劉紅科

(山西誠達(dá)公路勘察設(shè)計有限公司，山西太原 030006)

1986年，法國工程師最先采用波形鋼板代替原有的混凝土或鋼的直腹板，建成跨度為31m+43m+31m的波形鋼腹板組合箱梁橋，從而出現(xiàn)了波形鋼腹板的概念。對傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，采用10mm左右厚的波形鋼板替代原始的混凝土腹板，同時應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力鋼索，從而形成波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁。

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁具有獨(dú)特的受力優(yōu)勢［1］。在材料用量方面，波形鋼腹板的采用大幅度減輕了上部結(jié)構(gòu)的自重，減少了混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼材、鋼筋用量，并使下部結(jié)構(gòu)的工程量獲得減少，從而降低了工程總造價;在材料利用率方面，將鋼和混凝土兩種材料結(jié)合使用，提高了材料利用率，也有效地提高預(yù)應(yīng)力效率;在抗震性能方面，減輕了橋梁自重，提高了抗震性能;在施工制造方面，由于減輕自重而減少了節(jié)段數(shù)量，縮短了工期，體外預(yù)應(yīng)力束的布置避免了在混凝土腹板內(nèi)預(yù)埋管道的繁雜工藝，加快了施工進(jìn)程;在后期維護(hù)方面，體外預(yù)應(yīng)力索可能會出現(xiàn)一些損傷(如磨損或斷裂)，可以在夜間停止車輛通行后對其進(jìn)行更換，便于橋梁的維修和補(bǔ)強(qiáng);在結(jié)構(gòu)耐久性方面，波形鋼腹板的采用避免了混凝土板收縮、徐變引起的次內(nèi)力，避免了傳統(tǒng)混凝土腹板的開裂、鋼筋腐蝕等問題，也減少了由此引起的預(yù)應(yīng)力損失，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。鑒于波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋的諸多優(yōu)點(diǎn)，世界各國的研究人員對波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋的抗彎性能、抗扭、抗剪和穩(wěn)定性展開了研究。波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋在橋梁工程中的應(yīng)用也越來越廣，如法國建造的世界上第一座波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋——Cognac橋、德國的 Altwipfergrund橋、挪威的 Tronko橋、委內(nèi)瑞拉的Caracas橋和日本的矢作川斜拉橋等，見圖1［2］。

迄今為止，我國也對波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋展開了研究工作，并修建了若干波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋，如東南大學(xué)設(shè)計的江蘇淮安的長征人行橋，該橋?yàn)?8.5m+30.5m+18.5m的3跨連續(xù)梁，采用支架現(xiàn)澆施工建設(shè)而成;由河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院設(shè)計的衛(wèi)河大橋，該橋?yàn)?7m+52m+47m的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土波形鋼腹板組合箱梁，橫截面為單箱三室;由河南海威工程咨詢有限公司設(shè)計的鄄城黃河公路大橋，該橋?yàn)?70+11×120+70)m變截面波形鋼腹板PC組合連續(xù)箱梁橋，采用懸臂施工方法進(jìn)行施工。

為了波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋的合理設(shè)計及建設(shè)，針對波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋結(jié)構(gòu)特色的設(shè)計分析及施工制造要點(diǎn)探討是必不可少的。

1 波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的設(shè)計分析

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的總體受力與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁類似，故總體設(shè)計計算可用通用橋梁設(shè)計軟件完成。從國內(nèi)外已建成的波形鋼腹板箱梁橋來看，無論是結(jié)構(gòu)形式、預(yù)應(yīng)力體系，還是施工工藝，波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋都有其獨(dú)到之處(見圖2)。

首先，關(guān)于波形鋼腹板的剪切屈服、剪切屈曲問題，我國現(xiàn)有橋梁設(shè)計通用軟件無此項(xiàng)內(nèi)容，故需參考其他有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)另行計算。波形鋼腹板在縱向由于折皺效應(yīng)，其縱向抗拉壓剛度小，故可以認(rèn)為波形鋼腹板不承受軸向力。在設(shè)計時，近似認(rèn)為抗彎慣矩計算可僅考慮混凝土頂、底板，而剪力則完全由鋼腹板承擔(dān)。波形鋼腹板主要作用在于抗剪，故波形鋼腹板的厚度與形狀取決于抗剪強(qiáng)度與剪切屈曲穩(wěn)定性的需要。

其次，波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁通常采用體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力索并用的方式［3］。通常，在混凝土頂板、底板中配置縱向預(yù)應(yīng)力筋，用以抵抗施工時的荷載及自重。在箱內(nèi)配置體外預(yù)應(yīng)力束，通過轉(zhuǎn)向塊來轉(zhuǎn)向并最終錨固在橫隔板上，實(shí)現(xiàn)曲線或折線配筋，以體外索來承擔(dān)外荷載的作用。

最后，波形鋼腹板節(jié)段之間的連接也是設(shè)計要點(diǎn)之一，關(guān)于鋼板與混凝土頂、底板的連接屬鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容。鋼板與混凝土頂、底板的連接設(shè)計必須考慮到鋼材和混凝土材料之間發(fā)生的縱向水平剪力能否得到有效控制。通常，波形鋼腹板與混凝土頂、底板的連接有三種方式:1)把腹板上下端焊接翼緣板并配置連接件，如鋼板上焊接剪力釘，再與混凝土板結(jié)合在一起;2)將腹板直接伸入到混凝土翼板中埋入式連接，即在波形鋼板上打孔，穿過鋼筋，將縱向鋼筋埋入混凝土;3)由以上兩種連接件組合而成的復(fù)合型連接件。

2 施工制造特點(diǎn)

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁最基本的施工方法是采用掛籃懸拼，隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前在波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工中利用波形鋼腹板作施工受力構(gòu)件，提出了所謂的Rap.con/RW施工法和利用波形鋼腹板作導(dǎo)梁的頂推施工法。傳統(tǒng)掛籃懸拼施工法僅限n節(jié)段波形板安裝、立模、配筋、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力均在n節(jié)段進(jìn)行，施工作業(yè)面受限，周期長。此時，掛籃較重，施工節(jié)段重量較小，力臂較大，波形板不承擔(dān)施工荷載。Rap.con/RW施工法作業(yè)區(qū)擴(kuò)大到n－1，n，n+1三個節(jié)段，n+1節(jié)段波形板安裝、n節(jié)段底板施工、n－1節(jié)段頂板施工，三個作業(yè)面流水施工。此時，掛籃較輕，施工重量較大，力臂較小，波形板承受施工荷載。

波形鋼腹板的波形尺寸的選擇需要考慮加工、運(yùn)輸、安裝等因素，節(jié)段施工時亦要考慮節(jié)段長度、腹板厚度的變化及節(jié)段間的連接等因素。波形鋼腹板的制作工藝主要有沖壓法和模壓法。沖壓法的壓制設(shè)備費(fèi)用較低，但由于板材需多次反折移動，對厚、重的大板受到制作難度的限制，壓波作業(yè)效率低。采用模壓法進(jìn)行波形鋼腹板制作時，可以縮短壓制一個波長的時間。

3 結(jié)語

本文主要針對波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋，總結(jié)了其獨(dú)特的受力優(yōu)勢和工程應(yīng)用情況，分析了波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋獨(dú)特的設(shè)計要點(diǎn)與施工關(guān)鍵技術(shù)。本文從波形鋼腹板設(shè)計、體內(nèi)與體外預(yù)應(yīng)力索布置、鋼腹板與混凝土板連接方式三方面分析了波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋獨(dú)特的設(shè)計要點(diǎn)。目前，在波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工中利用波形鋼腹板作施工受力構(gòu)件的掛籃懸拼法和利用波形鋼腹板作導(dǎo)梁的頂推施工法，波形鋼腹板的典型制作工藝包括沖壓法和模壓法。

［1］劉玉擎.組合結(jié)構(gòu)橋梁［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］萬 水，蔣正國，孟文節(jié).波形鋼腹板 PC箱梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與施工［A］.第十五屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集［C］.2006.

［3］朱長勝，蘇燦旭.波形鋼腹板PC組合箱梁在玉春橋中的應(yīng)用研究［J］.山西建筑，2012，38(11):163-164.

［4］楊 明，孫 筠，張樹仁，等.波紋鋼腹板體外預(yù)應(yīng)力箱梁橋的發(fā)展與展望［J］.公路交通科技，2006(12):8-10.