淺析波形鋼腹板組合箱梁的設(shè)計與施工

1、淺析波形鋼腹板組合箱梁的設(shè)計與施工摘要：隨著體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的日趨成熟和新型建筑材料的開展，許多國家的工程師都在對大跨徑橋梁的主梁輕型化問題進展研究?，F(xiàn)如今，鋼混凝土組合構(gòu)造橋梁在日本和歐美得到了廣泛應(yīng)用，其特點在于它充分利用了混凝土和鋼的材料特點。波形鋼腹板P組合箱梁是一種新型的鋼混凝土組合構(gòu)造，它充分利用鋼與混凝土的優(yōu)點，進步了構(gòu)造的穩(wěn)定性、強度及材料的使用效率，并且這種構(gòu)造外形美觀，抗震性能好。本文闡述了波形鋼腹板P組合箱梁設(shè)計施工方法，為今后波形鋼腹板P組合箱梁橋的設(shè)計和施工提供了珍貴的經(jīng)歷。關(guān)鍵詞：波形鋼腹板箱梁構(gòu)造設(shè)計0引言在上世紀八十年代，法國首先設(shè)計并建造了以波形鋼腹板代替箱梁的

2、混凝土腹板的新型組合構(gòu)造橋梁-gna橋，其后又相繼建造了aupre高架橋、Asterix橋和Dle等數(shù)座波形鋼腹板的組合構(gòu)造橋梁，該形式箱梁的典型構(gòu)造如圖1所示。自上世紀九十年代起，日本也對該類形式的橋梁進展了研究，在參考法國同類橋梁的根底上，先后修建了新開橋、本谷橋、松木七號橋等一系列橋梁，其中有連續(xù)梁橋，也有連續(xù)剛構(gòu)橋，拓寬了其使用范圍，開展了設(shè)計和施工技術(shù)。波形鋼板即折疊的鋼板，具有較高的剪切屈曲強度，用它作為混凝土箱梁的腹板，不但充分滿足了腹板的力學(xué)性能要求，而且大幅度減輕了主梁自重，縮減了包括根底在內(nèi)的下部構(gòu)造所承受的上部恒載，還省去了施工時在腹板中布置鋼筋、設(shè)置模板等繁雜的工作。此

3、外，波形鋼板縱向伸縮自由的特點使得其幾乎不抵抗軸向力，能更有效地對混凝土橋面板施加預(yù)應(yīng)力，進步了預(yù)應(yīng)力效率。這種組合構(gòu)造能減少工程量、縮短工期、降低本錢，在施工性能和經(jīng)濟性能方面都具有很大的吸引力。1設(shè)計方法當橋梁上部采用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁的構(gòu)造形式時，和普通的鋼筋混凝土箱梁橋一樣，其設(shè)計需要針對施工和使用階段的不同要求。施工階段的計算要結(jié)合詳細的施工形式，比方，連續(xù)梁橋可以采用懸臂施工、頂推法施工或其它的方法，主要的計算荷載有自重、預(yù)應(yīng)力、混凝土不同齡期的收縮徐變、施工荷載等。使用階段那么要考慮汽車荷載、風荷載、溫度荷載等。箱梁內(nèi)通常同時設(shè)置體內(nèi)和體外預(yù)應(yīng)力，由混凝土頂板和底板內(nèi)

4、的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力抵抗施工荷載和恒載，箱內(nèi)的體外預(yù)應(yīng)力用來抵抗活載。這樣考慮的原因之一，是為了滿足更換體外預(yù)應(yīng)力鋼束時構(gòu)造的受力要求。1.1縱向抗彎計算波形鋼腹板在軸向力的作用下，軸向變形很大，表現(xiàn)出來的等效彈性模量很校波形鋼板在縱向的等效彈性模量和板厚、波紋形狀有關(guān)，可由下式計算xE(/)式中，x為等效軸向彈性模量；E為鋼材的彈性模量；t為鋼板厚度；為波紋的形狀系數(shù)。根據(jù)此式，日本新開橋ExE/617。已進展的模型實驗和有限元計算的結(jié)果，進一步證實波形鋼腹板在受彎時縱向正應(yīng)力、正應(yīng)變很小，可以忽略，即在進展截面抗彎設(shè)計時，只考慮混凝土頂板和底板的作用，并近似的認為混凝土頂板和底板內(nèi)的縱向正應(yīng)變符合

5、線性分布規(guī)律，仍然按照平截面假定計算應(yīng)力、布置預(yù)應(yīng)力鋼束。1.2抗扭計算箱梁在偏心荷載作用下，截面將發(fā)生改變變形。在混凝土腹板箱梁中，改變的影響并不大，但在波形鋼腹板箱梁中，由于腹板的彎曲剛度和混凝土頂板、底板相比小得多，這對截面改變變形的影響顯著增大，會在混凝土板內(nèi)產(chǎn)生較大的改變翹曲應(yīng)力。到目前為止，關(guān)于波形鋼腹板箱梁改變剛度的計算還沒有明確的結(jié)論。通過對建成的該類橋梁的技術(shù)總結(jié)和研究，日本工程師上平等人提出了一種計算其抗扭剛度的方法。1.3波形鋼腹板的應(yīng)力計算波形鋼腹板主要承受剪應(yīng)力。在設(shè)計中可以偏保守地假定構(gòu)造所有的剪應(yīng)力都由波形鋼腹板承受，忽略混凝土頂板和底板對剪應(yīng)力的抵抗作用，從而計

6、算出波形鋼腹板所需的最小厚度。波形鋼腹板不僅承受上述剪應(yīng)力，同時也承受橫向彎曲所引起的彎曲應(yīng)力，因此必須對波形鋼腹板的合成應(yīng)力進展驗算。1.4波形鋼腹板的屈曲穩(wěn)定性計算波形鋼腹板的屈曲破壞主要有三種形式。1.4.1部分屈曲形式波形鋼腹板的某一個波段部分出現(xiàn)屈曲破壞的現(xiàn)象。1.4.2整體屈曲形式波形鋼腹板整體出現(xiàn)屈曲破壞的現(xiàn)象。1.4.3合成屈曲形式波形鋼腹板同時出現(xiàn)部分屈曲破壞和整體屈曲破壞的現(xiàn)象，是處于部分屈曲和整體屈曲中間的屈曲形式。1.5波形鋼腹板和混凝土頂板、底板的連接模型實驗說明，在加載后期，除了底板橫向開裂外，波形鋼腹板與底板交界處沿縱向開裂，隨著裂縫的開展，構(gòu)造剛度迅速降低，最終

7、導(dǎo)致破壞，破壞特征為腹板和底板的連接部碎裂。波形鋼腹板和混凝土頂板、底板的連接直接關(guān)系到構(gòu)造的承載力，是設(shè)計此類橋梁中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對于連接部的設(shè)計，通常的做法是在波形鋼腹板的上下端焊接鋼制翼緣板，翼緣板上焊接剪力釘，使之與混凝土板結(jié)合在一起。還可以采用在鋼腹板上鉆孔，穿過鋼筋，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做法。在此根底上，還可衍生出其它的連接方法。2實例列舉自1993年起，日本從法國引進了波形鋼腹板組合構(gòu)造的技術(shù)，目前，日本大力鼓勵設(shè)計人員在主要高速公路中采用這種構(gòu)造形式。正在建立中的中野高架橋是日本關(guān)西地區(qū)阪神高速公路段的一部分，為采用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁

8、的四跨連續(xù)梁橋。全橋的立面布置見圖5。主梁為單箱單室的變高度箱梁，同時設(shè)置了體外和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力體系。支點梁高4.04.6，跨中梁高2.02.2，梁高按照二次拋物線變化。波形鋼腹板采用抗拉強度490pa、抗剪強度205pa的耐腐蝕鋼板，波長1.2，波高200，鋼板厚度919。為了進步主梁的橫向抗變形才能，除在支點和體外預(yù)應(yīng)力的轉(zhuǎn)向處設(shè)置橫隔板，還在縱向的不同位置加設(shè)了橫隔板。該橋的上部構(gòu)造采用懸臂澆筑法施工，墩頂?shù)?號節(jié)段長12，在墩架上現(xiàn)澆。其余節(jié)段分別長3.6和4.8，均在掛籃上懸臂澆筑混凝土及拼裝鋼腹板。鋼混凝土組合構(gòu)造橋梁的設(shè)計和建造在國內(nèi)起步比擬晚，尤其是本文介紹的波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋在國內(nèi)尚無實橋。與此同時，法國、德國，尤其是日本相繼建立了數(shù)座此種類型的橋梁，設(shè)計和施工技術(shù)日益成熟。波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，特別合適于中、大跨徑的連續(xù)梁橋。隨著國內(nèi)對這種構(gòu)造的研究分析工作的開展，波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋?qū)谖覈臉蛄航⒅械玫綉?yīng)用。參考文獻：