高速铁路预制后张法预应力混凝土简支整孔箱梁内模设计与制造

李建强

(中铁十五局集团贵州中铁路桥工程有限公司)

1 引言

目前我国的高速铁路与原有铁路相比，不仅外观形式简洁美观，而且速度更高。但是，高速铁路对路面的平稳性要求比原有铁路对线路平稳性的要求更高，所以就要求高速铁路的支撑结构要有较大的抗扭抗弯的刚度。而能基本消除T梁横隔板所产生的病害，其中之一就是高架桥选用预制箱梁。此类梁型不仅安全性和稳定性高于其他梁型，在整体的美观程度和简洁程度上也优于其他梁型。这样的预制箱梁建成后具有，整个支撑部件受力简单，且日后的养护工作量和维修工作量少的特点。正因如此，在我国的高速铁路的建设中，预制箱梁得到了广泛的应用。

2 高速铁路预制箱梁内膜总括

2.1 预制箱梁内膜的简介

预制箱梁的整体很大，机械化程度高，目前预制后张法预应力混凝土简支整孔箱梁标准梁跨度有23.5 m、31.5 m等，其重量最大可达900 t。因此，要使箱梁能满足使用要求，又轻便节约成本，并且减轻梁体自重增加承载负荷，这则取决于生产箱梁所使用的模板。由内膜和外膜组成的生产箱梁模版，在外膜上又细分为三部分，分别是端模、侧模及底模。而内模的外形构造直接决定了箱梁箱内形状，设计合理可以减轻梁体自重节约桥梁生产成本;内模的拆装工艺又是控制生产效率的关键因素。因此，内模制造的重难点就在于它的外形构造和施工工艺。

2.2 内膜的要求

(1)内模的建造应符合箱梁内部的横纵断面即纵、横截面的需要，应与实际情况相符。(2)箱梁在梁端一般会都有加厚的腹板或变坡的顶板与底板等，即箱梁内箱里大口小，这则要求内膜必须折叠收缩，以便缩小体积，通过梁端的最小空间，以达到拆装内模的要求。(3)将内膜作为整体设计，不仅简化了内膜的收放次数，更为内膜的生产效率提供保障，使内膜的伸缩展开更加快速稳妥，同时也可减少模型拼接产生的误差，有效提高梁体混凝土表面平整度。(4)内膜必须配合混凝土的浇筑尤其是能适应高性能的混凝土的快速浇筑，不能够出现因为浇铸时产生的侧压力和浮力产生较大的位移误差。(5)预制箱梁的模板结构应具备反复使用的功能，且使内膜不易变形，内膜板面应能清理迅速容易，在短时或较长时间范围内能够循环再使用。

3 预制箱梁内膜的设计

3.1 设计原则

内模设计应按照满足工艺生产要求标准，制造经济合理，性能安全可靠，结构简洁方便施工的总原则进行。

3.2 高速铁路预制箱梁内膜的设计方案

高速铁路预制箱梁内膜的制造运用的是全液压收放技术，底板部分不封闭，采用下置梁式结构。内模主要是由侧模角膜顶模以及走行大梁、顶升立柱及箱梁内的支撑部分组成。因此，相互之间就会受力，其力学关系表现为，角模与侧模共同与顶模相连接，顶模的相互受力则是由顶升立柱支撑与大梁之间构成，底模与支架的受力由大梁承担，底模则是内模的支撑受力部位。即就是底模安装支撑架，内模轨道放于支撑架上，走行大梁根部的滑轮在铺设好的内模轨道上通过卷扬机的牵引实现入模出模。最后经过液压缸，实现了内膜的收与支。

3.3 高速铁路预制箱梁的总体结构

3.3.1 支撑结构

牵引系统，拉杆及撑杆，支腿和滚动轮再加上走形钢梁就构成了内膜的支撑系统。可以根据实际的需要选择钢梁的上置或下置。且不论选择上置还是下置的方式都各有优缺点，比如，大梁本身充当了轨道的作用就不需要外加轨道了。正因如此移动模块的工作就会相对简化。而其弊端是梁内的作业空间没有上置大梁的形式操作方便。但是上置大梁虽然较为方便混凝土的施工，遇到需要移模的情况作业就不如下置大梁来的简化。用施工撑杆经侧向施工的方式把受力传递到大梁上荷载，可由顶升力柱和大梁实现竖向荷载。为了能使内膜的整体受力能够相互抵消，至少是左右相互抵消，可以将大梁的受力传递到底模上，再经过通风孔的设计，加装竖向拉筋的方法将大梁与底模相互锚固。

3.3.2 模板结构

标准段和非标准段以及隔墙段模版构成了内膜模版系统的划分。标准段与分标准段及隔墙段的模版基本单元长度分节又各有差异，标准段的分节最长为4 m，其次是非标准段为3 m，最短的是隔墙段模版长度仅为1.5 m。模板的分节长的设计主要是度考虑利于汽车运输。设计的所有面板均是采用经过预处理的8 mm厚Q235钢板。面板加劲肋则采用横向小肋、纵向大肋两种形式，顶模纵向加强肋断面为两块(160×8)mm钢板，材质Q235，纵向布置。模版在实际施工过程中所需要的性能，如强度稳定性和刚性要求都是可以经过准确计算的。

3.3.3 液压结构

液压系统作为预制箱梁内膜的一个独立的系统，存在于大梁的前端，主要由油箱油泵、液压缸、控制开关及电动机组成，内模的液压系统共有64只油缸，其中顶升油缸主要完成模板整体的升落起降工作，标准段和非标准段的收张主要由上侧的油缸完成。与此相对应，标准段的角膜收张工作主要由下油缸完成。隔墙段模版的收张工作主要由隔墙油缸完成。根据工作压力设计内模的液压系统采用的是分流集流阀同步回路的设计，这样的设计能够实现顺序依次操作及自锁保压抵抗混凝土施工的各种载荷，可以在一定程度上确保内模立、脱模的同步动作。

4 高速铁路预制箱梁内膜的制造

4.1 内膜的加工要求

(1)要严格控制材料的质量，要有所有钢材和型材及板材的材质检验报告和出厂合格证。(2)所有的板材在下料前都应开平，型钢则必须校直才可使用。(3)面板在进行必要的拼接时，应该在其背面开坡口施焊，如果焊后变形的则需要及时校正。(4)用工装工艺的形式连接耳板。(5)要保证所有零件的切割和焊接的表面粗糙度不低于12。而对不需焊接部件的表面粗造度可以不做低于12的要求，此外，严格按照设计图纸规定的标准及规范操作加工。(6)对于内膜的养护如:可涂抹清机油养护成品膜板的外侧，而用润滑脂养护销轴和螺栓，其他部分的内膜可喷涂一遍富锌底漆，再刷两遍橘黄色防锈漆。

4.2 内膜的加工工艺

内膜的面板一般采用数控剪板下料，内膜的肋板则采用数控等离子切割下料，内膜的角模折弯一般采用数控折弯机折弯成型，内膜的侧模圆弧型部分主要制作方法是用模具在油压机上压制，整体膜的刨加工要等加强肋板和肋板及槽钢等组装完成之后再进行，最后要保证各膜连接面的组装尺寸符合直线度的要求。

4.3 内膜制造的细节施工

(1)混凝土的施工

混凝土与梁体的配合比必需满足设计强度，满足设计终张拉的要求，强度要大于50 MPa，混凝土的灌注顺序为底板、腹板、顶板。为了使混凝土的浇筑速度与振捣速度一致就必须配备足够的技术人员。内膜的养护可以采取自然养护或者蒸汽养护，但主要依据是根据环境的温度和施工条件。

(2)预应力的施工预制箱梁内膜预应力张拉应采取二次张拉和三次张拉相结合的施工工艺。采用三次拉涨工艺的原因是为了防止梁体内部的混凝土出现收缩甚至裂纹。而蒸气养护的箱梁由于梁体早期强度发展较快，并且梁体与环境温差控制的时间较长，因此采用二次张拉工艺。整个内膜的施工流程如图1。

图1 施工流程

5 结语

高速铁路箱梁内膜的设计与制造如果严格按照箱梁内膜设计的要求与原则制造，准确的完成内膜的支撑系统，液压系统，模板系统，在施工制造过程中遵循混凝土的灌注与预应力设计的原则，就能使内膜系统安全可靠，可以最大程度上缩短制造时间，使高速铁路预制后张法预应力混凝土简支整孔箱梁内膜的制作更加简单方便，而且质量更加稳定，对我国今后高速铁路的发展具有深远影响。

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