袁智煦，汪元鋒

0 前言

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋即用波形鋼腹板替代原始的混凝土腹板建成的箱梁橋，簡稱波形鋼腹板PC橋。波形鋼腹板最早在20世紀(jì)80年代被法國應(yīng)用到橋梁建設(shè)中，并建成了世界上第一座波形鋼腹板箱梁橋——Cognac橋。近年來，該技術(shù)在日本得到了廣泛應(yīng)用。隨著科研和實(shí)踐工作的不斷深入，波形鋼腹板PC橋已成為日本高速公路的推薦橋梁形式，在建、已建橋梁已超過200座，成為目前修建此類橋梁最多的國家。

中國自1998年開展波形鋼腹板組合箱梁的力學(xué)特性等研究以來，對這種結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪、扭轉(zhuǎn)與畸變，波形鋼腹板參數(shù)設(shè)計(jì)、屈曲特性、抗剪連接件設(shè)計(jì)與分析、橋面板的有效分布寬度、剪力滯效應(yīng)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性和橋梁設(shè)計(jì)與建造等問題有了一定的認(rèn)識，但仍未形成系統(tǒng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)［1］。目前我國波形鋼腹板PC橋的設(shè)計(jì)與施工主要參照日本的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，并于2005年成功建成國內(nèi)第一座波形鋼腹板PC組合箱梁人行天橋——江蘇淮安長征人行橋，之后相繼建成河南光山潑河大橋、河北邢臺郭守敬橋、山東鄄城黃河大橋、深圳南山大橋等20余座波形鋼腹板PC箱梁橋。

1 波形鋼腹板PC橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在波形鋼腹板PC橋中，波形鋼腹板取代了預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁中的混凝土腹板，將鋼和混凝土兩種不同的材料組合起來，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和材料的使用效率，是一種經(jīng)濟(jì)、高效、施工簡單的新型橋梁形式［2］。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面:

1)用8～30 mm厚的波形鋼腹板取代了以往厚度為30～80 mm的混凝土腹板，減輕了約30%的箱梁自重，增大了橋梁跨度及減少了下部結(jié)構(gòu)的工作量，降低了工程成本。

2)用輕型鋼腹板代替厚重的混凝土腹板，明顯降低了地震的激勵效果，抗震性能顯著提高。

3)波形鋼腹板的縱向剛度很小，基本不承受軸向力，因其具有褶皺效應(yīng)，不抵抗預(yù)應(yīng)力的導(dǎo)入，不約束上、下翼板混凝土的徐變、干燥收縮變形，從而提高預(yù)應(yīng)力效率，減少預(yù)應(yīng)力材料的浪費(fèi)。

4)充分發(fā)揮了波形鋼腹板的抗剪特性以及混凝土的抗彎特性，結(jié)構(gòu)受力合理，提高了材料的應(yīng)用效率。

5)采用體外預(yù)應(yīng)力筋，簡化了預(yù)應(yīng)力筋的埋設(shè)工藝，且體外預(yù)應(yīng)力筋易于更換和增減，方便橋梁的維修及補(bǔ)強(qiáng)。

6)波形鋼腹板外形美觀，易與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，提升了橋梁的藝術(shù)感。

1.2 力學(xué)假設(shè)

在對波形鋼腹板箱梁進(jìn)行剪切屈曲計(jì)算時(shí)，忽略波形鋼腹板的縱向抗彎作用、波形鋼腹板與頂、底板之間的滑移以及鋼腹板的豎向壓縮變形。波形鋼腹板由于褶皺效應(yīng)，縱向抗拉壓剛度很小，不承受縱向彎矩作用，彎矩由混凝土頂、底板承擔(dān)，而剪力則完全由鋼腹板承擔(dān)，且剪應(yīng)力在腹板上均勻分布。斷面抗拉壓面積、抗彎矩計(jì)算僅考慮混凝土頂、底板的作用，在豎向荷載作用下正彎曲平截面假定成立［3］。

1.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

目前國內(nèi)對波形鋼腹板的研究處于起步階段，設(shè)計(jì)中仍有諸多問題需要進(jìn)一步研究。設(shè)計(jì)波形鋼腹板箱梁時(shí)，主要考慮以下幾個方面:

1)波形鋼腹板波形尺寸的選擇。

波形鋼腹板的幾何參數(shù)主要包括:波形鋼腹板高度、厚度、鋼腹板波長、波高、斜向角以及橋軸方向幅寬。研究表明，在波形鋼腹板不同幾何參數(shù)中，對預(yù)應(yīng)力效率影響最大的是波高，其次是波長。波形鋼腹板厚度、波形鋼腹板高度對預(yù)應(yīng)力效率幾乎沒有影響，在波形鋼腹板箱梁設(shè)計(jì)中可以不考慮二者的影響［4］。

2)波形鋼腹板的剪切屈曲形式及屈曲強(qiáng)度的計(jì)算。

波形鋼腹板的剪切屈曲形式有三種:局部屈曲、整體屈曲和合成屈曲。目前國內(nèi)外關(guān)于波形鋼腹板屈曲強(qiáng)度的計(jì)算，理論公式大部分是在結(jié)構(gòu)處于完全彈性假定下獲得的，而對于非彈性范圍，得到的多是一些經(jīng)驗(yàn)公式。

3)波形鋼腹板與混凝土上、下翼板的連接方式。

波形鋼腹板與混凝土上、下翼板的連接是該結(jié)構(gòu)最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，直接關(guān)系到整個組合結(jié)構(gòu)的承載能力，其連接方式通常有栓釘連接、埋入式連接、S—PBL連接以及 Twin—PBL連接等(如圖1所示)。對作用于連接部的水平剪力(橋軸方向)和彎矩(與橋軸垂直方向)，當(dāng)荷載達(dá)到設(shè)計(jì)荷載以及極限荷載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其安全性，驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)為作用的剪力和彎矩應(yīng)小于連接件的容許值以及極限屈服強(qiáng)度。

2 波形鋼腹板PC橋的施工要點(diǎn)

波形鋼腹板箱梁的施工與普通混凝土箱梁的施工不同，應(yīng)主要注意以下幾個方面。

2.1 波形鋼腹板的制作與運(yùn)輸

波形鋼腹板外形有很多拐角，導(dǎo)致容易夾雜泥沙等污染物，容易遭到腐蝕，因此波形鋼腹板在制作過程中應(yīng)對其進(jìn)行防腐處理。波形鋼腹板的尺寸對預(yù)應(yīng)力效率影響較大，在制作過程中應(yīng)嚴(yán)格控制板的尺寸，在保證波長、波高滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，還要注意對鋼腹板的邊角進(jìn)行保護(hù)，防止邊角不進(jìn)行翹曲。在運(yùn)輸過程中應(yīng)對防腐涂裝采取保護(hù)措施，波形鋼腹板運(yùn)輸儲存時(shí)可多層疊加，層數(shù)不超過5層，每層鋼板支撐在與其外形相同的木或混凝土存放墊上［2］。

圖1 波形鋼腹板與混凝土上、下翼板的連接方式

2.2 波形鋼腹板的連接

波形鋼腹板之間的連接通常采取焊接的方式，當(dāng)所有焊接完成時(shí)，需對變形超差部分進(jìn)行矯正，并按照施工圖對平面尺寸和標(biāo)高進(jìn)行檢查，焊接質(zhì)量(屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，低溫沖韌性等)需滿足規(guī)定值。波形鋼腹板與混凝土上、下翼板間的連接，通常是在波形鋼腹板的兩端焊接鋼制翼緣板，在翼緣板上焊接剪力釘，使之與混凝土板連接在一起。還可以將鋼筋貫穿鋼腹板，再在鋼腹板的上下端焊接縱向約束鋼筋后埋入混凝土板。

2.3 波形鋼腹板的安裝定位

首塊鋼腹板的精確定位極其重要，將直接影響后續(xù)鋼腹板定位的準(zhǔn)確性。對于鋼腹板的水平定位，可在鋼腹板外側(cè)貼合特制的波形擋板，內(nèi)側(cè)以內(nèi)模為基準(zhǔn)設(shè)置定位撐，在鋼腹板前端的臨時(shí)連接螺栓孔之間設(shè)螺桿的定尺厚壁鋼管，由上、下兩道內(nèi)撐外拉固定［5］。至于鋼腹板的高程定位，可在翼緣模板上設(shè)定位架，分別在每塊鋼腹板的前后端正上方掛倒鏈葫蘆，手動精確調(diào)整，板底部前后端用小型鋼通過墊塊撐于底模上進(jìn)行定位加固。首塊鋼腹板安裝完成后，應(yīng)對其平面位置及高程進(jìn)行檢查，合格后方進(jìn)行后續(xù)鋼腹板的安裝。

2.4 預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè)與張拉

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力筋分為體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋和體外預(yù)應(yīng)力筋兩種。體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋在下混凝土翼板內(nèi)按直線布筋，主要承擔(dān)梁體自重以及施工時(shí)的荷重。體外預(yù)應(yīng)力筋通過設(shè)置的中間轉(zhuǎn)向塊向支座上方彎起，主要承擔(dān)后期恒載及活載作用［1］。預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè)和張拉應(yīng)嚴(yán)格按照施工圖要求的順序以及張拉控制力進(jìn)行，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋施工時(shí)應(yīng)注意設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束防崩鋼筋，防崩鋼筋必須勾住箱梁主受力鋼筋。

2.5 混凝土的澆筑

波形鋼腹板PC橋的混凝土澆筑與普通橋梁的混凝土澆筑一樣，澆筑程序及養(yǎng)護(hù)應(yīng)依照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行。澆筑完成后，應(yīng)檢查混凝土頂、底板的平整度和高程，滿足設(shè)計(jì)要求后，方進(jìn)行下一步施工。合龍段混凝土澆筑前應(yīng)對合龍進(jìn)行臨時(shí)鎖定，防止合龍段混凝土在施加預(yù)應(yīng)力之前開裂。在合龍段兩側(cè)的一個梁段施工時(shí)，注意預(yù)埋臨時(shí)鎖定的預(yù)埋件［6］。

3 結(jié)語

波形鋼腹板PC橋作為一種新型的橋梁形式，結(jié)合了鋼和混凝土兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)輕、穩(wěn)定性好、施工方便、工期短、外形美觀等特點(diǎn)，有廣闊的應(yīng)用前景。目前我國對波形鋼腹板PC橋的研究仍處于起步階段，對于其設(shè)計(jì)和施工中的許多問題有待進(jìn)一步深入探討。

［1］梁匯偉.波形鋼腹板組合梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要領(lǐng)［J］.黑龍江交通科技，2011(1):64 －65.

［2］王 釗.波形鋼腹板PC組合箱梁橋施工控制要素［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2011(8):109－111.

［3］王 健.波形鋼腹板PC箱梁橋的設(shè)計(jì)與工程實(shí)例分析［J］.橋梁建設(shè)，2010(4):61 －64.

［4］王圣保.波形鋼腹板對箱梁預(yù)應(yīng)力效率的影響［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2011，7(26):7 －11.

［5］梁朝暉，袁少飛，扈成熙.鄄城黃河公路特大橋波形鋼腹板PC結(jié)合梁施工技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2010(6):73－76.

［6］葛國庫，劉正軍.波形鋼腹板PC結(jié)合梁施工衍車懸臂關(guān)鍵技術(shù)［J］.山西建筑，2011，37(13):94 －95.