波纹钢腹板PC组合箱梁桥的结构特点与施工技术

第１３卷第４期　２　０　１　１年８月　通高等专科学校学报　辽宁省交　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＡＯＮＩＮＧ　ＰＲＯＶＩＮＣＩＡＬ　ＣＯＬＬＥＧＥ　ＯＦ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　ＶＯ１．１３　ＮＯ．４　Ａｕｇ．２　０　１　１　文章编号：１００８—３８１２（２０１　１）０４－０２３－０４　波纹钢腹板ＰＣ组合箱梁桥的结构特点与施工技术　张健　．徐小博　（１．兰卅ｌ交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０；２．辽宁省高速公路管理局，辽宁沈阳１１０００３）　摘　要　波纹钢腹板ＰＣ组合箱梁采用折线型钢板代替传统箱梁的混凝土腹板，使结构整体自　重减轻．提高预应力效率，提高耐久性，并且施．Ｙ－连接方便，工期缩短，降低成本。本文主要研究　波纹铜腹板箱粱的结构特点与施＿Ｔ－技术，并结合山东鄄城黄河公路大桥的施工方案阐述波纹钢腹扳　箱梁的结构优点及施工特点。　关键词　波纹钢腹板；预应力；结构特点；施工　中图分类号：Ｕ４４３．３５　０　引言　文献标识码：Ｂ　几年我国也一直在研究和讨论，并在部分桥梁中　已经得到了应用。　１构造设计要点　１．１　波纹铜腹板箱梁的结构特征　预应力混凝土箱梁是比较常用的大跨度桥梁　结构，跨径增大．自重也随之增大。为了减小自　重、增加截面抗扭和抗剪性能，法国ＣＢ公司采　用折线型波纹钢板作为箱梁的腹板及加设体外预　应力钢筋．于１９８６年建成世界上第一座波纹钢　波纹钢腹板箱梁是由上、下混凝土翼缘板和　中问两侧的波纹钢腹板以及体外预应力系统组成　的，如图１。混凝土腹板换用波纹钢腹板后，其　腹板连续箱梁桥－－Ｃｏｇｎａｃ大桥。波纹钢腹板代　替普通预应力混凝土箱梁中的混凝土腹板，其受　力和构造特点存在很大的差异。波纹钢板不抵抗　轴向力，减少了预应力的损失，具有施工方便，　减少模板及支架的使用量，缩短工期等特点。近　腹板中无法使用预应力钢筋．因此预应力全部施　加在体外预应力索上。　收稿日期：２０１１—０６—１４　作者简介：张健（１９８６一　），男，辽宁铁岭人。硕士。研究方向：桥梁与隧道。　Ｓｕｉｚｈｏｕ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ＢＯＸ　Ｂｅａｍ　ＴＡＮ　Ｍｉｎｇ－ｊｉｅ　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｍａｉｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ｓｕｂｓｅｃｔｉｏｎ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ｐｌａｃｅ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．　Ｖａｒｉａｂｌｅ　ｃｒｏｓｓ—－ｓｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｏｘ　ｂｅａｍ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎ　ｍａｉｎｌｙ　ａｄｏｐｔｓ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ：ｓｕｓｐｅｎｄ・ｒ－　ｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｏｒ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｔｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｅｑｕａｌ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ｂｅａｍｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｅ—　ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｏｘ　ｂｅａｍ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ｍａｋｅｓ　ａ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ａｎａｌｒｙｓｉｓ　ｏｆ　ｎｏ—　ｔｉｃｅａｂｌｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｂｒｉｄｇｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｏｘ　ｂｅａｍ；ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　・２３・　辽宁省交通高等专科学校学报　２０１　１年　混凝土顶板　钢腹板　图１　波纹钢腹板衙梁结构≈　蒽　ｌ＿２波纹钢腹板的形状　波纹钢腹板的彤状如图２所示，其中：ｂ和　ｄ分别为直线段和斜线段的波长．ａ为钢板转角．　ｒ为圆弧弯曲半径，ｔ为钢板厚度，ｈ为波高。波　纹钢板的板厚度ｔ要符合钢板的厚度要求，最小　厚度为８ｍｍ．最大厚度根据计算确定。　图２波纹钢舨的构造　２波纹钢腹板箱梁的结构特点　２．１　与普通混凝土箱梁相比较存在的优点　（１）自重轻，整体性能好。用波纹钢板代替　混凝土腹板．大大减轻的箱梁的整体自重。将钢　板焊接在顶、底板内。使之成为整体，有良好的　抗震性能。　（２）提高预应力效率。波纹钢板不抵抗轴　力，施加预应力时几乎不受影响而直接施加在　顶、底板上，提高了预应力的使用效率。　（３）施丁作业快，减少工期。波纹钢腹板在　施工过程中减少模板和支架的使用量，以及减少　了腹板混凝土的浇筑过程。可以预先预制再装　配．加快了施Ｔ速度，减少了Ｔ期。　（４）腹板不易开裂，增强了耐久性能。普通　混凝土板在长期荷载作用下易产生收缩、徐变，　使得腹板开裂。造成箱梁整体破坏。而波纹钢板　是整体金属材质，收缩、徐变几乎为零，改善了　腹板开裂的病害，增强了箱梁的整体耐久性能。　（５）减少横隔板的数量。因为波纹钢腹板箱　梁的整体性能较好，横向荷载直接传递给顶、底　板来承受，从而可以减少横隔板的数量。　（６）外形美观。波纹钢腹板箱梁桥的外彤新　．２４．　颖，具有较强的美感，给人以新鲜的感觉。　２．２与普通混凝土箱梁相比较存在的缺点　波纹钢腹板的竖向焊缝较多，结构抗扭刚度　较低，屈曲破坏突然，波纹钢腹板的拐角较多．　在拐角内容易滞留各种物体，钢板易腐蚀。　３波纹钢腹板箱梁的施工　３．１制作安装及流程　波纹钢板是由压力机制作而成，长度由压力　机而定。将钢板上下固定，两端由支架支撑固　定，调整断面倾斜角度达到设计要求，再将各段　用高强螺栓连接而成整体。如图３所示三种连接　形式　厂盖板　波纹钢板　—　，　（ａ）单面摩擦　（ｂ）双面摩擦　板　（ｃ）用翼缘板的单面摩擦　图３波纹钢腹板高强螺栓连接形式　波纹钢腹板箱梁的施工流程：布置底板的模　板一绑扎底板和横隔板的钢筋一固定波纹钢腹　板一浇筑底板和横隔板混凝土一安放预应力钢　筋一布置顶板的模板一绑扎顶板的钢筋一浇筑顶　板混凝土一养生一张拉体外预应力钢筋一成型。　３．２体外预应力钢筋的施工　在浇筑顶、底板和横隔板混凝土及养生后，　混凝土强度达到设计强度要求的８０％以上时，在　预留孑Ｌ道内加设体外预应力钢索并张拉预应力钢　索，张拉应力应控制在１４８０ＭＰａ左右。一般需　注意一下几点：　（１）体外预应力钢筋使用前应放在通风干燥　处，露天时不与地面接触，并注意防雨；　（２）装卸运载时不得直接摔在地上，轻吊轻　放．固定在箱梁内之后不得踩踏：　（３）张拉体外预应力钢筋时要剥掉ＰＥ（聚　乙烯）防护层．剥掉长度要控制在一定长度之　内，按以下公式计算：　ｌ＝ｌＩ＋Ｚ２＋　其中：ｆ。为于斤顶张拉的实际工作长度；Ｚ　为预应力钢索在松弛状态下和被拉紧状态下的长　度差，如下层预应力钢索比较平坦，可取值１０～　２０ｃｍ，而上层预应力钢索呈曲线型，可每１０ｍ　第４期　张健等：波纹钢腹板ＰＣ组合箱梁桥的结构特点与施工技术　取值１０ｃｍ；ｌｚ为张拉预应力钢索时的伸长量，按　计算取值。　３．３波纹钢腹板的防腐蚀方案　由于钢板易腐蚀，所以应该在箱梁成型后在　钢板表面涂上一层油漆以防锈。并且在钢腹板与　顶、底板相连接处采用胶结材料密封，用以防止　水滴的进入而导致箱梁腐蚀，提高整体耐久性能。　４工程应用　世界现在已经建成波纹钢腹板桥梁一百多　座．桥型包括简支梁，连续梁，连续刚构梁桥以　及斜拉桥等，截面形式大多都为箱形，也有三角　形　例如法国的Ｍａｕｐｒｅ高架桥就是三角形截面。　国内的波纹钢腹板桥梁较少，但是结构形式多样　化　重庆大堰河桥是ｌ跨简支梁桥，河南光山泼　河大桥是４跨ＰＣ连续梁桥，以及２０１０年ｌ２月　合拢的山东鄄城黄河公路大桥是ｌ３跨ＰＣ变截面　连续梁桥，如图４。　（ａ）法国Ｍａｕｐｒｅ高架桥　（ｂ）山东鄄城黄河公路大桥　图４波纹钢腹板桥梁实例　４．１　＿Ｙ－程简介　山东鄄城黄河公路大桥位于山东省鄄城县以　北的山东省与河南省交界处，是德州至商丘高速　公路的重要组成部分。该桥为４车道特大桥，设　计时速１２０ｋｍ／ｈ，桥宽２８ｍ，全长４８１０ｍ，其中　主桥１４６０ｍ，主桥跨径布置为７０ｍ＋１１Ｘ１２０ｍ＋　７０ｍ，引桥采用折线型预应力混凝土先张法Ｔ　梁．长度分别为９ｘ５０ｍ和５８ｘ５０ｍ。是国内首　创、世界最大的波纹钢腹板ＰＣ组合变截面连续　箱梁桥。大桥混凝土采用Ｃ５０级，波纹钢板采用　Ｑ３４５Ｃ钢材。主梁设计为单箱单室箱梁，顶板宽　１３．５ｍ，顶板厚０．３ｍ：底板宽６．５ｍ．底板厚　０．２５～０．８ｍ：箱梁高度按二次抛物线变化，根部　梁高７ｍ，跨中梁高３ｍ；翼缘板悬臂长３．５ｍ，　悬臂端部板厚０．２ｍ，悬臂根部板厚０．７ｍ。　４．２　鄄城黄河公路大桥的施工　鄄城黄河公路大桥的施工方法采用悬臂现浇　法施工，先在支架上现浇０号块，待达到设计强　度的８０％后，再两端对称按顺序浇筑１～１２号块。　大桥的０号块是波纹钢板与混凝土板组合的腹　板．先在波纹钢板上打孑Ｌ，然后穿过横向贯通钢　筋，再在钢板上下焊接纵向约束钢筋，并与混凝　土腹板内的钢筋相连接而形成整体。　鄄城黄河公路大桥波纹钢腹板的施工是采用　工厂制作和现场安装两部分。钢腹板之间的连接　采用先用高强螺栓锚固，再加双面搭接焊的结合　方式。这种连接方式可以阻止泥沙从钢板之间的　连接处进入而导致箱梁内部的腐蚀，提高了整体　耐久性和结构抗扭刚度。浇筑的箱梁凝结后再张　拉体外预应力钢筋及做桥面铺装，使波纹钢腹板　与顶、底板形成整体结构。由于减少了腹板钢筋　的绑扎和腹板混凝土的浇筑，鄄城黄河公路大桥　的施工效率比普通混凝土箱梁桥提高了４０％，施　工速度提高了，从而达到工期缩短的目的。与普　通混凝土箱梁相比，波纹钢腹板箱梁桥的上部结　构材料用量减少了很多。由于上部结构材料用量　的减少和波纹钢腹板箱梁整体自重的减轻，从而　下部结构工程量也随之减少。经过计算并比较得　出：鄄城黄河公路大桥节省Ｔ程总造价１２％的费　用。表ｌ为鄄城黄河公路大桥在施工过程中与普　通混凝土箱梁桥的工程材料用量对比。　鄄城黄河公路大桥的波纹钢腹板与顶、底板　的抗剪连接设计方案采用的是嵌入式连接，这种　连接能减少抗剪部件的使用量，同时减少了焊接　数量，这种连接方式传力均匀，施工方便，并且　工艺成熟，能够缩短工期。　表１工程材料用量对比　・２５・　辽宁省交通高等专科学校学报　５　总结　２０ｌ　１年　轻，提高预应力效率，腹板不易开裂．提高桥梁　整体耐久性，并缩短施工工期，降低成本。而且　从国外对波纹钢腹板箱梁的研究到国内的发　展，全世界已经建立了很多波纹钢腹板桥梁，其　外形美观新颖，值得推广。虽然与传统混凝土箱　梁相比，波纹钢腹板箱梁存在很多优点，但同时　也存在不足，因此国内对这种新型桥梁的研究也　在日益增多。随着我国土木结构工程的不断前进　结构形式较多，简支梁、连续梁、连续刚构梁桥　以及斜拉桥都有，这种新型桥梁已经遍及世界各　国。但是国内对波纹钢腹板箱梁桥的研究还存在　着不足之处，以下几方面还需要进一步研究和讨　论：　和对波纹钢腹板ＰＣ组合箱梁的不断研究，这种　新型桥梁将会越来越广泛的得到应用。　（１）波纹钢腹板箱梁横截面倾角对截面抗屈　曲承载力的影响：　（２）波纹钢腹板波纹形状的不同对其抗弯能　力的影响：　参考文献　［１］万水，李淑琴．波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构在中　国桥梁Ｔ程中的应用［Ｊ］．建筑科学与丁程学报，２００９，２６　（２）：１５￣２０．　（３）波纹钢腹板刚板厚度ｔ、钢板转角ａ和　直线段波长ｂ的改变对箱梁振动频率的影响：　（４）波纹钢腹板箱梁的整体稳定性以及翼缘　板局部稳定性的失稳问题的研究：　（５）波纹钢腹板箱粱顶、底板尺寸的不同对　整体箱梁抗剪性能的影响；　［２］李宏江，万水，叶见曙．波形钢腹板ＰＣ组合箱梁的结构特　点［Ｊ］．公路交通科技，２００２，１９（３）：５３～５７．　［３］陈宜言，王用中．波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工　『Ｍ］．北京：人民交通出版社．２００９．　［４］朱万勇．波形钢腹板ＰＣ组合箱梁设计理论与方法研究　［Ｄ］．西安：长安大学，２００３．　［５］李淑琴，陈建兵，万水等．我国几座波形钢腹板ＰＣ组合箱　梁桥的设计与建造１１５～１１８．　（６）截面几何尺寸对波纹钢腹板箱梁桥动力　性能的影响：　［Ｊ］．工程力学，２００９，２６（增１）：　波纹钢腹板ＰＣ组合箱梁桥采用波纹钢腹板　代替传统箱梁的混凝土腹板，使结构整体自重减　［６］刘剑平，正司明夫，小林宽．浅谈合成结构——波形钢腹板　箱梁桥的设计［Ｊ］．世界桥梁，２００２，　（３）．　Ｔｈｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＰＣ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｂｏｘ－ｇｉｒｄｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　Ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｗｅｂｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ，ＸＵ　Ｘｉａｏ—ｂｏ　Ｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＰＣ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｏｘ—ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｗｅｂｓ　ａｄｏｐｔｓ　ｌｉｎｅａｒ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｅ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｂｏｘ—ｇｉｒｄｅｒ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗｅｂ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｒｅｄｕｃｅ　ｉｔｓ　ｗｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｒａｉｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｏｆ　ｓｔｒｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ｍａｋｅｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｏｉｎｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｓｈｏｒｔｅｎ，ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ．Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＰＣ　ｃｏｍ—　ｐｏｓｉｔｅ　ｂｏｘ—ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｗｅｂｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｚｈｅｎｃｈｅｎｇ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．　［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｗｅｂｓ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ；ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　・２６・