波形钢腹板组合梁桥的发展状况及特点

1、波形钢腹板组合梁桥的发展状况及特点(1.阿拉善盟交通设计研究有限公司；2.阿拉善盟公路工程局有限责任公司，内蒙古 巴彦浩特750306)摘 要：文章阐述了波纹钢腹板组合梁桥的建设情况，详细介绍了该类桥型的特点以及连接方式c关键词：波形钢腹板；组合梁桥；连接方式中图分类号：U449文献标识码：A文章编号：1007 6921(XX)01 0070 03波形钢腹板(Corrugated Steel Web)预应力混凝土组合梁结构是一种新型的钢-预应力混凝土组合结构。这种组合 梁结构的特点是：用12mm左右厚的弯折钢板取代厚30cm80cm的混凝 土腹板，使箱梁自重减轻了20%左右，从而降低了材料用量

2、和造价。其结构构造见图1,由于 不需要混凝土腹板，相应减少了钢筋和模板的拼装、拆除作业，缩短了 工期。740)this.width=740border=undefinedonmousewheel=return zoo mm g(event,this)1波形钢腹板纽合梁桥的构造特点1.1构造特点综述目前，建成的波形钢腹板组合梁桥，主要截面形式分为两种：箱型截面，此时两片波形腹板倾斜放置。工字形截面，此时一片波形钢腹板竖直放置。其余构造特点类似，绝大多数波形钢腹板预应力组合梁桥采用了箱型截面，即波 形钢腹板PC组合箱梁，在此以箱梁为例来介绍波形钢腹板 组合梁的结构构造特点。从表1所示的波形

3、钢腹板组合梁桥来看，结构体系大多 为连续体系。兼有简支、刚构等体系。在架设时大致采用的施工方法有支架施工法、顶推施工法、悬臂施工法、逐跨 施工法，相 对于支架施工法与顶推施工法，悬臂施工法使 用的比较多，在实现大跨度上比较有利。另外，除少数桥采用预制梁整跨吊装或预制节段梁逐跨支架施工外，绝大多 数桥梁都是现浇结构形式二1.2波形钢腹板形状波形钢腹板一般是在工厂通过冷弯加工制作成形，原则 上要保证弯曲半径为板厚的 15倍以上，当不能达到要求时， 应确保钢材应有的冲击吸收功，并且控制氮元素的含量。另 外，腹板 波形的形式选择主要考虑以下几个方面：加工 工艺难易程度；应力状况，是否引起应力 集中；是

4、否 易于参数化建模，以利于后继的 ANSYSS彳丁优化设i |-c综合以上几方面的因素，我们目前一般采用转角弯折成 弧度的梯形波形（图2） Conmousewheel=return zoo mm g(event,this)波形钢腹板的主要几何参数有板厚tw、平板长度aw、斜板长度bw、波形钢腹板的高度 H、波高h、弯折角度9以 及腹板波折处连接弧线的半径R等。其形状是按照剪切屈曲前不能 发生剪切屈曲、极限荷载作用时不能发生剪切屈服 的条件设计的。当满足上述条件后，波形高度极其小的情况下常会发生剪切屈服，这时必须考虑到桥梁横向刚度以及 对疲劳性能的影响等综合因素来确疋各尺寸桥梁波形钢腹板

5、的形状和尺寸具有如下特点：除去采 用预制节段梁并要求与相邻桥梁等高的锅田高架桥之外，所有桥的波形钢腹板直板段与斜板段的宽度都相同；除去 锅田高架桥 及其最早建成的 Cognac桥，波形高度与直板段 或斜板段的宽度的比大致在0.40.6之间； 腹板厚通常要满足钢板最小厚度的要求，一般使用的最小厚度为8mm或9mm波形腹板厚 度、梁截面高度与最大跨径的变化关系。 除去极少数桥梁的跨中与墩上的截面高度、腹板厚度相同外，跨中板厚与波形高度比约为 0 05;而墩上板厚与波形 高度比的变化 较大。截面高度与波形高度比，在跨中处为 1020;在墩上为 2035 C2波形钢腹板纽合梁桥的特点2.1与预应力混凝

6、上箱梁桥相比的优点自重降低，抗震性能好。腹板采用较轻的波形钢板，其桥梁自重与一般的预应力混凝土箱梁桥相比大为减轻，地震激励作用效果显著降低，抗震性能获得一定的提高。 节约建筑材 料，改善经济指标。采用波形钢腹板代替厚重 的混凝土腹板，大幅度减轻了上部结构的自重，增大了桥梁的跨径并使下部结构的工程量获得减少，从而降低了工程 总造价。改善结构 性能，提高预应力效率。波形钢腹板 的纵向刚度较小，几乎不抵抗轴向力，因而在导入预应力时不受抵抗，纵向预应力束可以集中加载于上、下翼缘板， 从而有效地提高预应力效率。各种材料各尽所能，充分发 挥其效率。在波形钢腹板PC箱梁桥中，混凝土用来抗弯，而 波形钢腹板用

7、来抗剪，几乎所有的弯矩与剪力分别由上、 下混凝土翼缘板和波形钢腹板承担，而且其腹板内的应力分布近似为均布图形，而非传统意义上的三角形，有利于材料发挥 作用。增加了截面回转半径，提高了结构效率。 波形钢腹板PC箱梁桥中的混凝土均集中在 上下翼缘处，回 转半径几乎增加到最大值，大大地提高了截面的结构效率。减少现场作业，加快施工进程。波形钢腹板PC箱梁桥在 施工过程中，可以减少大量的模板、支架和混凝土浇筑工程，免除了在混凝土腹板内预埋管道的繁杂工艺，而且波形 钢腹板可以工厂化生产，现场拼装施工，从而加快了施工进程。减少了节段数量，缩短了工期。由于梁体自重的 减 轻，悬臂施工时，可减少节段数量，如在采

8、用混凝土腹板箱梁时，本谷桥需要 39个节段，而采用波形钢腹板后，只需 要31个节段，节段数减少了 20%因而可以大大地加快施工 速 度，缩短工期。体外力筋可以替换，便于桥梁的维修 和补强。波形钢腹板 PC箱梁桥采用体外预应力，因而即使 在长期运营后，体外预应力索出现磨损或断裂时，也可以在 夜间停止车 辆通行后对其进行更换。避免了腹板开裂问 题，耐久性能好。传统的预应力混凝土箱梁桥受外力荷载以 及混凝土收 缩、徐变的影响，常常在腹板出现裂缝，造成 了混凝土截面削弱、钢筋腐蚀乃至于要进行维修补强等一系列问题，而波形钢腹板PC箱梁桥则不会出现上述问题，耐久性能较好。10 造型美观c波形钢腹板具右优良

9、的外观. 可使桥梁获得较强的美感，是城区、风景区较好的桥型选释。2.2波形钢腹板的缺点波形钢腹板较高的制作成本是其主要缺点，但随着制 作工艺的提高，这一问题也正逐步地得到解决。相对于普通的混凝土箱梁来说，波形钢腹板箱梁断面的抗扭刚度和 抗畸变 刚度有所降低。波形钢腹板的屈曲破坏较为突然， 且在屈曲后阶段，其承载能力大约下降到相当于平钢腹板的水平。当波形钢腹板之间采用焊接连接时，其竖向边缘 焊接数 量比平钢腹板稍有增多。波形钢腹板有较多的拐 角，容易滞留泥沙等杂质，比平钢腹板易啦膚蚀匚3波形钢腹板的连接3.1波彤腹板间的连接波形腹板一般由于加工、运输及其施工上的要求，在纵 桥向都分割成节段，在现

10、场加以拼装。各节段腹板间的连接通常是焊接或用高强度螺栓。波形腹板与以往的平钢板间 的连接不同，即在纵桥向刚度比较小，不需要承担轴力， 仅仅需要考虑如何有效地承担剪力。腹板对接在一起用坡口焊连接，作为强度方面是可以得到充分保证的，其优点是 外观很好，可是施工方面不是最好的选择。腹板搭接在一起用贴角焊连接，对于仅仅需要承担剪力的波形钢腹板来说，是比较好的方法之一，法国的3座桥及日本的几座桥都是采用这种连接形式。采用单面摩擦时把2块腹板搭接在一起是最简单的连接方式，本谷桥、胜手川桥等桥梁就采用 这种形式。另外，也有将焊接在波折腹板接头处的2块翼缘板用高强度螺栓连接的方式，银山御幸桥就用这种连接。使用

11、2块盖板的双面摩擦的实例较少，仅仅德国的 Altwipfergrund 桥采 用。具体的连接形式见图34。740)this.width=740border=undefinedonmousewheel=return zoo m_im g(event,this)3.2波形钢腹板与混凝十顶底板的连接一般来说，剪力连接件可分为刚性连接件和柔性连接件两大类。刚性连接件包括方钢连接件、T型连接件、槽钢连接件、和马蹄形连接件等，而栓钉、摩擦型高强螺栓、锚和 环钩以及 角钢则属于柔性连接件。方钢和栓钉分别是最典 型的刚性连接和柔性连接件。中，结果导致混凝土被压碎或 发生剪切 破坏，甚至引起焊接破坏，柔

12、性连接件的刚度较小，破坏时变形较大，破坏形态较为协调，作用在接触面上 的剪切力会使连接件变形，当混凝土板与钢梁之间产生一定的滑移时，其抗剪强度不会降低，很少发生突然的脆性破 坏。波形钢腹板组合梁常见的连接键形式有如图5所示的栓钉连接键，即在波形钢腹板的上下端部焊接钢制翼缘板，翼缘板上焊接剪力钉，使之与混凝土板结合在一起，此剪力键 仅由栓钉抗剪740)this.width=740border=undefinedonmousewheel=return zoo mm g(event,this)此外，嵌入式剪力键如图6也是一种新型的剪力连接键， 它采用在钢腹板上穿孔，穿过贯穿钢筋，再在钢板的上

13、下端部焊接纵向约束钢筋后埋入混凝土板的方法。这种剪力键 不需焊缝 连接，其焊缝疲劳问题也就不用考虑；波形钢板 特有的波形状，对斜向钢板在承受水平剪力时是非常有利的。除了贯穿钢筋和混凝土抗剪销抗剪外，埋入混凝土顶、 底板部分的钢腹板 折舍部分也参与扌亢剪匚波形弯筋剪力件是将成对焊接的弯起钢筋连接件首尾依次相连，就得到波浪形弯起钢筋连接件。在钢梁上纵向成排设置，参照组合梁中弯筋剪力件的构造要求，用双面长 度4倍钢筋 直径的侧焊缝焊接在钢梁上；弯起钢筋的角度宜为45 ,弯折方向应指向纵向水平剪力方向；波形弯筋剪力件的水平段长度不宜小于10倍钢筋直径。为减小应力集中，增强连接可靠性，每片钢梁上翼缘上宜

14、不少于施焊双排波形弯筋连接件。740)this.width=740border=undefinedonmousewheel=return zoo mm g(event,this)与其他剪切连接件相比较，波形弯筋连接件具有下述特点：构造简单，制作、施焊方便。只需将直径10m m的螺形钢筋直接弯成连续梯形波即可，不需复杂的机械加工。连接可靠，不宜损伤混凝土板。由于连接件钢筋与钢梁 上翼缘形成封闭波形，相当于存在抗剪接合销的作用，抗剪切和抗掀起能力较强；连接件不易在混凝土间形成纵向或 横向裂隙，不会削弱混凝上的纵向和横向刚度匚对于形式多样的抗剪连接键的选用，可根据组合材料、 制作工艺、焊接技术、