1、波形钢腹板箱梁的构造与结构特点国外发展状况波形钢腹板预应力箱梁桥设计指南波形钢腹板箱梁桥施工技术要求我院设计的波形钢腹板桥梁波形钢腹板箱梁构造波形钢腹板箱梁作为一种钢混凝土组合结构，通过加工成形的波形钢板代替原来的混凝土作为箱梁腹板，同时采用体外预应力技术，将钢和混凝土两种材料结合起来，不仅解决了桥梁的轻型化问题，而且由于波形钢腹板具有褶皱效应,使得顶板、底板混凝土因徐变、干燥收缩产生的变形不受约束，从而提高了预应力的效率，提高了结构的稳定性，增加了桥梁的跨越能力。波形钢腹板的结构特点减轻自重，降低工程造价。桥梁上部自重减轻1030%，工程造价可降低1020%。耐久性好。有效解决了混凝土箱梁腹
2、板开裂问题。抗震性能好。由于桥梁上部自重减轻，地震激励作用效果显著降低，抗震性能提高。减少现场作业，加快施工进程。体外预应力筋可以替换，有利于桥梁的维修与补强。桥梁造型美观。混凝土翼缘厚度有所增加。波形钢板造价较高。随着波形板轧制设备的不断改进和制作工艺的进一步成熟，这一问题也正逐步得到解决。波形钢板表面要进行防腐涂装。优点缺点法国Maupre高架桥国外发展状况1986年法国建成了世界上第一座波形钢腹板桥Cognac桥日本从法国引进该项技术，将设计准则纳入日本高速公路设计规范，目前该种桥型已成为日本高速公路推荐应用的桥梁形式。日本银山御幸桥国外发展状况截止2007年底，日本已建该类型桥梁总数达
3、200余座，成为世界上修建此类桥梁最多的国家。特别是2000年以来，日本波形钢腹板桥建设速度加快，跨径也在不断增大。2002年建成的连续刚构桥兴津川桥跨径142 米，2007年建成的部分斜拉桥栗东桥跨径170米，2004 年建成的斜拉桥矢作川桥跨径235 米。矢作川桥栗东桥编制依据公路工程技术标准（JTG B0l-2003）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-1986）公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）桥梁用结构钢（GB T 714-2000）钢-混凝土
4、组合结构桥梁设计与施工细则（JTG/TD64-01征求意见稿）公路钢结构桥梁设计规范（JTG/TD64-2009征求意见稿）日本高速公路设计要领第二集第九章（2006年）日本波形钢腹板组合结构研究会波形钢腹板PC箱梁桥设计计算手册材料要求1.波形钢腹板箱梁的混凝土强度不应低于C40。2.选用钢材时，波形钢腹板优先选用Q345q钢。3.选用的焊接材料（焊丝、焊条和焊剂）应保证焊缝与主体钢材技术条件相适应，并通过焊接工艺评定确定。构造要求波形钢腹板的构造参数波形钢腹板由板材弯折而成，其形状是由结构受力、工厂的制作能力、运输尺寸的限制、现场吊装和拼装要求、经济性、景观性等条件来决定。其几何控制参数主
5、要有：腹板高度hw，波高d，板厚t，直板段幅宽a，斜板段投影宽度b，斜板段幅宽c，弯折半径R。目前常用的三种波形钢腹板形状构造要求波形钢腹板间的连接方式单面摩擦双面摩擦螺栓连接形式构造要求对接焊接 贴角焊接焊接连接形式波形钢腹板间的连接方式构造要求预应力筋布置波形钢腹板箱梁桥采用体内、体外预应力并用的方式配置预应力束。在混凝土顶、底板中配置纵向预应力筋，在箱内配置体外预应力束用来抵抗设计活载。减震器转向装置转向块锚固装置预应力筋布置连接件在波形钢腹板箱梁桥结构设计中，通过设置连接件有效地承担钢腹板和混凝土材料之间的水平剪切力，以确保桥梁运营时，两种不同材料之间不产生相对位移。嵌入式连接件连接件
6、焊钉连接件Twin-PBL连接件 T-PBL+焊钉波形钢腹板与横隔板的连接方式波形钢腹板与横隔梁板之间的连接是确保波形钢腹板所受到的剪力能有效地传递给下部结构的接合部位。常用的连接方式主要有翼缘型连接和嵌入式两种。翼缘型连接方式嵌入型 连接方式波形钢腹板与横隔板的连接方式内衬混凝土波形钢腹板箱梁在桥墩台支座顶附近应采用波形钢腹板内侧浇注混凝土的组合结构形式。内衬混凝土厚度不宜小于200mm。波形钢腹板涂装防腐波形钢腹板的涂装，按公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件（JT/T694-2007）有关规定执行。防锈方法防锈方法涂装涂装喷射喷射电镀电镀耐候性钢耐候性钢材材一般涂装一般涂装重防腐涂装重防腐涂装
7、防锈原理涂装被膜将刚才表面与环境隔开涂装被膜将钢材表面与环境隔开形成富锌防锈用铝、锌层防锈用锌层防锈用稳定的锈蚀层防锈防锈处理方法用涂料作表面涂刷用涂料作表面涂刷喷涂锌或铝压溶融锌的电镀处理槽中浸泡在炼钢时调整材料构造方面的限制无特别限制无特别限制无特别限制受电镀槽尺寸限制必要时要与结构要求相结合考虑施工表面处理施工内容表面除锈涂装作业防护，支架喷砂处理涂装作业防护，支架喷砂处理喷射作业酸洗电镀作业维持管理更新涂装更新涂装铝锌层检测铝锌层检测稳定防锈层检测颜色外观可自由选择颜色可自由选择颜色色泽一定色泽一定色泽一定公路钢桥的防锈办法根据公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件，按照涂装部位、腐蚀环境、防
8、腐年限、工况条件，工况设计涂层配套体系23个。长效型涂层体系保护年限1525年。波形钢腹板涂装防腐腐蚀种类腐蚀种类单位面积质量损失单位面积质量损失/厚度损失（一年暴晒）厚度损失（一年暴晒）温和气候下典型环境实例温和气候下典型环境实例低碳钢低碳钢锌锌外部外部内部内部质量质量损失损失厚度厚度损失损失质量质量损失损失厚度厚度损失损失C1很低101.30.70.1-加热的建筑物内部，空气洁净如办公室、商店、学校和宾馆等C2很低102001.3250.750.10.7污染水平较低。大部分是乡村地区未加热的地方，冷凝有可能发生，如库房、体育馆等C3中等20040025505150.72.1城市和工业大气，
9、中等二氧化硫污染低盐度沿海地区具有高湿度和一些空气污染的生产车间，如食品加工厂、洗衣店、酿酒厂、牛奶厂C4高400650508015302.14.2中等盐度的工业区和沿海区化工厂、游泳池、沿海船舶和造船厂C5-I很高65015008020030604.28.4高湿度和恶劣气候的工业区总是有冷凝和高污染的建筑物的地区C5-M很高（海洋）65015008020030604.28.4高盐度的沿海和近岸区域总是有冷凝和高污染的建筑物的地区大气腐蚀种类配套配套编号编号腐蚀腐蚀环境环境涂层涂层涂料品种涂料品种道数道数/最低干最低干膜厚度（膜厚度（m)m)S04C3底涂层环氧富锌底漆1/60中间涂层环氧（厚
10、浆）漆12/200面涂层丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆2/80总干膜厚度240S05C4底涂层环氧富锌底漆1/60中间涂层环氧（云铁）漆12/140面涂层丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆2/80总干膜厚度280S06C5-I底涂层环氧富锌底漆1/80中间涂层环氧（云铁）漆12/120面涂层聚硅氧烷面漆12/120总干膜厚度300S07C5-I底涂层无机富锌底漆1/80中间涂层环氧（云铁）漆12/150面涂层（第一道）丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆/氟碳树脂漆1/40面涂层（第二道）聚硅氧烷面漆1/30总干膜厚度300S08C5-M底涂层无机富锌底漆1/75封闭涂层环氧封闭漆1/25中间涂层环氧（云铁）漆12/120面涂
11、层聚硅氧烷面漆12/100总干膜厚度320桥梁钢结构外表面涂层配套体系（长效型）配套配套编号编号腐蚀腐蚀环境环境涂层涂层涂料品种涂料品种道数道数/最低干最低干膜厚度（膜厚度（m)m)S04C3底涂层环氧富锌底漆1/60中间涂层环氧（厚浆）漆12/200面涂层丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆2/80总干膜厚度240S05C4底涂层环氧富锌底漆1/60中间涂层环氧（云铁）漆12/140面涂层丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆2/80总干膜厚度280S06C5-I底涂层环氧富锌底漆1/80中间涂层环氧（云铁）漆12/120面涂层聚硅氧烷面漆12/120总干膜厚度300桥梁钢结构外表面涂层配套体系（长效型）-续1配套配套编
12、号编号腐蚀腐蚀环境环境涂层涂层涂料品种涂料品种道数道数/最低干膜厚最低干膜厚度（度（m)m)S07C5-I底涂层无机富锌底漆1/80中间涂层环氧（云铁）漆12/150面涂层（第一道）丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆/氟碳树脂漆1/40面涂层（第二道）聚硅氧烷面漆1/30总干膜厚度300S08C5-M底涂层无机富锌底漆1/75封闭涂层环氧封闭漆1/25中间涂层环氧（云铁）漆12/120面涂层聚硅氧烷面漆12/100总干膜厚度320S09C5-M底涂层无机富锌底漆1/75封闭涂层环氧封闭漆1/25中间涂层环氧（云铁）漆12/150面涂层（第一道）丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆1/40面涂层（第二道）氟碳面漆1/40
13、总干膜厚度330桥梁钢结构外表面涂层配套体系（长效型）-续2配套配套编号编号腐蚀腐蚀环境环境涂层涂层涂料品种涂料品种道数道数/最低干膜最低干膜厚度（厚度（m)m)S10C5-M底涂层热喷铝或喷锌1/150封闭涂层环氧封闭漆12/150中间涂层环氧（云铁）漆12/120面涂层聚硅氧烷面漆12/120总干膜厚度270S11C5-M底涂层热喷铝或喷锌1/150封闭涂层环氧封闭漆12/50中间涂层环氧（云铁）漆12/50面涂层（第一道）丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆1/40面涂层（第二道）氟碳面漆1/40总干膜厚度280整体计算纵向计算模型除箱梁采用有效截面外，计算单元、边界条件、荷载的施加与预应力混凝土结构
14、相同。波形钢腹板箱梁作杆系结构分析时，主梁仅考虑混凝土顶底板的有效截面进行截面特性的计算。组合箱梁的有效截面整体计算进行波形钢腹板预应力箱梁桥整体计算时，做以下假定：（1）钢腹板与上下混凝土翼缘板完全共同工作，不会发生相对滑移或剪切连接破坏；（2）忽略波形钢腹板对抗弯承载能力的贡献，即不考虑腹板的抗弯作用；（3）截面的应变分布符合“平截面假定”。波形钢腹板箱梁桥设计流程图波形钢腹板计算波形钢腹板箱梁桥剪力都由波形钢腹板来承受，且剪应力沿腹板高基本呈等值分布。因此，波形钢腹板箱梁桥的抗剪计算可以通过对波形钢腹板的剪应力强度校核来进行。波形腹板的剪切屈曲模式有局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲三种:局部
15、屈曲计算22swcr,l2w12(1)Etkh波形钢腹板局部屈曲剪应力可按下式进行计算：局部屈曲应满足以下条件：cr,ly/0.36波形钢腹板计算整体屈曲计算波形钢腹板整体屈曲剪应力可按下式进行计算：1/43/4yxcr,g2w w()()36EIEIh t32wx(+1)6tI3wy212(1)tI 整体屈曲应满足以下条件：cr,gy/0.36波形钢腹板计算合成屈曲计算波形钢腹板的合成屈曲剪应力可按下式进行计算：444crcr,lcr,g111 合成屈曲应满足以下条件：cr,gy/0.36波形钢腹板计算连接件计算波形钢腹板与混凝土顶底板连接承受桥轴向水平剪切力作用，须进行抗剪承载能力验算和抗
16、滑移验算。连接处承受与桥轴向成直角方向的弯矩作用，须进行弯矩安全性验算。连接件在承受纵桥向水平剪切力作用下，应符合下式规定u/1.0dVV 连接件计算 嵌入式连接件斜折板抗剪齿键抗剪承载力计算uc1s2Vf Af A连接件计算单个开孔钢板连接销的抗剪承载力可按以下公式进行计算：2uc1.9Vd f无贯穿钢筋：有贯穿钢筋：222ustcsty1.5()1.6Vdff连接件计算焊钉连接件的抗剪承载力计算公式按下进行正常使用极限状态下，焊钉连接件和开孔板连接件(PBL)为确保不发生较大滑移,用下式验算：0.430.7cvsccsNAE fAf0.5duVV波形钢腹板的加工精度要求根据日本有关设计施工
17、指南和波形钢腹板加工实践总结如下技术要求：波形钢腹板的加工精度要求1 1承接波形钢腹板加工任务的工厂应按钢结构工程施工及验收规范（GB 50205-2001）有关要求，编制工艺和施工组织设计，确保制作和运输任务的完成。2 2钢材技术条件应符合低合金高强度结构钢（GB/T1591-94）的规定.3 3钢材表面锈蚀等级应符合涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级（GB 8923-88）规定的等级要求。当钢材表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚度允许偏差值的1/2。板厚度的偏差应符合如下规定：板厚816mm时，允许偏差为1.2mm、-0.5mm。波形钢腹板的加工精度要求4 4波形钢腹板冷
18、弯加工中，波折处应制作成圆弧，其内径一般宜大于15倍板厚。若内径达不到15倍板厚，则应按夏比冲击试验来确定圆弧半径。如果夏比试验能够满足要求，且化学成分中的氮含量不超过0.006%时，钢板弯折后的内侧半径可为板厚的5倍以上。5 5在保证焊缝质量的前提下，尽量采用焊接收缩变形小的焊接方法。可采用CO2焊和半自动焊方法。所有类型的焊接在施焊前，均做焊接工艺评定试验。6 6严格控制各波形板段横向总体尺寸和螺栓孔尺寸，各节段间接口的相对公差控制在允许范围之内，以利各接口的顺利栓接（焊接）。波形钢腹板的安装要求7 7在完成节段的制造运输后，进行节段的拼装时应控制立面线形及梁长。节段的长、宽、高，螺栓的纵
19、、横向间距，预拼装全长、拱度等偏差都应控制在允许的范围内。项项次次检查检查项目项目规范值或允许偏差规范值或允许偏差1 1跨度L(mm)（5+0.15L）2 2全长(mm)153 3腹板中心距(mm)34 4横断面对角线差(mm)4 5 5拱度(mm)+10，-56 6扭曲(mm)每米1，且每段107 7连接焊缝尺寸符合设计要求焊缝探伤高强螺栓扭矩10%波形钢腹安装质量控制波形钢腹板的加工精度要求8 8为消除各种误差及变形的影响，合拢段的制造长度预留足够的配切量，确定合拢之后，再加工完成。9 9波形钢腹制作精度要求项目号项目号项目项目记号记号精度精度1 1翼缘宽W(m)2(mm)2 2腹板高H(
20、m)H2.0m:4(mm)H2.0m:(3+h/2）(mm)3 3构件长L(m)5(mm)4 4翼缘板的平整度（mm）W/150(mm)5 5翼缘板的直角度TT/W1/1006 6波高h(mm)10(mm)7 7波长(mm)10(mm)8 8平面挠曲量a(mm)5(mm)9 9腹板高方向平坦度(mm)H/250(mm)波形钢腹板、连接件的焊接质量要求连接件及钢腹板的焊接应严格执行焊接工艺，其评定规则参照建筑钢结构焊接技术规程（JGJ 81-2002）。连接件施工要求连接件施工前，应对连接件的材料、外形、加工尺寸、焊缝质量等进行检查；浇注混凝土之前，应对连接件的位置进行检查。混凝土在振捣施工时，
21、应保证连接件的位置不发生偏移。栓钉连接件布置间距与连接件的外侧边缘的间距应严格按设计要求进行控制，其必须进行焊接工艺试验，各项试验数据检验合格后方可进行正式施工。在混凝土振捣时，应避免振捣棒直接接触栓钉。PBL连接件的贯穿钢筋对于不设承托的情况，其贯穿钢筋安装比较方便，在底模板安装完成后，穿入贯穿钢筋即可。对于设有承托的情况，应考虑合理的施工顺序。PBL连接件施工时，应保证孔内混凝土及底板与连接件之间的混凝土填充密实。混凝土振捣应选择较小功率和直径的插入式振捣棒，振捣时应避免碰触连接件。连接件施工要求连接件施工前，应对连接件的材料、外形、加工尺寸、焊缝质量等进行检查；浇注混凝土之前，应对连接件
22、的位置进行检查。混凝土在振捣施工时，应保证连接件的位置不发生偏移。栓钉连接件布置间距与连接件的外侧边缘的间距应严格按设计要求进行控制，其必须进行焊接工艺试验，各项试验数据检验合格后方可进行正式施工。在混凝土振捣时，应避免振捣棒直接接触栓钉。连接件施工要求PBL连接件施工时，应保证孔内混凝土及底板与连接件之间的混凝土填充密实。混凝土振捣应选择较小功率和直径的插入式振捣棒，振捣时应避免碰触连接件。我院设计的波形钢腹板桥梁信阳光山泼河大桥2005年7月，我院设计的我国首座波形钢腹板箱梁桥光山泼河大桥（4跨30米装配式连续梁）建成通车。泼河桥桥长120m，宽16m，横截面由4片梁高1.6m的波形钢腹板
23、小箱梁组成。平方米综合造价2700元。郑洛高速公路改扩建英峪沟2号跨线桥连霍郑州至洛阳高速公路改扩建工程英峪沟（）号跨线桥为变截面波形钢腹板连续箱梁桥。全长为115m，跨径布置为25+65+25m，桥面净宽7m，设计荷载为公路-II级。平方米综合造价5200元。大广高速豫冀界至南乐段卫河大桥大广高速豫冀界至南乐段卫河特大桥主桥为（47+52+47）米单箱三室波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁桥，双向6车道，桥面净宽215.25m，设计汽车荷载为公路-I级的1.3倍。平方米综合造价5500元。新密市溱水路大桥新密市溱水路大桥为30+70+30m无背索波形钢腹板组合结构斜拉桥。采用墩塔梁固结体系，分离
24、式单箱双室波形钢腹板整体箱梁，宽50m，标准截面梁高2.5m，采用双索面，梁上索距6m，塔上索距6.32m。门式斜塔为预应力混凝土矩形截面，桥面以上塔高54m。平方米综合造价5900元。30米箱梁试验研究试验梁跨径30m，梁高1.6m，底板宽1.5m，顶板宽4.0m。箱梁沿纵向设置5道横隔板，即2道端隔板和3道中横隔板。采用C50混凝土。横断面形式为梯形断面，箱内配置体外预应力，四道无粘结体外预应力钢束，上面两道由9根钢绞线组成预应力钢束，下面两道由7根钢绞线组成预应力钢束。波形板厚8mm，波形板倾斜角度与竖向成20。0100200300400500600-0.20.00.20.40.60.8
25、1.01.21.41.61.82.02.22.4挠度（cm）荷 载（KN）L/4北侧 L/2北侧 L/2南 侧 L/4南 侧-200020040060080010001200140016001800-505101520应变()高度(mm)127.7KN 264.4KN 390.3KN 503.KN 583.9KN-200020040060080010001200140016001800-200-150-100-50050100150200250300350400应变()高度(mm)127.7KN 264.4KN 390.3KN 503.KN 583.9KN 实测挠度和荷载的关系 跨中截面纵向应
26、力沿高度变化曲线 跨中截面纵向应变沿高度变化曲线 L/4截面纵向应变沿高度变化曲线试验研究通过试验可知：试验梁在设计荷载的作用下，基本符合平截面假定，处于弹性工作阶段。设计上可以忽略腹板中的纵向正应力。在波形钢腹板预应力组合箱梁的弯曲刚度和轴向拉伸刚度的计算时，只需考虑上下混凝土板的作用。在试验过程中，没有观察到波形钢腹板和混凝土底板的连接处出现裂缝，且波形钢腹板也没有出现屈曲破坏。荷载达到承载能力前，连接件没有发生滑移或连接破坏。泼河桥成桥试验静载试验静载试验对边跨及中跨对边跨及中跨跨中截面的挠跨中截面的挠度，正应力，度，正应力，次边支座剪切次边支座剪切应力和拉应力应力和拉应力进行了测试；进
27、行了测试；泼河桥成桥试验在对称工况中，各测点中，最大挠度为7.0mm，远小于规范要求的50mm(L/600)；在偏载工况中，各测点中，最大挠度为8.0mm，远小于规范要求的50mm(L/600)；泼河桥成桥试验2006年7月在桥梁运行一年后，又进行了一次静载试验。在对称工况中，各测点最大挠度为6.1mm，；在偏载工况中，各测点最大挠度为5.8mm，均小于规范要求的50mm(L/600)。泼河桥成桥试验试验结果表明，实验荷载效率最大为=1.024，最小为0.8856，满足静载实验荷载效率在0.851.05之间的要求；量测的残余变形值与测量的总变形值的比值最大为0.0670.25，这说明该桥梁的弹性工作效率较高，与设计理论的假设条件接近；各截面应力也在设计范围内，符合设计和使用要求。
