波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计研究

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1、波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计研究[摘要]本文以某工程为例，分析波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板连续梁桥试设计研究，其承载能力极限状态与受力计算结果表明：试设计桥梁能满足设计要求，新型结构用波形钢腹板代替钢管腹杆具有应用前景。总结了传统的波形钢腹板PaC箱梁存在的底板问题，考虑用受压性能优越的钢管混凝土弦杆替代混凝土底板。[关键词]波形钢腹板；双管弦杆；组合箱梁；试设计中图分类号：文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）24-0214-03前言波形钢腹板PC组合箱梁桥较传统PC箱梁桥，不但减轻了主梁自重，改善了施工性能，而且提高了预应力效率，降低了工程造价。然而，传统的波形

2、钢腹板在浇筑混凝土底板时需搭设脚手架支撑模板，现场施工难度较大，同时腹板与底板结合部浇筑空间有限，难以保证混凝土浇筑质量；另外，在正弯矩作用下，混凝土底板容易过早开裂，从而降低结构刚度及承载力，影响结构耐久性。鉴于传统的波形钢腹板PC箱梁存在的底板问题，考虑用受压性能优越的钢管混凝土弦杆替代混凝土底板。9在20世纪90年代，法国就已将这种思路运用于工程实践中。法国的Maupre高架桥采用钢管混凝土为下弦杆，通过波形钢腹板与混凝土桥面板上弦形成整体。该桥以钢管混凝土为下弦杆，充分利用钢材和混凝土各自的优势，但单根管的倒三角形结构自身稳定性差，下弦单管可操作空间有限，另外其不太适用于跨径大或

3、桥面宽的桥梁。受Maupre桥主梁构造启发，设计人员提出了新型组合结构--波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁。它由混凝土板上弦、哑铃形钢管混凝土下弦，通过波形钢腹板连接组成，如图1所示。结构受力上，一方面，组合梁在连续梁跨中正弯矩处可利用混凝土顶板抗压强度大的特点来承受压应力，利用下弦钢管抗拉性能好的优势承受拉应力；另一方面，在支座处可由施加了预应力的混凝土顶板和抗压强度高的钢管混凝土下弦杆共同承受负弯矩的作用。同时，组合梁可利用波形钢腹板承担剪力作用，进而提高预应力的效率。因此，该文进行该新型波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁试设计，新型结构应用于实际桥梁工程的可能性。一、波形钢腹

4、板-双管弦杆-混凝土板组合连续梁试设计1、工程概况大桥全桥共36跨，分三联设计，其中第三联跨径布置为45.1+4×44.5+45.1=268.2m。大桥主梁采用钢腹a杆-单圆管-混凝土板组合梁形式，分左、右幅设计，每幅桥均由混凝土顶�9濉⒏止芑炷料孪遥⑼ü止芨垢肆有纬傻谷切谓峁埂V髁焊？40cm，顶板为厚20cm的预应力混凝土结构（C50钢纤维混凝土），在腹杆节点处横向设置混凝土肋，顶板加厚至40CITI。钢管混凝土下弦杆管径为813mm，内填C60混凝土。钢管腹杆直径为406mm，下弦及腹杆管厚根据不同位置受力情况而变化。钢管材料采用Q345，主梁标准断面见（图2）。2、设计桥总体布置

5、及主梁结构尺寸1）总体布置取大桥第三联单幅桁梁进行试设计，跨径布置为45.1+4×44.5-45.1m。试设计主梁是由混凝土顶板（C50混凝土）、波形钢腹板及双管弦杆（管内填C60混凝土）组成的空间箱形结构，将原桥的单圆管截面的钢管混凝土下弦改为哑铃形截面，用波形钢腹板代替原桥的钢管腹杆。在试设计总体布置与原桥一致，并采用原设计的设计参数及技术指标。试设计桥面宽度按原桥取为12.25m，截面高度4.4m，顶板厚度200mm，钢管混凝土下弦钢管外径为530mm，壁厚为16mm，哑铃形腹腔两钢板净距为268mm，板厚为16mm钢管、波形腹板等材料均采用Q345钢。试设计的主梁结构图如（图3）

6、所示。2）波形钢腹板9波形钢腹板类型的选择应综合考虑受力性能的要求并兼顾施工运输等条件限制。当跨径超过90m时，多选用剪切屈曲强度较大的1600型波形钢腹板，小跨径或运输条件受限的工程则多选1200型与1000型。试设计连续梁最大跨度为45.1m，在满足受力性能要求的情况下，兼顾波形钢腹板与下弦钢管焊接施工的难易，确定波形钢腹板为1200型的Q345钢板，根据不同位置腹板厚度共有16，14，12，10mm4种。3、波形钢腹板与顶板连接构造在试设计中波形钢腹板与顶板的连接采用角钢剪力件连接形式，每延米布置4个连接件，配置间距为250mm，剪力件布置形式如图4所示。这种连接方式在焊接于钢腹板

7、端部的翼缘板上焊角钢，各焊接角钢间通过贯穿钢筋增强联系。采用角钢剪力件，可利用角钢和U形钢筋承担剪力，横桥向弯矩则由角钢、贯穿钢筋和U形钢筋共同承担。4、横隔板及支座构造结合已有的波形钢腹板PC箱梁桥实例，试设计中除了在支座位置处设置端横隔板外，还应设置中横隔板。针对新型组合梁，可考虑在组合梁的腹板内侧及钢管混凝土下弦杆上设置剪力件，而后一次性浇筑横隔板混凝土，使横隔板与主梁共同受力。试设计中，两侧波形钢腹板上设置Twin-PBL连