波纹腹板结构与力学分析
波形钢腹板桥简介
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：波形钢腹板具有优良的外观, 可使桥梁获得较强的美 感，是山区、风景区较好的桥型选择。
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。
● 波形钢腹板PC桥耐久性
其耐久性类同钢—混组合梁桥，日本波形钢腹板结构研 究会2019年组织对已经运营了5～10的新开桥（1993建成）、 银山御幸桥（2019年建成）、本谷桥（2019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。
4. 波形钢腹板PC箱梁桥的设计计算
● 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。
结构要点
（1）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。
波形钢腹板桥梁主要特点
波形钢腹板桥梁主要特点摘要：波纹钢腹板预应力组合箱梁桥恰当的将钢、混凝土结合起来，提高了材料的使用效率，这种结构外形美观、应用前景广阔，本文对波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的构造及受力特点作了简要介绍。
关键词：波形钢腹板；桥梁；特点1．概述传统的混凝土箱梁以其良好的受力性能，在大跨连续刚构桥中得到了广泛的应用。
但是，其自重占整个荷载的比重很大，结构恒载对控制截面产生的内力一般占到了总内力的80%以上，并且跨度越大、桥面越宽，则此比例越高，另外，腹板与顶底板连成一体，顶底板的温差以及混凝土腹板的干燥收缩引起的应力问题比较突出，会导致各种各样的裂缝，而且降低了预应力的效率，严重影响结构的承载能力和耐久性。
在如何解决传统混凝土箱梁上述问题的背景下，波形钢腹板组合箱梁桥便应运而生了波纹钢腹板组合箱梁桥是一种新型的钢一混凝土组合结构桥梁，箱梁的顶、底板一般为混凝土，而腹板则为波折形状的钢腹板，钢腹板和混凝土顶底板之间有剪力连接键连接，它对于减轻箱梁自重、降低混凝土的温度和收缩徐变应力以及提高预应力效率等都是十分有效的。
2．波形钢腹板桥梁的特点2.1构造特点波形钢腹板箱梁桥的顶、底板一般为混凝土，而腹板则为波折形状的钢腹板，钢腹板和混凝土顶底板之间有剪力连接键连接。
因为预应力钢索不能在腹板内实现转向，所以波形钢腹板箱梁桥中都配有体外预应力索。
此外，因为波形钢腹板箱梁的横向刚度较弱，故比一般的混凝土箱梁多设置了横隔板。
2.1.1几何参数波纹钢腹板是在工厂经过冷弯加工压制成型的构件，波纹钢腹板的主要几何参数为波纹板厚、波高、波纹钢腹板的单个波长、高度、平板的长度、斜板长度以及斜板投影长度。
2.1.2 预应力配束方式波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁由于使用了波纹钢腹板，从而省去了腹板束。
波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁的预应力配束方式有两种：一是将预应力束筋全部配成体外束，在梁体内通过转向块或横隔板转向，并锚固于端横隔板上；另一种是采用体内、体外预应力束筋并用的方式，即在混凝土顶、底板中配置纵向预应力筋，用以抵抗施工时的荷载及自重;在箱内配置外部预应力束筋，通过梁体内的转向块或横隔板来转向并锚固于端横隔板上，以实现曲线或折线配筋，用来抵抗活载。
波浪腹板钢结构设计理论研究及应用现状
郭彦林 王小安 张博浩 姜子钦
100084 ） （ 清华大学土木工程系， 北京 摘
《波浪腹板钢结构应用技术规程 》 要： 为配合 CECS 290∶ 2011 的颁布施行， 结合 波 浪 腹 板 钢 结 构 的 最
介绍规程的主要设计条文及其产生背景 。 鉴 于 波 浪 腹 板 构 件 具 有 较 为 独 特 的 受 力 机 理 ， 对其设 新研究进展， 主要涉及其强度 、 刚度 、 稳定 性 及 连 接 节 点 等 方 面 的 设 计 计 算 理 论 ， 具体包括构 计计算的相关条款进行阐释， 件的强度计算 、 局部承压验算 、 支承加 劲 肋 验 算 、 腹 板 抗 剪 稳 定 性 验 算、 构 件 的 整 体 稳 定 性 验 算、 变形计算简 构件与结构变形计算简化方法 、 端板式节点中螺栓内力与端板厚度计 算 模 型 等， 以 及 CECS 290 ∶ 2011 化模型 、 中给出的适用于波浪腹板门式刚架 的 多 种 节 点 构 造 形 式 。 另 外， 讨论波浪腹板钢结构在制作与安装中的关 键技术问题， 包括波浪腹板钢构件的轧制和焊接要求 、 制作 和 安 装 误 差 控 制 以 及 除 锈 与 涂 装 防 腐 的 相 关 标 准 等， 并对波浪腹板钢构件自动化生产线及波浪钢板剪力墙的一些最新研究进展进行介绍 。 关键词： 波浪腹板构件； 技术规程； 设计理论； 强度； 稳定； 变形； 节点； 制作与安装
［41］
， 并 从 2006 年 起 着 手 对 波
［18 － 30］
以 方 便 设 计 人 员 参 考。 不 过
浪腹板 工 形 构 件 展 开 系 列 理 论 与 试 验 研 究
。
这些规范条文或指南， 或者做了过分保守的假设， 或 不便于指导我国的 者与我国的规范惯 例 不 相 一 致， 工程实践 。 为了适应波浪腹板钢结构在国内的推广 亟需建立起一 套 适 用 于 我 国 国 情 的 设 计 理 论 应用， 和方法 。 从 2008 年开始， 清华大学联合国内其他高等院
波形钢腹板组合箱梁的性能研究
波形钢腹板组合箱梁的性能研究摘要：波形钢腹板组合梁是一种新型的钢—混凝土组合结构，由于它充分利用了混凝土和钢的材料特点，具有良好的受力性能，并且减轻了结构的自重，因而得到了越来越广泛的应用。
本文阐述了波形钢腹板箱梁的结构特点、受力性能、结构计算、结构验算的研究成果，为同类型桥梁的设计提供了设计依据。
关键词：波形钢腹板;组合箱梁在中大跨径桥梁中，预应力混凝土箱形截面由于其抗弯和抗扭刚度大，结构稳定，因而得到了广泛的应用。
但随着跨径的增大，梁的自重占整个荷载的比重也越来越高，施加的预应力大部分都是为抵抗自重所产生的内力，因此，减轻梁的自重也显得越来越有实际意义。
箱形截面的顶板、底板是根据抗弯要求设计的，优化其厚度的余地很小。
对混凝土腹板来说，腹板中要布置纵向预应力钢束、普通钢筋，再考虑到施工方面的影响，其厚度所占的重量可达整个截面重量的30%~40%，且减少的幅度已经很少。
对箱梁来说，可能优化的部分就是腹板。
随着体外预应力技术的日趋成熟，法国提出了用平面钢板代替混凝土腹板，通过箱形截面内的体外预应力索对梁施加预应力。
其中法国的Fert’e-Saint-Aubin 桥是这种结构形式的典型代表（如图1）。
但是因为钢板与混凝土的弹模差别很多，混凝土收缩和徐变产生的变形收到钢板的约束，钢腹板与混凝土翼板之间会发生应力重分布现象，从而造成混凝土顶板和底板的预应力严重损失。
同时，由于钢腹板承受的较大的预应力，这就要求在钢腹板上增设加劲板或增大钢板厚度或缩小加劲板的间距以防止失稳，这将会增加结构的造价，也就显示不出结构的优越性。
图1平钢腹板典型截面后来，法国桥梁工程界用波形钢腹板代替混凝土腹板，见图2。
由于几毫米厚的钢板就能承担数十厘米厚混凝土所能抵抗的剪力，而钢板重量亦仅为混凝土板的1/20左右，这样就能有效地减轻结构的重量，从而实现了桥梁的轻量化，使其具有更大的跨越能力。
图2波形钢腹板PC组合梁结构示意图1、波形钢腹板箱梁的优缺点1）波形钢腹板箱梁与预应力混凝土箱梁相比的优点:①自重降低，抗震性能好。
波折腹板H型钢的受力特点
波折腹板H 型钢的受力特点1.1抗弯、剪的受力特点：受弯构件的抗剪承载力应满足下列要求：1 当有充分试验证明波纹腹板屈服前不发生屈曲，腹板的抗剪承载力应按下列公式验算：w w v t h f V <式中 ：f 为腹板钢材的抗剪承载力设计值。
2 如没有充分试验证明波纹腹板屈服前不发生屈曲， 梯形波纹腹板 H 型钢抗剪承载力应按照下 列公式验算()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=≤=≤+=≤2265.0,11221,,3,1,31,0.168.00.119.015.11w w s c g gc r yg c c r yc c g c c ww v c tEk f f w h f V gc μλλπττλτλχχχ1.2抗压的受力特点波纹腹板构件的轴向抗拉强度应按照下式验算：fA Nnf≤=σ式中 σ —— 截面正应力； N —— 轴心拉力设计值;nf A —— 翼缘的净截面面积； f —— 材料的抗拉、抗压和抗弯强度设计值。
波纹腹板轴心受压构件除了应按照计算强度之外，还应按照下式计算其整体稳定性：f A Nf≤=ϕσ式中 f A —— 构件的翼缘截面面积；ϕ—— 柱子的整体稳定系数，取截面两主轴稳定系数 y x ϕϕ, 的较小值。
当计算构件绕强轴方向的整体稳定系数 x ϕ时，应采用如下换算长细比：st h A A A ww q qfx oxλλλ=+=7.252式中 ox λ—— 换算长细比； x λ —— 整个构件对 x 轴的长细比，忽略腹板面积； q A —— 构件腹板的有效受剪面积； λ —— 腹板波纹的波长 ;s —— 腹板波纹波长的展开长度 在计算截面绕两个主轴方向的回转半径时，均忽略腹板部分的贡献。
波纹腹板轴心受压构件的整体稳定系数， 应按现行国家标准《钢结构设计规范》 GB50017 附录 C 确定。
当计算绕强轴方向的整体稳定时，可以按照b 类截面计算其稳定系数。
波形钢腹板梁桥腹板抗剪强度特性分析
总第177期公路与汽运H ighw ays&A utom otive A pplications165波形钢腹板梁桥腹板抗剪强度特性分析赵磊\王涛\张兴\王芳2(1.贵州大学土木工程学院，贵州贵阳 550025 ;.贵州大学机械工程学院，贵州贵阳 550025)摘要：基于理论计算与ABAQUS有限元软件，对波形钢腹板简支梁桥腹板截面的不同弯折角度及弯折段与直线段不同长度模型进行计算，分析了波形钢腹板梁桥腹板抗剪强度特性。
结果表明，在外部荷载作用下，随着腹板弯折角度的增大，腹板所受剪应力逐渐增大；大角度腹板可有效提高波形钢腹板承担竖向剪力的比例，使砼梁板受到的剪应力减小；在腹板弯折角一定的情况下，与腹板的弯折段和直线段采用等长截面形式相比，采用不等长截面形式所受剪应力较大；与波形钢腹板相比，直腹板梁桥受力较差。
关键词：桥梁；波形钢腹板；抗剪强度；剪应力；截面形式中图分类号：U448.21 文献标志码：A文章编号：1671 —2668(2016)06一0165 —05波形钢腹板与砼腹板最主要的不同在于波形钢腹板几乎承受主梁上的全部剪力，且剪应力大小沿梁高度方向近似相等。
在相关设计中，波形钢腹板的几何尺寸由其抗剪强度决定，即钢腹板上的应力应小于所选钢材的设计抗剪强度。
中国对波形钢腹板箱梁的引进较晚，目前对它的研究处于初级阶段，也只修建了为数不多的波形钢腹板箱梁桥，其中河南卫河大桥是国内第一座将波形钢腹板梁桥应用于高速公路的简支桥梁。
该文以该桥中跨跨度52 m 简支段作为模拟原型，取钢腹板厚度狋为10 mm，采用ABAQUS有限元数值模拟方法计算波形钢腹板的应力，然后改变波形钢腹板的主要几何参数尺寸，研究各几何参数对波形钢腹板受力性能的影响，为波形钢腹板梁桥腹板设计提供参考。
1工程背景河南卫河大桥采用简支三跨结构，跨径组合为47 m+52 m+47 m。
横断面采用单箱三室直腹式等截面箱梁，梁高3.2 m，主跨高跨比为1/16.25。
波浪腹板宣PPT (1)
高而薄的波浪形腹板H型钢可以大大提高梁 的抗剪受力性能，抗剪屈曲荷载较同厚度的平 腹板H型钢可以超出几倍到几十倍。作为受弯和 压弯构件，由于波浪腹板的表面刚度增强，可 以通过提高腹板的高度及减少腹板的厚度来有 效提高梁的承载力，其跨度愈大，承载力效率 就越高。
波浪腹板工程效果图
波浪腹板构件细节图
1．5 原材料卷板重量：35T；
1．6 原材料卷板材质：σs≤345Mpa 热轧碳钢板；
2．成品料参数：
2．1 长度允差：±0.5mm/2000mm；
2．2 横切宽度：1600mm；
2．3 纵剪最窄：条宽≥200mm；
2．4 纵剪精度：宽度允差±0.3mm；
3．设备参数： 3．1 边丝宽度：大于 5mm 最宽 25mm 3．2 纵剪板厚：1.5-5mm； 3. 3 纵剪条数：≤6 条； 3．4 生产线标高：900mm； 3．4 生产速度：20M/min； 4．电气主要参数： 4．1 使用电源：380V±10%三相电，50Hz。 4．2 控制电压：220V±10% 4．5 装机总容量：110kw
波浪腹板钢构件作为一种新型钢构型材，顺应了绿色 建筑发展的大趋势，一经问世即被视为传统钢结构的替代 品而备受青睐，在建筑材料领域掀起了一场节材、节能、 环保的绿色革命。该产品主要应用于门式刚架结构中的梁 和柱，也可应用于大型公用建筑结构中屋面楼面等梁系结 构，尤其在大跨度抗弯构件中优势更为明显。目前，波浪 形腹板H型钢已在德国、奥地利等国家（地区）得到广泛应 用，中国作为发展中的大国，更是具有广阔的应用空间和 良好的市场前景。
H型钢与波浪形H型用钢量对比 1
A1=(200*10*2)+(430*6)=6580mm2 节省：A1-A2=6580-5107=1473mm2 节省比率： 1473/6580=22%
波浪腹板工形构件抗剪承载力设计理论及试验研究
第43卷第10期2010年10月土 木 工 程 学 报CH I NA C I V I L ENG I NEER I NG J OURNALV o.l 43O ct . N o .102010作者简介:郭彦林,博士,教授收稿日期:2009 03 17波浪腹板工形构件抗剪承载力设计理论及试验研究郭彦林 张庆林 王小安(清华大学,北京100084)摘要:波形腹板工形构件主要有三种波形形式,即梯形、三角形与正弦波浪波形等。
在总结前人对梯形腹板抗剪承载力研究成果的基础上,对波浪腹板工形构件的腹板抗剪性能进行系统研究。
针对波浪腹板的屈曲特性提出弹性剪切屈曲荷载的计算公式,给出计算公式的适用范围。
基于弹塑性大挠度有限元分析研究波浪腹板的弹塑性屈曲性能以及屈曲后行为,揭示其抗剪承载力极限状态以及缺陷敏感性,提出弹塑性屈曲荷载的实用计算公式,建立波浪腹板抗剪承载力设计方法。
进行6个波浪腹板短梁试件的抗剪承载力试验,揭示波浪腹板的抗剪极限状态与初始屈曲及屈曲后性能之间的关系。
试验结果与有限元结果吻合很好,推荐的设计公式合理。
关键词:波浪腹板;抗剪承载力;试验研究;设计公式中图分类号:TU 392.5 文献标识码:A 文章编号:1000 131X (2010)10 0045 08A theoretical and experi m ental study of the shear strength ofH Shaped m e mbers w ith sinusoi dal corrugated websGuo Yanlin Zhang Qinglin Wang X i a o an (Tsi n ghua Un i v ersity ,B eiji n g 100084,China)Abst ract :Currentl y ,t h e typica l pr o files of corr ugated w ebs ,trapezo ida,l triangular and si n uso ida,l have been w ide l yused in Europe and A ustra li a .The prev i o us research on the shear capac ity o f trapezo i d al corrugated w ebs is summ ar ized,and a syste m ic study on the shear behav i o r o f H shaped m e m bers w ith si n uso i d al co rrugated w ebs is presented.S i m plified for m ulas for ca lculati n g the loca l and g lobal buckli n g loads of si n uso i d alw ebs are proposed ,respectively ,and t h e ir app licab ility assessed .Based on results fr o m fi n ite ele m ent ana l y sis ,an equation for predicti n g the ulti m ate shear i n g l o ads o f si n uso i d al w ebs is prov i d ed .A series o f sheari n g tests o f 6speci m ens is carried out i n Tsi n ghua Un i v ersity .A ll o f the test resu lts are i n good agree m entw ith the FEA results ,and both have confir m ed the rationality of t h e proposed equati o ns .K eywords :sinuso i d al corr ugated w eb ;sheari n g capac ity ;tes;t design for mu la E m ai:l gy@l tsi n ghua .edu .cn引 言波形腹板工形构件是一种新型高效型材,由波形腹板与平翼缘通过高频连续焊接组成。
波纹腹板h型钢梁抗扭性能研究
摘要摘要在钢结构体系中，H型钢梁角色举足轻重，为结构体系主要受弯构件。
其由腹板与翼缘焊接而成，其中腹板部分主要承担梁上剪力，而翼缘承受弯矩。
与传统平腹板相比，波纹腹板在厚度较薄的情况下具有更高的平面外刚度和稳定性，无需加劲肋即可满足钢梁的抗剪需求。
波纹腹板钢梁性能优越，同时具有较为明显的成本优势，因此近年来成为科研热门。
本文的研究课题为波纹腹板H型钢梁抗扭性能研究。
采用理论分析、试验分析与有限元分析相结合的方法进行研究论证。
在理论分析得到波纹腹板H型钢梁截面抗扭刚度的基础上，在郑州大学结构试验室进行了波纹腹板H型钢梁的约束扭转试验。
试验共设计了三根正弦波纹腹板H型钢梁试件以及一根平腹板H型钢梁试件。
加载方式为重力加载，每根试件设置25~40个测点，其中18~28个应变测点，7~12个位移测点。
试验过程中，分级加载钢板标准件并记录数据。
记录试件临界屈服荷载，观察试验过程中钢梁的整体和局部变形情况，对比分析波纹腹板H型钢梁与平腹板H型钢梁的抗扭性能。
有限元分析采用了通用有限元软件ANSYS。
采用SHELL181单元对翼缘和腹板进行建模分析。
通过有限元分析求解得到试件在加载过程中的应力分布情况、各截面位移和变形情况，以及弹性阶段屈服荷载等。
在对比分析波纹腹板H 型钢梁和平腹板H型钢梁抗扭性能有限元分析结果的基础上，将试验结果和有限元分析结果进行对比，验证有限元方法计算结果的可靠性。
本文首次以理论分析、试验和有限元分析相结合的方法验证了波纹腹板H 型钢梁在抗扭方面相比于平腹板H型钢梁的优越性，得出了影响其抗扭性能的相关因素，并给出了波纹腹板H型钢梁在约束扭转过程中的应力分布特点。
关键词：波纹腹板抗扭性能理论分析有限元分析试验分析IabstractAbstractIn the steel structural system,the role of H-shaped steel beam is very important, which is the main component of the structural system,and which consists of steel flanges and a steel web.The flanges of steel beam mainly resist bending stress while the web resists shear pared with conventional plane web,corrugated web possess higher out of plane stiffness and stability in the case of thin thickness.Steel beams with thin corrugated webs can resist the structural shear force without stiffeners,thus steel beams with corrugated webs have better economic efficiency. The mechanical properties of corrugated web have become a popular topic recently.The purpose of this paper is to study the torsional behavior of steel beams with corrugated webs.The research methods used in this paper include theoretic analysis, experiment,and finite element method.On the basis of the result of theoretical analysis about the torsional rigidity of H-shaped steel beams with corrugated web,the restrained torsion test of H-shaped steel beams with corrugated web was carried out in the structural laboratory of Zhengzhou University,and a total of three H-shaped steel beams with sine corrugated web and a H-shaped steel beam with flat web were designed.Gravity load is adopted as loading regime.On each specimen,25~40measuring points were set,including 18~28strain measuring points and7~12displacement measuring points.During the loading procedure,the standard weights were loaded by steps,and the test data was collected after each loading step.The critical yield load was recorded,and the overall and local deformation of the specimens were observed during the test.I contrasted the torsional behavior of H-shaped steel beam with corrugated web with that of H-shaped steel beam with flat web.In finite element analysis,the general FEM software ANSYS is utilized. SHELL181element is adopted to model the flanges and web.Through the finite element analysis,we have a knowledge of the stress distribution of the specimen in the loading process.The displacement and deformation of each section and the elasticIIabstractstage yield load are also obtained.To verify the reliability of finite element method, the results were compared with the result of finite element analysis,which was based on the result of comparing the torsion properties of H-shaped steel beam with corrugated web with that of H-shaped steel beam with flat web through the method of finite element analysis.For the first time,the method which combines the test and finite element analysis was used to verify the superiority of H-shaped steel beam with corrugated web in the research of torsion resistance,comparing with the H-shaped steel beam with flat web,which depends on the theoretical analysis.The related factors that affect the torsional performance are obtained.The stress distribution characteristics of H-shaped steel beam with corrugated web in the process of restrained torsion are also given.Keyword:corrugated web torsional behavior theoretical analysis finite element method testIII目录目录1绪论 (1)1.1概述 (1)1.2国内外波纹腹板钢梁的发展与应用 (2)1.3国内外波纹腹板梁抗扭方面的研究成果 (4)1.4研究目的和意义 (6)2波纹腹板H型钢梁扭转理论分析 (8)2.1扭转相关理论 (8)2.2抗扭刚度理论分析结果 (12)2.3抗扭承载力理论分析 (16)3波纹腹板H型钢梁抗扭试验 (18)3.1试验方案设计 (18)3.1.1试验构件设计 (18)3.1.2加载方案 (20)3.1.3测点布置 (22)3.1.4数据采集 (27)3.2试验过程及试验现象 (28)3.2.1试验过程 (28)3.2.2试验现象 (28)3.3试验结果 (32)3.3.1CST1试件试验结果分析 (32)3.3.2CST2试件试验结果分析 (43)3.3.3CST3试件试验结果分析 (52)3.3.4ST4试件试验结果分析 (61)3.4试验结果与理论分析结果对比 (70)3.5试验结论 (71)4波纹腹板H型钢梁抗扭性能有限元分析 (73)IV目录4.1有限元模型的建立 (73)4.1.1单元类型的选取 (73)4.1.2定义材料属性 (74)4.1.3单元网格划分 (75)4.1.4加载和求解过程 (76)4.2有限元分析结果 (78)4.2.1FCST1有限元模型约束扭转分析结果 (78)4.2.2FCST2有限元模型约束扭转分析结果 (80)4.2.3FCST3有限元模型约束扭转分析结果 (82)4.2.4FST4有限元模型约束扭转分析结果 (84)4.3分析结果总结 (86)4.4有限元分析结果与理论、试验结果对比 (92)4.5有限元分析结论 (93)5结论及展望 (94)5.1结论 (94)5.2展望 (95)参考文献 (97)个人简历、在校期间学术成果 (99)致谢 (100)V1绪论1绪论1.1概述目前我国是世界上最大的砖砌体建筑与混凝土建筑国家，而每年所生产的砖、水泥等建筑材料，在促进经济发展的同时，也带来了严重的资源消耗和环境污染问题。
波纹板的结构分析
Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集波纹板的结构分析赵礼辉 刘长虹 马加年 罗军上海工程技术大学，华东理工大学-1-Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集波纹板的结构分析 Structural Analysis of Corrugated Plate赵礼辉1 刘长虹 马加年 罗 军2（1 上海工程技术大学，汽车工程学院） (2 华东理工大学，机械与动力工程学院)摘要：本文采用 HyperWorks 的 RADIOSS 模块，对不同形状的波纹板结构进行强度和刚度分析。
通过对几种不同的结构仿真试验， 可知波纹板比平面薄板具有较高的强度和刚度。
计算结果表明，波纹板的强度和抗扭刚度并不是随波纹密度的增加而增加。
也就是说，在一 定范围内随波纹密度的增加并不意味着抗扭刚度和强度也会增加。
由于波纹板密度增加则会 增加生产加工的工艺水平， 因此上如果把该软件有效地应用于对于波纹板的制作和设计使用 之中，则可以有效的提高材料的利用率和降低生产成本。
关键词：HyperWorks，RADIOSS，波纹板 Abstract: In this article strength and stiffness analysis are conducted for corrugatedplate of different shapes with RADIOSS module in HyperWorks. Conclusion was got through several different types structure simulation, that corrugated plate has better stiffness and strength than planer ones. The results of simulation show that the strength and torsion stiffness will not always increase as the density of corrugation increase. In other words, strength and torsion stiffness will only increase with density of corrugation in a certain range. Because as density of corrugation increase manufacture become more difficulty, so if HyperWorks can be used to optimize corrugated plate, the usage of material and cost of manufacture can be decreased significantly.Key words: HyperWorks, RADIOSS, Corrugated plate1 引言波纹板结构具有较好的结构刚度性质，这一点可以用OptiStruct进行形貌优化得以证实[1]。
波形钢腹板箱梁结构及基本力学性能分析
波形钢腹板箱梁结构及基本力学性能分析摘要波形钢腹板pc组合箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构形式，传统的预应力混凝土箱梁桥相比还是与加劲的平钢腹板pc箱梁桥相比，它在结构性能、减少工程量、缩短工期以及降低成本等方面具有很大的优势。
本文首先介绍了波形钢腹板pc组合箱梁的结构特点，然后分析了这种结构的基本力学性能，包括腹板纵向刚度，弯曲及破坏特点，剪应力分布特征及剪切刚度，扭转特性及抗弯性能。
关键词：桥梁工程；波形钢腹板；结构体系；力学性能0前言波形钢腹板pc组合箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构形式，混凝土集中在了上、下翼缘板等力臂较大的区域，而中和轴附近力臂较小的区域采用了刚度小重量轻的波形钢板，充分利用了钢和混凝土的性能，提高了材料的利用率，大大减轻了箱梁的自重[1-2]。
波形钢腹板pc组合箱梁采用了箱内体外预应力技术，便于桥梁的维修和补强。
波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥与同跨度的高强预应力混凝土桥相比可大大节约成本。
波形钢腹板pc组合箱梁桥巧妙地结合钢和混凝土，提高了结构的稳定性、强度及材料的使用效率，是一种值得推广的新型桥梁结构形式。
1结构体系及特点目前建成的波形钢腹板组合梁桥，主梁截面形式分为两种：一种是箱形截面，此时两片波形腹板倾斜放置，另一种是工字形截面，此时一片波形腹板竖直放置。
而绝大多数波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥采用了箱形截面，即波形钢腹板pc组合箱梁。
本节将以箱梁为例来介绍波形钢腹板组合梁的结构构造特点。
图1所示为波形腹板组合箱梁的示意，由混凝土顶底板、波形钢腹板、横隔板、体内外预应力钢筋或钢索以及转向块等构成。
通过采用波形形状的钢腹板形成钢板与混凝土的组合箱梁截面体系，能够更加有效地施加预应力。
与预应力混凝土箱梁相比较，在混凝土腹板置换成波形钢板后，箱梁整体的横向刚度及其抗扭刚度都不同程度的减小了，因此，对立面布置、体外索及其横隔梁布置的要求也不同程度地与混凝土箱梁不同。
梯形波纹钢腹板局部屈曲强度分析
梯形波纹钢腹板的局部屈曲强度分析摘要：各国学者对波纹腹板局部屈曲研究时间较长，其局部屈曲强度的计算方法繁多。
为此，本文总结归纳了梯形波纹钢腹板的局部屈曲强度计算公式，并综合国外的试验数据与各个公式进行对比分析，为梯形波纹钢腹板局部屈曲强度计算公式提出了建议。
关键词：波纹钢腹板；局部剪切；屈曲强度中图分类号： tu37 文献标识码： a 文章编号：local shear buckling strength of trapezoidal corrugated steel websyang yangyangwang fangli(school of civil engineering, xi’an university of architecture and technology, xi’an 710055, china) abstract: the local buckling of corrugated steel webs has been studied extensively. the formulas for estimating the local shear buckling strength has not been clearly explained. this paper summarizes previously formulas for predicting the local buckling strength of trapezoidal corrugated web.tests results from previous research are organized.the various formulas for predicting the local shear buckling strength are compared with test results, through comparison, some recommendtation local shear buckling formula are proposed. key words: trapezoidal corrugated steel webs, elastic localshear buckling strength, inelastic local shear buckling strength波纹腹板能以较薄的厚度通过腹板波折获得较大的平面外刚度和剪切屈曲强度，并避免使用加劲肋。
波纹腹板
说明书摘要本发明属于建筑型材技术领域，具体涉及一种新型波纹腹板预应力混凝土叠合楼板，此组合板是一种新型经济断面型材。
其主要特征为断面口型由底板和两个T形肋组成，其中T形肋由混凝土翼缘与波纹腹板组成，翼缘与底板平行，双波纹腹板垂直位于翼缘与底板之间，腹板为长度方向周期性重复的正弦曲线波纹，T形肋翼缘、底板和波纹腹板之间通过波纹腹板上下两端每隔一定距离沿竖向裁剪一定缝隙，将裁剪的部分左右弯折，作为与锚固与混凝土的加强键，T形肋之间通过翼缘处的横向钢筋加强稳定。
由于波纹大大加强了腹板的抗弯刚度，使其压曲强度得以提高。
本发明可取代传统的预制混凝土叠合板，而且较之用途更加广泛。
摘要附图权利要求书1、一种新型波纹腹板预应力混凝土叠合楼板，其断面口型由两块钢腹板（4）和腹板（5），长钢板条（6）、（7）、（8）、（9），以及上翼缘（2）、（3）和下底板（1）组成，其特征在于上翼缘和下底板平行，腹板垂直位于上翼缘和下底板之间，腹板的断面呈周期性重复的正弦曲线波形，两肋之间通过横向钢筋（10）加强稳定。
2、根据权利要求1所述的波纹腹板预应力混凝土叠合楼板，其特征在于所述正弦曲线采用数控辊压技术制成。
3、根据权利要求1所述的波纹腹板预应力混凝土叠合楼板，其特征在于所述腹板（4）和腹板（5）上下两端每隔一定距离沿竖向裁剪一定缝隙，将裁剪的部分左右弯折，作为插入混凝土的加强键。
4、根据权利要求1所述的波纹腹板预应力混凝土叠合楼板，其特征在于所述腹板（4）和腹板（5）上下两端每隔一定距离沿竖向裁剪一定缝隙，将裁剪的部分左右弯折。
5、根据权利要求1所述的波纹腹板预应力混凝土叠合楼板，其特征在于所述腹板（4）、（5）通过弯折部分锚固于上翼缘（2）、（3）和底板（1）。
6、根据权利要求1所述的波纹腹板预应力混凝土叠合楼板，其特征在于所述横向钢筋锚固在上翼缘（2）（3）里。
7、根据权利要求1所述的波纹腹板预应力混凝土叠合楼板，其特征在于所述波纹腹板空洞可现场随用随开。
波纹腹板H型钢的厉害-之型钢
波纹腹板H型钢的生产成本较 高，因为其原材料和制造成本 都相对较高。
由于波纹腹板H型钢的生产过 程复杂，生产周期较长，因此 其库存成本也较高。
由于波纹腹板H型钢的成本较 高，因此其市场价格也相对较 高，不利于大规模推广应用。
适用范围限制
01
波纹腹板H型钢的适用范围相对较窄，主要应用于需要承受较大 载荷和弯矩的结构构件。
未来趋势
未来，随着环保意识的提 高和轻量化需求的增加， 波纹腹板H型钢的应用前 景将更加广阔。
02
波纹腹板H型钢的优势
结构优势
01
波纹腹板H型钢采用波纹腹板和 翼缘板焊接而成，其结构形式具 有较高的抗弯承载能力和刚度， 能够满足大跨度结构的需求。
02
波纹腹板H型钢的波纹形状可以 有效地分散集中应力，提高结构 的稳定性，减少构件的尺寸和重 量。
船舶制造
在船舶制造中，波纹腹板H型钢用于船体结构，提供高强度和耐腐 蚀性能。
其他行业的应用
能源行业
在风电、核电等能源项目中，波纹腹 板H型钢用于支撑结构和设备平台， 满足特殊的环境和安全要求。
石油化工
在石油化工行业中，波纹腹板H型钢 用于大型储罐、管道支撑和框架结构 ，具有优良的耐腐蚀和耐高温性能。
波纹腹板H型钢的厉 害-之型钢
目录
• 波纹腹板H型钢简介 • 波纹腹板H型钢的优势 • 波纹腹板H型钢的劣势 • 波纹腹板H型钢的未来展望 • 波纹腹板H型钢的实际应用案例
01
波纹腹板H型钢简介
定义与特性
定义
波纹腹板H型钢是一种具有波纹 状腹板的H型钢，其横截面呈H形 。
特性
高强度、高刚性、轻质、耐腐蚀 、抗疲劳等。
性能优势
波纹腹板H型钢具有良好的抗震性能 ，其波纹形状能够吸收地震能量，降 低结构在地震作用下的响应。
波纹腹板h型钢梁抗扭性能研究
摘要摘要在钢结构体系中，H型钢梁角色举足轻重，为结构体系主要受弯构件。
其由腹板与翼缘焊接而成，其中腹板部分主要承担梁上剪力，而翼缘承受弯矩。
与传统平腹板相比，波纹腹板在厚度较薄的情况下具有更高的平面外刚度和稳定性，无需加劲肋即可满足钢梁的抗剪需求。
波纹腹板钢梁性能优越，同时具有较为明显的成本优势，因此近年来成为科研热门。
本文的研究课题为波纹腹板H型钢梁抗扭性能研究。
采用理论分析、试验分析与有限元分析相结合的方法进行研究论证。
在理论分析得到波纹腹板H型钢梁截面抗扭刚度的基础上，在郑州大学结构试验室进行了波纹腹板H型钢梁的约束扭转试验。
试验共设计了三根正弦波纹腹板H型钢梁试件以及一根平腹板H型钢梁试件。
加载方式为重力加载，每根试件设置25~40个测点，其中18~28个应变测点，7~12个位移测点。
试验过程中，分级加载钢板标准件并记录数据。
记录试件临界屈服荷载，观察试验过程中钢梁的整体和局部变形情况，对比分析波纹腹板H型钢梁与平腹板H型钢梁的抗扭性能。
有限元分析采用了通用有限元软件ANSYS。
采用SHELL181单元对翼缘和腹板进行建模分析。
通过有限元分析求解得到试件在加载过程中的应力分布情况、各截面位移和变形情况，以及弹性阶段屈服荷载等。
在对比分析波纹腹板H 型钢梁和平腹板H型钢梁抗扭性能有限元分析结果的基础上，将试验结果和有限元分析结果进行对比，验证有限元方法计算结果的可靠性。
本文首次以理论分析、试验和有限元分析相结合的方法验证了波纹腹板H 型钢梁在抗扭方面相比于平腹板H型钢梁的优越性，得出了影响其抗扭性能的相关因素，并给出了波纹腹板H型钢梁在约束扭转过程中的应力分布特点。
关键词：波纹腹板抗扭性能理论分析有限元分析试验分析IabstractAbstractIn the steel structural system,the role of H-shaped steel beam is very important, which is the main component of the structural system,and which consists of steel flanges and a steel web.The flanges of steel beam mainly resist bending stress while the web resists shear pared with conventional plane web,corrugated web possess higher out of plane stiffness and stability in the case of thin thickness.Steel beams with thin corrugated webs can resist the structural shear force without stiffeners,thus steel beams with corrugated webs have better economic efficiency. The mechanical properties of corrugated web have become a popular topic recently.The purpose of this paper is to study the torsional behavior of steel beams with corrugated webs.The research methods used in this paper include theoretic analysis, experiment,and finite element method.On the basis of the result of theoretical analysis about the torsional rigidity of H-shaped steel beams with corrugated web,the restrained torsion test of H-shaped steel beams with corrugated web was carried out in the structural laboratory of Zhengzhou University,and a total of three H-shaped steel beams with sine corrugated web and a H-shaped steel beam with flat web were designed.Gravity load is adopted as loading regime.On each specimen,25~40measuring points were set,including 18~28strain measuring points and7~12displacement measuring points.During the loading procedure,the standard weights were loaded by steps,and the test data was collected after each loading step.The critical yield load was recorded,and the overall and local deformation of the specimens were observed during the test.I contrasted the torsional behavior of H-shaped steel beam with corrugated web with that of H-shaped steel beam with flat web.In finite element analysis,the general FEM software ANSYS is utilized. SHELL181element is adopted to model the flanges and web.Through the finite element analysis,we have a knowledge of the stress distribution of the specimen in the loading process.The displacement and deformation of each section and the elasticIIabstractstage yield load are also obtained.To verify the reliability of finite element method, the results were compared with the result of finite element analysis,which was based on the result of comparing the torsion properties of H-shaped steel beam with corrugated web with that of H-shaped steel beam with flat web through the method of finite element analysis.For the first time,the method which combines the test and finite element analysis was used to verify the superiority of H-shaped steel beam with corrugated web in the research of torsion resistance,comparing with the H-shaped steel beam with flat web,which depends on the theoretical analysis.The related factors that affect the torsional performance are obtained.The stress distribution characteristics of H-shaped steel beam with corrugated web in the process of restrained torsion are also given.Keyword:corrugated web torsional behavior theoretical analysis finite element method testIII目录目录1绪论 (1)1.1概述 (1)1.2国内外波纹腹板钢梁的发展与应用 (2)1.3国内外波纹腹板梁抗扭方面的研究成果 (4)1.4研究目的和意义 (6)2波纹腹板H型钢梁扭转理论分析 (8)2.1扭转相关理论 (8)2.2抗扭刚度理论分析结果 (12)2.3抗扭承载力理论分析 (16)3波纹腹板H型钢梁抗扭试验 (18)3.1试验方案设计 (18)3.1.1试验构件设计 (18)3.1.2加载方案 (20)3.1.3测点布置 (22)3.1.4数据采集 (27)3.2试验过程及试验现象 (28)3.2.1试验过程 (28)3.2.2试验现象 (28)3.3试验结果 (32)3.3.1CST1试件试验结果分析 (32)3.3.2CST2试件试验结果分析 (43)3.3.3CST3试件试验结果分析 (52)3.3.4ST4试件试验结果分析 (61)3.4试验结果与理论分析结果对比 (70)3.5试验结论 (71)4波纹腹板H型钢梁抗扭性能有限元分析 (73)IV目录4.1有限元模型的建立 (73)4.1.1单元类型的选取 (73)4.1.2定义材料属性 (74)4.1.3单元网格划分 (75)4.1.4加载和求解过程 (76)4.2有限元分析结果 (78)4.2.1FCST1有限元模型约束扭转分析结果 (78)4.2.2FCST2有限元模型约束扭转分析结果 (80)4.2.3FCST3有限元模型约束扭转分析结果 (82)4.2.4FST4有限元模型约束扭转分析结果 (84)4.3分析结果总结 (86)4.4有限元分析结果与理论、试验结果对比 (92)4.5有限元分析结论 (93)5结论及展望 (94)5.1结论 (94)5.2展望 (95)参考文献 (97)个人简历、在校期间学术成果 (99)致谢 (100)V1绪论1绪论1.1概述目前我国是世界上最大的砖砌体建筑与混凝土建筑国家，而每年所生产的砖、水泥等建筑材料，在促进经济发展的同时，也带来了严重的资源消耗和环境污染问题。
波纹钢腹板组合箱梁桥力学性能研究现状及发展_江克斌
多， 也越来越细 ， 涉及的方面有组合截面的剪力滞效
］ ］ １ ４１ ５ １ ６１ ７ 、 偏载下的抗扭特 性 ［ 、 初始缺陷对结构 应［ １ ８］ 的稳定 性 影 响 ［ 、 波纹钢几何参数对结构性能影 ］ ］ １ ９２ ０ ２ １２ ２ 响［ 、 剪力连接件受力 分 析 ［ 、 横隔板布置对 ２ ３］ 以及结构的受力全过程分析 结构抗扭性 能 影 响 ［ ２ ４］ 等［ 。
［７］ 。３ ）抗扭性能 方 面 。 由 于 波 纹 钢 腹 板 对 顶 ２ ０％ ３
整体屈曲强 度 控 制 （ 图１ ） ； 当 波 纹 较 疏 时， 由局部 ａ 图１ ， 而 在 屈 曲 过 程 中， 又有可能 屈曲强度控制 （ ｂ） 伴随着合 成 屈 曲 （ 图１ ） 。同时推导出波纹钢腹板 ｃ 单位长度 剪 切 屈 曲 荷 载 及 剪 切 屈 曲 强 度 的 计 算 公 式。
（ ，Ｕ ） Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅｏ ｆＥ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｏ ｒ ｓ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅａ ｎ ｄＥ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｆＰ Ｌ Ａ，Ｎ ａ ｎ ｉ ｎ １ ０ ０ ０ ７， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇＣ ｇ ｇ ｇＣ ｐ ｙｏ ｇ ｇｏ ｊ ｇ２
１ 波纹钢腹板力学性能 ］ ２ ５２ ６ 由于波纹钢腹板的纵向抗弯刚度较小 ［ ， 所
第一作者 ： 江克斌 ， 男， 教授 。 １ ９ ５ ７ 年出生 ， ： Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ｋ ｅ ｂ ｉ ｎ ｉ ａ ｎ ｉ ｎ ａ ｃ ｏ ｍ ＠ｓ ｊ ｇ 收稿日期 ： ２ ０ １ ００ ８２ ７
Ｂ 公司于 波纹钢腹板组合箱梁桥是由法国 的 Ｃ 世界上第一座波纹钢 １ ９ ７ ５年 提 出 的。 自 １ ９ ８ ６ 年， 腹板预应 力 混 凝 土 组 合 箱 梁 桥 — — —Ｃ ｏ ｎ ａ ｃ桥 在 法 ｇ 国建成后 ， 随着科学技术的发展 ， 该类桥型在国外得 到长足的发展
波纹腹板钢结构试设计报告
波纹腹板钢结构试设计报告上海欧本钢结构有限公司唐鹏陈明[摘要] 波纹腹板H型钢作为新的钢结构构件，构件的设计和施工技术还处于开发阶段，为掌握波纹腹板的受力性能与工程，上海欧本钢结构有限公司与同济大学进行了波纹腹板构件为抗弯承载力试验、轴心受压试验、抗剪试验、疲劳试验等，结合试验结果和工程实际，提出波纹腹板构件在工程实际中的设计与施工要点，并介绍试点工程中波纹腹板结构在工程中的应用概况，以供工程应用参考。
上海欧本钢结构有限公司参与同济大学“波纹腹板钢结构技术规程”的编制，配合了数十组的实验研究，并在自己所承担工程中进行了项目的试设计。
目前，已经试设计并施工的项目主要有以下几个：1、宁波普洛斯物流仓库：32000平米，全部屋面梁，局部的楼层梁采用波纹腹板H型钢；2、苏州普杰无纺布厂房：6000平米，全部屋面梁和吊车梁采用波纹腹板H型钢；3、湖北欧本钢结构有限公司厂房：10000平米，全部屋面梁和吊车梁采用波纹腹板H型钢；4、博茨瓦纳达亨工业园厂房：8000平米，全部屋面梁采用波纹腹板H型钢；5、特易购物流（浙江）有限公司物流仓库：2000平米楼层梁采用波纹腹板H型钢；本报告结合上述几个工程，分别对吊车梁、屋面梁、楼层组合梁进行简要的分析，并与如果采用平腹板H型钢设计进行对比。
从《波纹腹板钢结构技术规程》可以看到，波纹腹板H型钢构件传力途径简洁明确，在轴力和弯矩作用下，仅翼缘有效，腹板不承受任何轴向作用力；在剪力作用下，仅腹板有效，且剪应力均匀分布。
腹板和翼缘分工明确。
在弯矩和剪力综合作用时，可分别验算抗弯强度和抗剪强度，而不用考虑两者的相互作用。
本报告所提及的波纹，均为上海欧本钢结构有限公司与同济大学联合试验所采用的波纹。
波纹腹板主要参数如下：波高hr=40mm,b=63mm,d=31mm,波长q=188mm一个波长的展开长度 s=227mm试设计的情况：1．双向受弯构件(吊车梁)设计实例：苏州普杰无纺布二期厂房项目吊车梁，15t吊车梁(吊车跨度21.5m)，10m柱距吊车参数：每侧四轮，最大轮压：55.4kN,轮距c1=1200mm,c2=1418mm,吊车最大宽度w=4308mm,小车重1.05t,大车重11t;计算结果对比如下表所示：吊车梁断面为H1250x3x350(200)x14(8),支座剪力设计值为：V=274.1kN ；弯矩设计值： Mx=629.48kN.m, My=21.14kN.m ； a. 截面参数：根据规程，在计算截面惯性矩、抵抗矩等参数的时候均不考虑腹板贡献，其截面主要参数如下：x 轴截面惯性矩I x (cm 4)x 轴上翼截面抵抗矩W x (cm 3)x 轴下翼截面抵抗矩W nx1 (cm 3)y 轴上翼截面抵抗矩W y (cm 3)193653.6014542.647 2351.025 316.310 因不考虑腹板贡献，x 轴截面惯性矩比相同截面的平腹板低了20%以上；在不考虑构造设计要求的情况下，x 轴上翼截面抵抗矩比相同截面的平腹板低了24%； b. 强度计算：双向受弯波纹腹板构件的计算形式与普钢规范有关梁的计算形式基本一致，不同点在于，x γ、y γ——截面绕强轴和弱轴塑性发展系数，对H 型截面分别取为1.0、1.2，而钢结构规范的为1.05； c. 稳定计算：双向受弯波纹腹板构件的稳定计算与平腹板的有较大差别,其主要体现在稳定计算上。
波纹钢腹板与平钢腹板组合T梁桥力学性能对比分析
62世界桥梁2018年第46卷第3期（总第193期）波纹钢腹板与平钢腹板组合T梁桥力学性能对比分析顾建成#,刘朵2!,马帅2,孙天明％,张建东1!(1.南京工业大学土木工程学院，江苏南京211800; 2.河海大学土木与交通学院，江苏南京210098;3.在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室，江苏南京211112$4.浙江中隧桥波形钢腹板有限公司，浙江杭州311202)摘要：为研究波纹钢腹板一混凝土组合T梁桥与平钢腹板一混凝土组合T梁桥力学性能优劣，以某3跨钢一混组合连续T 梁桥为背景，采用非线性有限元软件建立2种腹板（平钢腹板和波纹钢腹板）形式的全桥实体模型，分析二者在车辆偏载作用 下桥梁的纵向弯曲、横向挠曲、刚性扭转及稳定性能，并进行对比。
结果表明：与平钢腹板一混凝土组合T梁桥相比，波纹钢腹板一混凝土组合T梁桥抗弯刚度可提高10%，桥面板抗裂性可提高约20%，两者剪力滞系数接近；两者纯扭刚度相差不 大，整体横向挠曲性能接近％皮纹钢腹板一混凝土组合T梁桥扭转刚度略大，跨中最大转角约为平钢腹板一混凝土组合T梁桥的85%,腹板扭转附加剪应力不到平钢腹板一混凝土组合T梁桥的一半％皮纹钢腹板一混凝土组合T梁桥的前5阶屈曲因子是平钢腹板一混凝土组合T梁桥的5%8倍，线弹性稳定性极大，且腹板无需额外设置加劲肋，经济优势较大。
关键词：组合梁桥；T梁；波纹钢腹板；平钢腹板；纵向弯曲；横向弯曲；刚性扭转；稳定性；有限元法中图分类号：U448.216;U441 文献标志码：A文章编号：1671 —7767(2018)03 —0062 —061引言随着钢结构桥梁在我国的推广和应用，工字钢 与混凝土桥面板组成的钢一混组合T梁桥由于其 优越的力学性能和便捷的施工工艺，成为20%40m 中小跨径桥梁的主导桥型。
与混凝土梁相比，其具有自重轻、腹板无开裂等优点。
但与混凝土腹板相 比平钢腹板厚度极薄，在偏载作用下，易发生侧向扭 转与失稳破坏[1]。
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二、波纹钢板的特点和应用 1.波纹钢板构件（结构）：
波纹腹板梁 波纹钢管 波纹拱等。
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1.波纹钢板构件（结构）： 波纹腹板梁 波纹钢管 波纹拱等。
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2、波纹钢腹板梁的特点
（1）波纹钢腹板梁的优点
承载力高，刚性高，单位重量低相结合的特点， 提高了结构的稳定性及材料的使用效率。
图1-3 长征桥
图1-4 鄄城黄河公路大桥
波纹腹板钢梁是否省钢？造价是否低
以H型钢为例：
梁的抗弯惯性矩
Ix = Ｈ２／１２ *（６Ａｆ＋Ａｗ）
梁的抗弯惯性矩与高 度平方成正比 翼缘对截面惯性矩的 贡献是腹板的六倍
平腹板H型钢腹板厚度
t≤1/80H
梁越高，腹板占用钢比例越大
比如500高的梁，200*8的翼缘，6mm的腹板，腹板用 钢将近一半。
图3-11 波纹钢板SCW1边缘应力变化曲线
从图3-11可看出，在荷载很小时，应力很小，而随 着荷载的增加，同一高度处的应力在增大。沿截面的高 度，应力的变化是先减小，后又反向增加，最后又减小。 应力的分布和变化情况与四边简支的单板在单向均匀受 压情况相似。
波纹钢板SCW2达到临界状态时，钢板边缘处最大 挠度达到9.88mm，跨中截面处最大挠度达到了3.50mm。 SCW2边缘和跨中截面的变形沿截面高度变化曲线如图314和图3-15所示。
用于单层、多层或高层楼房、大剧院、大厅、厂房、仓 库、运动场馆、桥梁等的建设，既可用于建造横梁、立柱 及盖顶结构、轨道立柱、高架桥支架和立柱、磁悬浮车辆 轨道的支架，还可以用于机械设备台架结构、车辆、船舶 及海洋石油钻采平台结构的制作等方面
屋架波纹板主梁
工程应用
建成的实桥大多是采用箱型截面，两片波纹钢腹板竖直 或倾斜放置，翼缘采用混凝土。
1800 (b)波纹钢腹板梁SCB1平面图
(d)2-2剖面图
梯形波纹钢腹板梁试验室加载图
当荷载加到 20kN 时，支座处的应变突然增大，此处的加劲肋也发生了 弯曲。当荷载加到 28kN 时，支座处的加劲肋产生严重的变形，同时支 座处的腹板也产生了屈曲，终止加载。
波纹钢腹板梁和平钢板梁最大荷载对比表
SCW3的最大应力位于钢板的边缘处，最大压应力值 为78.45Mpa。
750 500
250
10kN 60kN 67kN
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 应力/MPa
80
图3-20 波纹钢板SCW3边缘应力变化曲线
由图3-20可看出，随着荷载的增加，同一高度处的应 力在增大。沿截面的高度，应力的变化呈增加减小交替变 化趋势。当荷载加到67kN时，截面下部的应力突变到最大。
制造成本
制造成本比平腹板H型钢增加 10%，但综合节约造价20%。
应用于厂房和物流仓库
创造更大空间 节省30%主梁用钢
三、波纹板及波纹腹板钢梁试验
1 波纹钢腹板梁的受力特点
波纹钢腹板梁腹板上的纵向应力基本为零，纵向应 力基本上由翼缘承担，而剪力则主要由波纹腹板承担。
波纹钢腹板的弹性模量
钢板沿轴向的实际弹性模量是很低的，实际分析时 可以用等效弹性模量来代替。
750 500 250 750 500
10kN 60kN 67kN
250
10kN 60kN 67kN
0 0
2
6 4 挠度/mm
8
10
-0.6
-0.4
-0.2
0 0.2 挠度/mm
0.4
0.6
图3-18 波纹钢板SCW3边缘变形图
图3-19 波纹钢板SCW3跨中变形图
从图3-18可以看出，波纹钢板SCW3边缘处的钢板变 形为整体屈曲，下部的变形很大，上部的变形相对较小。 而从图3-19可以看出，SCW3跨中截面处的钢板在荷载较 小时的变形为整体向同一个方向挠曲，随着荷载的增加， 波纹钢板产生了明显的向上部和下部两个相反方向的鼓 曲。 对于SCW3而言，不论是边缘截面还是跨中截面处 的钢板，变形都不是很规则，破坏时钢板一侧边缘及跨 中附近截面突然产生不可逆转的塑性变形现象与合成屈 曲很相似，剪切合成屈曲典型的破坏现象是沿弯折线产 生突然不可逆转的塑性变形，而SCW3的塑性变形是垂 直于弯折线，这与SCW3试件处于轴心受压状态是相吻 合的。最终SCW3的破坏模式可以认为是合成屈曲。
◇3.2.1
波纹钢板的尺寸设计
H
b/2 d b
nb+nd
l
d
b/2
波纹钢板立面示意图 波纹钢板基本参数 序号 SCW1 SCW2
b /mm
125 50
d
/mm 100 30
h /mm
/°
c /mm
H
/mm 300 750
l /mm
1350 800
75 20
36.9 33.7
125 36
SCW3
波纹腹板钢梁特点与应用
土木学院：张志国 2010年9月18日
一、钢板波纹类型 二、波纹钢板的特点和应用 三、波纹板及波纹腹板钢梁试验
一、钢板波纹类型
集装箱的启示
集装箱尺寸 40尺平底货柜: 内容积12.05米X2.12米X1.96米, 体积50立方米
看见没？侧板只有波纹钢板， 没有其他结构
集装箱的启示
-1.5
150
100 50 -4 -3 -2 -1 0 1 挠度/mm
5kN 30kN 85kN 96kN
-1
-0.5
0 0.5 挠度/mm
1
1.5
图3-9 波纹钢板SCW1边缘变形图
图3-10 波纹钢板SCW1跨中变形图
300 250 200 150 100 50 -150 -100 -50 0 50 应力/MPa 100 150 5kN 30kN 85kN 98kN
◇3.2.3
板的屈曲分析结果
试验所得的波纹钢板的挠度变化规律和有限元分析 结果基本相同。临界荷载值的对比详见下表。
波纹钢板临界荷载对比表
试件编号
试验值/kN
ANSYS值/kN
误差
SCW1 SCW2 SCW3
98 92 67
106.423 100.994 73.435
8.6% 9.9% 9.6%
4 梯形波纹钢腹板梁的试验研究 ◇ 4.1 试验概况
A2=(200*10*2)+(500*2)=5000mm²
节省：A1-A2=1700mm² 节省比率：1700/6700=26% 经济性不言而喻
平腹板H型钢
波纹腹板H型钢
A1=(250*12*2)+(900*10)=15000mm² A2=(250*12*2)+(1000*3)=8000mm² 节省：A1-A2=7000mm² 节省比率：7000/15000=47% 经济性不言而喻
80
30
20
33.7
36
750
880
◇3.2.2
波纹钢板的试验分析
波纹钢板SCW1达到临界状态时，边缘处上半部挠度 最大值为3.46mm，下半部最大值为2.05mm，跨中截面上 半部挠度最大值为0.84mm，下半部最大值为1.34mm。
300 250 200 5kN 30kN 85kN 96kN 300 250 200 150 100 50 2 3 4
两榀模型梁设计成1.80m的单跨简支梁，两支座之间的 净距离为1.575m。波纹钢腹板梁编号为SCB1，平钢腹 板梁编号为SFB1。
◇ 4.2
截面尺寸设计
波纹梁腹板的厚度取1mm，翼缘的厚度取3mm，翼缘宽 度为120mm。
1 t=1mm 450
2
3 300
3×260×40 t=1mm
3 260 306 40
(b)整体屈曲
(c)合成屈曲
3 梯形波纹钢板的抗剪试验研究 ◇ 3.1 试验概况
波纹钢腹板轴心压屈试验中选取3块波纹钢板，编 号分别为SCW1、SCW2和SCW3。
◇ 3.2
截面尺寸设计
截面尺寸设计时，考虑到弯折波纹钢板的数控机 床的加工能力，波纹钢板的厚度不能取得太厚，因此 将波纹钢板厚度取为1mm。
翼缘面积=200*8*2=3200mm²
腹板面积=500*6=3000mm²
腹板占截面比例=3000/(3200+3000) =48%
波纹腹板厚度可以取
梁高的1/500
t=1/500H
普通H型钢和“波纹H型钢”对比
平腹板H型钢
波纹腹板H型钢
A1=(200*10*2)+(450*6)=6700mm²
112.5
1
675 1800
450
3 2 112.5
30
60 330 120
(a)波纹钢腹板梁SCB1立面图
1 31° 116.6 2 120
(c)1-1剖面图
1×300×40 t=1mm 62.5 120 3 3 300306
62.5
1 2 100125100 125100125100125100125100 125100125 100
省.......
一个集装箱能装载26T 的货物， 其侧面板采用波纹钢 板，厚度仅1.5mm
集装箱的启示
多层堆放，抗压能力相当出色
一、钢板波纹类型
波纹钢板就是将平钢板弯曲成波纹状的钢板。
根据波纹的形状，波纹钢板可以分为： （1）梯形波纹 （2）三角形波纹 （3）正弦波纹 （4）矩形波纹
（5）圆弧波纹
500 10kN 30kN 92kN
250
-120 -100
-80
-60 -40 -20 应力/MPa
0
20
图3-16 波纹钢板SCW2边缘应力变化曲线