綠化帶而進行的長達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
下圖為該技術鋼梁在西安市西延路立交項目中，為避免對相交道路的交通干擾而進行的移動支架頂推法，該方案的實施，將 常規(guī)滿堂支架吊裝對路口交通的封閉時間，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)則的箱室位置設計為敞口截面，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格
功能分區(qū)設計的敞口鋼梁自2013年研發(fā)問世以來，以其優(yōu)美的外形和各項優(yōu)勢迅速獲得了廣泛的應用，總應用鋼量達數(shù)十萬噸，對西安市鋼結(jié)構橋梁的整體風格形成，做出了較大貢獻。
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、西延路立交等多個城市立交項目中。
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)新的設計理念，在打造西安特色市政橋梁工程風格體系上做出更大的貢獻。
（研發(fā)中心）
