波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构在中国桥梁工程中的应用

注: h min、hm ax分别为腹板高度 的最小 值和最 大值; t min 、t max 分别 为腹板厚度的最小值、最大值; a1 、a2、a3 为 钢腹板波 折段长 度; D 为波高。
从图 1 可以看出, 中国在建和已建的波形钢腹 板 PC 组合箱梁桥的波形钢腹板都处于剪切屈曲临 界限的安全区内。
0引 言
为适应经济建设和社会发展的需要, 对现代混 凝土桥梁的发展, 提出了/ 轻质、高强、大跨径0 的目 标。1975 年法国的 Cam peno n Bernard 公司提出了 用波形钢板代替平面钢板的设想, 将原来的平钢板 改为沿桥轴方向可伸缩的波形钢板, 由此形成了一 种新型的、更合理的箱梁结构 ) ) ) 波形钢腹板预应
卫河大桥 52. 0 1 000 1 350 12 英峪沟 2 号桥 65. 0 850 2 250 8
鄄城黄河 120. 0 1 729 4 253 10
大桥
12 330 270 330 200 12 330 270 330 200
18 430 330 430 220
新密溱 水路大桥
70. 0 1 900 1 900 12 12 430 330 430 220
表 1 中国已建和在建桥梁的波形钢腹板几何参数
TLeabharlann Baidub. 1 Geometric Parameters of Corrugated Steel Webs in Constructed and Being Built Bridges in China
桥名
淮安长征 人行桥
最大 跨径/ hmin / hmax / t min / tmax / a1 / a2 / a3/ D /
WAN Shui, LI Shu- qin, MA L ei
( Scho ol of T r anspor tatio n, Southeast U niv ersity , N anjing 210096, Jiang su, China)
Abstract: T he design met ho d f or t he corrugat ed steel w ebs o f t he prest ressed concret e ( P C) com posit e bo x- girder bridg e w as int roduced. T he shear buckling boundary chart abo ut corrugat ed st eel w ebs in t his t ype of bridg e st ruct ure w as w orked out w hich included const ruct ed and being built bridg es in China in recent y ears. Som e kinds of shear connect or s w hich w er e used in bridg es building in China w ere summarized, and tw o kinds o f new shear connect or s w ere int roduced. T he st ruct ures and characteristics o f four P C co mposit e bo x- girder br idges w it h corrugat ed steel w ebs being built in China since 2007 w ere intr oduced in or der t o provide t he benef icial reference for the const ruct ion about t his kind o f bridge in t he fut ure. Key words: corrugat ed st eel w eb; composit e st ruct ure bridge; shear connect or; buckling
第 26 卷 第 2 期 2009 年 6 月
建筑科学与工程学报
Journal of Architect ure and Civil Engineering
Vol. 26 No. 2 June 2009
文章编号: 1673-2049( 2009) 02-0015- 06
波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构在 中国桥梁工程中的应用
第2期
万 水, 等: 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构在中国桥梁工程中的应用
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径布置为 25 m+ 65 m + 25 m, 中跨为波形钢腹板组 合箱梁, 边跨腹板为钢筋混凝土的箱梁。桥面净宽 7 m, 设计荷载为公路- II 级。全桥上部结构采用满 堂支架现浇施工, 由河南省交通规划勘察设计院有 限责任公司设计。英峪沟 2 号桥波形 钢腹板采用 10 mm的 Q345d 级低合金钢板弯折成型, 波长1. 2 m, 波高 0. 2 m。采用 OVM 永久性体外预应力体系配 套的锚具和常规的有黏结 OVM 锚具体系。波形钢 腹板与混凝土顶板、底板的连接分别采用了 S- PBL 加栓钉以及栓钉抗剪连接件的形式。
图 5 卫河大桥 Fig. 5 Weihe Bridge
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建筑科学与工程学报
2009 年
3. 3 鄄城黄河大桥 2007 年开始建设的山东鄄城黄河大桥 是一座
横跨黄河的公路桥梁( 图 6) , 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。鄄城 黄河 公 路大 桥 主桥 采 用上、下行 分离 式 桥梁, 为 70 m+ 11 @ 120 m+ 70 m 变截面波形钢腹板 PC 组 合连续箱梁桥, 总长为 1 460 m , 由河南海威工程咨 询有限公司设计。在初步设计中, 鄄城黄河大桥主 桥波形 钢 腹板 P C 组 合箱 梁 的 波 形 钢 腹 板 采 用 Q345d 级低合金钢材, 波形 钢板与混凝土顶、底板 的连接采用了嵌入型抗剪连接件。鄄城黄河大桥采 用悬浇施工工艺, 是中国目前在建的规模最大的一 座波形钢腹板 P C 连续箱梁桥。
mm mm mm m m mm mm mm mm m 30. 0 1 075 1 075 8 8 250 200 250 150
光山泼河 大桥
30. 0 1 305 1 305 8
8 250 200 250 150
东营银座 人行桥
38. 8 808 1 370 8 12 250 200 250 150
2 抗剪连接件
在波形钢腹板 P C 组合箱梁桥结构设计中, 波 形钢腹板与混凝土间一般采用抗剪连接件的形式连 接。连接是设计的关键环节, 它直接关系到整个组 合梁的承载能力。结合部的设计必须考虑到钢材和 混凝土材料两者之间发生的纵向水平剪力能否得到 有效控制, 并要有效地控制钢腹板和混凝土材料之
图 1 波形钢腹 板剪切屈曲界限 Fig. 1 Shear Buckling Boundary of Corrugated Steel Webs
万 水, 李淑琴, 马 磊
( 东南大学 交通学院, 江苏 南京 210096)
摘要: 介绍了波形钢腹板预应力混凝土( PC) 组合箱梁桥中波形钢腹板的设计方法, 给出了中国在
建和已建的该类桥梁结构中波形钢腹板的抗剪屈曲界限图, 总结了中国在这种桥梁中所使用的几
种抗剪连接件形式, 并介绍了 2 种新型的抗剪连接件及 2007 年以来中国在建的 4 座波形钢腹板
PC 组合箱梁桥的结构及其特点, 为今后这种结构的桥梁建设提供了有益的参考。
关键词: 波形钢腹板; 组合结构桥梁; 抗剪连接件; 屈曲
中图分类号: T U279. 7
文献标志码: A
Application of Prestressed Concrete Composite Box-girder Structure with Corrugated Steel Webs in Bridge Engineering in China
3 在建的波形钢腹板 PC 组合箱梁桥
自 2005 年以来, 中国已建成的波形钢腹板 PC 组合箱梁桥有: 江苏淮安长征人行桥、河南光山泼河 公路桥、重庆永川大堰河桥、山东东营银座人行桥、 青海三道河桥和宁波甬新河桥等。2007 年后在建 的桥梁有: 连霍国道主干线郑州至洛阳高速公路上 的英峪沟 2 号桥、大广高速豫冀界至南乐段的卫河 大桥、河南新密溱水路大桥、山东鄄城黄河公路大桥
间的水平剪切力, 以确保桥梁运营时, 2 种不同材料 之间不产生相对位移, 因此需要合理地设计抗剪连 接件。中国已建桥梁中采用了嵌入型和翼缘型抗剪 连接件, 如图 2 所示。在新建的波形钢腹板 PC 组 合箱梁桥中, 除了采用图 2 所示的抗剪连接件形式 外, 还采用了具有中国自主知识产权的开孔波折板 及其与焊接钢筋组合而成的抗剪连接件( 图 3) 。
波形钢腹板参数设计、屈曲特性、抗剪连接件设计与 分析、桥面板的有效分布宽度、剪力滞效应、结构动 力学特性和桥梁设计与建造等专题做过研究, 取得 了重大的进展。
1 波形钢腹板的设计
波形钢腹板的一般设计方法是: 根据箱梁整体 布置确定腹板高度 h, 然后按抗剪强度计算选定钢 板厚度 t, 查局部屈曲强度界限图确定最大 波折段 长度 a, 查整体屈曲强度界限图确定最小波高 d。根 据以上确定的几何参数计算合成屈曲强度并预留一 定的安全度, 确保其大于钢腹板剪切屈服强度。中 国已建和在建的几座桥梁的波形钢腹板的几何参数 见表 1, 波形钢腹板剪切屈曲界限见图 1。
图 4 英峪沟 2 号桥
Fig. 4 Yingyugou No. 2 Bridge
3. 2 卫河大桥 2009 年在建的卫 河大桥在大广高速豫冀界至
南乐段, 由河南省交通规划勘察设计院有限责任公 司设计。卫河大桥是中国第 1 座等截面单箱三室波 形钢腹板 PC 连续箱梁桥, 主桥为 47 m + 52 m + 47 m现浇预应力 混凝 土波形 钢腹板 组合箱 梁( 图 5) , 双向 6 车 道, 桥面 净 宽2 @ 15. 25 m, 设计 速度 120 km # h- 1, 设计汽车荷载为公路- I 级的 1. 3 倍。 卫河大桥波形钢腹板采用 8 ~ 10 mm 的 Q345d 级 低合金钢板弯折成型。采用 OVM 永久性体外预应 力体系配套的锚具和常 规的有黏 结 OVM 锚具体 系。卫河大桥中波形钢腹板与混凝土顶板、底板的 连接分别采用了 T w in- P BL 和 S- P BL 抗剪连接件 的形式, 在部分区段采用了开孔波折板抗剪连接件。
和深圳南头立交桥。其中深圳南头立交桥的跨径达 135 m, 是目前中国在建的跨径最大的一座 波形钢 腹板 P C 组合箱梁桥。 3. 1 英峪沟 2 号桥
2009 年筹建的英峪沟 2 号桥在连霍国 道主干 线郑州至洛阳高速公路上, 为变截面波形钢腹板 P C 连续箱梁桥( 图 4) 。英峪沟 2 号桥全长为 115 m, 跨
收稿日期: 2009-04-15 基金项目: 国家自然科学基金项目( 50078014) 作者简介: 万 水( 1960- ) , 男, 四川达州人, 教授, 博士研究生导师, 工学博士, E-m ail: w ansh ui60421@ yah oo. com 。
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建筑科学与工程学报
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力混凝土( PC) 组合箱梁。自 1998 年以来, 中国也 开展了波形钢腹板 PC 组合箱梁力学特性研究和桥 梁的设计与建造工作。河南省交通规 划勘察设计 院[ 1 ] 、东南大学[ 2-4] 、同济大学[ 5-6] 、长安大学[ 7] 、西南 交通 大学[ 8-9] 、重 庆交 通 学院[ 10-11] 、哈 尔滨 工 业大 学[ 1 2-13] 、中交公路规划设计院[ 14-15] 、福州大学[ 16-18] 、 中铁大桥局集团[ 19-21] 和重庆交 通科研 设计院[ 22-23] 等单位对这种箱梁结构的抗弯、抗剪、扭转与畸变、