波形钢腹板预应力混凝土桥结构及最新施工技术161页（知名设计师 PPT）_ppt

1、波形钢腹板预应力混凝土桥及其在我国的应用2012年11月概 述波形钢腹板预应力混凝土桥的力学性能波形钢腹板预应力混凝土桥的结构要点波形钢腹板PC桥的施工波形钢腹板预应力混凝土桥在我国的应用实例概 述法国于1986年提出用弯成波折形状的薄壁钢板，来代替混凝土腹板，建成跨度31m+43m+31m、首座连续波折腹板组合箱梁桥。波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的提出 顾名思义，波形钢腹板PC箱梁桥就是用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁。其显著特点是用8-30mm厚的钢板取代厚30-80cm厚的混凝土腹板。由于顶底板预应力束放置空间有限，而使用体外索则是波形钢腹板预应力混凝土箱梁的第二

2、个特点。波形钢腹板PC箱梁桥的定义 波形钢腹板PC箱梁桥这一独特的组合结构桥梁有着比传统PC箱梁桥更好的力学性能和优点：箱梁自重减轻1030%，从而减少了恒载，降低了地震力，减小了恒载内力，上、下部工程造价均有降低； 波形钢腹板的折绉效应一是降低了腹板抗压刚度，从而提高了顶底板预应力效率，二是加大了腹板抗剪切屈曲刚度，节省了钢村，提高了腹板抗剪能力； 充分发挥各种材料的性能：混凝土抗弯、波形钢腹板抗剪，截面回转半径最大，结构受力更加合理； 部分体外索的应用，有利于结构整体承载力调整提升与病害处理，从这个方面讲，可提高结构耐久性； 造型美观、施工方便，提高了建设速度等。波形钢腹板PC箱梁桥的优点

3、（与一般PC箱梁桥比较）组合结构设计理念项目单位PC箱梁桥波形钢腹板PC箱梁桥钢-混凝土组合梁桥材料用量砼m3/m21.29（100%）0.98 （76%）0.52 （40%）钢材kg/m2-85.00400钢筋kg/m2225.00 （100%）138.00 （61%）82 （36%）PC钢材kg/m268.00 （100%）49.00 （72%）30 （44%）单位长度重量t/m45.2 （100%）35.2 （78%）23.7 （52%）上部构造造价1.0 （100%）0.92 （92%）1.2 （120%） 三种结构上部材料及造价比较表（桥宽按13.5m，跨径120m估算）波形钢腹板P

4、C桥CO2总排量比钢桥与一般PC桥少结论： 波形钢腹板PC桥比一般PC桥 轻20%。 在同一预应力效应条件下波形钢腹板PC桥较一般PC桥需要的预应力束少20%，因此波形钢腹板PC桥较常规PC桥一般更经济。 波形钢腹板PC桥二氧化碳总排放量比 一般PC桥、钢桥均少20%以上，故波形钢腹板PC桥为 低碳结构更加环保。 法国在80年代末期首先把钢腹板运用于桥梁结构，并建成了第一座波形钢腹板箱梁桥Cognac桥。随着这种结构成功的运用，各国都相继建造了数座此类型的桥梁。如法国的Maupre桥、Asterix桥、Dole桥、挪威的Tronko桥、委内瑞拉的Caracas桥、Corniche桥。日本在引进

5、这种新结构后，很快就在1993年成功建造了日本第一座波形钢腹板箱梁桥新开桥。随着科研和实践的进一步的深入，日本建造了一系列的此类桥，成为目前修建此类桥型最多的国家，在建和已建成的桥已超过200座。波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用桥梁名施工方法构造形式桥长(m)跨径布置(m)备注Cognac桥（法国）满堂支架3跨连续10531+43+31法国第一座Altwipfergrund 桥（德国）悬臂施工3跨连续81.5+115+81.4其景观效果见图2矢作川桥（日本）悬臂施工4跨预应力斜拉桥820.0173.42235.0173.4最大跨斜拉桥日见梦大桥（日本）悬臂施工3跨部分斜拉桥36591.81

6、8091.8最大跨部分斜拉桥安威川桥悬臂施工八跨连续钢构632.850.4+120+179+99.5+350+33.9最大跨连续钢构桥丰田巴川桥（日本）悬臂施工5跨预应力连续梁640.084.9+155+164+152+81.9最大跨连续梁桥宫家岛高架桥（日本）悬臂施工23跨预应力连续梁143251.2753.054.085.053.0352.058.560.0101.5连续长度1432m伊朗BR-06桥（中国援建）悬臂施工3跨预应力连续梁325.083+153+83深圳市政设计表1 国外具有代表性波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用第一座波形钢腹板组合梁桥法国Co

7、gnac桥（31m+43m+31m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用Dole桥（48m+580m+48m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用德国 Altwipfergrund 桥（81.5m+115m+81.4m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用本谷桥（44m+97.2m+44m连续刚构桥）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用 矢作川斜拉桥：173.4m+2235.0m+173.4m,已建成的最宽的波形钢腹板桥，桥宽43.8m波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（日本）日见梦低塔斜拉桥：91.8m+180m+91.8m波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用银山御幸桥（耐候钢）白泽桥（耐

8、候钢）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用Rap.con/RW工法 津久见川施工方案桥梁简介：工程名称：东京九州高速公路，津久见川桥桥长：49.6+275+47+42.6总宽：10.7m施工方法：悬臂施工（ Rap.con/RW工法）PC钢材：主梁纵向预应力：SWR7B 19S15.2 顶底板横向预应力：SWPR19 1S21.8Rap.con/RW工法 津久见川桥施工方案1.横向体外索张拉2.移动作业车，推进预制件安装3.PC板架设，横板架设，波形钢腹板安装4.顶底板砼浇筑，体外束安装，桥面板横向预应力张拉用波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 岛崎川桥施工岛崎川桥全长554m，桥跨布置为：51.

9、8m+4X54.5m+56m+3X50m+40m+35.8m导梁总图导梁断面图导梁下弦采用高强纤维砼（UFC ），本桥应用的砼中配有2%的补强钢纤维，用90蒸气养生，48小时拉压强度达180N/mm2，剪切强度达8N/mm2。用波形钢板上翼缘板作为导梁的上弦用波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 岛崎川桥施工跨径布置：52.7+54+54+52.7带斜撑的波形钢腹板预应力砼连续梁，采用顶推的施工方案用带斜撑的波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 桂岛高架桥设计时标准断面顶推时的断面用带斜撑的波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 桂岛高架桥带斜撑的波形钢腹板PC箱梁桥核心断面顶推带斜撑的波形钢腹板PC桥预制构件的

10、采用架设时的预应力束布置用带斜撑的波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 桂岛高架桥施工内容：基础、墩身施工，于墩顶安装临时支座及永久支座，同时工厂制作波形钢腹板钢梁波形钢腹板桥逐孔浇注施工方案步骤1/4施工内容：逐孔吊装波形钢腹板钢梁支于临时支座上，及时安装钢梁间临时横向支撑波形钢腹板桥逐孔浇注施工方案步骤2/4施工内容：在钢梁上悬挂模板，浇筑混凝土顶底板。波形钢腹板桥逐孔浇注施工方案步骤3/4波形钢腹板桥逐孔浇注施工方案步骤4/4施工内容：浇筑顶板混凝土并养生，待混凝土强度达到设计要求后张拉预应力束，做桥面系施工。施工步骤波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁法波形钢腹板混凝土组合箱梁法施工说明与简图施工

11、说明与简图1现场制作、安装或少支架现浇波形钢腹板预应力砼工字梁。现场制作、安装或少支架安装波形钢腹板工字钢梁。2以波形钢腹板预应力砼工字梁为承载结构，现浇桥孔顶底板砼。以波形钢腹板工字梁为承重结构，现浇桥孔顶底板砼。3完成桥面系施工。完成桥面系施工。比较波形钢腹板预应力砼工字梁较重；吊装重量较大；桥面板村咋接头；无支架施工适应跨度较大。波形钢腹板工字梁较轻；吊装重量小；桥面板整体性好；无支架施工适应跨度较小。施工法示意波形钢腹板PC桥的效益 波形钢腹板PC桥的效益体现在三个方面： 结构性能优良，无腹板开裂问题，抗裂性能好 造价低廉，可节省工程造价812% 施工简便，可望缩短工期工 序波形钢腹板

12、PC结合梁一个悬浇节段（鄄城黄河公路大桥）/d常规PC梁一个悬浇节段(荆岳长江公路大桥)/d桁车或挂蓝前移0.50.5波形钢腹板安装0.25- -模板就位、标高调整0.51钢筋安装（含预应力）0.52混凝土浇筑0.250.5混凝土等强55梁段张拉0.50.5压浆0.5其他因素0.50.5合计810.5鄄城黄河桥施工中曾与类似条件下施工的预应力混凝土连续梁桥-荆岳长江公路大桥北滩桥悬浇工效进行对比，其工效对比见表：表1：波形钢腹板PC结合梁与常规PC梁悬浇实际工效对比施工工效提高鄄城黄河公路大桥混凝土梁悬臂施工中严格按设计要求的张拉龄期不低于5d控制，由于该悬臂施工桁车体系就位、模板安装工效高，

13、加之一个节段混凝土方量较常规PC结合梁少25%以上，同时钢筋及预应力管道安装及后期张拉压浆作业量相当少，通过对比发现一个节段比常规PC梁节省工期25%左右，同时由于波形钢腹板PC结合梁长短长度大，相同跨度的桥梁节段数量相对较少，考虑此因素后，工期将节省30%以上。 波形钢腹板预应力砼箱梁桥的最大特点就是用波形钢腹板取代了通常的砼腹板，其最直观的优点是约占砼箱梁重量的2030%的砼腹板被轻量化了。箱梁自重减轻了15-25%左右，箱梁自重的减轻最直接的效益是减少了上部构造自重内力，从而减少了上部构造混凝土、钢筋、预应力钢筋的用量，其造价降低约8-12。 箱梁自重减轻另一效益为下部基础工程量的减少。

14、以鄄城黄河桥为例，因黄河中下游桥桩一般为摩擦桩，其单幅主墩桩基础初步设计为62.2m长100m，施工图设计时优化成波形钢腹板连续箱梁后同一单幅主墩桩基础更改为62.2m长80m，桩长缩短了20%。经济效益先张波形钢腹板PC T梁桥上部费用较常规砼T梁减小6%曾宇川桥经济效益日本本谷桥砼腹板与波形钢腹板方案材料数量对比 经济效益根据我国现行桥梁材料综合单价估计，此桥仅上部结构造价节省了12.4%项目类 别单位砼腹板波形钢板增减数量摘要混凝土模板钢筋m3m2t2148.46841.3285.941680.75558.0257.02-467.7-1283.3-28.927sck=40MPaSD345

15、预应力钢筋体内索体内索粗钢筋32DW体外索KgKgKgkg-5904636510-47905-14727+47905-59046-36510+14727主钢丝SWPR7BL 12S12.7主钢丝SWPR7AL 12S12.4主钢丝32SBPR 930/1 180 DW主钢丝SWPR7BL 19S15.2桥面板横向预应力钢筋桥面板横向预应力钢筋DW横梁横向预应力钢筋横梁横向预应力钢筋DW竖向粗钢筋KgKgKgKgKg-20843-1586436616870-1663-+16870-20843+1663-1586-4366后期粘结钢筋SWPR191S28.6横向32SBPR 930/1 180 W

16、横向32SBPR 930/1 080横向32SBPR 930/1 180 DW垂直钢筋32SBPR 930/1 180DW波形钢板SM490YB特殊规格t-120.3+120. 3项次工程或费用名 称单位总数量概算金额（元）4-30米钢腹板组合箱梁4-30米预应力组合箱梁概算金额比一建筑安装工程桥长米513.0405,171,1235,916,5600.874二基础桥长米513.0401,764,0242,227,5170.792三下部构造桥长米513.040395,769473,6600.834四上部构造桥长米513.0402,500,1572,583,9560.968六调治及其他工程桥长米

17、513.04041,79841,7981.000七临时工程桥长米513.04074,19074,1901.000八施工技术装备费桥长米513.040107,182139,2560.770九计划利润桥长米513.040142,910185,6740.770十税金桥长米513.040145,093190,5090.762信阳泼河桥经济指标对比 经济效益部位主要材料单位施工图设计初步设计节省值节省比例123455-64/5上部C50砼m3299453812081750.757波形钢板t27220-2722-体内束钢绞线t141922318120.636体外束钢绞线t4910-491-32mm精轧螺纹

18、钢筋t02212210波纹管m123568188184646160.657锚具孔4937277644282720.636HRB335钢筋t4342647621340.670R235钢筋t01921920下部C30砼m319663199763130.984C25砼m3430124857255600.886HRB335钢筋t285735837260.797R235钢筋t1136034900.187鄄城黄河桥主要材料对比根据以上数量节省值估计施工图设计比初步设计节省造价约7000万元。经济效益 90年代，国内对波形钢腹板箱梁的研究和应用已兴起，先后有交通部交通科研设计院、西南交通大学、东南大学、重庆

19、交通大学等单位对该组合箱梁的钢腹板屈曲强度、方案设计、桥面板有效宽度、剪力连接键等做过研究。 2006年以前，国内只修建了数座波形钢腹板箱梁桥，具有代表性的有青海三道河桥（50m跨单箱双室大箱梁），江苏淮安的长征桥(18. 5m+30. 5m十18. 5m的3跨连续梁，人行桥)，河南的泼河大桥(4跨30米先简支后连续梁桥，公路桥)，重庆市永川的大堰河桥(25m简支箱梁，公路桥)及山东东营的两座人行桥。2006年山东鄄城黄河主桥（70m+11120m+70m）波形钢腹板PC箱形连续梁桥的设计、施工标志着我国波形钢腹板PC桥进入成规模的工程实用阶段。波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用桥名桥跨（m

20、）桥面宽（m）箱式梁高（m）设计深度与工程进展鄄城黄河公路大桥70+11120+70213.5m单箱单室3.57.m已建成南京长江四桥 跨大堤桥56 m +96m+56m216单箱单室3.06.5在建台中生活圈4号线大里溪桥99+3145+99m25.8m单箱三室4.08.5m已建南昌朝阳赣江大桥79+5150+79m48.5m单箱多室4.7m设计中桃花峪黄河大桥75 m +135 m+75m216.55单箱单室3.57.5在建珠海前山河大桥90+160+90m215.75m单箱单室3.59.5m在建内蒙古景家湾大桥44+380+44m12.75+14.5单箱单室2.75.0m在建重庆花天河大

21、桥85+148+85m212m单箱单室48.5m待建深圳东宝河新安大桥88+156+88m216.5m单箱单室3.58.5m待建郑州朝阳沟大桥58+118+188+108m35m单箱四室4.5-7.0m设计中鄱阳湖大桥125+220+220+125m28.5单箱多室3m在建我国在建、已建的波形钢腹板PC桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用由表知：我国波形钢腹板PC桥的应用起步虽较晚，但发展迅速。鄄城黄河公路大桥（70m+11120m+70m）波形钢腹板PC连续梁主桥联长1460m，已超过日本的宫家岛高架桥1432m的记录。珠海前山河大桥主跨160m的设计已与日本丰田巴川桥的164m跨接近。鄱

22、阳湖大桥桥跨与矢作川桥类似。波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用河南大广高速卫河大桥（47m+52m+47m,连续梁桥）新密溱水河大桥30m+70m+30m波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用台中生活圈4号线波形钢腹板组合桥（99m+3145m+99m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用广州市鱼窝头立交匝道桥施工步骤：架设波形钢腹板工字梁 现浇墩上块 挂模浇筑混凝土底板 安装预制顶板 桥面系施工波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用桥名桥跨、桥宽混凝土(m/)/归纳计算值钢筋(kg/)/归纳计算值钢板(kg/)/归纳计算值

23、预应力(kg/)/归纳计算值鄄城黄河桥70m+11120m+70m213.5m0.84/0.91137.7/182.369.1/93.548.5/46.7深圳平铁桥80m+130m+80m227m1.07/0.95151.8/193.292.6/99.456.5/48.8桃花峪黄河桥跨大堤桥75m+135m+75m216.25m0.93/0.96190.3/198.583.07/102.356.67/49.9珠海前山河大桥90m+160m+90m215.75m1.083/1.059176.82/225.47100.75/116.8862.0/55.37伊朗BR-06桥83m+153m+83m2

24、13.1m0.955/1.041167.99/220.1122.44/113.9656.26/54.28重庆花天河大桥85m+148m+85m212m1.164/1.014206.99/212.47122.67/109.7569.25/52.75波形钢腹板PC桥每平方米材料用量指标对比波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用注：表中设计指标/据日本130座波形钢腹板PC桥统计归纳指标。波形钢腹板预应力混凝土桥及其在国内外的应用波形钢腹板预应力混凝土桥的结构要点波形钢腹板预应力混凝土桥在我国的应用实例概 述波形钢腹板预应力混凝土桥的力学性能波形钢腹板PC箱梁桥特性由于波形钢腹板的应用，波形钢腹板PC

25、箱梁截面较通常的PC箱梁截面，抗弯刚度约降低10%，剪力刚度降低50%，扭转刚度降低90%，为此波形钢腹板PC箱梁一般要设横隔以保证相应的抗扭刚度。波形钢腹板PC箱梁桥动力特性介于PC桥与钢桥之间。波形钢腹板PC箱梁桥纵向抗震性能优于一般PC桥，横向抗震性能基本相同。波形钢腹板PC公路 桥不存在疲劳验算问题。据2005年日本对早期建设的三座波形钢腹板PC桥的调查，说明其耐久性类同一般钢-混组合梁桥。力学特性 截面参数计算对比 波形钢腹板PC箱梁较同等高速PC箱梁断面抗弯刚度降低10%左右，抗剪刚度降低50%左右,抗扭刚度降低90%左右，下表为算例（图示见下页）：力学特性受力性能单位PC桥波形钢

26、腹板桥/跨中断面面积m27.12 5.80 0.81 断面惯性距m46.19 5.61 0.91 扭转惯矩m412.31 5.16 0.42 腹板断面面积m22.10 0.027 -弯曲刚度EIKN.m21.92x1081.74x1080.91 扭转刚度GJKN.m21.60 x1086.71x1070.42 剪切刚度GAKN2.73x1072.08x1060.08 根部断面面积m214.94 7.85 0.53 断面惯性距m486.60 68.24 0.79 扭转惯矩m495.04 27.37 0.29 腹板断面面积m28.19 0.122 -弯曲刚度EIKN.m22.68x1092.12x

27、1090.79 扭转刚度GJKN.m21.24x1093.56x1080.29 剪切刚度GAKN1.06x1089.39x1060.09 波形钢腹板桥自振频率与阻尼系数波形钢腹板PC桥的振动特性与阻尼系数 由分析、试验、实桥检测知，波形钢腹板PC桥的振动特性介于PC桥与钢桥之间；一般PC桥体外束自振频率为12Hz-18Hz，阻尼系数为0.0002，一般不会发生体外束引发整桥共振问题。桥名新开桥银山御幸桥本谷桥腾手川桥小河内川桥构造形式简支桥连续梁连续刚构连续刚构梁连续刚构自振频率(Hz)一阶3.9502.7781.6481.8401.756二阶5.4003.1671.8312.6952.491

28、三阶-3.7103.2353.2205.020阻尼系数一阶0.02700.00700.03200.01180.0073二阶0.03400.00840.02100.00920.0065三阶-0.0095-0.00940.0056 纵向抗震性：一般地说主梁自重减轻、刚度减小地震效应均会减少，三道河桥的实桥分析说明波形钢腹板PC桥较一般PC桥的抗震性能要好。横向抗震性：波形钢腹板PC桥梁不具有混凝土腹板，所以减少了承受面外方向地震的受拉钢筋。因此，预计面外方向的抗力低于通常的混凝土箱梁桥。但是，面外方向的弯曲刚度亦有所下降，可是其量较小，所以认为两者的抗震性能基本相同。混凝土顶、底板通过刚度较小的波

29、形钢腹板而连接，所以有人担心混凝土顶、底板分别产生响应，但是从分析中已经确认到两个混凝土板连成一体响应，而且不产生顶、底板之间的相位差，而且振幅基本相同。 总之，波形钢腹板PC桥梁的抗震能力介于PC桥与钢桥之间。波形钢腹板PC桥的抗震性能由银山御幸桥车辆动载试验得到波形钢腹板桥本身振动加速度最大值为3gal，其值非常小，因此认为其疲劳问题会很少。考虑的重点是波形钢腹桥与翼缘板的连接焊缝，日本曾作过波形钢腹板桥、波形钢腹板PC桥的疲劳模型试验与有限元分析，同时作了（44.25+136+44.25）m三跨连续梁实桥有限元分析，结论是较高应力发生在腹板与砼连接的过焊孔处，但是这里应力幅很小，一般不会

30、发生疲劳问题。波形钢腹板PC桥的抗疲劳性能 下图为波形钢腹板相互连接处采用搭接接头（连续贴角焊）时，已经被确认满足疲劳耐久性的波形钢腹板上下端部的构造与过焊孔形状。当采用这些接头构造时通常不要求再作疲劳验算。 连接形状特征Dole桥（法）中所采用的接头构造单侧插入式构造在Dole桥（法）构造的两侧均设置过焊孔单侧插入式构造通过使用曲线而消除锐角的构造两侧插入式构造疲劳耐久性被确认的搭接接头（连续贴角焊）的构造。波形钢腹板PC桥的抗疲劳性能满足疲劳耐久性的波形钢腹板上下端部的构造与过焊孔形状波形钢腹板PC桥的抗疲劳性能 其耐久性类同钢-混组合梁桥，日本波形钢腹板结构研究会2005年组织对已经运营

31、了510的新开桥（1993建成）、银山御幸桥（1996年建成）、本谷桥（1999年建成）进行了实地检测，结果表明这三座桥外观、内在均无明显病害，运营状况正常。 波形钢腹板PC桥的耐久性钢结构3种典型防腐体系50年使用寿命期间费用比较涂装耐久性项目表面处理+富锌底漆（底涂层、中涂层）+聚氨酯面漆（面涂层）表面处理+喷铝涂层（底涂层、中涂层）+聚氨酯面漆（面涂层）表面处理+锌铝伪合金涂层（底涂层、中涂层）+聚氨酯面漆（面涂层）项目建设初期防腐费用重防腐涂装，工厂施工，连同聚氨酯涂料面漆共4道涂层铝涂层工厂施工（膜厚一般200m），表面涂装聚氨酯涂料面漆（一般膜厚80m）锌铝伪合金工厂施工（膜厚一般

32、120m），表面涂装聚氨酯涂料面漆（一般膜厚80m）130元/m2210元/m2180元/m250年运营期间涂装维护费用每10年重新涂装一次，共5次（重涂时必须喷砂除锈、拷白处理）30年内铝涂层有效无需维护，每15年只需重涂面漆，30年后涂层失效，需重新喷砂除锈、热喷涂铝涂层）50年内锌铝伪合金涂层有效，无需维护，每15年只需重涂面漆，无需喷砂除锈。1305450元/m2302+210270元/m230390元/m250年间综合费用现场临时施工搭建、人工费、机械损耗费等305150元/m230390元/m230390元/m250年间费用合计930元/m2570元/m2360元/m2波形钢腹板预

33、应力混凝土桥及其在国内外的应用波形钢腹板预应力混凝土桥的力学性能波形钢腹板预应力混凝土桥在我国的应用实例概 述波形钢腹板预应力混凝土桥的结构要点 波形钢腹板在纵向由于折皱效应，其纵向抗拉压刚度小，故设计时可以认为波形钢腹板不承受轴向力：即近似认为抗弯惯矩计算可仅考虑混凝土顶、底板，而剪力则完全由钢腹板承担，且剪应力在腹板上作均匀分布。波形钢腹板主要作用在于抗剪，故波形钢腹板的厚度与形状取决于抗剪强度与剪切屈曲稳定性的需要。 波形钢腹板预应力砼箱梁的另一技术特点是通常采用体内、体外预应力索并用的方式：即在混凝土顶板、底板中配置纵向预应力筋，用以抵抗施工时的荷载及自重。在箱内配置体外预应力束，通过

34、转向块来转向并最终锚固在横隔板上，实现曲线或折线配筋，以体外索来承担外荷载的作用，如有必要时，可以在使用期间封闭交通来张拉更换体外索以加固桥梁结构或提高其承载力。结构要点 波形钢腹板节段之间及与上、下混凝土板的连接：波形钢腹板的预制节段之间一般通过高强螺栓或现场焊接的方式连接，波形钢板与混凝土顶底板的连接：一是非埋入式连接，在波形钢板的上下端部焊接钢板，钢板上焊接穿孔板、角钢或剪力钉（柱型螺栓），使之与混凝土板结合在一起。二是埋入式连接，在波形钢板上打孔。穿过钢筋（贯通钢筋），再在钢板的上、下端部焊接纵向钢筋（约束钢筋）并埋入混凝土的结合方法。波形钢腹板与混凝土顶底板的连接波形钢腹板与混凝土板

35、的的连接波形钢腹板与混凝土顶底板的连接波形钢腹板与混凝土顶底板的连接连接种类 结构特点 埋入式连接 波形钢板直接埋入混凝土顶、底板；桥轴方向的水平剪力由波形钢板斜幅间混凝土块（亦称抗剪齿键）与焊接于钢板顶端的约束钢筋（亦称连接钢筋）及与桥轴成直角方向的贯穿钢筋和混凝土销承担；与桥轴成直角方向的角隅弯矩由埋入波形钢腹板和与桥轴成直角方向的贯穿钢筋与混凝土销承担；由于系在混凝土中直接埋入钢板，故从耐久性观点考虑，在其界面上要注意密封。角钢剪力键连接 在波形钢板上下端焊接翼缘板，再在翼缘板上焊接角钢和U形钢筋；桥轴方向剪力由角钢、U形钢筋承担。与桥轴成直角的角隅弯矩由角钢、U形钢筋和穿过角钢的桥轴方

36、向的贯通钢筋承担。Twin-PBL连接 在波形钢板的顶端焊接翼缘板再在其上焊接两块带孔钢板；桥轴方向水平剪力由填充在孔内的混凝土销及穿过孔的贯穿钢筋承担；与桥轴成直角方向的角隅弯矩由填充孔的混凝土销与穿孔的贯穿钢筋抵抗。S-PBL+栓钉连接 波形钢板的顶端焊接翼缘板再在其上焊接一块带孔钢板并焊植栓钉；桥轴方向水平剪力由填充孔的混凝土销及穿过孔的贯穿钢筋以及栓钉承担；与桥轴成直角方向的角隅弯矩主要由栓钉承担；开孔板属开敞构造，多采用与底板的连接。栓钉连接 在波形钢板上下端焊接翼缘板再在其上植焊栓钉；桥轴方向水平剪力由栓钉剪切力承担；与桥轴成直角方向的角隅弯矩由栓钉抗拉力承担。 顶、底板的连接构造

37、的组合注：表中（1）、（2）为日本高速公路设计要领建议 的工程招标用连接方式：（1）用于跨度较大桥梁连接，（2）用于盐腐蚀环境不强、跨径较小的桥梁连接。波形钢腹板与混凝土顶底板的连接基本连接构造分类与顶板连接与底板连接埋入式连接埋入式连接埋入式连接角钢剪力键连接（1）角钢剪力键连接角钢剪力键连接角钢剪力键连接（2）角钢剪力键连接埋入式连接PBL键连接（1）Twin-PBL连接S-PBL连接+ 栓钉连接PBL键连接（2）Twin-PBL连接埋入式连接波形钢腹板之间的连接设计顾名思义是设想与计算。用行话说，包含概念设计与结构计算，波形钢腹板PC桥的设计包括，概念设计、结构计算与构造措施。桥梁的概念

38、设计即按技术标准确定整体方案，结构体系与关健构造要点。波形钢腹板PC箱梁适用桥型类同PC箱梁，唯以连续梁、连续刚构、部分斜拉桥居多。波形钢腹板PC桥的概念设计波形钢腹板PC箱梁桥的横断面选择，要考虑弯曲、扭转、畸变刚度，并兼顾道路宽度、连接构造、桥面板受力及下部与基础构造等因素，而且应该在考虑经济指标与施工方案之后，决定箱梁的断面形状。波形钢腹板PC箱梁桥的横断面如同一般PC箱梁桥一样多数采用直腹板断面，但为减少桥面板悬挑长度、合理墩台设计、加大箱梁畸变刚度，亦有采用斜腹板断面的。倘若桥面较宽时，可有三种选择：单室多箱断面、单箱多室断面和带斜撑的单箱单室断面。a)南山桥（单室多箱） b)小犬丸

39、川桥（斜腹板）c)桂岛高架桥（带斜撑） d)本谷桥（直腹板）e)矢作川桥（单箱多室）波形钢腹板PC箱梁桥纵向受力与PC箱梁桥纵向受力类似，其重量可减轻，但刚度亦较低，故波形钢腹板PC箱梁桥的总体设计可参照PC箱梁桥，其梁高设计亦可参照PC箱梁桥。对波形钢腹板的PC箱梁桥，即使提高梁高，对恒载的影响也是很小的，所以比起混凝土腹板的PC箱梁桥，其梁高的选择一般略高于PC箱梁桥。梁高统计归纳计算公式为： 跨中断面高跨比 (h/L)=(0.0047L+0.7859) (310-6L2-0.0009L+0.0887) 根部断面高跨比 (h/L)=(0.002L+0.9338) (-210-6L2-0.0

40、003L+0.0483)梁底曲线设置类同PC桥一般常用二次抛物线。波形钢腹板PC箱梁桥的概念设计 波形钢腹板PC箱梁桥的箱形断面总体尺寸与设置规则，类同于普通PC箱梁。波形钢腹板PC箱梁桥的支点附近，要用一段混凝土里衬，使波形钢腹板与墩上块箱梁混凝土腹板连成一体，以使应力顺利过渡。波形钢腹板PC箱梁桥，比起通常的混凝土腹板PC箱梁桥，因断面抗扭刚度较小，为提高其抗扭能力，应设置必要的横隔。横隔设置一般按维持两种箱梁扭转刚度一致原则设置，设置方法有：经验公式法：其横隔间距设置经验公式为：空间有限元分析法： 静力法 动力法波形钢腹板PC箱梁桥的概念设计 波形钢腹板PC箱梁桥的概念设计 波形钢腹板的

41、概念设计的合理性，可用波形钢腹板PC箱梁桥的材料用量指标校检。桥名珠海前山河大桥方案一珠海前山河大桥方案三伊朗德黑兰BR-06桥邢台七里河紫金大桥郑州桃花峪跨大堤桥跨径设置(m)90+160+9090+160+9083+153+8388+156+8875+135+75桥面箱梁宽2x15.75m2x15.75m2x13.1m13m2x16.05m根部箱梁高(m)10(1/16)9.5(1/16.8)8.8(1/17.4)9.0(1/17.3)7.5(1/18)跨中箱梁高(m)3.5(1/45.7)3.5(1/45.7)3.5(1/43.7)4.2(1/37.4)3.5(1/38.6)梁底曲线2次

42、抛物线2次抛物线1.8次抛物线1.8次抛物线1.8次抛物线箱梁顶板厚28cm28cm30cm30cm30cm箱梁底板厚321203212030110321202880箱梁底宽及顶板挑臂8,3.8758.7,3.5256.5,3.36.5,3.259,3.525腹板厚45cm70cm85cm16mm,22mm,26mm10mm24mm14mm24mm10mm22mm中墩附近砼里衬长9.6m11.91m24.8m6.4m预应力顶板束15-2215-2215-1915-1915-27,15-15体外束15-1515-2215-1915-22箱梁节段划分(边-中)8.84+2+6x4.5+4x4+8x

43、3.5+1.68.4+3.2+7x4.8+6x6.4+12.84.9+3.2+17x4.8+15.48.4+3.2+15x4.8+4.4+3.25.9+3.2+10 x4.8+5x3.2+3.8横隔设置钢管撑（不详）50cm砼，边跨3道中跨6道50cm砼，边跨5道中跨10道30cm厚砼横隔，边跨4道中跨8道与顶底板连接形式顶板双PBL底板单PBL+栓钉顶板双PBL底板单PBL+栓钉顶板双PBL底板埋入顶板双PBL底板埋入每平方米材料用量砼(m3/m2)1.291.0720.9551.1690.93预应力钢筋(kg/m2)33.3147.7351.676.0556.67普通钢筋(kg/m2)21

44、8.66188.64167.8160.8190.3钢板(kg/m2)104.27122.64134.3583.07波形钢腹板设计尺寸波形钢腹板PC箱梁的扭转刚度比混凝土腹板箱梁扭转刚度小，因此应用于曲线桥时应当留意控制弯曲半径，适当加大抗扭刚度。 曲线梁桥的应用 桥梁名主持机构形式最小半径本谷桥道路公团3跨径连续框架箱梁2,400m腾手川桥道路公团3跨径连续框架箱梁1,500m大内山川第二桥道路公团7跨径连续框架箱梁2,200m小犬丸川桥道路公团6跨径连续框架箱梁1,000m小河内川桥道路公团2跨径连续框架箱梁7,000m下田桥道路公团4跨径连续框架箱梁5,000m锅田高架桥道路公团3跨径连续

45、框架箱梁1,000m日见梦大桥道路公团3跨径连续预应力框架箱梁1,800m中野高架桥（斜面部分）阪神高速4跨径连续框架箱梁250m中野高架桥阪神高速4跨径连续框架箱梁400m栗东桥道路公团45跨径连续预应力框架箱梁3,000m忽略波形钢腹的纵向抗弯作用在竖向荷载作用下弯曲平面假定成立弯矩仅由混凝土顶底板构成的断面承担剪力由波形钢腹板承担，且剪应力呈均匀分布因波形钢腹板褶皱效应，腹板不承受轴向力波形钢腹板PC箱梁竖向弯曲计算符合以下假定波形钢腹板I字梁荷载试验波形钢腹板I字梁荷载试验 波形钢腹板预力混凝土箱梁桥的总体受力与通常的预应力混凝土箱梁类似，其设计计算亦类似，故总体设计计算可用通用桥梁设

46、计软件完成，唯因其剪力系由波形钢腹板承担，而关于波形钢腹板的剪切屈服、剪切屈曲问题，我国现有桥梁设计通用软件无此项内容，故需用日本有关规范、规准另行计算。关于钢板与混凝土顶底板的连接属钢混凝土组合结构设计内容，我国现亦缺乏相关设计软件。 波形钢腹板预预应力混凝土箱梁桥设计计算总体受力分析可分为纵向弯曲、横向框架、纵向扭转畸变等三部分。验算内容总体可分顶底板纵、横向承载力及应力验算、波形钢腹板强度、屈曲验算、波形钢腹板与顶底板连接和波形钢腹板自身连接验算。 波形钢腹板预应力混凝土箱形连续梁桥设计检算项目包括：设计荷载作用时的安全性、极限荷载作用时的安全性、疲劳的安全性、施工的安全性。 波形钢腹板

47、PC箱梁桥的总体计算波形钢腹板桥计算内容计算项目验算内容纵向弯曲计算箱形梁整体极限承载力检算箱形梁各阶段应力控制验算箱形梁刚度计算（考虑剪力影响）波形钢腹板剪切承载力检算波形钢腹板屈曲验算（含局部屈曲、整体屈曲、组合屈曲）波形钢腹板与顶底板连接抗剪验算波形钢腹板纵向连接检算横向框架弯曲计算顶板横向弯曲验算波形钢腹板与顶底板连接抗弯验算纵向扭转、畸变计算波形钢腹板抗剪验算箱梁整体弯承载力验算横隔板的设置计算局部应力分析体外束锚固局部应力分析顶底板体内束局部应力分析转向块局部应力分析横隔分析里衬计算波形钢腹板PC箱梁桥的总体计算波形钢腹板PC桥的设计框图波形钢腹板PC桥的设计类同PC箱梁桥，其总体

48、框图如下： 在竖向弯曲时波形钢腹板上的剪应力分布和传统的混凝土腹板有所不同, 沿梁高基本呈等值分布。由于轴向压应力较小，钢腹板可以视为纯剪切状态, 因此设计时需要验算钢腹板的剪应力,虽然满足强度设计要求，然因波形钢腹板一般均比较高、比较薄，故还有较大的剪力屈曲稳定问题。还需要计算钢腹板的剪切屈曲。波形钢腹板的剪切屈曲分三种：局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲。 三种屈曲形式波形钢腹板的剪切屈曲 当极限荷载作用时，剪应力即使在允许应力以内时，设计亦并非可用，由于波形钢腹板的形状不同，即使剪应力在允许范围内，板的剪切屈曲也可能发生，所以对剪切屈曲的安全性验算必须进行。对波形钢腹板屈曲安全性计算，可以用有

49、限变形理论的有限元方法作安全性验算，但实际上，用压杆的稳定性理论的有限元法对波形钢腹板的屈曲安全性进行计算也可以得到足够安全性的保证。以压杆理论为基础的波形钢腹板屈曲计算如下页图 。 为经济合理计，设计宜控制屈曲发生在屈服区、非弹性区为原则，此时屈曲应力一般均大于或近于屈服应力，即使剪应力低于屈服应力时，波形钢腹板不发生屈曲，以使材料得以合理应用。总之，如图所示屈曲进入非弹性领域（ ）是容许的，但设计追求的目标却是s 0.6（s为剪切屈曲系数， 或 ）。 屈曲计算（屈服区） ： s0.6（非弹性区） ：（弹性区） ： 一般不允许屈曲计算波形钢腹板的剪切屈曲按下式计算：式中：按式 计算，但式中的

50、 应换成波形钢板的毛截面面积；波形钢板组合屈曲临界剪应力；波形钢板局部屈曲临界剪应力，按下页公式计算；波形钢板整体屈曲临界剪应力，按下页公式计算；屈曲计算波形钢腹板的局部屈曲临界应力按下式计算：式中：弹性局部屈曲临界应力，按下式计算：屈曲计算式中：波形钢板的弹性模量；波形钢板的泊松比；波形钢板的高度；局部屈曲系数；波形钢板的厚度；波形钢板直板段长度；屈曲计算波形钢腹板整体屈曲临界剪应力 计算同 ，但系数 按下式计算：式中 为剪切屈服应力，取 。式中：弹性整体屈曲临界应力；波形钢腹板的弹性模量；波形钢腹板整体嵌固系数，取1.0；单位长度波形钢腹板绕顺桥向惯性矩；单位长度波形钢腹板绕高度方向的惯性

51、矩；波形钢腹板的波高板厚比，取 ，这里 为波高；形状系数；屈曲计算横向分析波形钢腹板PC箱梁桥的整体分析如同PC箱梁桥一样包括纵向整体分析与横向整体分析，在混凝土腹板的PC箱梁桥的设计中，腹板、顶底板加腋的设计被包含在横向设计里，而在波形钢腹板的PC箱梁桥中，关于波形钢腹板的剪切的研究并没有包含在横向设计里。但是，关于波形钢腹板与桥面板连接部设计中用到的角隅弯矩，则由横向分析求得。横向分析一般采用平面框架分析或三维FEM分析等方法。 横向分析主要用于计算桥面板与角隅弯矩（供连接计算用）。 波形钢腹板与顶、底板的连接部设计对作用于波形钢腹板与混凝土顶、底板的连接部的桥轴方向的水平剪力，应验算设计

52、荷载作用时，以及极限荷载作用时的安全性。安全性验算标准为作用于连接部的剪力应小于抗剪连接件的容许剪力以及极限屈服强度。对发生于连接部的与桥轴成直角方向的弯矩，必须验算设计荷载作用时以及极限荷载作用时的安全性，安全性的验算标准为使角隅弯矩所引起的应力在限制值以下。波形钢腹板预应力混凝土桥及其在国内外的应用波形钢腹板预应力混凝土桥的力学性能波形钢腹板预应力混凝土桥的结构要点波形钢腹板PC桥的施工概 述波形钢腹板预应力混凝土桥在我国的应用实例 波形钢腹板PC箱梁桥施工同普通PC箱梁桥基本相同，最基本的施工方法为采用挂篮悬浇、支架现浇、移动支架逐孔浇筑、顶推等施工工艺。随着技术的进步，日本最近于波形钢

53、腹板预应力砼箱梁施工中利用波形钢腹板作施工受力构件，提出了(利用波形钢腹板作承重构件）Rap.con/RW工法（鬼怒川桥、津久见川桥、信乐七桥）及利用波形钢腹板作导顶推施工的方法（岛崎川桥、桂岛高架桥）。波形钢腹板箱梁桥的施工挂篮悬浇总体施工程序：下部施工墩身施工墩顶现浇段施工安装挂篮T构悬浇合拢（设计合拢顺序从边跨向中跨对称合拢）张拉体外索施工护栏及桥面铺装成桥挂篮功能：满足常规砼箱梁悬浇功能的同时，还必须满足波形钢腹板调运、悬臂安装、定位的功能。（1）加高三角挂篮形式即国内较为常见的三角挂篮，考虑到顶板作业空间，以及钢腹板安装、自尾部运输到悬臂端的操作空间的问题，在三角挂篮主梁底部加设四根

54、6m左右高度的立柱。该挂篮操作方便，但用钢量及重量相对较大。挂篮功能与结构形式 挂篮功能与结构形式 （2）菱形挂篮形式即国内较为常见的菱形挂篮形式，利用该结构形成的较大作业空间，满足钢腹板安装、自尾部运输到悬臂端的操作空间。该挂篮在波形钢腹板的安装环节要倒一次吊点，操作略显麻烦，但挂篮用钢量、自重相对较小。挂篮功能与结构形式 挂篮功能与结构形式（3）平弦式结构日本称之为作业车，前提以波形钢腹板作为施工时的承重构件，挂篮悬臂长度大，主桁架系统承受荷载较小，底篮系统同样承受底板荷载。挂篮功能与结构形式 在日本国内同类桥梁中挂篮悬浇施工方法大致分为二种：（1）利用挂篮悬臂浇筑该方法类似于常规挂篮施工

55、，挂篮承受悬臂节段的砼和钢腹板重量。挂篮推出一次，悬臂浇筑一个节段。采用该工艺，作业车悬臂长度较长，通常为1个悬臂节段最大长度+1.5m。鄄城桥挂篮波形钢腹板箱梁桥的施工（2）利用波形钢腹板作承重构件悬臂浇筑（Rap.con/RW工法） 这种工艺实际上是在第一种工艺的基础上改进后的一种方法，具体做法是将波形钢腹板顶、避免增设30cm宽左右的翼缘板（兼作连接板），使之具有较大的纵向抗弯和侧向抗弯能力，以及一定的抗扭能力。作业车推出后，支撑在已安装到位的第N段波形钢腹板上，主要依靠波形钢腹板承受底板、顶板砼重量；砼达到强度、张拉后，利用挂篮悬臂安装第N+1段波形钢腹板；作业车进入下N+1节段，开展

56、下一阶段的施工。采用该工艺，作业车悬臂长度较长，通常为2个悬臂节段最大长度+1.5m。Rap.con/RW工法 鬼怒川桥施工方案Rap.con/RW工法 鬼怒川桥施工方案1. 体外索张拉2.移动作业车推进，预制梁肋安装3.PC板架设，模板架设，波形钢腹板安装4.顶底板砼浇筑，体外束安装，桥面板横向预应力张拉Rap.con/RW工法 鬼怒川桥施工方案桥梁简介：工程名称：东京九州高速公路，津久见川桥桥长：49.6+275+47+42.6总宽：10.7m施工方法：悬臂施工（ Rap.con/RW工法）PC钢材：主梁纵向预应力：SWR7B 19S15.2 顶底板横向预应力：SWPR19 1S21.8R

57、ap.con/RW工法 津久见川桥施工方案Rap.con/RW工法 津久见川施工方案Rap.con/RW工法 津久见川施工方案1. 6号节段顶板砼养生，预应力筋施工 7号节段砼底板施工、养生2. 合拢段波形钢腹板安装、连接3. 7号节段顶板混凝土养生、预应力施工 8号节段底板砼养生4. 底模支架由8节段移到7节段5. 合拢段顶、底板砼施工Rap.con/RW工法 津久见川施工方案日本津久见川桥实景施工方法： Rap.con/RW工法Rap.con/RW工法 津久见川施工方案桥梁总长：235.5m跨径布置：65.35m+102.5m+65.35m桥梁宽度：Rap.con/RW工法 游乐部川桥施工

58、方案1321.波形钢腹板的安装2.砼与波形钢腹板的连接接头3.波形钢腹板的吊装1321.底板砼浇筑2.波形钢腹板现场连接3.挂篮作业循环 13天 7天钢筋架设 5.5天 3.5天波形钢腹板安装 1.5天 不占循环时间施工特点 本桥为缩短工期、简化施工，采用了以下措施： 1） 在日本首次采用了波形钢板作施工架设材料，其施工方法有以下特点： 其移动作业平台较传统的挂篮更简单、更轻便； 顶底板施工安排在不同节段同时进行，因而施工作业面更平顺、宽阔。 2） 预制横梁与预制顶板PC模板的采用： 为简化施工，本桥采用了预制横梁和顶板预制PC模板并全部采用了体外索，将体外索锚固在预制横梁的齿块上，简化了预应

59、力索的锚固工作。Rap.con/RW工法传统工法作业区仅限n节段波形板安装、立模、配筋、混凝土浇注、预应力均在n节段进行，施工作业面受限，周期长。受力情况：挂篮较重（110t)，挂篮受时力臂较大，波形板不承担施工荷载。新工法作业区扩大到n-1、n、n+1三个节段，n+1节段波形板安装、n节段底板施工n-1节段顶板施工，三个作业面流水施工。受力情况：挂篮较轻（75t），挂篮受力时力臂较小，波形板承受施工荷载。岛崎川桥全长554m，桥跨布置为：51.8m+4X54.5m+56m+3X50m+40m+35.8m用波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 岛崎川桥施工导梁总图导梁断面图 导梁下弦采用高强纤维砼（

60、UFC ），本桥应用的砼中配有2%的补强钢纤维，用90蒸气养生，48小时拉压强度达180N/mm2，剪切强度达8N/mm2。 用波形钢板上翼缘板作为导梁的上弦。用波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 岛崎川桥施工顶推施工顺序用波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 岛崎川桥施工用底板模板安装波形钢腹板，底板砼浇筑（用顶板模板制作前一节段顶板）主梁顶推，顶板模板前移用顶板模板作顶板砼浇筑（用底板模板安装下一节段波形钢板、底板砼浇筑）顶推设备顶推千斤顶顶推施工实景跨径布置：52.7+54+54+52.7带斜撑的波形钢腹板预应力砼连续梁，采用顶推的施工方案用带斜撑的波形钢腹板作导梁的顶推施工方法 桂岛高架桥设计时