帶水平隔板的波形鋼腹板箱梁綜述研究

帶水平隔板的波形鋼腹板箱梁綜述研究

Summary：上個世紀(jì)七十年代，第一座波形鋼腹板箱梁橋——法國Cognac橋的成立，標(biāo)志著波形鋼腹板代替混凝土腹板成為了一種新的潮流。其應(yīng)用由簡支體系擴大到連續(xù)、剛構(gòu)和斜拉橋體系，由等截面箱梁擴大到變截面箱梁，和預(yù)應(yīng)力混凝土橋相比，波形鋼腹板PC箱梁橋可降低造價約10%～30%。但隨著跨徑的增大，大跨徑波形鋼腹板梁橋腹板高度較大，腹板屈曲穩(wěn)定問題突出。為解決大跨徑波形鋼腹板橋波形鋼板屈曲失穩(wěn)問題，提出一種主梁具有水平隔板的箱梁斷面結(jié)構(gòu)。Keys：水平隔板、波形鋼腹板箱梁、綜述研究

1正文1.1波形鋼腹板箱梁橋的發(fā)展歷程隨著世界橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展，設(shè)計中對減輕結(jié)構(gòu)自重、充分利用材料的特性有了更多更新自要求，因此出現(xiàn)許多新型結(jié)構(gòu)形式，其中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋存在結(jié)構(gòu)自重較大，混凝土箱梁橋腹板占全截面的25%～30%，連續(xù)剛構(gòu)橋運營中腹板開裂問題嚴(yán)重。為實現(xiàn)PC箱梁卸載、解決PC箱梁混凝土腹板剪切開裂2大工程難題，70～80年代，國內(nèi)外工程師對混凝土腹板結(jié)構(gòu)設(shè)計做了大量有益的探索。法國相關(guān)專家首次提出了用平鋼腹板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土腹板，預(yù)應(yīng)力采用體外預(yù)應(yīng)力代替，但平鋼腹板箱梁的縱向變形，使混凝土頂?shù)装迮c平鋼腹板之間發(fā)生了應(yīng)力重分布現(xiàn)象，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失較大，結(jié)構(gòu)性能變差。為解決這個問題，1975年法國CB公司在平鋼腹板箱梁橋的基礎(chǔ)上，提出了波形鋼腹板箱梁橋的設(shè)想，并建造了世界上第一座波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力箱梁橋—Cognac橋(1986年)。與平鋼腹板相比，波形鋼腹板由于其縱向成折疊形狀，在其“手風(fēng)琴”效應(yīng)下，頂?shù)装寤炷潦湛s、徐變不會受到鋼板縱向約束，從而使預(yù)應(yīng)力效率得到極大，并且波形鋼腹板的縱向折疊形狀還可以提高其豎向抗剪屈曲強度，從而使其容易滿足抗剪要求。此后，各國也相繼建造了此類橋梁，如委內(nèi)瑞拉的Coniche橋等，波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋梁應(yīng)運而生。[1]波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝上組合箱梁由波形鋼腹板、混凝上頂?shù)装濉Ⅲw內(nèi)預(yù)應(yīng)力束、本外預(yù)應(yīng)力束和橫隔板組成（如圖1）。波形鋼腹板作為箱梁的腹板代替原來的混凝上腹板，可次使結(jié)構(gòu)自重大大降低，充分利用混凝上的抗壓及鋼材的抗拉性能，結(jié)構(gòu)抗裂性能大大提高[2]。但由于其是組合結(jié)構(gòu)，波形鋼腹板與混凝上底板和混凝上頂板間用剪力連接件進行連接，整體性相應(yīng)降低。圖1波形鋼腹板組合箱梁結(jié)構(gòu)示意圖1.2帶水平隔板的波形鋼腹板箱梁橋的提出隨著波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋的不斷發(fā)展，跨徑不斷的增大，傳統(tǒng)的波形鋼腹板箱梁橋已不能滿足要求。傳統(tǒng)的波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，隨著跨徑的增大，大跨徑波形鋼腹板梁橋腹板高度較大，腹板屈曲穩(wěn)定問題突出。增加波形鋼腹板整體穩(wěn)定性的方法是：在箱梁根部幾個梁段，增加波高或箱內(nèi)設(shè)置全斷面內(nèi)襯混凝土等。增加波高時波形鋼腹板構(gòu)造復(fù)雜，鋼腹板種類繁多，施工制造不便。設(shè)置內(nèi)襯混凝土結(jié)構(gòu)時，截面中性軸以上鋼腹板內(nèi)襯混凝土位于主拉應(yīng)力區(qū)，在主拉應(yīng)力區(qū)設(shè)置混凝土不經(jīng)濟；跨徑加大時，需增加體內(nèi)索和體外索，當(dāng)體內(nèi)索用量過大，底板局部挖空率（管道直徑合計/底板寬）大于35%～60%時易導(dǎo)致底板開裂或崩裂破壞。傳統(tǒng)的波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋無體內(nèi)索用量、底板局部挖空率（管道直徑合計/底板寬）控制指標(biāo)要求；傳統(tǒng)的波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋嵌入式抗剪連接件接頭PBL剪力鍵為：在鋼腹板開孔，設(shè)置貫穿鋼筋，接頭區(qū)以貫穿鋼筋代替構(gòu)造鋼筋，接頭區(qū)構(gòu)造鋼筋不足，接近素混凝土。為了從根本上改變波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁連續(xù)剛構(gòu)橋存在的諸多弊端，相關(guān)專家提出了一種全新的思路，從打的橋梁構(gòu)造措施著手，提出具有水平隔板的波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋型（如圖2）。依托合理的構(gòu)造設(shè)計從根本上解決了傳統(tǒng)的波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁連續(xù)剛構(gòu)橋的不足。圖2帶水平隔板波形鋼腹板箱梁結(jié)構(gòu)示意圖2結(jié)語帶有水平橫隔板的箱梁斷面結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)波形鋼腹板組合箱梁結(jié)構(gòu)相比，減小了波形鋼腹板有效高度，避免了波形鋼腹板屈曲失穩(wěn)，突破了大跨徑波形鋼腹板橋建造技術(shù)瓶頸，提高了波形鋼腹板整體屈曲臨界應(yīng)力，改善了結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，具有輕型化、造型美觀和施工方便等優(yōu)點。這種橋式結(jié)構(gòu)在國內(nèi)還未有工程實例，十分有必要其力學(xué)特性與施工技術(shù)深入系統(tǒng)地研究。Reference[1]王