波形钢腹板PC箱梁的特点及经济效益分析

科技信息　０建筑与工程０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００９年第１３期　波形钢腹板ＰＣ箱梁的特点及经济效益分析　孟磊刘皓楠王用中　（河南省海威工程咨询有限公司　河南郑州ｆ摘４５００００）　要】详细介绍了波形钢腹板ＰＣ箱梁的技术特点及发展历程，同时以国内外相关理论、试验研究以及实桥设计与Ｌ－Ｘ－资料的收集分　析为基础，结合波形钢腹板ＰＣ箱梁桥的构造、受力特点及施工工艺对波形钢腹板ＰＣ箱梁桥的经济效益作了详细分析，论证了波形钢腹板ＰＣ　箱梁桥推广的必要性。　【关键词】波形钢腹板ＰＣ箱梁桥；特点；经济效益；推广　Ｏ．概述　波形钢腹板ＰＣ箱梁结构是一种新型的钢一预应力混凝土组合结　构。随着桥梁跨径的增大，减轻结构自重成为桥梁技术革新的一个重　要组成部分，采用组合结构对普通的混凝土箱梁进行优化是积极有效　的。法国的有关部门首先提出了用平面钢腹板代替箱形截面混凝土腹　板，但是这种加劲钢腹板ＰＣ组合梁在实际使用中效果并不理想。１９７５　年法国ＣＢ公司提出了在桥梁建设中用波形钢腹板代替平面钢腹板　的设想，在２Ｏ世纪８０年代初，ＣＢ公司进行了大量理论分析及模型试　验．确认了波形钢腹板组合箱梁的抗剪、抗扭及稳定方面的受力特性　后，于１９８６年建成了世界上第一座波形钢腹板预应力混凝土组合箱　梁桥一Ｃｏｇｎａｃ桥，取得了很好的效果，钢板延压成波形板后，整体上表　现为正交异性，纵轴向具有易变形的性能，可以有效地阻止在腹板中　引入预应力．横向又有一定的刚度。　图１　波形钢腹板ＰＣ桥梁的概念图　法国经过技术经济比较发现，波形钢腹板箱梁的优势只有在跨度　大于５Ｏ米时才会明显，跨径超过１００米，其经济性更为显著。日本桥　梁界对能够降低初期投资、增加结构耐久性与运营可靠性、缩减寿命　２．波形钢腹板ＰＣ箱梁桥的经济效益　２．１结构轻型化的效益　如前述波形钢腹板ＰＣ箱梁桥的最大特点就是用波形钢腹板取代　周期成本的波形钢腹板ＰＣ梁桥给予了特别的关注。短短十年建成了　了通常的砼腹板．其最直观的优点是约占砼箱梁重量的２０～２５％的砼　近２００座此类桥梁，跨径由２０～３０ｍ发展到２５０ｍ左右，桥型由简支梁　腹板被轻量化了。箱梁自重减轻了２０％左右．箱梁自重减轻最直接的　桥推广到连续梁、连续刚构、部分斜拉桥、斜拉桥，应用范围由公路推　效益为下部基础工程量的减少。以鄄城黄河桥为例．其单幅主墩桩基　２ｍ长１００ｍ。施工图设计时优化成波形钢腹板连续　广到铁路，发速度由每年一座到每年数座、数十座，波形钢腹板ＰＣ桥　础初步设计为６　．ｏ２．２ｍ长８０ｍ．桩长缩短了２０％。　成为新建高速公路的推荐桥型。我国正进行规模空前的公路、铁路、城　箱梁后同一单幅主墩桩基础更改为６ｑ市道路的桥梁建设，对这一在日本流行的桥梁形式不能不给予高度的　箱梁自重的减轻另一效益是减少了上部构造自重内力，对大跨度预应　力砼箱梁桥而言自重内力几乎占到设计总内力的９０％，自重内力的减　关注。　少即设计总内力减少，其间接效益是砼载面与预应力筋、普通钢筋的　　波形钢腹板预应力混凝土箱梁的显著特点就是用１０ｍｍ左右厚　减少。．２．２施工轻便化带来的经济效益　的波形钢板取代传统混凝土箱梁３０～８０ｃｍ厚的混凝土腹板。同时由　１．波形钢腹板ＰＣ箱梁桥结构特点与技术优点　悬臂浇筑是大跨度ＰＣ箱梁桥传统的施工方法。随着技术的进步　于使用钢腹板，无法像通常的预应力混凝土箱梁那样在腹板内配置预　应力筋并在腹板内实现转向，它通常采用体内、体外预应力并用的方　与波形钢腹板的应用，日本最近于波形钢腹板ＰＣ箱梁施工中利用波　ｃｏｎ／ＲＷ工法．其施工步　式配置预应力束，在箱梁内配置体外预应力束并通过梁端的横墙和跨　形钢腹板作施工受力构件，提出了所谓的Ｒａｐ．　内的横隔板来转向，实现曲线或折线配筋，用来抵抗设计活载。这两个　骤如图２所示。这一工法的优点为：构造特点使波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁与预应力混凝土箱梁　２．２．１利用波形钢板作施工承重构件，减轻了传统施工挂篮的重　量，提高了施工效率；　桥相比有以下优点：　２．２．２顶板、底板、腹板分设于三个节段施工，即扩大了作业面又　１．１减轻了主梁的自重。传统的ＰＣ箱梁桥中混凝土腹板占主梁自　重的１０～４０％。波形钢腹板代替传统的混凝土腹板，大大降低了结构的　方便了施工又因三项作业同步作业使施工程序合理化，使节段作业周　期缩短，旅工速度加快；　自重：　２．２－３施工悬浇用了顶板体外束．顶板预应力底模节省了悬浇顶　１．２提高了预应力的效率。波形钢腹板基本上不具有轴向刚度，波　板束与顶板模板：　形钢板的手风琴效果提高了预应力的效率；　２．２．４合扰段先行合扰波形钢腹板，减少了施工悬臂长度，亦减少　１－３抗剪性能高。相对平面钢腹板，波形钢腹板由它的形状特性，　了顶板束数量。　综合上述４点可知利用波形钢腹作施工挂篮可为工程带来施工　１．４内力臂增大到最大值，接近于顶底板重心间距离；　可加快施工进度缩短施工周期。图３与图４刚为波　１．５避免了在浇注高腹板混凝土时常遇到的困难。不需要对混凝　材料、设施的节省．土腹板进行配筋、装配预应力筋、安装模板等，而且，减少了模板的使　形钢腹板预应力砼连续箱梁顶推施工，用波形钢腹板作导梁的施工实　不设置加固构件（加劲肋）也很难被屈曲，所以具有良好的抗剪性能；　用量。也减轻了对环境的负担：　例，这是利用波形钢腹板作施工设施的又一成功范例，再次证明了波　　１．６简化了施工设备。例如：在阶段施工中，新浇注的上下混凝土　形钢腹板的应用带来施工轻便化的经济效益。３．结语　板的重量可由已安装的腹板来承担；　波形钢腹板预应力砼箱梁桥用波形钢腹板代替箱梁砼腹板。大幅　１．７缩短了工期，加快了施工速度。在阶段施工中，减少了钢筋和　模板的拼装和拆除作业．现场浇注混凝土腹板箱梁的施工时间是波形　度减轻了箱梁的自重，进而减少下部结构的工程量，降低了造价。由于　钢腹板箱梁施工时间的３倍：　１．８体外预应力筋可以替换．有利于桥梁的维修与补强；　１．９有效的解决了预应力混凝土箱梁腹板易出现斜裂缝的问题。　设有砼腹板，且施工中可利用钢腹板承重，故于施工中相应减少了钢　筋和模板的制作与安装，简化了导梁、挂篮设施，缩短了工期，方便了　施工。从结构上看，波形钢腹板ＰＣ组合箱梁充分利用了砼抗压，波形　２５７　科技信息　。建筑与工程Ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００９年第１３期　图２　Ｒａｐ．ｃｏｎ／ＲＷ施工方法　图３顶推施工示意　图４　顶推施工实景　钢腹板抗剪屈服强度高的优点。由于波形钢腹板不抵抗作用的轴向　除、体外索的应用既境长了桥梁结构寿命，又增长了桥梁使用寿命，从　　力，所以能有效地对砼顶、底板施加预应力。波形钢腹板不约束箱梁顶　另一方面降低了桥梁建设投资。波形的钢腹板增强了箱梁的立体感，板和底由于徐变和干燥收缩所产生的变形．避免了由于钢腹板的约束　使得外形更加美观。这一新型桥梁的合理性、经济性，据其在日本发展　作用所造成的箱梁截面预应力损失。　我国８０ｍ～２７０ｍ跨连续梁（刚构）桥普遍存在的工程病害是腹板　开裂、跨中持续下挠，其根本原因是混凝土梁自重过大，而波形钢腹板　ＰＣ桥则可从根本上解决这一缺陷，波形钢腹板自重轻，可提高抗震性　能和承载能力。增加公共交通的安全度。预应力？昆凝土桥梁病害的根　的情况，这种桥型在中国的公路上被广泛推广应用也是势在必行的。　［责任编辑：王静］