波形钢板拱桥在广梧高速的实践与应用

1、1会计学波形钢板拱桥在广梧高速的实践与应用波形钢板拱桥在广梧高速的实践与应用二、波形钢板拱桥的研究开发背景（韩国平山SI株式会社）2.1研究开发流程通过试验施工验证稳定性荷载特性分析惯用式,电算解释比较通过波形钢板材料试验验证基准值抗压试验抗弯试验土造模型试验验证波形钢板设计技法电算解释设计惯用式设计解释技法开发Install CorrugatedMulti PlateChannelChannelBearing CapacityBearing Capacity混凝土 地基混凝土 地基轴力抵抗土压抵抗土压移动负荷 / 土砂负荷2.2 力学结构 图解2.3 截面形象RoundHori. Ellip

2、seVertical EllipsePipe-ArchUnderpassPearArchLow-Profile High-profile Pear archBox-Bridge公称厚度(mm)Seam Strength (tonf/m)DesignSeam strength(tonf/m)Type AType BType CType D3.297.8798.7188.01118.8879.404.5161.87165.10151.12165.77126.366.0225.40234.47214.66177.17180.55连接部抗压强度设计比抗压强度的约大1.2 倍 连接部抗压破坏类型 : 钢

3、板直压破坏验证设计连接部稳定性2. 4 波形钢板连接部抗压试验2.5 波形钢板连接部抗弯试验 试验目的及内容- 分不同连接部螺栓排列，分析抗弯性能- 波形钢板结构物连接部抗弯性能评价- 抗弯破坏类型分析 试验方法及分析PP/2P/2d1d2q1 d1d2q1加力部底点部波形钢板 连接部弯度破坏类型.1 连接部弯度破坏类型.2龟裂发生2. 6 公称厚度(mm)Seam Strength (tonfm/m)TheoreticalPlastic moment(tonfm/m)Type AType BType CType DType E3.22.262.272.122.492.321.524.53.4

4、33.513.303.733.442.166.05.154.865.145.164.452.89连接部抗弯强度比设计强度的约大 1.4 倍验证连接部弯度破坏类型验证设计稳定性2. 7 连接部抗弯试验结果2. 8 模型土造试验(震动台试验) 试验目的及内容- 波形钢板结构物抗震性能评价2.9 抗震性能评价 开挖斜度 1:1.2 开挖斜度1:0.6 开挖斜度1:0.0分不同开挖斜度 评价波形钢板结构物的抗震性能2.10 解释应用软件开发及改善通用软件改善WinCande 波形钢板基本设计 为了使用者方便改善专用软件开发SOSTEEL2.11 惯用软件运用 3维解释软件验证Pentagon 3D 波

5、形钢板结构物抗震性能评价 反映现场条件的精密解释通过同解释反映抗震性能AFIMEX三、广梧高速公路波形钢板拱桥方案比选 100% 循环再利用 (钢铁 + 土) 天然资源 (土, 石) 使用 最少化 环境破坏 最少化“ 环 境 ” 安全，事故 最小化 施工人员 最少化 施工期间 缩短 经济的施工成本 维护费用 少 100年 以上 耐久性 “ 经济性 & 耐久性 ” “ 迅速 & 安全 ”3. 1 一般概况 (优 点)- 韩国工程基准 (2004年) : 钢筋混凝土结构物对比 缩短35%的工期工工 种种1 1个月个月2 2个月个月3 3个月个月备注备注打打 基基 础础R/CR/C0

6、.5-M0.5-M波形钢板波形钢板0.5-M0.5-M基础工程基础工程R/CR/C0.5-M0.5-M波形钢板波形钢板0.5-M0.5-M钢筋加工及钢筋加工及 钢板组装钢板组装R/CR/C1.7-M1.7-M波形钢板波形钢板0.3-M0.3-M填土及加强填土及加强R/CR/C0.3-M0.3-M波形钢板波形钢板0.7-M0.7-M17%25%32%50%83%75%100%100%- 结构物长度 : L = 50 m3.2 工程進度表33,400元20,500 元工程费(费用/m)截 面 R/C Box 规格 : 4.500m 4.500m 涵洞 波形钢板 宽:6.500m , 高: 3.25

7、0m概 要钢筋混凝土波形钢板 构造物区 分- 韩国工程费基准(2004年) : 钢筋混凝土 结构物相比最多可减少 35%3.3 施工费比较 韩国区 分无筋混凝土结构物波形钢板结构物条 件 SPAN=5.500m, 填土高度 = 10.8m截面形状总工程费材料费721,484元安装费109,950元结构物费1,941,431元971,928元小计1,941,431元1,803,368元相对比率100%92.8%3.4施工费比较 Pyungsan SI Copyright, Apr. 2005波形钢板与空心板小桥比较表 主要项目内容波形钢板主要项目内容空心板小桥1、大波形钢板(m2)5341、上部

8、结构2、附属材料C40砼 (m3)92.7槽钢垫板(m2)62.04普通钢筋(kg)18112.5锚钉（块）3042、下部结构3、基础（1）台身、台帽等C15砼(m3)17.668C30砼(m3)202.2C30砼(m3)179.322C25砼(m3)110普通钢筋(kg)14139.171普通钢筋(kg)31054.44、护墙（2）D120cm桩基C15砼(m3)9.12C25砼(m3)250.9C30砼(m3)133.540普通钢筋(kg)22543.9普通钢筋(kg)16324.835（3）搭板5、面壁C30砼(m3)88.3C30砼(m3)29.331普通钢筋(kg)13375.6普通

9、钢筋(kg)7396.6436、工程总造价(万元)155.573、工程总造价(万元)121.17四、广梧高速公路波形钢板拱桥设计波形钢板原材料的要求条件 化学成分机械特性P（%）S（%）镀锌附着量屈服强度抗拉强度延伸率g/m2MPaMPat55t160.0500.050900285490191542、广梧波形钢板材料要求4.2.1钢板波形钢板原材料的要求条件大波形规格表厚度t（mm）波谷P（mm）波谷深度d（mm）弯曲半径r（mm）截面面积A（cm2/m）截面系数S（cm3/m）5.453811407669.18210.27 注：1、钢板厚度以镀锌之前为准； 2、波谷P和波谷深度d的容许误差为

10、3mm。钢板的螺栓孔间的间距 轴线方向搭接长度圆周方向搭接长度lg1g238mm38mm76mm4.2.2螺栓及其它钢板的长度方向连接处的最小强度（直径20mm螺栓标准）应不小于1667.2kN/m，连接处强度安全系数取3.0。43设计要点五、广梧高速公路波形钢板拱桥施工 交 工 布设变形观测点 面墙施工 台背回填 同条件养护试件钢板与螺栓防水处理台身、台帽模板安装 搭设工作平台 拼装前三环钢板 分块吊装钢板预埋件安装 整体吊装前三环钢板并锁紧螺栓 换 填 砂 测量放样 基础砼钢筋绑扎 基坑开挖台身、台帽混凝土浇筑 地基承载力检测精确测量预埋件位置 现场检查材料螺栓扭力达到设计要求求同条件养护

11、试件5.1 施工工艺流程图3-1 施 工 工 艺 流 程 图5.1.4 防水处理及端墙施工 （1）钢板间夹缝防水是通过粘贴密封胶垫来实现的。 （2）施工中端墙基础与钢板拱部基础施工方式一致，保证承载力能满足要求。端墙墙身钢筋一次性绑扎，混凝土一次性浇筑。5.4 材料与设备机具设备一览表序号设备名称规格、功率及容量单位数量1汽车吊NK200BE，20T台22电焊机BX350，30kw、23KVA台43钢筋切断机GQ40-1，4kw、6mm-40mm台24钢筋弯曲机GWJ40-A，3kw40mm台25钢筋调直机GT4-8，4kw台16变压器500KVA台17发电机康明斯，200kw台28强制式混凝

12、土搅拌机（带自动计量系统）JDY500C、500L台29水泥砼拌和设备HZS75、750m3/h座210砼罐车6m3台55.4.2 设备（1）波形钢板构造物在以下三种情况都要测量截面的形状大小变化： 刚刚组装完毕之后；填土压实的过程中；刚刚施工完之后。（2）截面变形的测量可采用落锤式线尺测定法（参见图1）或激光测距仪测定法（参见图2）。落锤式线尺安装截面和测定状况5.5.1、波形钢板截面测量激光测距仪法结构物截面测点的位置和测定形态静力荷载试验采用等效荷载模拟的方法进行，即模拟在设计活荷作用下结构控制截面的受力情况。 6.2 试验工况根据桥梁的特点，对桥梁进行偏载加载，选择I-I截面附近跨中位

13、置为控制截面，试验工况为A-A截面正弯矩工况，A-A截面位置见6.3 观测内容 （1）在各级荷载作用下试验跨梁体跨中控制截面的挠度产生及恢复情况； （2）在各级荷载作用下试验跨梁体跨中控制截面的应变分布及变化情况； （3）在各级荷载尤其是满荷载作用下结构整体性状况 4.1 加载方式 本次静载试验按照荷载等效模拟的方法进行逐级加载，并采用横向偏载加载。为减少试验环境影响，试验选择在环境温度比较稳定的夜间进行。本次试验采用自重约为250kN的车辆加载。根据试验工况截面的弯矩影响线计算结果及试验加载车辆轴重情况确定试验加载轮位。现场实际加载车辆轴重见表6.1。 车辆序号 车牌号 前轴重 后轴重 车辆

14、总重 1 渝BG9658 66 194.4 260.4 2 粤W03061 70.4 173.5 243.9 表6.1 实际加载车辆重量（单位：kN）6.5测试内容与方法 6.5.1 应变测点布置 应变观测采用振弦式应变计进行，在拱顶布设12个应变观测点（见图6.1），在拱脚布设2个应变观测点（见图6.2）。 图6.1 II-II截面应变测点布置图(单位：m) 图6.2 III-III截面应变测点布置图(单位：m) 6.5.2 挠度测点布置 挠度观测采用张线式位移计进行， IV-IV及I-I断面布置挠度观测点共11个，具体布置见图6.3图6.4所示。 图6.3 IV-IV断面挠度观测点布置图(

15、单位：m) 图6.4 I-I断面挠度观测点布置图(单位：m) ) 6.6.1 挠度变形分析 （1）挠度测量结果 测点编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 初读数 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 00 0.0 0.0 0.0 第一级加载 0.0 0.0 -0.4 -1.1 -0.9 -0.4 -0.4 0.0 0.0 0.0 0.0 正弯矩满载 0.0 -0.9 -1.3 -2.7 -1.3 -0.9 -0.4 0.0 0.0 0.0 0.0 卸载 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

16、 注：正值表示变形向上，负值表示变形向下。 6.6、试验结果分析 表6.4 挠度实际测量结果表（单位：mm）（2）挠度校验系数 由表5可知，正弯矩工况满载下，4#测点实测弹性挠度值最大，故作为挠度控制点，4#测点实测弹性挠度值为-2.7mm，理论挠度值为-4.3mm，校验系数为0.63； 试验工况 测点 实测弹性挠度值 理论计算挠度值 校验系数 A-A截面 正弯矩工况 1# 0.0 -0.1 - 2# -0.9 -2.3 - 3# -1.3 -3.3 - 4# -2.7 -4.3 0.63 5# -1.3 -3.3 - 6# -0.9 -2.1 - 7# -0.4 -0.1 - 8# 0.0

17、-0.4 - 9# 0.0 0 - 注：正值表示变形向上，负值表示变形向下。 表6.5 实测弹性挠度值与理论计算值对比表（单位：mm）) （3）残余变形 表6.4表明，试验跨跨中截面相对残余变形均为0，说明结构恢复能力较好。 ) 测点编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 初读数 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 00 0.0 0.0 0.0 第一级加载 0.0 0.0 -0.4 -1.1 -0.9 -0.4 -0.4 0.0 0.0 0.0 0.0 正弯矩满载 0.0 -0.9 -1.3 -2.7 -1.3 -0.9 -0.4 0.0

18、 0.0 0.0 0.0 卸载 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 注：正值表示变形向上，负值表示变形向下。 表6.4 挠度实际测量结果表（单位：mm）6.6.2 应变分析 （1）应变测量结果 表6.6为正弯矩试验工况控制截面的实测应变值，图15为5#应变测点应变值随荷载效率系数变化曲线图； 图15可知，各级加载情况下，5#测点实测应变小于理论计算应变，实测变化曲线图线形与理论计算曲线线形比较接近。 测点编号 一级加载 正弯矩满载 卸载 1# 6 31 1 2# 12 35 4 3# 13 34 3 4# -28 -44 -5 5# 20 4

19、2 4 6# -36 -45 -5 7# 21 404 8# -36 -40 -3 9# -34 -38 -2 10# 21 39 4 11# 21 35 3 12# 14 21 2 13# -9 -17 1 14# 5 11 2 表6.6 应变实测结果表（单位：） 注：正值表示拉应变，负值表示压应变。 ) （2）应变校验系数 试验工况 测点 实测弹性应变值 理论计算应变值 校验系数 A-A截面 正弯矩工况 3# 31 38 0.81 5# 37 52 0.71 7# 38 52 0.73 10# 35 38 0.92 注：正值表示拉应变，负值表示压应变。 表6.7为正弯表7 实测应变与理论值

20、对比表（单位：） （3）残余应变 表6表明，卸载后应变基本恢复至初始状态，控制测点5#和7#的相对残余应变均为11%，小于20 %，结构恢复能力较好。 ) 6.7、结论 本次静载试验结果评价表见表8所示。 荷载试验工况 内容 实测值 规范要求 是否满足规范要求A-A截面 正弯矩工况 跨中挠度 (mm) 实测值 -2.7 0.61.05 是 理论值 -3.4 校验系数 0.63 截面应变 （） 实测值 37 0.61.05 是 理论值 52 校验系数 0.71 表6.8 静载试验结果对比评价表 ) ) 附图： 现场试验工况满载加载图 ) 现场应变测点布置 ) 现场挠度测点布置 开挖式隧道 (韩国

21、)Span 23m, Rise 6.9m, Length 50m7.1 施工事例 开挖式隧道 (韩国)7.2 施工事例Span 9.06m, Rise 4.53m, Length 186m地下通道(韩国)7. 3 施工事例Span 6.25m, Rise 6.25m, Length 47.94m 地下通道(韩国)7. 4 施工事例Span 7.58m, Rise 4.51m, Length 27.88m 小桥梁(韩国)7.5 施工事例Span 9.40m, Rise 3.40m, Length 8.08m 小桥梁(韩国)Span 10.5m, Rise 4.5m, Length 9m7.6 施

22、工事例 小桥梁(韩国)- Box BridgeSpan 3.8m, Rise 1.5m, Length 4m7.7 施工事例 小桥梁(韩国)- Box BridgeSpan 7.8m, Rise 2.3m, Length 34m7.8 施工事例 防落石隧道(韩国) Span 8m, Rise 4m, Length 28m7. 9 施工事例 排水管 (韩国)Span 2.25m, Rise 2.25m, Length 331m7. 10 施工事例7. 11 国外施工事例 小桥梁(美国 ALASKA 高速道路, 1950年代施工) 7. 12 国外施工事例 小桥梁(Whitehorse Creek, Span : 24m, Rise : 12m) Span : 24mRise : 12m1,000ton7. 13 国外施工事例 桥梁 (Ontario, Span : 13.5m, Rise : 5.8m, Length : 25m) 2.9 抗震性能评价 开挖斜度 1:1.2 开挖斜度1:0.6 开挖斜度1:0.0分不同开挖斜度 评价波形钢板结构物的抗震性能2.9 抗震性能评价 开挖斜度 1:1.2 开挖斜度1:0.6 开挖斜度1:0.0分不同开挖斜度 评价波形钢板结构物的抗震性能 交 工 布设变形观测点 面墙施