波形钢腹板PC桥及其在我国的应用课件

1、波形钢腹板预应力混凝土桥及其在我国的应用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目 录概 述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波形钢腹板那预应力混凝土桥及其在国内外的应用 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

2、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，减小了地震效应，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（与一般PC箱梁桥比较）项目单位PC箱梁桥波形钢腹板PC箱梁桥钢-混

3、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）钢、混凝土、钢砼组合结构的造价对比钢混凝土组合结构的经济性波形钢腹板PC桥CO2总排量比钢桥与一

4、般PC桥少波形钢腹板预应力混凝土属低碳结构结论： 波形钢腹板PC桥比一般PC桥 轻20%30%。 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% %30% ，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% %30%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

5、桥、Corniche桥。日本在引进这种新结构后，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

6、施工3跨部分斜拉桥36591.818091.8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

7、用第一座波形钢腹板组合梁桥法国Cognac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

8、应用银山御幸桥（耐候钢）白泽桥（耐候钢）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用桥名桥跨（m）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2(49+58+49)+(79+5150+79)+2(449)m48.5m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

9、.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在建兰州雁白黄河大桥90+165+90单幅16.5m单箱单室49.5m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设计中合肥东三环南淝河大桥95+153+95m19+26+19单箱双室/单箱三室3.68.5m待建我国在建、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+

10、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。兰州雁白黄河桥主跨165m的设计已超过日本丰田巴川桥的164m跨。鄱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

11、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+83m213.1m0.955/1.041167.99/220.1122.44/113.9656.26/54.28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

12、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内蒙古景家湾大桥44+380+44m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

13、桥在国内的应用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 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。 设计假定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，腹板不承受轴向力结构要点

14、波形钢腹板T形梁荷载试验波形钢腹板I字梁荷载试验波形钢腹板PC箱梁桥的设计与通常的PC桥极其类似，除几处关注点外，它的设计与通常的PC桥及其类似，这是其最大的特点。其适用跨度、梁高、桥面板跨度及厚度，基本上可与通常的PC桥同样地进行设定。前述几处关注点指的是：波形钢腹板的形状、尺寸、材质的确定；钢板的防锈；钢腹板与混凝土顶底板连接部，即剪力键的构造与计算；横隔与里衬的设置；对于弯桥的应对措施以及在连续结构支承部的安全性评估。波形钢腹板PC箱梁桥的概念设计 波形钢腹板的形状、尺寸及材质应考虑所作用的剪切力、剪切屈曲抗力、桥面板横向弯矩、运输条件、施工可行性及经济性等来确定。波形钢腹板的防锈方法有

15、喷涂、镀锌、金属热喷涂、使用耐候性钢板等方法。波形钢腹板PC组合梁桥采用的抗剪连接件有：角钢剪力键、开孔板剪力键、栓钉剪力键和埋入式剪力键等。角钢剪力键、开孔板剪力键、栓钉剪力键为有翼缘板的连接方法，而埋入式剪力键为无翼缘板的连接方法。波形钢腹板PC箱梁桥的概念设计 波形钢腹板的接缝有焊接接缝及高强度螺栓接缝。由于波形钢腹板不承受轴向力，故其接缝无需保证钢板的纵向轴线一致，故在多数情况下做成搭接接缝。采用焊接接缝还是高强度螺栓接缝，应考虑环境条件、景观、施工可行性、经济性进行选定。波形钢腹板PC组合梁桥的扭转刚度较小，会出现断面变形现象。当因扭矩产生断面变形时，扭转应力的加大会导致混凝土顶底板

16、轴向应力加大，从而成为混凝土顶底板开裂的诱因。对有较大扭矩作用的弯桥和斜桥，为了约束断面扭转变形，应合理地设置中间横梁和横隔。波形钢腹板PC箱梁桥的概念设计 由于混凝土顶底板与波形钢腹板的剪切变形差，在混凝土顶底板上会产生附加弯矩，波形钢腹板上会产生竖向力。对此应进行合理的计算并应做相应加强。为应对、防止波形钢腹板剪切屈曲、减少混凝土桥面板的局部弯矩，可用混凝土来强化中间支点附近腹板。波形钢腹板PC箱梁桥的概念设计 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预应力混凝土桥梁设计软件完成，唯因其剪力系由波形钢腹板承担，而关于波形钢腹

17、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

18、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 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

19、剪切状态, 因此设计时要验算钢腹板的剪应力,以满足强度设计要求，因波形钢腹板一般均比较高、比较薄，还有较大的剪力屈曲稳定问题，故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 波形钢腹板PC箱梁桥，腹板剪切验算可仅对承载能力极限状态进行。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，可以用有限变形理论的有限元方法作安全性验算，但实际上，用板的剪切屈曲理论的有限元法对波形

20、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（亦称相对高厚比）， 或 ）。 波形钢腹板的剪切承载力及屈曲计算（屈服区） ： s0.6，设计宜使s0.6（非弹性区） ：（弹性区） ： 一般不允许屈曲计算设计允许以压杆理论为基础的波形钢腹板屈曲计算如右图示。为经济计，设计宜控制屈曲

21、发生在屈服区，允许发生在非弹性区对剪切屈服区、非弹性屈曲区及弹性屈曲区的屈曲强度日本相关规准提出了如下的验算方法与步骤。其中：波形钢板的弹性整体屈曲强度；波形钢板的弹性模量；波形钢腹板的高度；波形钢板的厚度；屈曲计算波形钢板上下端嵌固系数（简支时1.0，固结时为1.9）； 弹性整体剪切屈曲强度的计算：对应波形钢板桥轴方向中性轴的单位长度断面2次矩。波形钢板的泊松比波形钢腹板的波高；波形钢板桥轴方向投影长度与沿波形展开长度的比值；屈曲计算对应波形钢板的高度方向中性轴的单位长度断面2次矩。其中：波形钢板的局部弹性剪切屈曲强度；剪切屈曲系数；面板幅宽（折痕间的距离）；波形钢板的杨氏系数；屈曲计算波形

22、钢板的幅宽厚度比； 弹性局部剪切屈曲强度：波形钢腹板的高度；波形钢板的厚度屈曲计算 相对高厚比的计算式中 为钢板的剪切屈服强度（整体屈曲）（局部屈曲） 屈服区、非弹性区整体、局部屈曲强度的计算组合屈曲强度，能够用局部屈曲与整体屈曲强度的乘幂和相关式来表示。屈曲计算复合屈曲强度；式中：局部屈曲强度（满足屈服域条件时，即为钢板的剪切屈服应力）；整体屈曲强度（满足屈服域条件时，即为钢板的剪切屈服应力）；验算当 时，可取 时， ，即当满足屈服应力一下不发生局部屈曲、整体屈曲条件时，控制在屈服应力一下不发生组合屈曲的条件为 。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

23、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

24、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。设计截面力Mu1Mu3Mu2Mu4ML1ML2ML3ML4Mui：顶板连接处截面力 MLi：底板连接处截面力 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钢腹板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

25、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

26、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

27、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连接埋入式连接剪力键的设计抗力宜采用能反映各种极限状态下腹板、顶底板、剪力键所用材料特性及剪力键工作

28、机理的适当方法计算，再除以相应构件工作系数。对剪力键的设计计算，应考虑所采用的抗力计算方法与实际强度的波动来决定构件系数。除采用规范建议的剪切抗力计算方法外，也可采用经过实验能证明其合理性的其它计算方法。承载能力极限状态的构件系数可定为1.151.30.至今波形钢腹板组合桥所使用的剪力键的构造，水平剪切抗力计算基本上类同钢混组合梁，故均可借过去的剪力键抗力相关公式计算。在实际设计中，应参照整体结构、连接部构造与荷载状况等，合理的分析横向应力与计算抗力。波形钢腹板之间的连接1、栓钉剪切抗力可按钢混组合桥规范计算。与桥轴成直角方向的弯曲抗力栓钉的拉拔极限承载力、疲劳强度，应参照以往的实验结果，考虑

29、栓钉配置密度等的基础上进行合理的确定。2、角钢剪力键剪切抗力经法国实际工程应用的角钢剪力键的抗剪强度Rd，取角钢剪力键背面的混凝土强度产生的抗剪强度R1和角钢与翼缘板所产生的抗剪强度R2两者中的最小值。波形钢腹板之间的连接与桥轴成直角方向（横向）弯曲抗力矩当采用角钢剪力键时，为避免由极限水平剪力作用造成翼缘板与混凝土顶底板过早脱离而出现的破坏，一般要配置贯通钢筋和U形钢筋。当横向弯矩作用时，这些贯穿钢筋和U形钢筋可以被用来承载由横向弯矩产生的拉力。迄今为止有两种设计构造：U形钢筋焊接于角钢；U形筋不焊于角钢而以贯穿钢筋作为基本抗弯构件。波形钢腹板之间的连接3、开孔板剪力销剪切抗力当采用与桥轴平

30、行的两列开孔板时，可以认为两块板具有同样的承载能力。若销孔侧面的混凝土层厚度过小，会导致剪切抗力减小；当销孔直径过大，亦会出现销孔单位面积剪切抗力降低的情况。故当采用与传统实验规格背离的开孔板剪力销尺寸时要特别慎重。横向弯矩抗力矩当开孔板剪力销沿桥轴方向呈一列进行配置时，对横向弯矩的抵抗只凭借开孔板的刚度。为提高连接部的旋转刚度与抗力，开孔板厚度将显著增加。当同时采用开孔板剪力销与栓钉做连接时，其横向弯曲抗力矩计算同栓钉连接。当开孔板剪力销沿桥轴方向呈两列配置时，横向弯曲抗力距将由开孔板剪力销拉拔抗力来应对。但随着销孔距翼缘板的高度的降低，剪力销抗拔力有随之减小的趋势，对此应予以注意。波形钢腹

31、板之间的连接 波形钢腹板的接缝有焊接接缝及高强度螺栓接缝。由于波形钢腹板不承受轴向力，故其接缝无需保证钢板的纵向轴线一致，故在多数情况下做成搭接接缝。采用焊接接缝还是高强度螺栓接缝，应考虑环境条件、景观、施工可行性、经济性进行选定。波形钢腹板之间的连接波形钢腹板之间的连接贴角焊缝波形钢腹板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

32、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。波形钢腹板PC桥的概念设计a)南山桥（单室多箱） b)小犬丸川桥（斜腹板）波形钢腹板PC桥的概念设计c)桂岛高架桥（带斜撑） d)本谷桥（直腹板）波形钢腹板PC桥的概念设计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。梁底曲线设置类同PC桥，

33、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：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 （1）在对波形钢腹板PC组合桥进行设计、施工时，应充分研究建设地点的地形条件、经济性、施工可行性、耐久性、维护管理等，并据此规划

34、结构形式、跨度设置、施工方法等。（2）对波形钢腹板的形状、尺寸及材质等应考虑其所承受的断面力、搬运、施工可行性及经济性等进行合理的择定。（3）对波形钢腹板的防锈方法，应考虑其耐久性、可施工性及经济性等进行合理的择定。（4）对波形钢腹板与混凝土顶底板的连接，以及波形钢腹板自身的连接，应充分考虑其结构特性、耐用性及经济性来进行选定。（5）对斜桥、弯桥，应特别关注其横梁、横隔的设置。（6）对连续梁及连续钢构，应采用合理的方法验算其支承、支承附近部位的安全性，并根据需要，对支承部位做必要的加强。结构总体设计 波形钢腹板PC箱梁桥的概念设计 波形钢腹板的概念设计的合理性，可用波形钢腹板PC箱梁桥的材料用

35、量指标校检。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

36、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 鄄城黄河公路大桥的设计与施工 伊朗德黑兰北部高速公路BR-06特大桥的抗震分析 波形钢腹板预应力混凝土桥的技术发展鄄城黄河公路大桥简介鄄城黄河公路大桥简介鄄城黄河公

37、路大桥是一座横跨黄河的特大型桥梁，地处山东省南部鄄城县以北，位于山东与河南两省交界处，它是规划建设的德（州）至商（丘）高速公路的一个重要控制工程鄄城黄河大桥桥孔布置为（由北向南）：950m折线配筋预应力砼简支T梁（70m11120m70m）波形钢腹板预应力砼连续箱梁5850m折线配筋预应力砼简支T梁。主桥采用70m+11120+70m波形钢腹板PC桥 引桥采用50m跨折线配筋PC先张梁 主桥连续总长1460m鄄城黄河桥设计三大创新点主桥为1460m（13跨）波形钢腹板PC连续梁桥，同类桥规模世界第一。波形钢腹板PC箱型连续梁主桥设计为分幅上下行四车道高速公路桥，单幅上部箱梁为单箱单室断面，箱梁

38、顶宽为13.5m，箱梁底宽6.5m，翼缘悬臂长3.0m，悬臂端部板厚0.20m，悬臂根部厚0.50m。墩顶根部梁高为7.0m，为跨径的1/17.14；跨中梁高为3.0m，为L/40.为改善1/4跨径处的应力状态，梁高按1.6次抛物线变化。箱梁顶板厚0.25m；底板厚度0.250.80m，按二次抛物线变化。 鄄城黄河公路大桥简介波形钢腹板采用Q345C钢材，箱梁采用直腹板，墩上块采用砼腹板，距墩上块5m范围内波形钢腹板内设有混凝土内衬，为钢-砼组合腹板，其他部位为波形钢腹板，波形钢腹板波长1.6m，波高220mm，水平面宽43cm，水平折叠角度为30.7，内径为120cm，钢板厚度814mm，其

39、形状如下图。波形钢腹板大样鄄城黄河公路大桥简介纵向预应力筋分两种：体内束和体外束。预应力钢束均用270级15.24钢绞线，体内束设置类同于一般预应力砼箱型连续梁，按悬臂浇筑预应力混凝土箱梁。120m标准跨除墩顶0号节段外，另对称分为11个悬浇节段。顶板布置32束体内钢束，中跨底板体内钢束布置12束，边跨底板体内钢束布置6束。中跨布置6束体外钢束，边跨布置4束体外钢束。鄄城黄河公路大桥简介波形钢腹板与顶底板连接采用了埋入式连接，如下图。这种连接形式的优点是构造简便，造价较低，施工方便且抗疲劳性好。波形钢腹板与顶底板埋入式连接鄄城黄河桥作为中国第一座较具规模的波形钢腹板PC桥，设计中较好的体现了其

40、经济性较好、施工方便两大特点。部位主要材料单位施工图设计（波形钢腹板PC）初步设计（普通PC）节省值节省比例1234566/5上部C50砼m32994538120817521%波形钢板t27220-2722-体内束钢绞线t1419223181214%体外束钢绞线t4910-491-32mm精轧螺纹钢筋t0221221100%波纹管m1235681881846461634%锚具孔49372776442827236%HRB335钢筋t43426476213433%R235钢筋t0192192100%下部C30砼m319663199763131.5%C25砼m34301248572556011.4%

41、HRB335钢筋t2857358372618%R235钢筋t11360349081%鄄城黄河桥主要材料对比上表列出了普通PC连续箱梁改为波形钢腹板PC连续箱梁桥后，材料的节省。由于上部结构重量的减轻给桩基工作带来了很大的节约，故其造价节约达到了22%。鄄城黄河公路大桥简介工 序波形钢腹板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

42、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，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。施工工效提高日本本谷桥砼腹板与波形钢腹板方案材料

43、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

44、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.

45、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

46、.762信阳泼河桥经济指标对比 经济效益由理论计算和实测结果可知，在主桥施工过程中，上部箱梁各测点应力均未超出规范允许值，施工期箱梁受力安全。其中，波形钢腹板组合箱梁组合腹板内衬混凝土、横隔板的纵向正应力和剪应力都很小；箱梁根部断面和3L/4断面顶板正应力分布呈正剪力滞，底板纵向正应力分布较为均匀；波形钢腹板斜板段纵向应力接近于零，直板段纵向应力稍大一些，挂篮拆除后2#块钢腹板直板段仅有3MPa7 MPa的纵向压应力；在悬臂施工过程中，波形钢腹板组合箱梁顶底板剪应力都很小，波形钢腹板剪应力较大并且沿腹板高度分布较为均匀，钢腹板直板段剪应力比斜板段大10%左右，挂篮拆除后钢腹板直板段剪应力最大可

47、以达到30MPa左右；波形钢腹板组合箱梁预应力施加效率较高，悬臂施工过程中，箱梁顶底板混凝土始终处于受压状态，且梁根位置处顶板和合拢段底板压应力储备值较大。 鄄城黄河公路大桥应力监测结论10#墩大桩号侧顶板顶面高程监控情况鄄城黄河公路大桥11#墩大桩号侧顶板顶面高程监控情况鄄城黄河公路大桥12#墩大桩号侧顶板顶面高程监控情况鄄城黄河公路大桥最大悬臂状态累积挠度（单位：mm）鄄城黄河公路大桥鄄城黄河公路大桥由上图可得出如下结论： （1）采用分别基于Euler梁理论和Timoshenko梁理论的计算结果差异较大（对应表中的M-1和M-2）。 （2）悬臂根部梁段（对应于节段16号块）的剪力较大、波形

48、钢腹板较高，剪切变形的影响也较大；对于节段712号块，也就是悬臂梁的前端节段，剪切变形的影响相对较小。 （3）采用CBCW程序模块建立的三维精细化分析模型的计算结果，无论是最大悬臂状态的累计挠度还是单独工况下的挠度增量值，大小均介于M-1方法和M-2方法之间。 （4）由于计算得到的累计挠度值直接应用在立模标高和施工过程的桥面高程控制，对于波形钢腹板组合梁构件，如采用常规的平面杆系程序：Euler梁理论的计算结果将偏小，而Timoshenko梁理论则过大估计竖向挠度值。 鄄城黄河公路大桥的设计与施工 伊朗德黑兰北部高速公路BR-06特大桥的抗震分析 波形钢腹板预应力混凝土桥的技术发展伊朗德黑兰北

49、部高速BR-06特大桥，为由上海建工外经集团承建的伊朗德黑兰北部高速公路关键工程。伊朗德黑兰北部高速公路，是连接首都德黑兰至里海南岸滨海城市恰卢斯的一条主要交通干线。其中的BR-06特大桥，位于伊朗德黑兰北部山区,于塔隆河谷与桑干河谷交汇处的上游跨越桑干河谷。BR-06桥概况BR-06桥概况83m+153m+83m波形钢腹板效果图BR-06桥概况总体布置桥梁按上下行分幅布置，跨径布置为（83+153+83）m，上部结构为波形钢腹板预应力混凝土箱形连续梁。 桥型立面布置图BR-06桥概况墩身及基础设计墩身采用空心薄壁墩，顺桥向墩顶宽6m，至墩底按50：1的斜率放坡延伸至墩底，横桥向宽度8.4m（

50、1号墩）和9.2m(2号墩)，壁厚0.7m,墩顶1.5范围为实心段。1号桥墩处设置扩大基础，在扩大基础底设置了抗拉锚杆。 2号桥墩采用灌注桩基础（灌注桩成孔采用挖孔或是钻孔）。1号墩身基础图2号墩身基础图BR-06桥概况支座布置 每幅桥在2号墩设置2个固定支座，在1号墩设置2个单向活动支座，在桥台上设置2个单向活动支座。支座的曲后刚度、位移量及支座固定销的剪断值按抗震分析结果特殊设计。参照美国规范及中国规范，9度地震区设计地震波及速度动峰值为0.40g。故此次抗震分析计算中选用了7条人工合成地震波，其地震动加速度峰值均在0.40g附近，将这7条地震波作为BR-06特大桥的E1水准设计加速度时程

51、，简称设计地震波。时程分析结果取7组地震波作用包络值的平均值。BR-06桥概况伊朗地震局提供了三次实测强震记录，其地震加速度动峰值横波为0.480.796g，纵波为0.5050.816g。其值均远大于9度地震区伊朗规范规定的0.35g和中国、美国规范的0.40g。为此将伊朗提供的地震波视作E2水准设计依据，作结构的延性设计验算。BR-06桥概况BR-06桥概况支座类型固定支座单向活动支座（低墩）单向活动支座（桥台、里海）单向活动支座（桥台、德黑兰）最大竖向荷载标准值(KN)350003500040004000支座纵向转角选用值(rad)0.02 0.020.020.02动、静摩擦系数0.020

52、.030.020.030.020.030.020.03曲率半径（m）5522作为减隔震措施，本桥采用了摩擦摆支座与粘滞阻尼器。摩擦摆隔震支座利用上下座板与中座板间的滑动摩擦来耗散能量，增大结构阻尼。BR-06特大桥的抗震支座设置情况减隔震措施位置工况1084-1纵波作用下PC连续梁波形钢腹板PC连续梁位移（mm）最大值355.5263.1最小值271.1237.5阻尼力（KN）30171937纵向阻尼器计算结果阻尼器桥墩台编号位置工况1084-1纵波作用1084-1横波作用PC连续梁波形钢腹板PC连续梁PC连续梁波形钢腹板PC连续梁1#桥墩墩底截面Q(KN)380803258028250202

53、20M(KNM)8801007630005028004631002#桥墩墩底截面Q(KN)33480311503673027410M(KNM)14910001349000125100011240001084-1地震波作用墩底截面弯矩计算表明：波形钢腹板PC桥方案与普通PC桥方案于本桥的抗震计算中阻尼器、支座、桥墩及基础的受力均有10%25%的减小，工程设计实例说明了波形钢腹板箱梁桥较好的抗震性能。 鄄城黄河公路大桥的设计与施工 伊朗德黑兰北部高速公路BR-06特大桥的抗震分析 波形钢腹板预应力混凝土桥的技术发展南昌朝阳赣江大桥的技术创新南昌朝阳赣江大桥南昌朝阳赣江大桥是江西南昌市跨越赣江的一座

54、特大桥，其跨径设置为：2（49+50+49m）+（79+5 150+79m）+2 （4 49m），全长1596m，为波形钢腹板PC桥。在我国波形钢腹板PC箱梁桥的应用发展中，南昌朝阳大桥将会起到里程碑的作用。据初步设计分析，我认为南昌朝阳大桥有一定技术难度与亮点：波形钢腹板PC组合箱梁桥的应用规模将为世界之最；79+5150+79m跨波形钢腹板PC组合六塔斜拉桥为当前最长的波形钢腹板PC组合斜拉桥；宽达45.84m的波形钢腹板单箱四室断面可与日本矢作川桥类比，属宽箱多室。非通航孔50m跨波形钢腹板PC组合箱梁桥应用将有力地促进组合梁桥在我国中小跨径桥梁中的应用。南昌朝阳赣江大桥我国已是桥梁大国

55、，但主导桥型仍为PC桥，这十几年我国钢产量一直稳居世界第一，我国2010年桥梁总量为59万座，而钢桥比重仍不到桥梁总量的1%，在日本桥梁总量为13万座，而这个比例为41%，美国桥梁总量为60万座，这个比例为33%，法国则高达85%。鉴于钢、钢混组合梁桥的优点，我们在这方面应迎头赶上，希望朝阳大桥建设成为中国钢混组合梁桥发展契机。 南昌朝阳赣江大桥郑登快速通道朝阳沟水库特大桥的技术特点郑登快速通道朝阳沟水库特大桥郑登快速通道朝阳沟水库特大桥郑登快速通道朝阳沟水库特大桥郑登快速通道朝阳沟水库特大桥郑登快速通道朝阳沟水库特大桥总体布置郑登快速通道朝阳沟水库特大桥主梁特点58+118+188+108m波形钢腹板预应力混凝土箱形梁部分斜拉桥，在技术上是个突破。波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥源于法国，兴于日本，现中国正掀起建设高潮。我国大跨度记录如下表：郑登快速通道朝阳沟水库特大桥序号桥名桥跨（m）桥宽（m）箱式施工方法建成年份1江西都九高速鄱阳湖桥125+2220+12527.5单箱三室悬臂浇筑设计中2内江沱江五桥110+220+1102x16m单室单室悬臂浇筑设计中3郑州朝阳沟大桥58+118+188+10835单箱四室悬臂浇筑设计中4南水北调云台山大桥175+10027单箱三室悬臂浇筑设计中