波形鋼腹板預應力混凝土連續(xù)箱梁結構設計

摘要：波形鋼腹板預應力混凝土連續(xù)箱梁結構具有良好的穩(wěn)定性，本文介紹了其在德勝路改造工程中的設計要點和施工方法，其施工性能和經(jīng)濟效益方面優(yōu)勢明顯，應用前景廣闊。

關鍵詞：波形鋼腹板；結構設計；施工

1 工程概況

杭州市德勝東路（滬杭高速～文匯路）改造提升工程江干段02標分別在高架跨九盛路、杭海路處采用波形鋼腹板預應力混凝土連續(xù)箱梁結構，橋梁總長165m，跨徑布置為45m+75m+45m，橋?qū)?5m。

2 波形鋼腹板預應力混凝土連續(xù)箱梁結構特點

波形鋼板即折疊的鋼板，具有較高的剪切屈服強度，用她作為混凝土箱梁的腹板，不但充分滿足了腹板的力學性能要求，而且大幅減輕了主梁的自重，縮減了包括基礎在內(nèi)的下部結構所承受的上部恒載，還省去了施工時在腹板中布置鋼筋、設置模板等繁雜工作。此外，波形鋼板縱向伸縮自由的特點使得其幾乎不抵抗軸向力，能更有效的對混凝土橋面板施加預應力，提高了預應力效率。這種結構能減少工程量、縮短工期、降低成本，在施工性能和經(jīng)濟性能方面具有很大的優(yōu)勢，其外形美觀，適合在城市橋梁中使用。

3 設計標準

杭州市德勝東路（滬杭高速～文匯路）改造提升工程設計為公路-Ⅰ級。，雙向六車道，橋面寬度25m，橋面最大縱坡<3%，橋面橫坡2%，曲率半徑1500m（跨九盛路），直橋（跨杭海路，設計安全等級為一級，設計基準期為100年，抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，橋梁抗震設防類別為B類。

4 設計要點及施工

4.1混凝土箱梁構造

（1）上部結構為主跨75m的三跨波形鋼腹板預應力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑布置為45m+75m+45m。主梁采用單箱三室截面。橋面設置2.0%橫坡，由箱梁頂板中心向兩邊傾斜（圖1）。

圖1 混凝土箱梁構造斷面圖

（2）橋箱梁寬度為25m，箱梁底板寬度為15.368m～13.692m，腹板為傾斜，與水平線的夾角的正切值為2.75。梁高和底板厚度均以1.6次拋物線的形式由跨中向根部變化，跨中梁高2.5m，底板厚25cm，根部梁高4.5m，底板厚70cm。箱梁翼緣懸臂4.085m，懸臂端厚度20cm，懸臂根部厚度65cm。頂板除在中、端橫梁附近由25cm加厚至50cm外，余均為等厚25cm。

（3）箱梁在邊跨設置3道橫隔板，在中跨設置7道橫隔板，隔板厚50cm。

（4）箱梁在端橫梁附近3.23m以及中橫梁兩側各4.215m范圍的波形鋼腹板內(nèi)側設置內(nèi)襯混凝土。

4.2波形鋼腹板構造

（1）跨杭海路上部結構波形鋼腹板波長1.60m，波高0.22m，水平面板寬0.43m，水平折疊角度為30.7°；跨九盛路上部結構由于存在曲率1500m的半徑，波形鋼腹板波長與水平面板寬度為非標，波高0.22m，水平折疊角度為30.7°；彎折半徑為15t（t為波形鋼腹板厚度）。波形鋼腹板厚度采用14mm、16mm、18mm 和20mm四種型號（圖2）。

圖2 波形鋼腹板不同板厚分布圖

（2）波形鋼腹板與頂、底板混凝土、橫梁的連接。波形鋼腹板與砼頂板的連接采用焊接倒“T”形開孔鋼板+焊釘?shù)倪B接方式（圖3），倒“T”形底鋼板板厚20mm，寬450mm，兼作箱梁頂板加腋處混凝土澆筑時的部分底模。倒“T”形上的開孔鋼板板厚為18mm，鋼板上設置直徑60mm的圓孔，并貫通橫橋向貫穿鋼筋，鋼筋直徑25mm。焊釘采用22×200。

圖3 中腹板與頂板連接立面

波形鋼腹板（中腹板）與底板采用波形鋼腹板嵌入連接方式（圖4），嵌入深度為280mm。波形鋼腹板進入底板混凝土部分設置兩行直徑60mm的圓孔，并貫通橫橋向鋼筋，鋼筋直徑25mm。圓孔縱向間距為150mm，兩行圓孔的豎向間距為120mm。波形鋼腹板底部焊接鋼板，鋼板寬250mm，厚12mm，焊接鋼板的中心線位置（波形鋼腹板的每個平板段對應范圍）開三個直徑60mm圓孔。

圖4 中腹板與底板連接立面

波形鋼腹板（邊腹板）與底板采用外包的連接方式（圖5），主要通過焊接橫向開孔鋼板+焊釘?shù)倪B接方式，底板焊接寬度為520mm，厚20mm的鋼板。橫向開孔鋼板開直徑為50mm的圓孔，貫穿鋼筋20mm。焊釘采用22×150。由于底板為變厚，全橋波形鋼腹板（邊腹板）與底板采用的外包連接方式共有5種規(guī)格。

圖5 邊腹板與底板連接圖

波形鋼腹板（中腹板）與橫梁連接采用焊接“Π”形開孔鋼板的連接方式，“Π”形底鋼板板厚20mm，寬450mm，“Π”形上的開孔鋼板板厚為18mm，鋼板上設置直徑60mm的圓孔，并貫通橫橋向貫穿鋼筋，貫穿鋼筋直徑為：第一層25mm，第二層22mm?！唉啊毙伍_孔鋼板的每塊開孔鋼板上均焊接一塊寬118mm，厚12mm的鋼板。波形鋼腹板（邊腹板）與橫梁連接采用外包的連接方式，主要通過焊釘連接，焊釘采用22×200。

（3）波形鋼腹板間的組件焊接。每個節(jié)段的波形鋼腹板及其與“T”形、“Π”形開孔鋼板、翼緣鋼板等連接在工廠完成。

節(jié)段與節(jié)段間的波形鋼腹板在施工現(xiàn)場焊接完成，焊接時應采取有效的工藝措施，確保鋼板對位準確后，再采用全熔透坡口對接焊縫連接波形節(jié)段間的波形鋼腹板，上緣倒“T”形開孔鋼板、翼緣鋼板及波形鋼腹板下緣的底部鋼板也采用全熔透坡口對接焊縫連接。

（4）波形鋼腹板與內(nèi)襯混凝土、橫隔板（轉(zhuǎn)向塊）的連接。波形鋼腹板與內(nèi)襯混凝土和橫隔板（體外預應力轉(zhuǎn)向塊）采用焊釘連接形式，與內(nèi)襯混凝土連接焊釘采用22×150，與橫隔板（體外預應力轉(zhuǎn)向塊）連接焊釘采用22×200。

（5）為便于波形鋼腹板現(xiàn)場定位，提高施工中的抗扭轉(zhuǎn)性能，需設置波形鋼腹板臨時支架，波形鋼腹板需注意設置臨時支架預埋件等。

4.3預應力體系施工要點

箱梁采用縱、橫雙向預應力體系。

（1）箱梁縱向預應力采用體內(nèi)與體外相結合的體系。其中頂板束和底板束均采用體內(nèi)預應力鋼束，邊跨底板鋼束采用7φs15.20，其余體內(nèi)鋼束均為9φs15.20，錨下控制張拉應力均為0.75fpk（1395MPa）。體外預應力鋼束采用19φs15.20類型鋼絞線，錨下控制張拉應力0.65fpk（1209MPa）。

（2）箱梁頂板橫向預應力采用3φs15.20鋼絞線，錨下控制張拉應力0.75fpk（1395MPa）。

（3）預應力采用兩端張拉。預應力鋼束采用張拉力與伸長量雙控，圖紙上給出的伸長量為理論計算值，實際值需根據(jù)鋼絞線檢測結果與管道摩阻系數(shù)測試后進行相應的修正。

（4）所有縱向、橫向體內(nèi)預應力管道均采用圓形和扁形塑料波紋管，并采用真空輔助壓漿工藝。

（5）滿堂支架施工，待混凝土達到85%設計強度以上，齡期大于10天以上，對稱張拉50%端橫梁和中橫梁鋼束；然后按照先長后短的原則，對稱張拉頂板鋼束T1、T2，邊跨底板束B6以及中跨底板束B2、B3、B4、B5；接著澆注合龍段及內(nèi)部橫隔板，待混凝土達到85%設計強度以上，齡期大于10天以上，按照先長后短的原則，對稱張拉剩余頂?shù)装逯械捏w內(nèi)鋼束；然后對稱張拉剩余50%端橫梁和中橫梁鋼束；接著對稱張拉體外鋼束E1、E2；完成后對稱張拉橋面板橫向鋼束；最后拆除滿堂支架，進行橋面二期鋪裝及護欄等附屬設施的施工。

（6）體內(nèi)預應力張拉完成后，孔道內(nèi)應盡早壓漿（24小時內(nèi)）；壓漿采用真空輔助壓漿工藝，孔道兩側密封，壓漿前應用壓縮空氣清除管道雜質(zhì)。

（7）本橋采用的體外預應力體系是以“易安裝、可檢查、可維修、可更換”為出發(fā)點進行設計，要求采用的體外預應力體系具備有效的防腐措施，能夠方便進行單根換束，能夠?qū)︿撌M行多次張拉、補張拉等操作。

（8）體外預應力轉(zhuǎn)向器需確保鋼束在轉(zhuǎn)向過程中鋼絞線間位置平行，使得鋼絞線能均勻受力，減小鋼絞線磨損，并且能夠方便有效地進行單根換束。

（9）體外預應力減震裝置的設置需滿足相應規(guī)范要求，使索體與梁體的豎向自振頻率（基頻）之比不小于5來確定，并滿足減震裝置（包括轉(zhuǎn)向位置）的間距不大于9m。

5 結語

波形鋼腹板預應力混凝土連續(xù)箱梁結構與其他結構相比，較好的利用了鋼與混凝土的優(yōu)點，提高了結構的穩(wěn)定性和材料的使用效率，結構外形美觀，抗震性能好，具有廣闊的應用前景。

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