波折鋼腹板組合梁橋設計與施工實踐

1、組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎0-設計與施工實踐 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎1波折腹板組合梁橋-內容構成提出緣由及建設現(xiàn)狀設計計算方法技術優(yōu)勢施工架設方法關鍵技術問題組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎2波折腹板組合梁橋提出的緣由混凝土箱梁腹板厚度、自重較大，特別是設置預應力筋預應力筋外移、即采用體外索后自重能得到部分減輕腹板與頂?shù)装逍纬梢惑w頂?shù)装鍦夭罴捌涓拱甯稍锸帐鸬淖冃蜗嗷ゼs束，腹板出現(xiàn)裂縫組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系

2、 劉玉擎劉玉擎3波折腹板組合梁橋提出的緣由波折鋼腹板組合箱梁的提出混凝土箱梁板腹式組合梁折腹式組合梁桁腹式組合梁復合式組合梁l由箱梁截面演化組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎4波折腹板組合梁橋提出的緣由法國La Ferte Saint-Aubin橋，用鋼腹板來代替混凝土腹板的簡支箱梁橋，采用了體外索施加縱向預應力。鋼腹板與混凝土頂?shù)装逯g通過各種連接件比較容易結合在一起。 在施加縱向預應力時，為防止發(fā)生局部屈曲必須焊接縱向加勁肋。組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎5波折腹板組合梁橋提出的緣由法國提出用彎成折形的

3、薄壁鋼板，來代替混凝土腹板。 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎6波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋Cognac橋 (法國，1986年完成) 31m+43m+31m, 3跨連續(xù)組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎7波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋Maupre橋（法國，1987年）40.95+47.25+53.55+50.40+47.25+44.10+40.95m組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎8波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋Dole橋(法國，19

4、95年完成) 48m+5*80m+48m, 7跨連續(xù)組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎9波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋Altwipfergrund橋（德國，最大跨115.0m） 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎10波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋Altwipfergrund橋（德國，最大跨115.0m） 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎11波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋（日本，1993年，最大跨30.0m） 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟

5、大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎12波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋（日本，1996年，最大跨45.5m） 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎13波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋本谷橋（日本，1998年，最大跨97.2m） 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎14波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎15波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋矢作川橋，主跨2235m 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁

6、工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎16波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋矢作川橋組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎17波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋主跨180m 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎18波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋廣州魚窩頭橋（35m+50m+35m） 35m50m35m伸縮縫伸縮縫110m組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎19波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋廣州魚窩頭橋（35m+50m+35m）組合結構橋梁組合結構

7、橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎2020項目研究內容依托工程橋梁 波折腹板組合梁橋遼寧寬甸橋（32m+48m+32m） 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎21波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋遼寧寬甸橋（32m+48m+32m） 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎22波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋江蘇姚大路橋（25m+30m+30m+25m） 體內預應力體外預應力橫隔梁轉向塊折形腹板折形鋼腹板1/2支點1/2跨中組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程

8、系 劉玉擎劉玉擎23波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀波折腹板組合梁橋江蘇姚大路橋（25m+30m+30m+25m） 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎24波折腹板組合梁橋建設現(xiàn)狀(9)(66)(6)(21)4%12%41%5%38% 連續(xù)梁 簡支梁 連續(xù)剛構 T型剛構 斜拉橋 (71)比例(數(shù)量)050100150200250 簡支梁 斜拉橋 T型剛構 連續(xù)剛構 連續(xù)梁最大跨徑（m）結構形式結構形式與最大跨徑關系結構形式數(shù)量及比例組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎25波折腹板組合梁橋設計計算方法設計框圖假定截面計算截面

9、計算截面力配置預應力鋼筋及其體外索計算預應力驗算截面彎矩驗算截面剪力驗算截面扭矩驗算變形構造設計否否否否組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎26波折腹板組合梁橋截面彎曲剛度的計算 折形腹板在縱向如風琴一樣能夠自由變形，具有折疊效應，它的軸向及其彎曲剛度可以忽略不計。 計算截面彎曲剛度時，設上、下混凝土翼緣板全截面有效。 ccccIEEIAEEA組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎27波折腹板組合梁橋截面剪切剛度的計算wwsthGGA 剪切剛度計算： 平鋼板彎折成波形后剪切剛度降低剪切剛度修正系數(shù)： 折形腹板沿縱向的

10、長度與實際的長度的比wwwwcabaawbwcwdw組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎28波折腹板組合梁橋扭轉剛度的計算)1 ()1 ()1 ()1 ()(441312111211tbtnhtbtnhhbGGJssc06. 0/4 . 011bh扭轉剛度計算：扭轉剛度修正系數(shù)：組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎29波折腹板組合梁橋抗彎驗算 在驗算其混凝土應力是否超過容許應力的同時，還要驗算承載能力，其方法可以參照普通混凝土箱梁的一些規(guī)定。 折形腹板箱梁的抗彎有效截面及應力分布有效截面 軸應力 彎曲應力組合結構橋

11、梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎30波折腹板組合梁橋抗剪驗算計算截面剪力假定折形形狀驗算設計荷載下的截面剪應力驗算極限荷載下的截面剪應力驗算局部屈曲、確定折形寬度驗算整體屈曲、確定折形高度否否否否組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎31設計原則： 確保失穩(wěn)承載力高于屈服承載力失穩(wěn)模式： 局部失穩(wěn)與整體失穩(wěn)限制折形寬度： 防止局部失穩(wěn)在屈服前發(fā)生限制折形高度： 防止整體失穩(wěn)在屈服前發(fā)生波折腹板組合梁橋抗剪驗算局部屈曲整體屈曲組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎32屈服承載力的驗算 在

12、對折形腹板箱梁進行抗剪驗算時，可以認為僅僅折形腹板承擔剪力的作用，不考慮混凝土翼緣板的作用。 折形腹板截面上作用的剪應力沿著高度均勻分布，截面高度上的平均剪應力由下式計算：波折腹板組合梁橋抗剪驗算wpwASS 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎33限制折形寬度： 防止局部失穩(wěn)在屈服前發(fā)生-得到腹板條的寬高比與高厚比的關系：波折腹板組合梁橋抗剪驗算11865. 0122wwlwwthkha組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎34限制折形高度： 防止整體失穩(wěn)在屈服前發(fā)生-得到波形高厚比與截面高厚比的關系： 波折腹板組

13、合梁橋抗剪驗算1138/wwgww)/ht(ktd組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎35 當折形腹板組合箱梁用于斜橋或彎橋時，有必要進行抗扭驗算。鋼腹板及其混凝土翼緣板由扭矩引起的剪應力分別按下式計算： 波折腹板組合梁橋抗扭驗算)1 (211wtwtthbM)1 (211ftftthbM組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎36在計算折形腹板箱梁橋的變形時，僅考慮彎曲剛度，假定上下混凝土翼緣板全截面有效進行結構分析。波折腹板組合梁橋相對于混凝土箱梁橋的剪切剛度較弱，在確定梁的起拱大小時不僅彎曲變形，也有必要考慮剪切

14、變形的影響。波折腹板組合梁橋變形驗算組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎37波折腹板組合梁橋腹板與翼緣板連接計算上、下混凝土翼緣板因徐變、干燥收縮，及其鋼板與翼緣板的溫度差所引起的結合面剪力可以忽視。 荷載作用下的結合面剪力計算，參照組合鋼板梁的計算方法，即用下式求出單位長度上作用的剪力。 Ic為上、下混凝土翼緣板對全截面中性軸n-n的慣性距，Qc與要計算的接合面相對應，為上翼緣混凝土板或下翼緣混凝土板對n-n的面積距 。 ccpIQSSq)( 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎38波折腹板組合梁橋施工方法滿堂支

15、架組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎39波折腹板組合梁橋施工方法滿堂支架組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎40波折腹板組合梁橋施工方法滿堂支架組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎41波折腹板組合梁橋施工方法波折腹板組合梁橋懸臂架設，主跨84.3m組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎42波折腹板組合梁橋施工方法波折腹板組合梁橋預制節(jié)段拼裝組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎43波折腹板組合梁橋施

16、工方法波折腹板組合梁橋預制節(jié)段拼裝(a) 混凝土箱梁橫截面(b) 折形腹板箱梁橫截面組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎44波折腹板組合梁橋施工方法先行鋼梁吊裝架設組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎45（a）頂推鋼腹板 (b) 混凝土底板吊裝就位（c）現(xiàn)場澆注橫梁和轉向塊（d）現(xiàn)場澆注混凝土頂板波折腹板組合梁橋施工方法先行頂推鋼腹板梁組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎46波折腹板組合梁橋施工方法 結構形式與施工方法的關系010203040506070809040(79)1

17、8(5)3(0)1(0)懸臂法滿堂支架頂推法預制拼裝數(shù)量施工方法 連續(xù)梁 剛構橋吊裝架設1(0) 最大跨徑與施工方法的關系01020304050607080901001101200(119)7(16)1(2)1(0)1(0)懸臂法滿堂支架頂推法預制拼裝數(shù)量施工方法 主跨50m吊裝架設組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎47波折腹板組合梁橋技術優(yōu)勢用折形鋼腹板替代混凝土腹板，主梁自重大約可以減輕20-30%；折形鋼板是利用彎折成形的折形形狀來代替加勁肋，具有較高的抗剪強度；折形腹板在橋梁縱向剛度幾乎為零，大幅度提高了施加預應力的效率；腹板、上下混凝土翼緣板

18、相互不受到約束，徐變、干燥收縮、溫差等的影響減?。粺o需箱梁的豎向立模板；箱梁腹板制作可以實行工廠化，并且伴隨著自重的減輕，架設更容易。 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎48波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形鋼腹板的設計折形腹板加工及形狀控制折形鋼腹板縱向間連接折形鋼腹板與混凝土頂?shù)装褰Y合鋼翼緣對預應力施加效果的影響波折腹鋼板內襯混凝土波折腹板組合梁剪切變形的影響鋼腹板制作架設困難 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎49設計原則： 確保失穩(wěn)承載力高于屈服承載力失穩(wěn)模式： 局部失穩(wěn)與整體失穩(wěn)限制折形寬度： 防止局部

19、失穩(wěn)在屈服前發(fā)生限制折形高度： 防止整體失穩(wěn)在屈服前發(fā)生波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板的設計組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎50波折腹板組合梁橋關鍵技術問題 防止局部屈曲防止局部屈曲折形腹板形狀尺寸設計取值折形腹板形狀尺寸設計取值awbwcwdw折形腹板的設計1002003004005006007008000510152025303540hw/twd/tw Q235 Q345 Q370 Q420組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎51波折腹板組合梁橋關鍵技術問題 防止整體屈曲防止整體屈曲折形腹板形狀尺寸設

20、計取值折形腹板形狀尺寸設計取值awbwcwdw折形腹板的設計1002003004005006007008000.00.70.8a/hwhw/tw Q235 Q345 Q370 Q420組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎52波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板加工及形狀控制優(yōu)點：可對應多 種波形缺點：加工麻煩波形成形的沖壓式加工波形成形的沖壓式加工組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎53波折腹板組合梁橋關鍵技術問題波形成形的彎壓式加工波形成形的彎壓式加工折形腹板加工及形狀控制模具

21、彎壓機模具彎壓機波形成形的彎壓式加工波形成形的彎壓式加工模具模具W : 模具寬度模具寬度優(yōu)點：加工方便。缺點：一種磨具 只能對應 一種波形。彎曲半徑為板厚15倍組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎54波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板加工及形狀控制組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎55波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板加工及形狀控制組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎56波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板加工及形狀控制組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大

22、學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎57波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板間的連接組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎58波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板間的連接-焊接 橋梁縱向剛度極小，不需要承擔軸力，僅僅需要考慮如何有效地承擔剪力。 (b) 貼角焊接(a) 坡口焊接折形鋼板折形鋼板焊縫焊縫組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎59波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板間的連接-高強螺栓(c) 用翼緣板的單面摩擦(a) 單面摩擦(b) 雙面摩擦蓋板折形腹板折形腹板螺栓組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋

23、梁工程系 劉玉擎劉玉擎60波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板與頂?shù)装褰Y合焊釘連接件開孔板連接件組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎61折形腹板縱向分布底板鋼板波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板與頂?shù)装褰Y合澆筑難質量難拉拔力組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎62波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板與頂?shù)装褰Y合澆筑難易漏漿質量難組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎63波折腹板組合梁橋關鍵技術問題（a）試驗結果（b）實際橋梁折形腹板與頂?shù)装褰Y合組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大

24、學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎64縱向分布折形腹板底板鋼板波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板與頂?shù)装褰Y合組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎65波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板與頂?shù)装褰Y合縱向分布波折腹板底板鋼板波折腹板縱向分布底板鋼板截面形式2節(jié)點構造/mm截面形式1節(jié)點構造/mm組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎66波折腹板組合梁橋關鍵技術問題b) 下翼緣下翼緣a) 上翼緣上翼緣折形腹板與頂?shù)装褰Y合組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎67波折腹板組合

25、梁橋關鍵技術問題b) 下翼緣下翼緣a) 上翼緣上翼緣折形腹板與頂?shù)装褰Y合組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎68波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板與頂?shù)装褰Y合組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎69波折腹板組合梁橋關鍵技術問題鋼翼緣對預應力施加效果的影響橋面寬16.5m組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎70波折腹板組合梁橋關鍵技術問題鋼翼緣對預應力施加效果的影響頂板底板組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎71波折腹板組合梁橋關鍵技術

26、問題波折腹鋼板內襯混凝土橫 梁(a)波折腹板內襯混凝土提高承載能力能力 (b)支點位置區(qū)域通常承受較大的負彎矩與剪力(c)跨徑比例不協(xié)調時使各跨重量達到平衡組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎72波折腹板組合梁橋關鍵技術問題波折腹鋼板內襯混凝土組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎73波折腹板組合梁橋關鍵技術問題2121ceqsswcscsEhtEhtkkkaa11cs sscsc eqE tVVE t 波折腹鋼板內襯混凝土提出等效剪切剛度計算方法提出剪力分配計算方法_cowseqceqVVV提出抗剪強度計算方法組合

27、結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎74波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形腹板箱梁與混凝土箱梁的截面性能比較折形腹板箱梁與混凝土箱梁的截面性能比較(b) 折形腹板箱梁(a) 混凝土箱梁波折腹板組合梁剪切變形的影響組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎75波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折腹板箱梁與混凝土箱梁截面性能比較折腹板箱梁與混凝土箱梁截面性能比較截面剛度單位 折腹板箱梁（S）混凝土箱（C）S/C截面積(A)m25.807.120.81縱向抗彎剛度(EI)kNm21.741081.921080.91橫向抗彎剛度(EI)kN

28、m21.251081.671080.75抗剪剛度(GA)kN2.081062.731070.08抗扭剛度(GJ)kNm26.571071.661080.40波折腹板組合梁剪切變形的影響vs0s v vhbdt組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎76波折腹板組合梁橋關鍵技術問題鋼腹板制作架設困難組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎77波折腹板組合梁橋關鍵技術問題鋼腹板制作架設困難組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎78波折腹板組合梁橋關鍵技術問題鋼腹板制作架設困難組合結構橋梁組

29、合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎79波折腹板組合梁橋關鍵技術問題折形鋼腹板的設計折形腹板加工及形狀控制折形鋼腹板縱向間連接折形鋼腹板與混凝土頂?shù)装褰Y合鋼翼緣對預應力施加效果的影響波折腹鋼板內襯混凝土波折腹板組合梁剪切變形的影響鋼腹板制作架設困難 關鍵技術問題小結組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎80801.組合鋼箱梁提出的背景 中小跨徑橋梁在我國具有廣泛的需求，根據(jù)交通部統(tǒng)計資料，截止到2006年底，全國公路橋梁數(shù)量約為53萬座，其中40m跨徑以下中小跨徑橋梁占到橋梁總數(shù)的90以上?；炷亮簶虺霈F(xiàn)不同程度的裂縫及下擾，影響

30、其耐久性和正常使用功能橋梁自重較大，對基礎要求高，下部結構造價偏高?；炷亮鹤灾卮螅槐阌陂L距離運輸，現(xiàn)場建廠預制，造成極大的浪費。組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎81811.組合鋼箱梁提出的背景2011年，我國日均鋼產量達194萬噸，年產鋼量達7億噸。2008年底，我國59萬座橋梁中，鋼結構橋梁所占比例不足1%。美國60萬座橋梁中，鋼橋比例為33%。日本13萬座橋梁中，鋼橋占比為41%。本研究目的：尋找一種經濟適用的橋梁結構型式，研究其橋梁結構承載力、輕便及宜裝配、運輸?shù)忍匦?；本研究目標：推出一種全新的裝配式組合梁標準結構。 組合結構橋梁組合結構橋

31、梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎82鋼箱疊合梁是由組合橋面板、波形鋼腹板、內填混凝土的鋼套箱組成。橋梁是由鋼箱疊合梁，通過橫隔板橫向拼裝成整體。2.組合鋼箱梁的結構形式組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎832.組合鋼箱梁的結構形式組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎84鋼套箱15cm厚，內填混凝土，通過桁架式連接件連接。2.組合鋼箱梁的結構形式組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎8510cm厚混凝土與6mm平鋼板形成組合橋面板，通過彎筋連接件連接。2.

32、組合鋼箱梁的結構形式組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎86箱梁內組合橫隔板鋼橫隔板內澆筑混凝土2.組合鋼箱梁的結構形式組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎872.組合鋼箱梁的結構形式箱梁間組合橫隔板鋼橫隔板內澆筑混凝土組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎882.組合鋼箱梁的結構形式跨徑30m和18m的試驗橋組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎892.組合鋼箱梁的結構形式鋼板：采用國家標準耐候結構鋼（GBT 4171-2008 ）材質：

33、耐候鋼Q355GNH，屈服強度410MPa、極限強度540MPa。 耐侯鋼在干燥與潮濕的環(huán)境交替中，鋼材表面上形成致密且連續(xù)的非晶質安定銹層，能夠防止銹蝕向內部擴展。組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎902.組合鋼箱梁的結構形式美國新澤西高速公路橋，1964 美國新河谷橋，建于1977主跨518.3m的鋼桁架拱橋 組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎912.組合鋼箱梁的結構形式 耐侯鋼與普通鋼的造價(美元/噸)項 目普通鋼普通鋼耐侯鋼耐侯鋼材料及加工10811138架 設9191工廠涂漆746現(xiàn)場涂漆1052合合

34、 計計13511237在美國耐侯鋼橋比普通鋼橋在初期造價上低大約10%組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎92 鋼箱疊合梁足尺模型 承載能力試驗研究跨徑30m和18m梁 跨徑30m及18m的鋼箱疊合簡支梁足尺模型承載力試驗研究 鋼箱疊合梁有限元板殼實體模型非線性計算分析 鋼箱疊合梁的極限抗彎承載力簡化計算公式 預制拼裝鋼箱疊合梁試驗橋靜、動載試驗研究 跨徑30m和18m簡支梁橋兩車道跨徑30m及18m的鋼箱疊合梁橋的靜載荷載試驗研究 鋼箱疊合梁橋的局部結構靜載荷載試驗研究 鋼箱疊合梁橋的動載荷載試驗研究 鋼箱疊合梁橋的有限元計算分析3.研究內容及實施方案

35、主要研究內容主要研究內容組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎93擺放好第一層鋼條加載至最終荷載/30m足尺模型承載能力試驗研究實施方案4.組合鋼箱梁承載能力試驗結果分析組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎9494若定義安全系數(shù)為極限狀態(tài)外荷載值除以設計荷載取鋼套箱內混凝土開裂為正常使用極限狀態(tài)，其安全系數(shù)為142.0t/87.5t=1.62取撓度限值L/600為正常使用極限狀態(tài)，其安全系數(shù)為234.4t/87.5t=2.67取最終外荷載值為承載能力極限狀態(tài)，其安全系數(shù)為505.0t/87.5t=5.77跨中荷載位移

36、曲線30m試驗梁鋼箱疊合梁的破壞形態(tài)鋼為套箱內混凝土開裂，繼續(xù)加載，至下鋼套箱屈服，此時橋面板混凝土未壓碎，波形鋼腹板未發(fā)生屈曲。組合橋面板中鋼與混凝土之間相對滑移很小，可認為無滑移。4.組合鋼箱梁承載能力試驗結果分析0204060801001201401601800100200300400500三輛三軸車 226.6t鋼套 箱應力200MPa 342.6t公路 I級 87.5t鋼套 箱屈服 485.3t撓度50mm 234.4t底 板 混凝土開裂 142t W5-1荷載噸重 (t)位移 (mm)最終外荷載達到505t，跨中撓度160mm。組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋

37、梁工程系 劉玉擎劉玉擎959595若定義安全系數(shù)為極限狀態(tài)外荷載值除以設計荷載取撓度限值L/600為正常使用極限狀態(tài)，其安全系數(shù)為104.7t/32.7t=3.2取最終外荷載值為承載能力極限狀態(tài)，其安全系數(shù)為210.0t/32.7t=6.42跨中荷載位移曲線18m試驗梁鋼箱疊合梁的破壞形態(tài)鋼為套箱內混凝土開裂，繼續(xù)加載，至下鋼套箱屈服，此時橋面板混凝土未壓碎，波形鋼腹板未發(fā)生屈曲。組合橋面板中鋼與混凝土之間相對滑移很小，可認為無滑移。最終外荷載達到210t，跨中撓度76.7mm。4.組合鋼箱梁承載能力試驗結果分析020406080100050100150200250公路 I級 32.5t一輛三

38、軸重車及 一輛車后軸 67.7t鋼套 箱200MPa 127.6t鋼套 箱屈服 197t撓度30mm 104.7t荷載噸重 (t)位移 (mm) W5-1底 板 混凝土開裂 25.96t組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎9630m梁的外均布 荷載特征值鋼套箱內混凝土開裂142.0t位移達到L/600 限值 234.4t鋼套箱達200MPa 時342.6t最終外荷載值505.0t公路 I 級設計荷載 87.5t正常使用極限狀態(tài)安全系數(shù)承載能力極限狀態(tài)安全系數(shù)開裂1.62撓度限值2.67 18m梁的外均布 荷載特征值位移達到L/600 限值 104.7t鋼

39、套箱達200MPa 時127.6t最終外荷載值210.0t1/2公路 I 級設計荷載 32.7t正常使用極限狀態(tài)安全系數(shù)承載能力極限狀態(tài)安全系數(shù)撓度限值3.205.77最終外荷載5.77最終外荷載4.組合鋼箱梁承載能力試驗結果分析小結96組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎97設計建造了1座30m以及1座18m的鋼箱疊合梁橋關鍵測試斷面位移橋面板混凝土應變波形鋼腹板剪應變鋼套箱應變建立試驗橋的ANSYS有限元板殼實體模型不考慮鋼與混凝土相對滑移 計算值與試驗值對比，驗證橋梁實際受力狀態(tài)與設計理論相符。與現(xiàn)行橋梁設計規(guī)范比較，對橋梁的整體受力性能進行合理評

40、價。布置位移計及應變片模擬車輛實際位置加載橫隔板應變橋面板局部工況位移橋梁自振特性實測值與計算值對比檢校系數(shù)殘余系數(shù)5. 組合鋼箱梁橋靜載試驗結果分析橋梁靜、動載荷載試驗研究實施方案跨中最大正彎矩（中載及偏載）1/4L正彎矩（中載及偏載）支承附近剪力（中載及偏載）橫隔板工況橋面板工況自振特性、跑車、跳車、剎車試驗自振特性沖擊系數(shù)實測97組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎98橋面上車輛位置標記第1級加載中載加載偏載加載靜載試驗遠景圖橋梁靜動載荷載試驗研究實施方案985. 組合鋼箱梁橋靜載試驗結果分析組合結構橋梁組合結構橋梁 同濟大學橋梁工程系同濟大學橋梁工程系 劉玉擎劉玉擎9999工況工況說明W1-1W2-3W2-4W3-23跨中最大正彎矩中載第1級5.48.510.25.6跨中最大正彎矩中載第2級13.114.414.79.541/4L正彎矩中載第1級4.36.07.15.41/4L正彎矩中載第2級10.010.310.38.96跨中最大正彎矩偏載第1級5.29.5126.2跨中最大正彎距偏載第2級13.015.617.210.57