【项目名称】
波形钢腹板预应力组合箱梁悬臂法施工关键技术研究及技术规程制定

【主要完成单位】
湖北省路桥集团有限公司、武汉工程大学

【项目简介】
本项目为湖北省交通运输厅科技计划项目（编号：2020-2-2-6），由湖北省路桥集团有限公司、武汉工程大学联合承担。波形钢腹板预应力组合箱梁桥是中大跨径桥梁中最具竞争力的桥型之一。然而，该类桥梁悬臂施工工艺复杂，现有混凝土箱梁施工标准无法适用，且传统挂篮普遍存在“笨、重、粗”、周转利用率低、改制工作量大等问题，成为制约其推广应用的“卡脖子”难题。针对上述长期存在的技术瓶颈，本项目以鄂咸高速为依托，系统开展波形钢腹板组合箱梁悬臂法施工关键技术研究，研发了通用型螺线挂篮，提出了施工偏差控制指标限值，构建了标准化技术体系，编制了湖北省地方标准，为同类桥梁建设提供科学依据，推动桥梁建设向资源节约、绿色耐久转型。项目首次定量提出钢腹板拼装角度偏差限值0.2°、预应力筋张拉控制应力偏差限值5%、预应力钢筋偏位限值5cm、梁段混凝土容重偏差限值10%；首创基于拓扑优化的通用型螺线挂篮，自重荷载比低至0.25，可覆盖80%以上常规悬臂现浇桥梁施工需求；构建了标准化施工与质量评价体系，编制湖北省地方标准《波形钢腹板预应力组合箱梁悬臂法施工技术规程》。授权发明专利1项，实用新型4项，1项发明专利处于实质审查阶段，发表论文7篇，获省部级工法1项，形成地方标准1项。经湖北省公路学会权威评价，成果整体达到国际先进水平。相比普通预应力混凝土箱梁，本项目研究形成的标准化施工技术可实现施工工期缩短20%，施工成本降低30%。研究成果已在湖北省鄂咸高速长港特大桥与东沟特大桥工程中成功应用，单桥悬臂施工总工期由传统工艺的146.5天缩短至114天，累计缩短工期32.5天，主材损耗节约费用约15.12万元；叠加工期压缩带来的费用节约，单座主桥降本总额达106.12万元，效益显著，可为省内及全国波形钢腹板预应力组合箱梁桥的悬臂施工提供标准化技术依据。

【主要创新点】
1）首创基于拓扑优化的通用型螺线挂篮技术，破解传统挂篮“一桥一定制”的行业瓶颈
针对传统桁架式挂篮“笨、重、粗”、通用性差、重复利用率低、自重荷载比偏高（行业平均0.30~0.50）的突出问题，创新引入拓扑优化设计方法，构建内接于螺线的主桁架受力体系。通过建立以杆件内力与长度乘积最小为目标的数学模型，引入压杆稳定性权重系数，求解得到最优结构几何参数，实现材料的最优配置。研发的通用型螺线挂篮自重荷载比低至0.25，较传统挂篮提升17%～50%的材料利用效率；适配跨径100~270m、节段荷载140~320t、零号块长8~18m的常规悬臂现浇桥梁，可覆盖80%以上的波形钢腹板及PC连续梁桥施工需求，无需针对单桥单独设计改制，大幅降低装备投入与改装成本。挂篮采用模块化螺栓连接设计，行走系统采用后支点行走小车与双工字钢滑轨结构，行走平稳、装拆便捷，320t节段荷载下整体稳定系数达2.61，最大变形≤12mm，各项性能指标均满足规范要求。

2）研发波形钢腹板悬臂施工全过程偏差控制技术，解决施工精度不足的核心难题
针对波形钢腹板拼装线形偏差大、预应力张拉控制难、质量缺陷多、返工率高的行业痛点，基于全过程有限元仿真与偏差敏感性分析，明确了波形钢腹板拼装、预应力张拉、挂篮行走等核心工序的关键控制参数，首次定量提出钢腹板拼装角度偏差限值0.2°、预应力筋张拉控制应力偏差限值5%、预应力钢筋偏位限值5cm、梁段混凝土容重偏差限值10%，填补了该类桥梁施工精度控制的技术空白。建立了“数值模拟-现场监测-动态调整”的闭环控制体系，通过实时采集施工数据与仿真结果对比，动态优化施工参数，实现施工线形与受力的精准调控。

3）构建标准化施工与质量评价体系，填补领域技术标准空白
针对波形钢腹板桥梁施工无专用技术标准、工序流程不规范、质量管控缺少量化依据的问题，系统总结工程实践经验，提炼形成了覆盖悬臂施工全流程的标准化施工工法与清单式质量综合评价体系。明确了各工序的施工流程、技术要求、质量验收标准与安全管控措施，实现施工全过程可追溯、可量化管理。牵头编制完成湖北省地方技术规程《波形钢腹板预应力组合箱梁悬臂施工技术规程》（征求意见稿），形成省级工法1项，填补了湖北省该类桥梁施工技术标准的空白，为行业提供了可复制、可推广的施工技术规范与质量评价依据。