简析腹板波形钢腹板PC组合箱梁结构

论文导读：腹板PC组合箱梁。由于几毫米厚的钢板就能承受数十厘米厚的混凝土腹板所能抵抗的剪力，而重12下一页
摘要：近年来，钢-混凝土组合结构桥梁在日本及欧美国家发展迅速，得到广泛应用，这种结构充分利用了两种不同材料的材料特点。同时，能够实现梁的轻型化，进而减小下部结构的工程量。其中波形钢腹板板组合结构箱梁发展尤其迅速，本文简要介绍波形钢腹板PC组合箱梁构造要点及结构特点，并讨论这种新结构形式的特色及不足。最后，展望该新型结构在国内的应用前景。
关键词：波形钢；组合结构箱梁
Abstract: In recent years, the steel - concrete composite structure bridge in Japan and Europe and the United States developed rapidly, he been widely applied, this architecture makes full use of two kinds of different material characteristics .The type of structure can achieve light-dutyof girders ,thus relieves the engineering quantity of its substructure. The corrugated steel web plate composite structure box girder develops especially rapid, this paper gives a brief introduction of corrugated steel web PC combined box beam structure and the main points of the structure characteristic, and discusses this new structure characteristic and deficiency. Finally, the development prospect of such bridges is forecasted.
Keywords: corrugated steel; combination of the structure box girder
2095-2104（2012）
1、引言
预应力混凝土箱梁由于其抗弯和抗扭刚度大，因而得到广泛的应用。随着社会和经济的发展，预应力混凝土箱梁跨度越来越大，梁的自重所占荷载的比例也越来越高，施加的预应力大部分用来抵抗梁自重所产生的内力，经济性也越来越低。混凝土梁跨度已经接近极限，减轻混凝土梁的自重因此具有重要意义。
箱梁的顶板和底板是根据抗弯要求设计的，可以优化减小截面的可能非常小，腹板由于要布置体内预应力钢束和普通钢筋，设计中一般截面尺寸都采用最小构造尺寸，可优化的余地也有限，但腹板所占面积一般占整个箱梁截面面积的30%～40%，如果能优化腹板，对减轻结构自重相当可观。随着体外预应力束和新型建筑材料的发展，如果将腹板采用比混凝土轻的材料，将体内预应力换为体外预应力，自然能减轻结构自重。如公路桥有法国1985年建成的Arbois桥、1997年建成的Boulonnais桥，日本2003年建成的Kinokawa桥。我国正在施工的西平铁路后河村特大桥1-80m钢－混凝土组合桁架梁，都是将腹板由混凝土板替换为钢管桁架从而减轻结构自重。但是桁架腹杆对混凝土梁在顺桥向的约束较大，造成结构预应力损失较大。

2.发展概况

法国工程师最初提出用平面钢板代替混凝土腹板，通过体外预应力对梁施加预应力，由于腹板采用平面钢板，混凝土的弹性模量为钢材弹性模量的17%左右，混凝土顶、底板的收缩受钢板约束，混凝土板中预应力会产生较大损失，同时由于钢板的高应力，在钢腹板上需增加加劲肋或加厚腹板防止腹板发生屈取。1975年，法国的Campenon Bernard公司提出采用波形钢板代替平面钢板的设想，将原平面钢板改为由顺桥向可伸缩的波形钢板，由此形成一种新型的、更合理的箱梁结构—波形钢腹板PC组合箱梁。由于几毫米厚的钢板就能承受数十厘米厚的混凝土腹板所能抵抗的剪力，而重论文导读：混凝土间一般采用抗剪连接件连接,连接键设计合理与否直接关系到整个结构的承载能力及安全性。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
量却大大减轻，这样就减轻了结构自重，增大桥梁的跨越能力。日本引进这项技术后，在1993年建成日本第一座波形钢腹板桥—新开桥，截至2010年日本已建成120余座波形钢腹板桥。我国对这类结构的研究还处于起步阶段，设计理论和设计方法都不成熟，还没有成熟的设计验算方法。将波形钢腹板应用于实桥的工程很少，目前仅有河南光山县的泼河大桥、江苏淮安的长征桥、重庆大堰河桥、宁波甬新河桥。在建和即将建成的桥梁有山东鄄城黄河公路大桥，河北紫金大桥等。

3.结构特点

3.1整体构造

波形钢腹板桥梁由混凝土顶、底板、波形钢腹板组成，在顶、底板中穿有体内预应力束。由于腹板采用波形钢板，腹板中无法布置腹板束，因此腹板内弯起钢束全部采用体外束代替。为了增加箱梁的整体抗扭性能，在箱梁源于：论文范文格式www.7ctime.com
内部每隔一定距离也可以根据计算设置横隔板。
图

1.波形钢腹板PC箱梁结构示意

3.2波形钢腹板形状

腹板波纹形状系数主要包括水平长b、斜向板投影长d，折叠角度α和波高h。出于钢板加工的需要，通常波形钢板每一个子板的宽度都是相同的，因此满足d=、h=，独立变量只有b和a两个。图2所示为波形钢板pc结构示意图，图中q为波形刚板一个波长，t为波形钢板厚度。

图

2.波形钢板示意

3.2波形钢腹板与混凝土连接

波形钢腹板与混凝土顶底板的结合部是两者共同作用的基础，它主要用来抵抗两者接触面之间的纵向剪力，防止两者发生相对滑移。波形钢腹板与混凝土间一般采用抗剪连接件连接,连接键设计合理与否直接关系到整个结构的承载能力及安全性。
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。以及在此基础上衍生出来的其他连接方法，如日本规范提供的Twin-PBL连接，S-PBL+栓钉连接等。
翼缘型链接 嵌入式连接
图

3.常见连接示意

3.3力学特点

目前，关于波形钢腹板桥梁相关力学性能的计算公式，我国并没有明确的规范规定，对于力学特点本文仅根据国内相关研究成果及日本《波形腹板箱梁桥规划手册》简要介绍。

3.1轴向刚度

波形钢腹板由于在纵向采用了波折形式，在纵向可以像风琴一样自由变形，在轴力作用下，波形钢板变形很大，因而其表观弹性模量很小。波形钢腹板在纵向的表观弹性模量可按以下公式计算：其中E0为钢板的弹性模量，为波形钢板形状系数，

3.2抗弯性能