波形鋼腹板組合梁橋的發(fā)展?fàn)顩r及特點

1、波形鋼腹板組合梁橋的發(fā)展?fàn)顩r及特點(1.阿拉善盟交通設(shè)計研究有限公司；2.阿拉善盟公路工程局有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 巴彥浩特750306)摘 要：文章闡述了波紋鋼腹板組合梁橋的建設(shè)情況，詳細(xì)介紹了該類橋型的特點以及連接方式c關(guān)鍵詞：波形鋼腹板；組合梁橋；連接方式中圖分類號：U449文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007 6921(XX)01 0070 03波形鋼腹板(Corrugated Steel Web)預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁結(jié)構(gòu)是一種新型的鋼-預(yù)應(yīng)力混凝土組合結(jié)構(gòu)。這種組合 梁結(jié)構(gòu)的特點是：用12mm左右厚的彎折鋼板取代厚30cm80cm的混凝 土腹板，使箱梁自重減輕了20%左右，從而降低了材料用量

2、和造價。其結(jié)構(gòu)構(gòu)造見圖1,由于 不需要混凝土腹板，相應(yīng)減少了鋼筋和模板的拼裝、拆除作業(yè)，縮短了 工期。740)this.width=740"border=undefined&#111nmousewheel="return zoo mm g(event,this)">1波形鋼腹板紐合梁橋的構(gòu)造特點1.1構(gòu)造特點綜述目前，建成的波形鋼腹板組合梁橋，主要截面形式分為兩種：箱型截面，此時兩片波形腹板傾斜放置。工字形截面，此時一片波形鋼腹板豎直放置。其余構(gòu)造特點類似，絕大多數(shù)波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合梁橋采用了箱型截面，即波 形鋼腹板PC組合箱梁，在此以箱梁為例來介

3、紹波形鋼腹板 組合梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點。從表1所示的波形鋼腹板組合梁橋來看，結(jié)構(gòu)體系大多 為連續(xù)體系。兼有簡支、剛構(gòu)等體系。在架設(shè)時大致采用的施工方法有支架施工法、頂推施工法、懸臂施工法、逐跨 施工法，相 對于支架施工法與頂推施工法，懸臂施工法使 用的比較多，在實現(xiàn)大跨度上比較有利。另外，除少數(shù)橋采用預(yù)制梁整跨吊裝或預(yù)制節(jié)段梁逐跨支架施工外，絕大多 數(shù)橋梁都是現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)形式二1.2波形鋼腹板形狀波形鋼腹板一般是在工廠通過冷彎加工制作成形，原則 上要保證彎曲半徑為板厚的 15倍以上，當(dāng)不能達(dá)到要求時， 應(yīng)確保鋼材應(yīng)有的沖擊吸收功，并且控制氮元素的含量。另 外，腹板 波形的形式選擇主要考慮以下幾個方面：

4、加工 工藝難易程度；應(yīng)力狀況，是否引起應(yīng)力 集中；是否 易于參數(shù)化建模，以利于后繼的 ANSYSS彳丁優(yōu)化設(shè)i |-c綜合以上幾方面的因素，我們目前一般采用轉(zhuǎn)角彎折成 弧度的梯形波形（圖2） C740)this.width=740"border=undefined&#111nmousewheel="return zoo mm g(event,this)">波形鋼腹板的主要幾何參數(shù)有板厚tw、平板長度aw、斜板長度bw、波形鋼腹板的高度 H、波高h(yuǎn)、彎折角度9以 及腹板波折處連接弧線的半徑R等。其形狀是按照剪切屈曲前不能 發(fā)生剪切屈曲、極限荷載作用時不

5、能發(fā)生剪切屈服 的條件設(shè)計的。當(dāng)滿足上述條件后，波形高度極其小的情況下常會發(fā)生剪切屈服，這時必須考慮到橋梁橫向剛度以及 對疲勞性能的影響等綜合因素來確疋各尺寸橋梁波形鋼腹板的形狀和尺寸具有如下特點：除去采 用預(yù)制節(jié)段梁并要求與相鄰橋梁等高的鍋田高架橋之外，所有橋的波形鋼腹板直板段與斜板段的寬度都相同；除去 鍋田高架橋 及其最早建成的 Cognac橋，波形高度與直板段 或斜板段的寬度的比大致在0.40.6之間； 腹板厚通常要滿足鋼板最小厚度的要求，一般使用的最小厚度為8mm或9mm波形腹板厚 度、梁截面高度與最大跨徑的變化關(guān)系。 除去極少數(shù)橋梁的跨中與墩上的截面高度、腹板厚度相同外，跨中板厚與波

6、形高度比約為 0 05;而墩上板厚與波形 高度比的變化 較大。截面高度與波形高度比，在跨中處為 1020;在墩上為 2035 C2波形鋼腹板紐合梁橋的特點2.1與預(yù)應(yīng)力混凝上箱梁橋相比的優(yōu)點自重降低，抗震性能好。腹板采用較輕的波形鋼板，其橋梁自重與一般的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋相比大為減輕，地震激勵作用效果顯著降低，抗震性能獲得一定的提高。 節(jié)約建筑材 料，改善經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。采用波形鋼腹板代替厚重 的混凝土腹板，大幅度減輕了上部結(jié)構(gòu)的自重，增大了橋梁的跨徑并使下部結(jié)構(gòu)的工程量獲得減少，從而降低了工程 總造價。改善結(jié)構(gòu) 性能，提高預(yù)應(yīng)力效率。波形鋼腹板 的縱向剛度較小，幾乎不抵抗軸向力，因而在導(dǎo)入預(yù)應(yīng)力時

7、不受抵抗，縱向預(yù)應(yīng)力束可以集中加載于上、下翼緣板， 從而有效地提高預(yù)應(yīng)力效率。各種材料各盡所能，充分發(fā) 揮其效率。在波形鋼腹板PC箱梁橋中，混凝土用來抗彎，而 波形鋼腹板用來抗剪，幾乎所有的彎矩與剪力分別由上、 下混凝土翼緣板和波形鋼腹板承擔(dān)，而且其腹板內(nèi)的應(yīng)力分布近似為均布圖形，而非傳統(tǒng)意義上的三角形，有利于材料發(fā)揮 作用。增加了截面回轉(zhuǎn)半徑，提高了結(jié)構(gòu)效率。 波形鋼腹板PC箱梁橋中的混凝土均集中在 上下翼緣處，回 轉(zhuǎn)半徑幾乎增加到最大值，大大地提高了截面的結(jié)構(gòu)效率。減少現(xiàn)場作業(yè)，加快施工進(jìn)程。波形鋼腹板PC箱梁橋在 施工過程中，可以減少大量的模板、支架和混凝土澆筑工程，免除了在混凝土腹板內(nèi)

8、預(yù)埋管道的繁雜工藝，而且波形 鋼腹板可以工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝施工，從而加快了施工進(jìn)程。減少了節(jié)段數(shù)量，縮短了工期。由于梁體自重的 減 輕，懸臂施工時，可減少節(jié)段數(shù)量，如在采用混凝土腹板箱梁時，本谷橋需要 39個節(jié)段，而采用波形鋼腹板后，只需 要31個節(jié)段，節(jié)段數(shù)減少了 20%因而可以大大地加快施工 速 度，縮短工期。體外力筋可以替換，便于橋梁的維修 和補強。波形鋼腹板 PC箱梁橋采用體外預(yù)應(yīng)力，因而即使 在長期運營后，體外預(yù)應(yīng)力索出現(xiàn)磨損或斷裂時，也可以在 夜間停止車 輛通行后對其進(jìn)行更換。避免了腹板開裂問 題，耐久性能好。傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋受外力荷載以 及混凝土收 縮、徐變的影響，常常

9、在腹板出現(xiàn)裂縫，造成 了混凝土截面削弱、鋼筋腐蝕乃至于要進(jìn)行維修補強等一系列問題，而波形鋼腹板PC箱梁橋則不會出現(xiàn)上述問題，耐久性能較好。10 造型美觀c波形鋼腹板具右優(yōu)良的外觀. 可使橋梁獲得較強的美感，是城區(qū)、風(fēng)景區(qū)較好的橋型選釋。2.2波形鋼腹板的缺點波形鋼腹板較高的制作成本是其主要缺點，但隨著制 作工藝的提高，這一問題也正逐步地得到解決。相對于普通的混凝土箱梁來說，波形鋼腹板箱梁斷面的抗扭剛度和 抗畸變 剛度有所降低。波形鋼腹板的屈曲破壞較為突然， 且在屈曲后階段，其承載能力大約下降到相當(dāng)于平鋼腹板的水平。當(dāng)波形鋼腹板之間采用焊接連接時，其豎向邊緣 焊接數(shù) 量比平鋼腹板稍有增多。波形鋼

10、腹板有較多的拐 角，容易滯留泥沙等雜質(zhì)，比平鋼腹板易啦膚蝕匚3波形鋼腹板的連接3.1波彤腹板間的連接波形腹板一般由于加工、運輸及其施工上的要求，在縱 橋向都分割成節(jié)段，在現(xiàn)場加以拼裝。各節(jié)段腹板間的連接通常是焊接或用高強度螺栓。波形腹板與以往的平鋼板間 的連接不同，即在縱橋向剛度比較小，不需要承擔(dān)軸力， 僅僅需要考慮如何有效地承擔(dān)剪力。腹板對接在一起用坡口焊連接，作為強度方面是可以得到充分保證的，其優(yōu)點是 外觀很好，可是施工方面不是最好的選擇。腹板搭接在一起用貼角焊連接，對于僅僅需要承擔(dān)剪力的波形鋼腹板來說，是比較好的方法之一，法國的3座橋及日本的幾座橋都是采用這種連接形式。采用單面摩擦?xí)r把2

11、塊腹板搭接在一起是最簡單的連接方式，本谷橋、勝手川橋等橋梁就采用 這種形式。另外，也有將焊接在波折腹板接頭處的2塊翼緣板用高強度螺栓連接的方式，銀山御幸橋就用這種連接。使用2塊蓋板的雙面摩擦的實例較少，僅僅德國的 Altwipfergrund 橋采 用。具體的連接形式見圖34。740)this.width=740"border=undefined&#111nmousewheel="return zoo m_im g(event,this)">3.2波形鋼腹板與混凝十頂?shù)装宓倪B接一般來說，剪力連接件可分為剛性連接件和柔性連接件兩大類。剛性連接件包括方鋼

12、連接件、T型連接件、槽鋼連接件、和馬蹄形連接件等，而栓釘、摩擦型高強螺栓、錨和 環(huán)鉤以及 角鋼則屬于柔性連接件。方鋼和栓釘分別是最典 型的剛性連接和柔性連接件。中，結(jié)果導(dǎo)致混凝土被壓碎或 發(fā)生剪切 破壞，甚至引起焊接破壞，柔性連接件的剛度較小，破壞時變形較大，破壞形態(tài)較為協(xié)調(diào)，作用在接觸面上 的剪切力會使連接件變形，當(dāng)混凝土板與鋼梁之間產(chǎn)生一定的滑移時，其抗剪強度不會降低，很少發(fā)生突然的脆性破 壞。波形鋼腹板組合梁常見的連接鍵形式有如圖5所示的栓釘連接鍵，即在波形鋼腹板的上下端部焊接鋼制翼緣板，翼緣板上焊接剪力釘，使之與混凝土板結(jié)合在一起，此剪力鍵 僅由栓釘抗剪740)this.width=7

13、40"border=undefined&#111nmousewheel="return zoo mm g(event,this)">此外，嵌入式剪力鍵如圖6也是一種新型的剪力連接鍵， 它采用在鋼腹板上穿孔，穿過貫穿鋼筋，再在鋼板的上下端部焊接縱向約束鋼筋后埋入混凝土板的方法。這種剪力鍵 不需焊縫 連接，其焊縫疲勞問題也就不用考慮；波形鋼板 特有的波形狀，對斜向鋼板在承受水平剪力時是非常有利的。除了貫穿鋼筋和混凝土抗剪銷抗剪外，埋入混凝土頂、 底板部分的鋼腹板 折舍部分也參與扌亢剪匚波形彎筋剪力件是將成對焊接的彎起鋼筋連接件首尾依次相連，就得到波浪形彎

14、起鋼筋連接件。在鋼梁上縱向成排設(shè)置，參照組合梁中彎筋剪力件的構(gòu)造要求，用雙面長 度4倍鋼筋 直徑的側(cè)焊縫焊接在鋼梁上；彎起鋼筋的角度宜為45 °,彎折方向應(yīng)指向縱向水平剪力方向；波形彎筋剪力件的水平段長度不宜小于10倍鋼筋直徑。為減小應(yīng)力集中，增強連接可靠性，每片鋼梁上翼緣上宜不少于施焊雙排波形彎筋連接件。740)this.width=740"border=undefined&#111nmousewheel="return zoo mm g(event,this)">與其他剪切連接件相比較，波形彎筋連接件具有下述特點：構(gòu)造簡單，制作、施焊方便。只需將直徑10m m的螺形鋼筋直接彎成連續(xù)梯形波即可，不需復(fù)雜的機械加工。連接可靠，不宜損傷混凝土板。由于連接件鋼筋與鋼梁 上翼緣形成封閉波形，相當(dāng)于存在抗剪接合銷的作用，抗剪切和抗掀起能力較強；連接件不易在混凝土間形成縱向或 橫向裂隙，不會削弱混凝上的縱向和橫向剛度匚對于形式多樣的抗剪連接鍵的選用，可根據(jù)組合材料、 制作