高寒大温差地区中小跨径钢混组合梁预制桥面板防裂施工工法_第1页
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PAGE12高寒大温差地区中小跨径钢混组合梁预制桥面板防裂施工工法1.前言钢-混组合梁桥由于其简洁的结构形式、良好的力学性能和快速的施工方法,在中小跨径桥梁中具有显著优势,在青海高原高寒地区得到广泛应用。玉树地区海拔超过4000米,年平均气温0.2℃~4.3℃,极端最高气温25.5℃,极端最低气温-33.1℃,属大陆性半干旱高山草原气候,呈现出长年气温低、昼夜温差大、太阳辐射强、气象灾害频发的高原大温差气候特点,较我国中南部地区气候条件更为恶劣。采用现浇混凝土的组合梁桥面板在早龄期受水化热、收缩和徐变耦合因素的影响,在钢梁约束下易发生桥面板开裂的现象,在低温和干旱地区更为显著。青海345国道杂多至查吾拉段公路朗切涌曲大桥、打龙杨且中桥及民小公路至109国道连接线SG-1标段K0+702团结桥等3座桥梁,均为采用预制桥面板和集簇式栓钉连接的装配式钢混组合梁,使用大块预制桥面板以减少现浇工序,加快施工速度。结合3座桥梁施工实践,总结出高寒大温差地区钢-混组合梁预制混凝土桥面板防开裂施工工法,较好的解决了高寒大温差地区钢混组合梁预制桥面板易开裂问题,提升了结构外观质量结构和耐久性,为钢混结构在青藏地区的应用提供了一定的技术支持和借鉴。2.工法特点2.1项目地处青藏高原腹地高寒地区,具有低气温、高温差、高蒸发量的特点,对混凝土结构施工造成极大影响。为保证桥面板混凝土工程的耐久性,必须使用有特殊要求的低温早强耐久混凝土。2.2采用短线匹配法进行桥面板分块预制,桥面板吊装轻质化、便捷化。2.3通过滞后负弯矩区段预制桥面板湿接缝纵向钢筋连接及预制桥面板与钢梁剪力钉浇筑顺序的方法,降低因施工导致的支点段桥面板拉应力;2.4湿接缝和剪力槽采用C55微膨胀混凝土浇筑,混凝土浇筑前在新旧混凝土结合面上涂抹环氧砂浆,强化新旧混凝土界面粘结力;2.5采用跨中预压法对支点段混凝土桥面板施加预压力,显著降低桥面板运营阶段开裂风险。3.适用范围本工法适用于高寒大温差地区钢-混凝土组合梁预制桥面板施工。4.工艺原理4.1低温早强耐久混凝土配合比设计原理在混凝土中掺入优质高效的复合型外加剂,使配成的混凝土具有早强耐低温和耐久性好的特点,对解决低温条件混凝土的冰冻损害和高原地区混凝土的防腐蚀是一种行之有效的方法。4.2短线匹配法预制桥面板原理采用短线匹配法进行桥面板分块预制,桥面板吊装具有轻质化、便捷化。同时,减少桥面板现浇混凝土方量,降低施工阶段桥面板因混凝土水化反应导致的开裂风险。4.3湿接缝纵向钢筋连接顺序及剪力槽浇筑顺序优化原理桥梁实际施工过程中,原施工顺序为从桥的一侧依次铺设桥面板,依次浇筑剪力槽,逐跨进行湿接缝纵向钢筋焊接,依次浇筑湿接缝。经优化后施工顺序改为:先依次铺设桥面板,再浇筑跨中部分剪力槽,逐跨进行跨中湿接缝纵向钢筋焊接及湿接缝浇筑,然后浇筑负弯矩区剪力槽,焊接负弯矩区纵向钢筋并浇筑湿接缝。根据施工模型有限元计算,工序优化后,桥面板成桥状态负弯矩区最大应力由1.14Mpa调整为0.9MPa,应力减小0.24MPa,降幅达到21%。4.4现浇混凝土浇筑界面处理原理湿接缝和剪力槽混凝土现浇施工是钢混结构连接的关键,必须对连接界面进行处理。采用更高一级的C55微膨胀混凝土浇筑,可以补偿混凝土收缩,保证浇筑质量。混凝土浇筑前在新旧混凝土结合面上涂抹环氧砂浆,可以进一步强化新旧混凝土界面粘结力,提高耐久性。4.5跨中预压原理根据有限元分析结果,确定跨中预压荷载大小及布载位置。跨中预压之后,桥面板由原来的受拉状态变为受压状态,并且随着预压值的增大,成桥状态下桥面板负弯矩区的压力值也会增大。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图5.1工法流程图5.2各流程操作要点5.2.1桥面板预制1、搭设钢模板模板采用钢模板,底模为10mm钢板,侧模采用10mm钢板及角钢制成的梳齿板,便于桥面板纵向钢筋准确定位安装。侧模与底模间设置连接螺栓加以固定。模板在使用前,应先检查其平整度、尺寸、有无变形等,发现问题应及时整改。2、钢筋加工钢筋加工前认真阅读图纸,制定合理加工安装方案。钢筋全部在钢筋加工棚内集中制作,分类摆放在临时存放架,采用平板车配合运输至现场。盘条钢筋采用调直机一次性下料、调直、除锈,螺纹钢必须在下料前进行除锈去污。3、涂刷脱模剂涂刷脱模剂前应清理干净模板表面的杂物,然后涂刷脱模剂,便于拆模。4、绑扎钢筋骨架在安装钢筋之前,在两侧翼板顶按设计位置用油漆标识出横向钢筋控制点位。由于纵向钢筋在定制钢模板时考虑了采用梳子板,钢筋位置无需再次进行定位,绑扎之前需要再次校核梳子板的间距和位置。按照设计位置将剪力槽框线用油漆标识清晰。底部钢筋用不低于结构混凝土强度的细石混凝土垫块或者建筑专用垫块均匀支垫以确保混凝土保护层厚度。预埋钢筋与桥面板钢筋之间采用点焊连接,预埋件位置要准确。预制梁时应注意预埋梁板间的搭接钢筋、护栏钢筋、伸缩缝钢筋在梁上的预埋位置。图5.2.1-3绑扎钢筋骨架5、安装剪力槽模板在底板剪力槽的油漆标识线周边采用定型梳子板钢板卡槽进行关模,在关模时应注意竖直度的控制,顶边四周用钢筋加固成型,上下钢筋间隙采用木模板封堵,其余间隙采用止浆带填塞。图5.2.1-4安装剪力槽模板6、浇筑混凝土预制桥面板采用C50混凝土浇筑,混凝土浇筑前,为了保证混凝土浇筑质量,必须进行坍落度现场试验,坍落度必须控制在80~150mm范围内,同时,须对混凝土的粘聚性和保水性进行观察,在确认混凝土和易性好之后,方能入模浇筑。混凝土浇筑过程中,通过插入式振动棒进行振捣。振捣时快插慢拔,直到混凝土停止下沉,不冒气泡,表面平坦泛浆后提出振动棒。振捣完成后用木抹子进行细部收面,收面时在混凝土面上铺竹胶板,防止工作过程中出现脚印。当用食指稍微加压按下能出现2mm左右深度的凹痕时,对混凝土桥面板表面进行拉毛处理,以便控制与桥面铺装的结合质量。表5.2.1桥面板C50混凝土配合比(Kg/m3)现场副经理1钢筋工、混凝土工50现场技术员4模板工15测量人员4电工2试验人员3焊工4专职安全员1普工8质检人员2合计94人材料与设备6.1主要材料表6.1主要材料一览表序号材料名称单位数量备注1C50混凝土m3514.02C55自密实微膨胀混凝土m3125.33HPB300钢筋Kg9710.04HRB400钢筋Kg84046.05环氧砂浆m3210.6620x50mm密封橡胶条m840.97模板套外模10,内模106.2主要设备准备表6.2桥面板施工机械、设备统计表序号设备名称型号数量备注1装载机柳工ZL50型1台2振动棒2.5KW2台3汽车吊30T1辆4水准仪AP-1281套5桥面板模板/12套6湿接缝模板6套7龙门吊60T1台8CO2保护焊焊机75KW4台9钢筋切断机30KW1台10钢筋弯曲机1台11拌合站120m32台12混凝土罐车10m32台13平板车十通2台14储料斗18m31个7.质量控制7.1质量标准1、《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)2、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)3、《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T2231-01—2020)4、《公路工程抗震设计规范》(JTGB02-2013)5、《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)6、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG3363-2019)7、《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》(JTG/T3310-2019)8、《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476-2008)9、《钢-混凝土组合桥梁设计规范》(GB50917-2013)10、《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》(JTG/TD64-01-2015)11、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGJTG3362-2018)12、《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)13、《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-2008)14、《碳素结构钢》(GB/T700-2006)15、《钢筋混凝土用钢第二部分:热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007)16、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件》(GB/T1228-1231)17、《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》(GB/T10433-2002)18、《补偿收缩混凝土应用技术规程》(JGJ/T178-2009)19、《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》(GB/T709-2006)20、《非合金钢及细晶粒钢焊条》(GB/T5117-2012)21、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》(GB/T8110-2008)22、《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》(GB/T5293-1999)23、《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》(JT/T722-2008)24、《公路交通安全设施设计技术规范》(JTGD81-2017)25、《桥梁隔震橡胶支座》(GB20688.2-2006)26、《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2016)27、《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》(交公路发[2007]358号)7.2质量控制措施7.2.1钢筋质量控制表7.2.1钢筋安装实测项目项次检查项目规定值或允许偏差检查方法1受力钢筋间距(mm)两排以上排距±5每构件检查2个断面,用尺量同排(梁板)±102箍筋、横向水平钢筋、间距(mm)±10每构件检查5~10个间距3钢筋骨架尺寸(mm)长±10按骨架总数30%抽查高、宽±54弯起钢筋位置(mm)±20每骨架抽查30%5保护层厚度(mm)板±3每构件沿模板周边检查8处7.2.2模板质量控制表7.2.2模板安装的实测项目项次检查项目允许偏差(mm)1模板内部尺寸上部构造的所有构件+5,02轴线偏位梁±103模板相邻两板表面高低差24模板表面平整55预埋件中心线位置37.2.3预制桥面板1、钢筋布置必须严格按照设计图纸进行施工,钢筋间距偏差不得大于±5mm。2、混凝土浇筑前须设置足够多的混凝土垫块。3、桥面板预留预埋件须仔细核对,不得漏埋、错埋。4、为了保证混凝土浇筑质量,混凝土泵送入模的坍落度宜控制在80-150之间,施工时根

据试验数据确定。5、混凝土的浇筑、养护必须严格按相关规范执行。6、桥面板的预制须按相关技术规范和设计要求进行,桥面板平整度须小于±3mm,用2.0m的靠尺检验,板厚公差为0~3mm,桥面板对角相对高差须小于5mm。7、混凝土桥面板表面按相关技术规范进行拉毛处理,以便控制与桥面铺装的结合质量。8、湿接缝位置的预制桥面板断面应均匀凿毛,凿毛应以手工作业或高压水枪凿毛设备进行,不得采用风镐等机械设备。合格的凿毛应为全断面粗骨料外露,外露尺寸应不小于粗骨料粒径的四分之一。凿毛时间应控制在不少于浇筑混凝土初凝后3天,且强度不低于3.5Mpa。9、预制板存放临时支点设置在钢梁腹板对应位置,临时支点的具体设置及预制板的存放方案应报设计方,并会同监理方共同商定。10、桥面板存放期间,须对外露的钢筋采取保护措施,确保钢筋不会腐蚀、损伤。11、桥面板存放应满足相关规范要求。12、吊装混凝土板时,必须采取有效措施分散吊点处应力集中现象,吊具不得挤压损坏桥面板混凝土,保证桥面板受力安全。13、安装的桥面板必须对外露的钢筋水泥浆等杂物清除,并进行除锈处理,吊装前应检查每块预制板是否异常,以便及时妥善处理。14、预制桥面板安装前,应事先将橡胶条牢固粘在钢梁上翼缘板的外边,板安装后应检查橡胶条四周是否压紧,避免出现浇注接缝混凝土出现漏浆现象。15、吊装过程中须采取有效措施保护好预留预埋件。桥面板吊装就位过程须准确、轻缓,不得损坏剪力钉,更不允许因对位不准确而切割钢筋或剪力钉。16、接缝和剪力预留槽混凝土浇注前,应清除垃圾和杂物。7.2.4焊钉质量控制1、先试焊若干焊钉作外观检查,当焊接外观检查合格后,采用同样条件连续焊接30个焊钉,抽出10个进行拉伸试验,10个进行锤击弯曲试验,10个进行反复弯曲试验,都合格后,可按焊接程序正式施焊。2、外观检查应观察焊钉的熔化长度,焊缝饱满度,焊缝宽度、高度以及焊钉与底金属结合程度。一般情况焊钉底角应保持360°周边焊缝。若遇到焊钉未熔或焊钉与底面金属未紧密结合的情况,应调整电流、焊接时间、焊枪位置,直至焊钉与底面金属紧密结合为止。3、焊钉的锤击弯曲试验,可以用锤击使其从原来轴线弯曲30°或采用弯曲套筒把焊钉弯30°。若焊钉焊缝完好没有任何损伤,方为合格。4、焊钉的拉伸试验若采用双面焊钉进行应保证焊钉中心受拉,若有专用拉力试验夹具,也可采用单面焊钉进行。焊钉断裂应在焊缝之外,若断裂发生在焊缝处,即认为焊接不合格。5、焊钉的反复弯曲试验应在专门的双控拉压试验装置上进行。直到焊钉反复弯曲30o断裂为止,其断裂不在焊缝处为合格。7.2.5现浇缝混凝土技术要求1、先浇筑完中支点两侧0.2L范围之外的所有桥面板湿接缝和剪力钉预留孔,然后方可浇筑中支点两侧0.2L范围内的湿接缝和剪力钉预留孔。2、接缝两侧混凝土板的侧面应凿毛露出粗骨料,浇注湿接缝混凝土时应清除残渣灰尘,并用水湿润后再浇注混凝土。3、每块板现浇混凝土需要在混凝土初凝前完成,混凝土浇注顺序为先剪力钉预留槽,后接缝。施工部门应列出混凝土浇注顺序、方法。每道混凝土接缝需一次完成。4、剪力钉预留槽内纵横向钢筋较密,为保证此处混凝土浇筑密实,粗骨料粒径应严格按照现行《公路桥涵施工技术规范》要求进行控制。5、桥面板安装时应保证环氧砂浆与预制板的密贴,并根据实际情况可适当增加环氧砂浆高度,同时应保证预制桥面板在环氧砂浆凝固前安放就位。6、后浇混凝土各部分均应进行均匀、充分的振捣,确保混凝土的密实性,对新老混凝土接触面上附近混凝土需要特别注意,同时也要防止过分振捣出现混凝土离析现象。7、浇注湿接缝混凝土时应去除钢混结合面油污、灰尘等污染物。8.安全措施8.1本工法执行国家、行业及地方有关安全技术规范、规程。对操作人员进行专业的技术培训,考核合格后安排上岗工作,在开工前对全体相关人员经行安全技术交底。8.2进入施工现场必须戴好安全帽,系好帽带,正确使用个人劳动防护用品。8.3从事焊接、电气、起重等作业的人员,必须持证上岗,严格按照操作规程操作。8.4施工所用各种机具设备、个人劳动防护用品,使用前必须进行检查,保证其处于良好状态,不合格的机具设备和劳动保护用品严禁使用。8.5轮班作业时,要有完善的交接班制度。在交接班时,交班人员将本班工作情况及安全情况向接班人详细交待。8.6非持证电工,严禁从事电工作业。8.7每班作业离开现场前,必须断水、断电、断火,对施工现场进行检查,确保无安全隐患后方可离开。8.8禁止垂钓、禁止下水游泳。8.9非持证电工,严禁从事电工作业。8.10不得超负荷使用电器设备。8.11作业现场的主、支线电源开关,必须进箱且加门上锁,安装漏电保护器,并有可靠的防雨设施。8.12一旦有人触电,应首先切断电源,使触电者迅速脱离电源后,进行现场急救。8.13吊装作业应设警戒区,警戒区不得小于起吊物坠落影响范围。8.14作业前应检查起吊设备安全装置、钢丝绳、滑轮、吊索、卡环、地锚等。8.15吊点位置应符合设计规定,设计无规定的应经计算确定。8.16吊装混凝土板时,必须采取有效措施分散吊点处应力集中现象,吊具不得挤压损坏桥面板混凝土,保证桥面板受力安全。8.17吊装过程中须采取有效措施保护好预留预埋件。桥面板吊装就位过程须准确、轻缓,不得损坏剪力钉,更不允许因对位不准确而切割钢筋或剪力钉。9.环保措施9.1桥面板加工厂区应设于远离居民区的地带,生活、办公及生产区域要合理布局,厂址满足国家及当地环保部门的环评要求。9.2按照国家节能减排的要求,应选用低能耗、低噪音的加工设备和节能的照明灯具,降低能耗并预防加工废气、噪音扰民。9.3混凝土应优先选用当地有资质的商品混凝土拌合站,拌合站生产、生活的废水经沉淀处理后排放,减少对当地居民生活的干扰,保护当地环境。9.4现场作业人员的临时生活区、办公区应设于施工现场的临近区域,现场施工的生产、生活废水、废弃物排放应符合国家环保法律法规的要求,实现达标排放。9.5施工所产生的废弃物均应集中收集,运送至指定地点处理。9.6预制场及桥位设置垃圾桶,集中贮放工程垃圾,定期进行清理。9.7生产用油料必须严格保管,防止泄露;吊装设备液压管道定期进行维护,防止污染。10.效益分析10.1社会效益目前,我国桥梁建设行业依然是粗放型劳动密集产业,生产效率低、事故多、效益差、工程质量不稳定,工程结构服役安全性与耐久性需要提升。钢-混凝土组合梁桥是利用剪力连接件将混凝土桥面板与钢梁组合成整体受力的桥梁结构形式,结合了混凝土材料与钢材的性能优势,有着超高的功能性和良好的经济性,有着以下特点:1、中小跨径钢-混凝土组合梁桥可进行工厂自动化生产,施工速度快且建设周期短,符合青海省高原高寒区域“施工工期仅半年”的区域特点;2、施工方便环保,符合青海省“生态立省”战略,节能环保效益显著。混凝土桥面板、钢梁、剪力连接件均可以在工厂预制好,运输到现场安装,施工简易快速,对周围环境造成的污染小。使用钢混结构据统计,全寿命周期内混凝土平均每年碳排放82.52kg/m2,现场施工碳排放更严重,钢结构年均仅为75.62kg/m2;能耗方面混凝土结构为214万kj/m2,而钢结构为196万kj/m2;混凝土拆除后基本无法再利用,且存在建筑垃圾需要处理,钢结构回收率达到90%。3、结构稳定,结构性能及耐久性符合青海省自然环境恶劣、建筑抗震设防高的特点。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015),青海省处于地震烈度Ⅶ度或Ⅶ度以上的高烈度设防区占该省国土面积的97.3%,其中Ⅶ度区占该省国土面积的77.5%,Ⅷ度区以上(含Ⅷ度)占该省国土面积的19.8%。相较于混凝土桥梁,钢-混凝土组合梁桥自重轻,抗震性能优越。相较于钢桥,钢-混凝土组合梁桥的混凝土桥面板可以约束钢梁受压翼缘,从而提升了桥梁整体稳定性。4、受力性能良好。混凝土材料抗压性能好,但受拉易损坏,钢材延性好,抗拉性能优越,但受压易损坏,钢-混凝土组合梁桥将两种材料结合使用,充分发挥了各自性能的优点,受力性能更好。5、造价便宜。相较于钢桥,在满足相同受力要求时,钢-混凝土组合梁桥用钢量更少。当跨径为60~80m时,相较于混凝土桥梁,钢-混凝土组合梁桥的单位面积造价要低18%。6、增加净空,造型美观。钢-混凝土组合梁桥可以选用截面较小的钢梁,使得结构外形轻巧,可以增加了桥下净空或者降低桥面高程。故从全局和长远来看,推广钢结构在建设领域的应用,提高公共建筑和政府投资建设领域钢结构使用比例,对加快产业结构调整,促进产业转型升级,保持国民经济持续健康发展意义重大。本工法的应用推广,有利于桥面板预制工艺的推广和耐久性提升,符合高寒大温差地区气候特点和青海省公路环保特点。10.2经济效益据统计,钢板组合梁的经济跨径为20m~80m。根据《公路桥梁通用图》和钢板组合梁图集,可以得到钢板组合梁的混凝土用量为T梁桥和小箱梁桥的1/3~1/2,钢材用量约为T梁桥和小箱梁桥的1.5倍。钢板组合梁的腹板和底板的用钢量比T梁和小箱梁的腹板和底板的钢筋用量多一些,但是钢板组合梁的腹板和底板节省了大量的混凝土;钢板组合梁的桥面板与T梁、小箱梁的顶板的钢和混凝土用量基本持平,如图10.2-2所示。考虑材料回收后,钢板组合梁桥的钢材用量大幅降低,约为混凝土桥的30%。上述分析表明,仅考虑钢材和混凝土等主要材料用量,组合梁相比空心板梁、T梁和小箱梁具有较强的竞争力,再考虑到近年来劳动力成本不断上升和钢材价格总体不断下滑,中小跨径组合梁桥的经济优势必将日益突显。11.应用实例11.1工程项目:国道345线杂多至查吾拉段朗切涌曲大桥地点:青海省玉树藏族自治州杂多县开竣工日期:2018年5月至2021年8月青海国道345线杂多至查吾拉段公路朗切涌曲大桥,上部结构采用4-30m钢板组合连续梁,桥面宽9m,预制桥面板长度为3.5m,中心板厚为28cm,与钢梁连接处厚度为40cm。两座桥梁预制桥面板纵向采用钢筋混凝土湿接缝连接,横桥向采用全宽预制。每块桥面板顺桥向设置2个剪力钉预留孔,与湿接缝一起浇筑。朗切涌曲大桥预制混凝土桥面板宽9m,悬臂端部板厚200mm,槽口板厚400mm,行车道板板厚280mm,横桥向采用全宽预制,纵向采用湿接缝进行连接,全桥预制桥面板包括A2型、B1型、B2型三种结构桥面板共32片(其中A2型面板14片、B1型面板12片、B2型面板6片)。A1型、A2型桥面板长3.5m,单块板设计混凝土数量为10.1m³;B1型、B2型桥面板长3m,单块板设计混凝土数量为8.6m³。应用效果:本工法采用桥面板预制、现场浇筑的方法,有利于保证桥面板质量、加快施工速度。工程现场实施时,委托长安大学开展了温度、应力等技术监控,并提供了施工关键技术参数。本工法通过低温早强耐久混凝土应用和短线匹配法预制桥面板、湿接缝纵向钢筋连接顺序及剪力槽浇筑顺序优化、现浇混凝土浇筑界面处理、跨中预压等技术措施,起到了预防高寒大温差地区钢-混凝土组合梁桥面板开裂的作用,提高了工程耐久性。11.2工程项目:国道345线杂多至查吾拉段打龙杨且中桥地点:青海省玉树藏族自治州杂多县开竣工日期:2018年5月至2021年8月实物工程量:青海国道345线杂多至查吾拉段打龙杨且中桥,上部结构采用4-20m钢混叠合连续梁,桥面宽9m,预制桥面板长度为3.5m,中心板厚为28cm,与钢梁连接处厚度为40cm。两座桥梁预制桥面板纵向采用钢筋混凝土湿接缝连接,横桥向采用全宽预制。每块桥面板顺桥向设置2个剪力钉预留孔,与湿接缝一起浇筑。打龙杨且中桥预制混凝土桥面板宽9m,悬臂端部板厚200mm,槽口板厚400mm,行车

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