波形钢腹板PC组合箱梁的结构特点

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收稿日期：2001 06 18 ! ! 基金项目：国家自然科学基金项目资助（50078014） 作者简介：李宏江（1973 - ） ，男，河北唐山人，东南大学博士研究生，主要从事旧桥检测，承载力评定以及组合箱梁的研究 .
图#
用平面钢板作腹板的典型截面
的简 支 结 合 梁 桥， 单 室 箱 梁 高 1.625m， 钢 腹 板 厚 12mm，在钢腹板高度的 1 / 3 及 2 / 3 处沿轴向设置有
［1］ 水平加劲板 。这种钢 混凝土组合结构形式虽然非 !
常简单，但由于上、下翼板混凝土的徐变、干燥收缩 而产生的变形受到钢腹板的约束，使得上下翼板里的 有效预应力显著减小，而钢腹板内压力增加，施加的
公路交通科技
2002 年
第3期 国外 4 座桥的波形钢板的参数
桥 名 法国 Cognac 桥 日本新开桥 日本松木七号桥 法国 DoIe 桥 （变截面） （mm） 长度 （ c mm） 8 9 8 8 352.7 250 430 430 （度） （mm） ! （mm） " 24.0 45.0 28.6 29.8 150 150 220 220 0.95 0.90 0.93 0.93
图!
波形钢腹板 PC 组合箱梁
束并通过梁端的横墙和跨内的横隔板来转向，实现曲 线或折线配筋，用来抵抗活载（图 4） 。通常在桥台 后设置有张拉室，且与箱梁贯通，便于体外预应力束
Байду номын сангаас［3］ 的日检、维修及更换或添加 。
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设计要点
! "! 构造特征 （1）波形钢板的几何参数及节段连接方式。上、 下混凝土板在现场浇筑，而波形钢腹板是在工厂压制 成型的构件，其主要几何参数为板厚 c 、波高 h 、波 形钢腹板的高度 H 、折痕点之间的长度 c 以及形状 系数!（如图 3） 。其中板厚 c 由钢腹板的最大剪应力 控制，波纹的形状（波高 h 、腹板高 H ）由剪切屈曲 应力控制。形状系数为波形钢板的水平长度与实际长 度的比值，即 ! = L / ! l i 。表 1 给出了国外 4 座桥 的波形钢腹板的参数。
［6］ 平截面假定来描述 。弯曲计算采用以上断面常数，
并根据梁理论计算应力，布置其体内、体外预应力 束，其中体外预应力束作为建成后的连续束使用，其 布置基本上可以抵抗活载。 （3）波形钢腹板的剪切屈曲稳定性 主梁受弯的同时，还承受剪力。计算时剪力全部 由波形钢板承担。其剪应力和混凝土腹板中的情况不 同，沿梁高基本呈等值分布。由于竖向压应力一般很 小，钢腹板中的应力状态一般视为纯剪。因此除验算 钢板剪应力外，还要计算板的屈曲应力。即考虑波形 钢腹板的屈曲稳定性。 波形钢板的屈曲通常有 3 种模式。 （a）局部屈曲模式。它仅为深折槽腹板的临界状 态，与两个折槽间一段视为简支的钢板条的不稳定性 有关（图 7） 。剪切作用下局部屈曲应力可按下述公 ［7］ 式 计算
Structural Features of Prestressed Concrete Box girder with Corrugated Steel Webs !
LI Hong !jiang ， WAN Shui ， YE Jian !shu （ Southeast University， Jiangsu Nanjing 210096， China） Abstract：With the increase of bridge span，decreasing its seIf weight is cruciaI and important. The prestressed concrete composite box ! girder with corrugated webs is a new type of steeI - concrete structure. The type of structure can achieve Iight duty of girders，thus re! ! duces the engineering work of its substructure. The paper expatiates its engineering research and configuration characteristics of its corrugated steeI webs and prestressed stress system，and pIaces the importance on anaIyzing its mechanics properties，such as its axiaI deformation，fIexuraI stress，IocaI，gIobaI and interactive buckIing stabiIity of corrugated steeI webs，and torsion. With Ginzan Miyuki Bridge ! buiIt in Japan and other cases overseas as examp'es ，the paper further introduces its structuraI features and construction procedures. Key words：Prestressed concrete composite box girder； SteeI concrete composite structure； Corrugated steeI webs； BuckIing stabiIity ! !
［5］
折边间钢板的长边； 6 为波形钢腹板相邻两弯折边间 ，因而也不抵抗弯 钢板的短边； t 为钢板厚； I 是由板长宽比决定的系
［7］ 数 。
矩。当梁弯曲变形时，弯曲计算中所用到的各种断面 几何特性可以不考虑腹板，即其置换断面如图 6 所 示，仅由上、下混凝土板构成，也就是说弯矩仅由 上、下混凝土板构成的断面的抗弯刚度来抵抗。同 时，该类桥主梁的弯曲特性可以用通常的梁理论中的
2 （1） Ex =!E（ 0 t / h） ［4］ 式中， E0 为钢板的弹性模量。如日本新开桥 ， Ex
图!
混凝土板与钢板的连接
= E0 / 617。因此，设计上可以认为腹板不承担轴向 。 力，而轴向力仅由上、下混凝土板承担（图 6）
图"
由弯曲和轴向力产生的应力分布
（2）主梁的弯曲应力计算 由于波形钢板具有三维柔性
VoI.19
No.3
公
路
交
通
科
技
2002 年 6 月
JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
图$
体外预应力束的布置
（3）波形钢腹板与上、下混凝土板以抗剪连接件 的方式结合。对于结合部的连接，通常的做法是在波 形钢板的上下端部焊接钢制翼缘板，翼缘板上焊接剪 力钉（如柱型双头螺栓） ，使之与混凝土板结合在一 起（图 5） 。而 日 本 本 谷 桥 采 用 在 波 纹 钢 板 上 钻 孔， 穿过钢筋（贯通钢筋） ，再在钢板的上、下端部焊接
［4］ 。 雷昂哈特的混凝土抗剪销来抵抗和传递剪力
! "# 波形钢腹板 PC 组合箱梁的力学特性 （1）波形钢腹板的轴向变形特性 波形钢板在纵向如风琴一样可以自由变形，在轴 向力 P 作用下，轴向变形很大，因而其表观弹性模 量很小。波形钢板在纵向（ x 轴方向）的表观弹性模 量与波高 h 、板厚 t 以及波纹的形状系数! 有关，具 体表述为下面的公式