波形鋼腹板PC箱梁橋發(fā)展應(yīng)用淺析

劉明巖

【摘要】本文介紹了波形鋼腹板PC箱梁橋的發(fā)展概況，結(jié)構(gòu)要點(diǎn)，與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋相比的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及施工方式，為該橋型進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵字】波形 鋼腹板 構(gòu)造要點(diǎn) 施工

0 引言

波形鋼腹板箱梁橋是 20 世紀(jì) 80 年代實(shí)現(xiàn)應(yīng)用化的一種新型橋梁結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)以波形鋼板代替混凝土作為箱梁的腹板 ，并采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù) ，實(shí)現(xiàn)了主梁的輕型化，增大了梁橋的跨越能力 ，成為現(xiàn)代PC箱梁橋的一個(gè)主要發(fā)展方向。隨著理論研究與實(shí)際應(yīng)用的開(kāi)展 ，波形鋼腹板 PC橋越來(lái)越受到橋梁工程師的關(guān)注 ，其應(yīng)用有不斷擴(kuò)大和推廣之勢(shì)。

1 定義

顧名思義， 波形鋼腹板PC 組合箱梁橋就是用波形鋼板取代PC 箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁，其顯著特點(diǎn)是用 8～30mm厚的鋼板取代30～80cm厚的混凝土腹板（圖1）。由于頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力束放置空間有限，而使用體外索則是波形鋼腹板組合箱梁橋的第二個(gè)特點(diǎn)。

1. 體內(nèi)束；2. 預(yù)應(yīng)力鋼索；3. 混凝土底板；4. 鋼腹板；5. 混凝土頂板

圖 1 波形鋼腹板PC 組合箱梁橋節(jié)段示意

2 發(fā)展概況

預(yù)應(yīng)力混凝土PC箱梁是現(xiàn)代大跨徑橋梁常用的結(jié)構(gòu)形式，然而隨著跨徑的增大，其自重也迅速增大，影響了跨越能力和經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過(guò)多年的研究，法國(guó)學(xué)者于20世紀(jì)80年代提出了用輕質(zhì)高強(qiáng)的鋼板代替厚重的混凝土腹板，并配以體外預(yù)應(yīng)力索的設(shè)想，修建了首座采用加勁平鋼腹板的PC組合箱梁橋—Ferte-Saint-Aubin 橋（圖2）。為了避免混凝土截面預(yù)應(yīng)力的嚴(yán)重?fù)p失，法國(guó)學(xué)者Pier re Thrivans提出將原來(lái)的平鋼板改為沿橋軸方向可伸縮的波形鋼板， 由此而形成了一種新型的、結(jié)構(gòu)受力更合理的箱梁結(jié)構(gòu)—波形鋼腹板PC 組合箱梁（圖3）。

圖2 Ferte-Saint-Aubin 橋橫斷面[2]

圖3 波形鋼腹板箱梁

1986 年在法國(guó)建成了世界上首座波形鋼腹板箱梁橋—Cognac 橋。日本于 1993 年在國(guó)內(nèi)修建了首座波形鋼腹板梁橋—新開(kāi)橋。2005 年以來(lái)，中國(guó)先后建成了數(shù)座波形鋼腹板 PC 梁橋 ， 它們無(wú)論是規(guī)模和跨徑都有了突破性的發(fā)展 ，代表中國(guó)波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋當(dāng)前的發(fā)展水準(zhǔn)。

3 構(gòu)造要點(diǎn)

3.1 波形鋼腹板箱梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

波形鋼腹板PC 箱梁實(shí)際上可以看成由混凝土頂?shù)装迮c兩塊作為腹板的波形鋼板通過(guò)連接件結(jié)合起來(lái)， 再配以預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的組合箱梁結(jié)構(gòu)（圖4）?；炷粮拱甯臑殇摳拱搴?，體內(nèi)彎起索全部改用體外索，并 在頂?shù)装鍍?nèi)配置了少量的直索。

圖4 波形鋼腹板PC 箱梁結(jié)構(gòu)示意

3.2 波形鋼腹板的形狀

波形鋼板主要由直板段、斜板段以及圓弧段組成（圖5）。圖中q 為一個(gè)波段的波長(zhǎng)， hr為波高， b、s分別為直板段與斜板段的長(zhǎng)度， d、t分別為斜板段在橋梁縱向的尺寸和板厚， r 為波形鋼板內(nèi)側(cè)彎曲半徑。

圖5 波形鋼板構(gòu)造

3.3 波形鋼腹板箱梁的接合部

波形鋼腹板PC 箱梁橋的接合部主要有以下4處： 波形鋼腹板之間的接合部、 波形鋼腹板與混凝土頂?shù)装逯g的接合部、 波形鋼腹板與橫隔梁板之間的接合部以及波形鋼腹板與內(nèi)襯混凝土之間的接合部。目前采用的波形鋼腹板之間的連接方式有焊接和高強(qiáng)螺栓連接兩種（表1）。

表1 波形鋼腹板之間的連接形式[3]

4 與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋相比的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

① 重降低， 抗震性能好。

②節(jié)約建筑材料， 改善經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

③改善結(jié)構(gòu)性能， 提高預(yù)應(yīng)力效率。

④各種材料各盡所能， 充分發(fā)揮其效率。

⑤增加了截面回轉(zhuǎn)半徑， 提高了結(jié)構(gòu)效率。

⑥減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，加快施工進(jìn)程。

⑦減少了節(jié)段數(shù)量， 縮短了工期。

⑧體外力筋可以替換， 便于橋梁的維修和補(bǔ)強(qiáng)。

⑨避免了腹板開(kāi)裂問(wèn)題， 耐久性能好。

⑩造型美觀。

5 施工方式

波形鋼腹板PC 組合箱梁橋在施工過(guò)程中， 可以減少大量的模板、支架和混凝土澆注工程， 免除在混凝土腹板內(nèi)預(yù)埋管道的煩雜工藝， 從而方便了施工， 縮短了工期。

波形鋼腹板 PC 組合箱梁橋有支架現(xiàn)澆、 頂推、懸臂施工的施工實(shí)例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用支架施工的波形鋼腹板PC 組合箱梁橋的跨徑一般在 80 m 以下， 目前國(guó)內(nèi)的中、小跨徑波形鋼腹板梁橋均采用支架施工的方式。支架施工優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、 易于施工； 其缺點(diǎn)是支架工程量較大，費(fèi)用較高、 混凝土澆筑程序較繁瑣、 梁底曲線(xiàn)較難控制、 落架程序與體系轉(zhuǎn)換不易明確等?？鐝?0 m 以上的橋采用懸臂施工方法比較好。這一方面， 國(guó)內(nèi)也正在進(jìn)行工程實(shí)踐。

6 前景與展望

從已建成的數(shù)十座波形鋼腹板PC 箱梁橋來(lái)看， 無(wú)論是結(jié)構(gòu)形式， 還是預(yù)應(yīng)力體系都有其獨(dú)到之處， 而且在減少工程量、 縮短工期、 提高經(jīng)濟(jì)效益以及施工性能和美觀等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)； 另外它的跨度空間很大， 從幾十米到幾百米的跨徑都能勝任； 其適用的橋梁結(jié)構(gòu)形式也很廣泛， 是一種很值得推廣的新型橋梁。

目前我國(guó)修建該類(lèi)型橋梁可能在造價(jià)上會(huì)高于普通的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋， 但它沒(méi)有混凝土腹板的開(kāi)裂問(wèn)題， 而且施工上也會(huì)比較方便， 這也許可以成為我國(guó)修建波形鋼腹板PC 箱梁橋的一個(gè)主要考慮因素。不過(guò)， 隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量的不斷增加、 波形鋼腹板制作工藝的成熟、 國(guó)內(nèi)對(duì)該類(lèi)型橋梁結(jié)構(gòu)的分析研究的進(jìn)一步深入以及對(duì)國(guó)外工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的借鑒， 相信在不久的將來(lái)， 波形鋼腹板PC 箱梁橋會(huì)在我國(guó)的橋梁建設(shè)中獲得廣泛的應(yīng)用發(fā)展。

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