波形钢腹板桥简介

（弹性区）
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李家河中桥设计实例
• 李家河是汨罗市的一条排涝渠，水面宽20~30m，李家河中桥 全桥总长76.16m，桥梁孔径布置（由西向东）为：20m＋30m＋ 20m(波形钢腹板PC组合箱梁)。
波形钢腹板PC组合箱梁设计
• 上部构造为波形钢腹板PC组合箱梁，采用单箱单室直腹板箱形截 面。箱梁横桥向对称轴梁高220cm；腹板采用波型钢板，波型钢板厚 12mm、波距112cm、波深15cm；箱梁底板宽650cm、厚24cm； 箱顶板全宽1250cm、两侧悬臂长300cm，箱内顶板厚28cm，悬 臂板端部长150cm、厚25cm，悬臂板根部厚50cm；横桥向箱内上 梗腋长100（到混凝土腹板外侧）、高25cm，箱内下梗腋长50、高 21cm。箱梁分节段现浇施工，在墩、台处分别设有170cm、 150cm厚的横隔板，在边跨跨中左右侧356cm、428cm处各设有 厚30cm的横隔板，在中跨左右侧616cm处设有厚30cm的隔板。
混凝土顶、底板通过刚度较小的波形钢腹板而连接，所以有可能认为混凝 土板引起个别响应，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。
一般波形钢腹板PC桥梁在面外方向具有较高的弯曲刚度，因此认为对面外 方向的地震没有特别要关注的问题。
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桥的振动特性与衰减系数
波形钢腹板桥自振频率与衰减系数
由分析、试验、实桥检测知，波形钢腹板PC桥的振动特性介于PC桥与 钢桥之间；一般PC桥体外束自振频率为12Hz-18Hz，衰减系数为0.0002，一 般不会发生体外束引发整桥共振问题。
● 波形钢腹板PC桥的抗疲劳性能
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 是较高应力部分在腹板与砼连接开孔处，但是这里应力幅很小， 很难想像会出现疲劳问题。
波形钢腹板PC箱梁桥的优点
(1) 自重降低, 抗震性能好：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。
(2) 节约建筑材料, 改善经济指标：大幅度减轻了上部结构的自重, 减 少于混凝土、预应力钢材、钢筋用量，并使下部结构的工程量获得减少, 从而降低了工程总造价；
(7) 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, 因而可以大大地加快施工速度, 缩短工期；
(8) 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；
3.波形钢腹板PC箱形梁的 力学特性与结构要点
● 波形钢腹板PC箱梁竖向弯曲符合以下假定
（1）忽略波形钢腹的纵向抗弯作用 （2）在竖向荷载作用下弯曲平面假定成立 （3）弯矩仅由顶底板构成的断面承担 （4）剪力由波形钢腹板承担，且剪应力呈均匀分布
力学特性
● PC箱梁与波形钢腹板PC梁桥的刚度比较表
● 波形钢腹板PC桥的抗震性能
纵向抗震性：一般认为减轻了主梁的重量，所以有利于抗震。但是，主梁 和桥墩固结的刚构桥梁等地震时响应复杂，而且弯曲刚度小于一般的PC桥梁， 所以地震时不仅是下部结构，上部结构也有可能进入塑性域，因此有必要引起 注意 。
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。
波形钢腹板构造设计
连接的构造设计
结构计算
•建立桥梁结构的杆系有限元分析模型，在支点、截面构造尺寸 变化点、材料变化点以及验算截面位置设置节点，全桥共计70 个单元，71个节点。箱梁短期荷载效应上、下缘应力包络图分 别如图所示。计算结果表明上部结构在各个最不利荷载组合下的 应力均满足要求。
10.0
计算内容及计算流程
总体设计框图
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 腹板可以视为纯剪应力状态, 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。
波形钢腹板组合箱梁桥 ----应用与研究
1 、波形钢腹板PC箱梁桥的定义与特点 2 2 、波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用 3 3 、波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要
点 4 、波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算 5 、波形钢腹板PC箱梁桥施工 1 6 、波形钢腹板PC箱梁的经济效益
1. 波形钢腹板PC箱梁桥的 定义与特点
预应力体系
•波形钢腹板PC组合箱梁预应力体系采用双向预应力。纵向预应力束 分为体内束和体外束。 •体内束为ΦS15.2mm钢绞线，控制应力为0.75 fpk，张拉控制力 为2326kN，配YM15-12、YMP15-12锚具，两端或单端张拉。 •体外预应力束采用ΦS15.2低松弛环氧涂层钢绞线，张拉应力0.65 fpk，边跨均用4根体外束，中跨8根体外束。预应力束在支座处箱梁 内中隔板上部穿过，并交叉锚固在中隔板上。
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。
到目前为止，国内只修建了6座波形钢腹板箱梁桥，分别是青海三 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。
2. 波形钢腹板PC箱梁桥在 国内外的应用
波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用
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、 Doie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。
(5) 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 的混凝土均集中在顶、底板处, 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；
(6) 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、支架和混凝土浇注工程, 免除在混凝土腹板内预埋管道的 烦杂工艺, 而且波形钢腹板可以工厂化生产, 现场拼装施工, 且能作为施工挂篮、 导梁等承重构件，从而简化施工设施，快了施工进程。
三种屈曲形式 局部屈曲计算 ：
整体屈曲计算 ： 组合屈曲计算 ：
设计追求λs≤0.6，
（屈服区）cr.l y ：s 0.6
s
y
e cr
当λs≤0.6时，若 τ≤τy时，波形钢腹不发 生屈曲，材料强度可充
分利用。当τy＝ 205N/mm2时，组合屈 曲强度为172N/mm2
（非弹性区） c .lr 1 0 .6 1 (s 4 0 .6 ) .y： 0.6s 2
正在施工的有山东鄄城黄河公路大桥（70m+11@120m+70m连续 梁)及已完成施工图设计有深圳市的南坪快速路二期工程的南山大桥 （80m+130m+80m刚构桥）、甘泉大桥（95m+130m+80m刚构－连 续桥），正设计中的南京长江四桥引桥（50m+90m+50m跨连续梁）。
山东鄄城黄河公路大桥： 70m+11×120m+70m
10.8
11.6
12.4
12.9
13.2
13.6
14.3
15.0
13.2
13.3
13.7
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12.7
12.7
12.4
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9.8
0 .15 2
3
0 4. 7
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1 .7 0
8
9
1.1 10 11
1.1 12 13
日本、日见低塔斜拉桥：91.8m+180m+91.8m
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内的应用
国内对波形钢腹板箱梁的研究还处于初级阶段，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。
（3）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。