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。
參考文獻(xiàn):
[1]李宏江, 萬(wàn)水, 葉見(jiàn)曙. 波形鋼腹板 PC 組合箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J].公路交通科技, 2002, 19(3) : 53- 57.
[2]王福敏.鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋的發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].公路交通技術(shù), 1999, (2).
[3]森拓也. 新しぃPC 橋の設(shè)計(jì)[M].
[4]唐繼舜,尹德蘭,劉磊.波紋鋼腹板橋梁的特色及其應(yīng)用探討[R].四川省公路學(xué)會(huì)橋梁專(zhuān)委會(huì)98 年橋梁學(xué)術(shù)討論會(huì), 1998.
[5]劉嵐,崔鐵萬(wàn),編譯.本谷橋的設(shè)計(jì)與施工——采用懸臂假設(shè)施工法的波紋形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋[J].國(guó)外橋梁,1999, (3) .
[6]葉見(jiàn)曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M]. 北京: 人民交通出版社, 1997.
[7]黃卿維,陳寶春.日本前谷橋的設(shè)計(jì)與施工[J]. 福建建筑, 2005, (1).
[8]宋建永,王彤,張樹(shù)仁.波紋鋼腹板體外預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁橋[J ].東北公路, 2002, 25 (1).
[9]周一橋,錢(qián)建漳,編譯.折疊形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁[J].國(guó)外橋梁, 2000, (2).
[10]劉磊,錢(qián)冬生.波紋鋼腹板的受力行為[J].鐵道學(xué)報(bào), 2000, (增刊).
[11]劉磊,錢(qián)冬生,編譯.波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力結(jié)合梁橋[J]. 國(guó)外公路, 1999, 19 (1) .
[12]李宏江,葉見(jiàn)曙,萬(wàn)水,等.波形腹板箱梁的扭轉(zhuǎn)與畸變分析及試驗(yàn)研究[J].橋梁建設(shè), 2003, (6) .
[13]朱萬(wàn)勇.波形鋼腹板PC 組合箱梁設(shè)計(jì)理論與方法研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2003.
[14]王福敏,張長(zhǎng)青,周長(zhǎng)曉. 波形鋼腹板箱梁研究成果綜述[J].公路交通技術(shù), 2001, (1).
[15]陸海峰,萬(wàn)水.波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].華東公路, 2003, (3).
[16]E Y Sayed-Ahmed.Girders with Corrugated SteelWebs: Buckling Modes and Numerical Modelling.Advances in St- ructures.Proceedings of Advances in Structures—Steel, Concrete, Compo site and Aluminium , Sydney, A ust ralia, June22-25, 2003 .
[17]陳宜言. 波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土橋設(shè)計(jì)與施工[M] .北京: 人民交通出版社, 2009.
[18]蔡千典, 冉一元.波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力結(jié)合箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的探討[J ].橋梁建設(shè), 1994, (1).
[19]李時(shí), 郭彥林. 波折腹板梁抗剪性能研究[J ]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2001,(6) .