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，結構要點，與預應力混凝土箱梁橋相比的結構特點以及施工方式，為該橋型進一步研究提供理論基礎。

【關鍵字】波形 鋼腹板 構造要點 施工

0 引言

波形鋼腹板箱梁橋是 20 世紀 80 年代實現(xiàn)應用化的一種新型橋梁結構。這種結構以波形鋼板代替混凝土作為箱梁的腹板 ，并采用體外預應力技術 ，實現(xiàn)了主梁的輕型化，增大了梁橋的跨越能力 ，成為現(xiàn)代PC箱梁橋的一個主要發(fā)展方向。隨著理論研究與實際應用的開展 ，波形鋼腹板 PC橋越來越受到橋梁工程師的關注 ，其應用有不斷擴大和推廣之勢。

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應力束放置空間有限，而使用體外索則是波形鋼腹板組合箱梁橋的第二個特點。

1. 體內(nèi)束；2. 預應力鋼索；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

預應力混凝土PC箱梁是現(xiàn)代大跨徑橋梁常用的結構形式，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)濟性。經(jīng)過多年的研究，法國學者于20世紀80年代提出了用輕質(zhì)高強的鋼板代替厚重的混凝土腹板，并配以體外預應力索的設想，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應力的嚴重損失，法國學者Pier re Thrivans提出將原來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、結構受力更合理的箱梁結構—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 年在國內(nèi)修建了首座波形鋼腹板梁橋—新開橋。2005 年以來，中國先后建成了數(shù)座波形鋼腹板 PC 梁橋 ， 它們無論是規(guī)模和跨徑都有了突破性的發(fā)展 ，代表中國波形鋼腹板預應力混凝土箱形梁橋當前的發(fā)展水準。

3 構造要點

3.1 波形鋼腹板箱梁的結構構造

波形鋼腹板PC 箱梁實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連接件結合起來， 再配以預應力系統(tǒng)的組合箱梁結構（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 箱梁結構示意

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 為一個波段的波長， hr為波高， b、s分別為直板段與斜板段的長度， 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)側彎曲半徑。

圖5 波形鋼板構造

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 與預應力混凝土箱梁橋相比的結構特點

① 重降低， 抗震性能好。

②節(jié)約建筑材料， 改善經(jīng)濟指標。

③改善結構性能， 提高預應力效率。

④各種材料各盡所能， 充分發(fā)揮其效率。

⑤增加了截面回轉半徑， 提高了結構效率。

⑥減少現(xiàn)場作業(yè)，加快施工進程。

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強。

⑨避免了腹板開裂問題， 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、懸臂施工的施工實例。據(jù)統(tǒng)計，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)點是簡單、 易于施工； 其缺點是支架工程量較大，費用較高、 混凝土澆筑程序較繁瑣、 梁底曲線較難控制、 落架程序與體系轉換不易明確等?？鐝?0 m 以上的橋采用懸臂施工方法比較好。這一方面， 國內(nèi)也正在進行工程實踐。

6 前景與展望

從已建成的數(shù)十座波形鋼腹板PC 箱梁橋來看， 無論是結構形式， 還是預應力體系都有其獨到之處， 而且在減少工程量、 縮短工期、 提高經(jīng)濟效益以及施工性能和美觀等方面具有很大的優(yōu)勢； 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； 其適用的橋梁結構形式也很廣泛， 是一種很值得推廣的新型橋梁。

目前我國修建該類型橋梁可能在造價上會高于普通的預應力混凝土箱梁橋， 但它沒有混凝土腹板的開裂問題， 而且施工上也會比較方便， 這也許可以成為我國修建波形鋼腹板PC 箱梁橋的一個主要考慮因素。不過， 隨著我國鋼產(chǎn)量的不斷增加、 波形鋼腹板制作工藝的成熟、 國內(nèi)對該類型橋梁結構的分析研究的進一步深入以及對國外工程實踐經(jīng)驗的借鑒， 相信在不久的將來， 波形鋼腹板PC 箱梁橋會在我國的橋梁建設中獲得廣泛的應用發(fā)展。

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