波形钢腹板预应力混凝土箱梁连续

波形钢腹板预应力混凝土箱形连续梁桥中国工程设计大师国家有突出贡献专家享受政府特殊津贴专家河南省优秀专家河南省交通规划勘察设计院原院长现首席顾问深圳市市政设计研究院有限公司 顾问河南大建钢构股份有限公司 董事长王用中简介波形钢腹板PC箱梁桥的定义与技术优点波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要点波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算鄄城黄河桥概况鄄城黄河桥计算成果目录顾名思义，波形钢腹板PC箱梁桥就是用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁。其显著特点是用8-30mm厚的钢板取代厚30-80cm厚的混凝土腹板。由于顶底板预应力束放置空间有限，而使用体外索则是波形钢腹板预应力混凝土箱梁的第二个特点。波形钢腹板PC箱梁桥的定义波形钢腹板PC箱梁桥这一独特的组合结构桥梁有着比传统PC箱梁桥更好的力学性能和优点：箱梁自重减轻10~25%，从而降低了工程造价，提高了抗震性能；波形钢腹板的折绉效应提高了预应力的效率，体外索的可调换性提高了桥梁的耐久性；充分发挥各种材料的性能：混凝土抗弯、波形钢腹板抗剪，结构受力更加合理；提高腹板抗剪能力和结构耐久性，有效解决传统PC箱梁桥腹板的开裂这一常见病害；造型美观、施工方便，提高了建设速度等。波形钢腹板PC箱梁桥的优点（与一般PC箱梁桥比较）波形钢腹板PC箱梁桥的优点（与混凝土钢板箱梁桥比较）波形钢腹板PC箱梁桥这一独特的组合结构桥梁有着比混凝土钢板箱梁桥更好的力学性能和优点：腹板抗剪承载力加大：波形钢腹板的抗剪承载力大概是加劲的平钢板的2倍；横向刚度加大：无须纵向、横向加劲肋，故腹板折算厚度较小；顶、底板预应力效率更高：因波形钢腹板不承受预应力，故顶底板预应力效率高；混凝土收缩、徐变效应降低：混凝土顶底板收缩徐变、温度效应对腹板影响很小；腹板加工、安装更方便：腹板的三维韧性便利了施工，减少了几何缺陷的敏感性。项目单位PC箱梁桥波形钢腹板PC箱梁桥钢-混凝土组合梁桥材料用量砼m3/m21.29（100%）0.98

（76%）0.52

（40%）钢材kg/m2--85.00400钢筋kg/m2225.00

（100%）138.00

（61%）82

（36%）PC钢材kg/m268.00

（100%）49.00

（72%）30

（44%）单位长度重量t/m45.2

（100%）35.2

（78%）23.7

（52%）上部构造造价1.0

（100%）0.92

（92%）1.2

（120%）三种结构上部材料及造价比较表（桥宽按13.5m，跨径120m估算）波形钢腹板PC箱梁桥的定义与技术优点波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要点波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算鄄城黄河桥概况鄄城黄河桥计算成果目录：法国在80年代末期首先把钢腹板运用于桥梁结构，并建成了第一座波形钢腹板箱梁桥Cognac桥。随着这种结构成功的运用，各国都相继建造了数座此类型的桥梁。如法国的Maup`re桥、Asterix桥、Dole桥、挪威的Tronko桥、委内瑞拉的Caracas桥、Corniche桥。日本在引进这种新结构后，很快就在1993年成功建造了日本第一座波形钢腹板箱梁桥—新开桥。随着科研和实践的进一步的深入，日本建造了一系列的此类桥，成为目前修建此类桥型最多的国家，在建和已建成的桥已超过200座。波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（1/16）桥

名结构形式跨径布置（m）梁高（m）施工方法建成年份Cognac桥（法国）3跨连续31+43+312.25满堂支架1986Maup`re高架桥（法国）7跨连续40.95+47.25+53.55+50.4+47.25+44.10+40.953.0顶推施工1987Dole桥（法国）7跨连续48+5×80+482.5~5.5悬臂施工1988Altwipfergrund桥（德国）3跨连续81.5+115+81.4悬臂施工Ilsun桥（韩国）14跨连续50+10×60+50+2×50.5顶推施工2005Asterix桥（法国）2跨连续43(最大跨径）2.25支架施工1989Coniche桥（委内瑞拉）7跨连续80(最大跨径）3.5悬臂施工2002国外具有代表性波形钢腹板预应力砼箱梁桥（不含日本）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（2/16）日本具有代表性的波形钢腹板桥编号桥梁名施工方法构造形式桥长(m)跨径布置(m)竣工年份1矢作川桥（东）悬臂施工4跨预应力斜拉桥820.0173.4＋2×235.0＋173.420052日见梦大桥悬臂施工3跨部分斜拉桥36591.8＋180＋91.820033朝比奈川大桥悬臂/满堂支架7跨连续刚构670.781.2＋150.4＋91.2＋73.2＋94.7＋104.8＋73.220084宫家岛高架桥悬臂施工23跨预应力连续粱1432.051.2＋7×53.0＋54.0＋85.0＋53.0＋3×52.0＋58.5＋60.0＋101.520075栗东桥悬臂施工4跨部分斜拉桥495.0137.6＋170.0＋115.0＋67.620086上伊佐布第三高架桥悬臂施工5跨预应力连续刚构449.053.0＋105.0＋136.0＋99.0＋53.020077谷津川桥悬臂施工5跨预应力连续粱383.543.8＋91.0＋135.0＋74.0＋37.320078中一色川桥（上）悬臂施工5跨预应力连续梁535.471.3＋3×130.0＋71.320079菱田川桥悬臂施工8跨预应力连续刚构688.064.9＋3×105.0＋124.0＋75.0＋54.0＋52.9200810入野高架桥支架施工10跨预应力连续粱679.056.7＋3×58.0＋80.0＋124.0＋80.0+2×58.0+45.7200711前川桥悬臂施工5跨预应力连续粱500.076.8＋120.0＋104.0＋120.0＋76.8200812池山高架桥悬臂施工10跨预应力连续刚构941.046.5＋104.0＋114.0＋99.0+4×106.5+98.0+50.5200613中一色川桥（下）悬臂施工6跨预应力连续梁574.362.8＋3×112.0＋110.5＋61.32007波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（3/16）日本波形钢腹板PC梁桥跨径频率分布图波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（4/16）第一座波形钢腹板组合梁桥法国Cognac桥（31m+43m+31m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（5/16）Maup`re高架桥（41m~53.6m七跨连续梁）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（6/16）Dole桥（48m+5×80m+48m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（7/16）德国Altwipfergrund 桥（81.5m+115m+81.4m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（8/16）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（9/16）韩国Ilsun

Bridge

桥（44m+97m+56m）本谷桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（10/16）栗东桥实景（部分斜拉桥）137.6m＋170.0m＋115.0m＋67.6m施工中的栗东桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（11/16）矢作川斜拉桥：173.4m+2×235.0m+173.4m,已建成的最宽的波形钢腹板桥，桥宽43.8m波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（12/16）（日本）日见梦低塔斜拉桥：91.8m+180m+91.8m波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（13/16）鬼怒川桥（49.33m+50m+2×72m+50m+49.33m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（14/16）曾宇川桥：23.1m跨波形钢腹板预应力砼Ｔ梁桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（15/16）银山御幸桥（耐候钢）白泽桥（耐候钢）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（16/16）国内对波形钢腹板箱梁的研究和应用已兴起，先后有交通部交通科研设计院、西南交通大学、东南大学、重庆交通大学等单位对该组合箱梁的钢腹板屈曲强度、方案设计、桥面板有效宽度、剪力连接键等做过研究。到目前为止，国内只修建了数座波形钢腹板箱梁桥，具有代表性的有青海三道河桥（50m跨单箱双室大箱梁），江苏淮安的长征桥(18.5m+30.5m十18.5m的3跨连续梁，人行桥)，河南的泼河大桥(4跨30米先简支后连续梁桥，公

路桥)，重庆市永川的大堰河桥(25m简支箱梁，公路桥)及山东东营的两座人行桥。2006年山东鄄城黄河主桥（70m+11×120m+70m）波形钢腹板PC箱形连续梁桥的设计、施工标志着我国波形钢腹板PC桥进入成规模的工程实用阶段。波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（1/10）我国已建、在建的波形钢腹板PC桥桥名桥跨（m）桥面宽（

m

）箱式梁高（

m

）设计深度与工程进展青海三道河桥50m单箱双室已建成泼河桥30小箱梁已建成大堰河桥25单箱单室已建成桃花峪黄河大桥跨大堤桥75

m

+135

m+75m2×16.55

m单箱单室3.5～7.5

m施工图设计南京长江四桥跨大堤桥56

m

+96m+56m2×16

m单箱单室3.0～6.5

m施工图设计邢台七里河紫金桥88m

+156

m

+88m13m单箱单室4.2-9.0m初步设计邢台郭守敬桥17

m

+35

m

+17

m30

m单箱七室1.8

m在建邢台钢铁路桥17

m

+35

m

+17

m36m单箱七室1.8

m在建邢台东环路桥（二座）17m

+35

m

+17

m30

m单箱七室1.8

m在建波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（2/10）我国正在设计施工的波形钢腹板PC桥——由河南海威工程咨询公司完成设计桥名桥跨（m）桥面宽（

m

）箱式梁高（

m

）备注鄄城黄河公路大桥70m+11×120m+70m2×13.5

m单箱单室3.5～7.0

m与中国公路工程咨询集团有限公司合作深圳南山大桥80

m

+130m+80m2×23.5~2×27.5m每幅双单箱室3.5～7.5

m与深圳市政设计院合作深圳平铁大桥80

m

+130m+80m2×

27m双单箱室3.5～7.0

m与深圳市政设计院合作深圳甘泉大桥﹡96m

+135

m

+80m2×17m双单箱室3.5～7.0

m与深圳市政设计院合作东明黄河公路大桥（主桥）3×（85

m

+7×120m

+85m

）2×13.5

m单箱单室3.5～7.5

m与河南省交通设计院合作东明黄河公路大桥跨堤桥90m

+155

m

+90m2×13.5

m单箱单室4.5～9.5

m与河南省交通设计院合作洛三路弘农涧河桥60m

+24×

70m

+60m20.5m单箱带撑4.5

m与河南省交通设计院合作﹡净空受限，梁高偏小，96m跨中墩为梁墩固结。波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（3/10）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（4/10）河南海威工程咨询有限公司编译的关于波形钢腹板PC桥工程资料《日本中东高速公路设计要领》《波形钢腹板PC桥设计手册》《波形钢腹板PC桥设计施工准则》《波形钢腹板PC桥设计实例集》

《波形钢腹板PC桥问题与解答》等并在此基础上结合中国桥规与深圳市政设计院合作编写了《波形钢腹板PC桥设计与施工》一书（已出版）目前国内波形钢腹板资料青海三道河桥（51mR=250m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（5/10）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（6/10）信阳泼河大桥（30m跨箱梁桥）东明黄河桥（90m+155m+90m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（7/10）施工中的鄄城黄河大桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（8/10）施工中的鄄城黄河大桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（9/10）甘泉大桥［98m（96m）+135m+80m］南山大桥［80+130m+80m］波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（10/10）波形钢腹板PC箱梁桥的定义与技术优点波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要点波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算鄄城黄河桥概况鄄城黄河桥计算成果目录：波形钢腹板PC箱梁较同等高速PC箱梁断面抗弯刚度降低10%左右，抗剪刚度降低50%左右，抗扭刚度降低90%左右，下表为算例（图示见下页）：受力性能单位①PC桥②波形钢腹板桥②/①跨中断面面积m27.125.800.81断面惯性距m46.195.610.91扭转惯矩m412.315.160.42腹板断面面积m22.100.027-弯曲刚度EcIKN.m21.92x1081.74x1080.91扭转刚度GcJtKN.m21.60x1086.71x1070.42剪切刚度GcAwKN2.73x1072.08x1060.08根部断面面积m214.947.850.53断面惯性距m486.6068.240.79扭转惯矩m495.0427.370.29腹板断面面积m28.190.122-弯曲刚度EcIKN.m22.68x1092.12x1090.79扭转刚度GcJtKN.m21.24x1093.56x1080.29剪切刚度GcAwKN1.06x1089.39x1060.09力学特性波形钢腹板桥自振频率与阻尼系数波形钢腹板PC桥的振动特性与阻尼系数桥名新开桥银山御幸桥本谷桥腾手川桥小河内川桥构造形式简支桥连续梁连续刚构连续刚构Ｔ梁连续刚构自振频率

(Hz)一阶3.9502.7781.6481.8401.756二阶5.4003.1671.8312.6952.491三阶-3.7103.2353.2205.020阻尼系数由一阶0.02700.00700.03200.01180.0073二阶0.03400.00840.02100.00920.0065三阶分析、-试验、0.0095实桥检测知，-波形钢腹板0.0094PC桥的振动0.0056特性介于PC桥与钢桥之间；一般PC桥体外束自振频率为12Hz-18Hz，阻尼系数为0.0002，一般不会发生体外束引发整桥共振问题。纵向抗震性：一般地说主梁自重减轻、刚度减小地震效应均会减少，三道河桥的实桥分析说明波形钢腹板PC桥较一般PC桥的抗震性能要好。横向抗震性：波形钢腹板PC桥梁不具有混凝土腹板，所以减少了承受

面外方向地震的受拉钢筋。因此，预计面外方向的抗力低于通常的混凝土箱梁桥。但是，面外方向的弯曲刚度亦有所下降，可是其量较小，所以认为两者的抗震性能基本相同。混凝土顶、底板通过刚度较小的波形钢腹板而连接，所以有人担心混凝土顶、底板分别产生响应，但是从分析中已经确认到两个混凝土板连成一体响应，而且不产生顶、底板之间的相位差，而且振幅基本相同。总之，波形钢腹板PC桥梁的抗震能力介于PC桥与钢桥之间。波形钢腹板PC桥的抗震性能（1/2）波形钢腹板PC桥的抗震性能（2/2）位置横向弯矩Mx纵向弯矩My扭转Mz波形板PC桥PC桥波形板PC桥PC桥波形板PC桥PC桥1-1（边跨1跨中）0.0321.348-2540.383-6486.623-145.309-391.8272-2（边跨1主梁根部）1.249-0.445-4016.438-4458.440-221.724-246.8623-3（中跨跨中）-0.071-1.29518010.11030259.270154.008250.5314-4（边跨2主梁根部）-3.386-2.4089618.580111812.0001592.6632029.4955-5（边跨2跨中）-0.414-57.582-39655.490-67819.520-323.919-575.690交通部公路科学研究院于青海三道河50m跨波形钢腹板PC箱梁研究中曾作过同跨径波形钢腹板PC桥与一般PC桥地震作用对比分析结果如下表：波形钢腹板箱梁与混凝土箱梁各截面弯矩计算结果由这些对照表可知：结构自重：由于波形钢腹板PC桥较一般PC桥自重轻15-25%，而地震效应与结构重量是成正比的，故波形钢腹板PC桥地震力可较一般PC桥小。动力性能：由于波形钢腹板桥的刚度偏小，自振周期略大，因此从自振特性方面看，波形钢腹板箱梁桥的自振频率计算结果小于混凝土箱梁，竖向第1阶振型自振频率降低约13％；高阶振型降低更多，故地震影响系数较一般PC桥小，且频谱较密集，振型参与系数亦较小。这两个因素亦是波形钢腹板PC桥地震作用

效应小于一般PC桥原因。通过反应谱计算结果看，由于混凝土箱梁桥的自重和刚度均较大，因此各控制截面的横向弯矩、纵向弯矩和扭矩均大于波形钢腹板箱梁，平均相差15%以上，两者挠度计算结果基本相当，而15%的差异系由自重的降低，频率的减少，频谱的改善等因素造成。纵向抗震性：波形钢腹板PC桥较普通PC桥重量轻、自振周期长、频谱较密集等三个因素，所以其地震效应有较大幅度减小。由银山御幸桥车辆动载试验得到波形钢腹板桥本身振动加速度最大值为3gal，其值非常小，因此认为其疲劳问题会很少。考虑的重点是波形钢腹桥与翼缘板的连接焊缝，日本曾作过波形钢腹板桥、波形钢腹板PC桥的疲劳模型试验与有限元分析，同时作了（44.25+136+44.25）m三跨连续梁实桥有限元分析，结论是较高应力发生在腹板与砼连接的过焊孔处，但是这里应力幅很小，一般不会发生疲劳问题。波形钢腹板PC桥的抗疲劳性能（1/3）连接形状特征·Dole桥（法）中所采用的接头构造·单侧插入式构造·在Dole桥（法）构造的两侧均设置过焊孔·单侧插入式构造·通过使用曲线而消除锐角的构造·两侧插入式构造下图为波形钢腹板相互连接处采用搭接接头（连续贴角焊）时，已经被确认满足疲劳耐久性的波形钢腹板上下端部的构造与过焊孔形状。当采用这些接头构造时通常不要求再作疲劳验算。疲劳耐久性被确认的搭接接头（连续贴角焊）的构造波形钢腹板PC桥的抗疲劳性能（2/3）满足疲劳耐久性的波形钢腹板上下端部的构造与过焊孔形状波形钢腹板PC桥的抗疲劳性能（3/3）其耐久性类同钢-混组合梁桥，日本波形钢腹板结构研究会2005年组织对已经运营了5～10的新开桥（1993建成）、银山

御幸桥（1996年建成）、本谷桥（1999年建成）进行了实地检测，结果表明这三座桥外观、内在均无明显病害，运营状况正常。波形钢腹板PC桥的耐久性项目表面处理+富锌底漆（底涂层、中涂层）+聚氨酯面漆（面涂层）表面处理+喷铝涂层（底涂层、中涂层）+聚氨酯面漆（面涂层）表面处理+锌铝伪合金涂层（底涂层、中涂层）+聚氨酯面漆（面涂层）项目建设初期防腐费用重防腐涂装，工厂施工，连同聚氨酯涂料面漆共4道涂层铝涂层工厂施工（膜厚一般200μm），表面涂装聚氨酯涂料面漆（一般膜厚80μm）锌铝伪合金工厂施工（膜厚一般120μm），表面涂装聚氨酯涂料面漆（一般膜厚80μm）130元/m2210元/m2180元/m250年运营期间涂装维护费用每10年重新涂装一次，共5次（重涂时必须喷砂除锈、拷白处理）30年内铝涂层有效无需

维护，每15年只需重涂

面漆，30年后涂层失效，需重新喷砂除锈、热喷

涂铝涂层）50年内锌铝伪合金涂层有效，无需维护，每15年只需重涂面漆，无需喷砂除锈。130×5＝450元/m230×2+210＝270元/m230×3＝90元/m250年间综合费用现场临时施工搭建、人工费、机械损耗费等30×5＝150元/m230×3＝90元/m230×3＝90元/m250年间费用合计930元/m2570元/m2360元/m2钢结构3种典型防腐体系50年使用奉命期间费用比较涂装耐久性波形钢腹板PC箱梁的扭转刚度比混凝土腹板箱梁扭转刚度小，因此应用于曲线桥时应当留意控制弯曲半径，适当加大抗扭刚度。曲线梁桥梁名主持机构形式最小半径本谷桥道路公团3跨径连续框架箱梁2,400m腾手川桥道路公团3跨径连续框架箱梁1,500m大内山川第二桥道路公团7跨径连续框架箱梁2,200m小犬丸川桥道路公团6跨径连续框架箱梁1,000m小河内川桥道路公团2跨径连续框架箱梁7,000m下田桥道路公团4跨径连续框架箱梁5,000m锅田高架桥道路公团3跨径连续框架箱梁1,000m日见梦大桥道路公团3跨径连续预应力框架箱梁1,800m中野高架桥（斜面部分）阪神高速4跨径连续框架箱梁250m中野高架桥阪神高速4跨径连续框架箱梁400m栗东桥道路公团4＋5跨径连续预应力框架箱梁3,000m波形钢腹板在纵向由于折皱效应，其纵向抗拉压刚度小，故设计时可以认为波形钢腹板不承受轴向力：即近似认为抗弯惯矩计算可仅考虑混凝土顶、底板，而剪力则完全由钢腹板承担，且剪应力在腹板上作均匀分布。波形钢腹板主要作用在于抗剪，故波形钢腹板的厚度与形状取决于抗剪强度与剪切屈曲稳定性的需要。波形钢腹板预应力砼箱梁的另一技术特点是通常采用体内、体外预应力索并用的方式：即在混凝土顶板、底板中配置纵向预应力筋，用以抵抗施工时的荷载及自重。在箱内配置体外预应力束，通过转向块来转向并最终锚固在横隔板上，实现曲线或折线配筋，以体外索来承担外荷载的作用，如有必要时，可以在使用期间封闭交通来张拉更换体外索以加固桥梁结构或提高其承载力。结构要点波形钢腹板节段之间及与上、下混凝土板的连接：波形钢腹板的预制节段之间一般通过高强螺栓或现场焊接的方式连接，波形钢板与混凝土顶

底板的连接：一是非埋入式连接，在波形钢板的上下端部焊接钢板，钢板

上焊接穿孔板、角钢或剪力钉（柱型螺栓），使之与混凝土板结合在一起。二是埋入式连接，在波形钢板上打孔。穿过钢筋（贯通钢筋），再在钢板

的上、下端部焊接纵向钢筋（约束钢筋）并埋入混凝土的结合方法。波形钢腹板之间的连接波形钢腹板的连接（1/4）波形钢腹板与混凝土板的的连接波形钢腹板的连接（2/4）连接种类结构特点波形钢板直接埋入混凝土顶、底板；桥轴方向的水平剪力由波形钢板斜幅间混凝土块（亦称抗剪齿键）与焊接于钢板顶端的约束钢筋（亦称连接钢筋）及与桥轴成直角方向的贯穿钢筋和混凝土销承担；埋入式与桥轴成直角方向的角隅弯矩由埋入波形钢腹板和与桥轴成直角方向的贯穿钢筋与混凝土销承担；连接由于系在混凝土中直接埋入钢板，故从耐久性观点考虑，在其界面上要注意密封。角钢剪力键连接在波形钢板上下端焊接翼缘板，再在翼缘板上焊接角钢和U形钢筋；桥轴方向剪力由角钢、U形钢筋承担。与桥轴成直角的角隅弯矩由角钢、U形钢筋和穿过角钢的桥轴方向的贯通钢筋承担。波形钢腹板的连接（3/4）基本连接构造分类与顶板连接与底板连接埋入式连接埋入式连接埋入式连接角钢剪力键连接（1）角钢剪力键连接角钢剪力键连接角钢剪力键连接（2）角钢剪力键连接埋入式连接PBL键连接（1）Twin-PBL连接S-PBL连接+栓钉连接PBL键连接（2）Twin-PBL连接埋入式连接顶、底板的连接构造的组合注：表中（1）、（2）为日本高速公路设计要领建议 的工程招标用连接方式：（1）用于跨度较大桥梁连接，（2）用于盐腐蚀环境不强、跨径较小的桥梁连接。波形钢腹板的连接（4/4）波形钢腹板PC箱梁桥的定义与技术优点波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要点波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算鄄城黄河桥概况鄄城黄河桥计算成果目录：忽略波形钢腹的纵向抗弯作用在竖向荷载作用下弯曲平面假定成立弯矩仅由混凝土顶底板构成的断面承担剪力由波形钢腹板承担，且剪应力呈均匀分布波形钢腹板PC箱梁竖向弯曲符合以下假定波形钢腹板预预应力混凝土箱梁桥的总体受力与通常的预应力混凝土箱梁类似，其设计计算亦类似，故总体设计计算可用通用桥梁设计软件完成，唯因其剪力系由波形钢腹板承担，而关于波形钢腹板的剪切屈服、剪切屈曲问题，我国现有桥梁设计通用软件无此项内容，故需用日本有关规范、规准另行计算。关于钢板与混凝土顶底板的连接属钢－混凝土组合结构设计内容，我国现亦缺乏相关设计软件。如上述，波形钢腹板预预应力混凝土箱梁桥设计计算总体受力分析可分为纵向弯曲、横向框架、纵向扭转畸变等三部分。验算内容总体可分顶底板纵、横向承载力及应力验算、波形钢腹板强度、屈曲验算、波形钢腹板与顶底板连接和波形钢腹板自身连接验算。波形钢腹板预应力混凝土箱形连续梁桥设计检算项目包括：设计荷载作用时的安全性、极限荷载作用时的安全性、疲劳的安全性、施工的安全性。波形钢腹板桥属钢-混组合结构，其设计、施工可依相关规范进行，我国现行钢结构、混凝土结构、钢-混组合结构桥梁主要设计、施工规范为《公路桥涵设计通用规范》（JTG

D60-2004)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG

D62-2004）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86)待实行的相关规范有《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG/T

D64-2009）《钢-混凝土组合桥梁设计与施工细则》（JTG/T

D64-01)波形钢腹板PC桥的设计与施工波形钢腹板PC桥的设计类同PC箱梁桥，其总体框图如下：波形钢腹板PC桥的设计与施工波形钢腹板PC箱梁桥设计荷载标准按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)采用，箱梁的顶、底板预应力、纵向、横向、整体计算按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG

D62—2004)对其进行验算，关于波形钢腹板强度、屈曲计算以及波形钢腹板的连接计算则按《公路钢结构设计规范》（TJG025-86）并参考日本《高速公路设计要领》(2006年版)的相关规定进行。MIDAS分析横向、纵向计算计算内容总体计算内容及计算流程纵向计算框图总体计算内容及计算流程抗剪设计框图剪切计算内容及计算流程波形钢腹板的剪切屈曲在竖向弯曲时波形钢腹板上的剪应力分布和传统的混凝土腹板有所不同,沿梁高基本呈等值分布。由于轴向压应力较小，钢腹板可以视为纯剪切状态,因此设计时需要验算钢腹板的剪应力,虽然满足强度设计要求，然因波形钢腹板一般均比较高、比较薄，故还有较大的剪力屈曲稳定问题。还需要计算钢腹板的剪切屈曲。波形钢腹板的剪切屈曲分三种：局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲。三种屈曲形式局部屈曲计算：式中：弹性屈曲临界应力；；；：波形钢腹板材料的泊松比

0.30；：厚高比：波形钢腹板厚；：剪切屈服应力。：波形钢腹板的弹性模量；：剪切屈曲系数：纵横比

但：波形钢腹板高；N/mm2

；；整体屈曲计算：式中：弹性屈曲临界应力；：两端支撑固结系数（两端简支时：：波形钢腹板的弹性模量）N/mm2

；：波形钢腹板桥轴方向相对中心的惯性矩：波高板厚比；：长度减少系数（波形钢板沿桥轴方向与相应展开长度之比）如；1600/1712.4=0.934：波形钢腹板相对高度方向惯性矩：波形钢腹板材料的泊松比

0.30；：波形钢腹板厚；：波形钢腹板高；：剪切屈服应力。组合屈曲计算：式中：组合屈曲强度；：局部屈曲强度（满足屈服域条件时，即为钢板的剪切屈服应力）：整体屈曲强度（满足屈服域条件时，即为钢板的剪切屈服应力）波形钢腹板组合屈曲临界应力可用局部屈曲临界应力与整体屈曲临界应力的乘幂与相关式来求得：当λs≤0.6时，可取τcr,L＝τcr,G＝τy时，τcr＝0.84τy，即当满足屈服应力以下不发生局部屈曲、整体屈曲条件时，控制在屈服应力以下不发生组合屈曲的条件为τ≤0.84τy，从这个意义理解波形钢腹板的组合屈曲强度是对极限荷载作用时的剪应力做验算，其值控制在以0.84τy下。（屈服区）：

λs≤0.6（非弹性区）（弹性区）：：当极限荷载作用时，剪应力即使在允许应力以内时，设计亦并非可用，由于波形钢腹板的形状不同，即使剪应力在允许范围内，板的剪切屈曲也可能发生，所以对剪切屈曲的安全性验算必须进行。对波形钢腹板屈曲安全性计算，可以用有限变形理论的有限元方法作安全性验算，但实际上，用压杆的稳定性理论的有限元法对波形钢腹板的屈曲安全性进行计算也可以得到足够安全性的保证。以压杆理论为基础的波形钢腹板屈曲计算如下页图。为经济合理计，设计宜控制屈曲发生在屈服区、非弹性区为原则，此时屈曲应力一般均大于或近于屈服应力，即使剪应力低于屈服应力时，波形钢腹板不发生屈曲，以使材料得以合理应用。总之，如图所示屈曲进入非弹性领域（曲系数，）是容许的，但设计追求的目标却是λs

≤0.6（λs为剪切屈或 ）。组合屈曲计算：横向分析波形钢腹板PC箱梁桥的整体分析如同PC箱梁桥一样包括纵向

整体分析与横向整体分析，在混凝土腹板的PC箱梁桥的设计中，腹板、顶底板加腋的设计被包含在横向设计里，而在波形钢腹板的PC箱梁桥中，关于波形钢腹板的剪切的研究并没有包含在横向设计里。但是，关于波形钢腹板与桥面板连接部设计中用到的角隅弯矩，则

由横向分析求得。横向分析一般采用平面框分析或三维FEM分析等方法。波形钢腹板与顶、底板的连接部设计对作用于波形钢腹板与混凝土顶、底板的连接部的桥轴方向的水平剪力，应验算设计荷载作用时，以及极限荷载作用时的安全性。安全性验算标准为作用于连接部的剪力应小于抗剪连接件的容许剪力以及极限屈服强度。对发生于连接部的与桥轴成直角方向的弯矩，必须验算设计荷载作用时以及极限荷载作用时的安全性，安全性的验算标准为使角隅弯矩所引起的应力在限制值以下。焊接部的验算焊接部的验算，应当对设计荷载时的桥轴方向与轿轴成直角方向及组合应力进行验算。体外索的锚固部以及转向部构造体外索的锚固部以及转向部的构造，必须要考虑波形钢腹板PC箱梁桥的特性来选定合理的构造。体外索的锚固部，为了顺畅的向主梁顺利地传递钢绞线的张拉力，必须考虑主梁构造、主梁所配置的体外索的规格以及根数来选定恰当锚固、转向的构造。对锚固部的设计，对因钢绞线张拉力在各个构件上所发生

的局部应力等，要用恰当的方法分析，以确保所要求的耐荷能力以及耐

久性。体外索的转向部是确保桥梁整体机能的重要部位，必须做成使结构整体机能能够充分发挥的构造。对转向部的设计，因体外索的侧压力等的荷载在各个构件上所发生的应力，应用恰当的方法分析，以确保所要求的耐荷能力以及耐久性。波形钢腹板PC箱梁桥中，由于腹板的剪切刚度比混凝土腹板桥要小，故

不可以忽略主梁的剪切变形。特别要注意与等高梁相比，梁高变化时，剪切

变形会加大。因此，对通常的框架分析中的轴力以及弯曲所导致的弯曲变形，必须考虑主梁的剪切所引起的增加量。波形钢腹板PC箱梁桥的剪切变形，通常用以下公式来表示：式中：κ——系数（腹板界面上最大剪应力与平均剪应力的比）；Gs

——板的剪切弹性模量；Q——剪力；Q——位荷载所引起的假定剪力。剪切修正系数可根据以下公式所算出腹板的剪应力，与主梁截面承受到的全部剪应力之比作为腹板的分担剪力的比例来算出。波形钢腹板PC箱梁桥的定义与技术优点波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要点波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算鄄城黄河桥概况鄄城黄河桥计算成果目录：鄄城黄河公路大桥是一座横跨黄河的特大型桥梁，地处山东省南部鄄城县以北，位于山东与河南两省交界处，它是规划建设的德（州）至商（丘）高速公路的一个重要控制工程，全长约5.6公里。地理位置鄄城黄河桥建设规模：工程全长5586米，其中桥梁长5020米工程起点桩号K199＋150，工程终点桩号K204＋773。标段号桩号工程规模简述第一标段K199＋150～K200＋155路堤长332.4m，7孔30m预应力砼小箱梁，9孔50m折线配筋预应力砼先张T梁第二标段K200+155～K201+615（70m+11X120m+70m)波形钢腹板预应力砼连续箱梁桥第三标段K201＋615～K203＋01528孔50m折线配筋预应力砼先张T梁第四标段K203＋015～K204＋77330孔50m折线配筋预应力砼先张T梁，路堤长253.5m工程规模主桥采用70m+11×120+70m波形钢腹板PC桥引桥采用50m跨折线配筋PC先张梁主桥连续总长1460m鄄城黄河桥设计三大创新点预应力混凝土按其预应力施加工艺可分为先张法与后张法：在构件混凝土浇注之前在张拉台座上张拉预应力筋，然后再浇注混凝土，待混凝土强度达到设计强度后释放预应力筋的拉力，借其与混凝土之间的粘结力对混凝土施加预应力是为先张法；后张法则是在构件混凝土达到设计强度后，借预应力混凝土构件内的孔道，穿入永久性预应力筋，以混凝土构件自身为支承张拉预应力筋，然后用锚具将预应力筋锚固，形成永久预应力，最后在预应力筋孔道内注水泥浆，使预应力筋和混凝土粘结成整体。就先张与后张的工艺对比可知先张预应力混凝土便于工厂化预制，具有施工周期短、工序简洁、节省材料、维修养护工程量少、耐久性好等特点，因而在国内外得到了广泛应用。先张梁与后张梁相比，虽然增加了预制场张拉台座的工作量，却可以省去成孔、穿束、压浆工艺。更为重要的是，它完全避免了后张法中可能出现的堵孔、压浆不密实、预应力失控等影响结构质量与耐久性问题。尽管后张法施工技术应用广泛，但是后张法施工中经常出现的堵孔、压浆不实等影响结构耐久性的质量问题却始终不能避免，许多预应力砼连续梁桥发生裂缝开展、持续下挠现象，造成安全隐患。建于1958年倒塌于1985年的英国YNYS-GMAS桥，就是由于压浆工艺不善和潮湿空气侵蚀导致预应力钢材的锈蚀所致，英国为此曾一度禁止后张工艺在英国的应用。东南大学交通学院曾利用沪宁高速公路拓宽改建的契机，对其中实施拆除的三座后张法预应力砼桥梁进行了实桥孔道压浆饱满率的调查，其结果如下：A桥：73.3%、B桥：66.6%，C桥77.7%，三座桥的压浆情况都不是太好，存在较为严重的质量缺陷。其它省市类似调查情况亦如此，2002年根据我国高速公路建设质量检查情况，交通部将后张预应力钢筋管道压浆不实列为高速公路工程建设质量的八大病害之一。显然，如果采用先张法施工，则可以很好地避免上述问题。基于此种考虑，在本项目引桥的施工图设计中大量采用折线配筋先张50mT梁。波形钢腹板施工顺序：工程制作—运输至现场—吊装至桥面—挂蓝吊装定位—钢腹板连接—顶底板混凝土浇筑两种施工挂蓝：波形板桥下吊装波形板桥面吊装此为波形板桥上运输、吊装挂蓝下部施工安装挂篮墩顶现浇段施工T构悬浇形成T构合拢19#墩河南侧桥面高程对比(m)20#墩河南侧桥面高程对比(m)波形钢腹板PC箱梁桥的定义与技术优点波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要点波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算鄄城黄河桥概况鄄城黄河桥计算成果目录：计算内容：MIDAS分析横向、纵向计算波形钢腹板的验算波形钢腹板与混凝土顶、底板的连接计算ANSYS分析主桥上箱梁悬浇静力分析主桥箱梁总体静力分析波形钢板屈曲计算计算复核日本长大公司技术咨询中交公路规划设计院设计复核MIDAS分析横向、纵向计算计算内容计算梁段的选取：考虑箱梁受力的不利影响，截取一米长度的跨中箱梁梁段，采用框架结构进行分析。由于该梁段的竖向支撑由相邻梁段的腹板剪力提供，因此，其边界条件假定为两腹板中心处为刚性简支，结构离散图见下图：横向计算顶板主要部位长短期应力表（MPa）荷载类型位置节点编号最大拉应力允许应力是否满足（MPa）（MPa）短期效应顶板顶缘6节点（左腹板）0.40-1.85满足17节点（右腹板）0.50-1.85满足12节点(跨中段)-0.83-1.85满足顶板底缘11节点(跨中段)-1.01-1.85满足长期效应横向计算顶板顶缘6节点（左腹板）0.600满足17节点（右腹板）0.600满足12节点(跨中段)0.200满足结果顶:板底缘11节点(跨中段)0.200满足顶底板抗弯、抗剪极限承载均满足规范要求；持久极限状况中长期荷载效应组合个截面均为压应力满足规范要求；短期荷载效应组合在顶板跨中产生对最大拉应力-1.01MPa<-1.85MPa，满足要求。横向计算小结纵向计算解析模型：解析模型及节段划分情况如下图（计算中将箱梁离散为180个单元181个节点，截面号14个。纵向计算小结1）.波形钢腹板箱梁抗弯极限荷载组合设计值均小于截面承载力（抗力），满足规范要求；2）.混凝土应力：施工各阶段混凝土压应力均小于0.7fck=22.7M