文/劉春山 湖州交通規(guī)劃設(shè)計院 浙江湖州 313013范健康 湖州交通規(guī)劃設(shè)計院 浙江湖州 313013皮澤龍 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院 四川成都 610031王綿坤 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東廣州 510925
波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計參數(shù)統(tǒng)計與選取
文/劉春山 湖州交通規(guī)劃設(shè)計院 浙江湖州 313013范健康 湖州交通規(guī)劃設(shè)計院 浙江湖州 313013皮澤龍 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院 四川成都 610031王綿坤 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東廣州 510925
通過對已建波形鋼腹板梁橋設(shè)計參數(shù)的統(tǒng)計與整理,研究橋梁高跨比、梁高與波折高度之比、鋼腹板厚度與波高之比、鋼腹板波高與直板段比值四個參數(shù)隨最大跨徑的變化規(guī)律,為擬建橋梁設(shè)計提供參考。
波紋鋼腹板梁橋設(shè)計參數(shù)
鑒于波形鋼腹板橋在國內(nèi)設(shè)計與建造數(shù)量較少且未形成橋梁初步設(shè)計的整套體系,本文通過對國內(nèi)外已建波形鋼腹板設(shè)計參數(shù)的統(tǒng)計與整理,將某擬建波紋鋼腹板連續(xù)剛夠橋與整理數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,從而對擬建橋梁提供參考。
橋梁的高跨比、梁高與波折高度之比、鋼腹板厚度與波高之比、鋼腹板波高與直板段比值等參數(shù)對于波形鋼腹板橋梁的受力性能有影響較大。
橋梁跨度組成為100+190+100,連續(xù)剛構(gòu)橋。中間墩頂梁高度11.2m,最大跨中梁高3.3m,采用的鋼腹板厚度最大為25mm,最小為12mm,波高為0.22m,鋼腹板直板段長度為0.43m。
本橋設(shè)計主跨190m,為統(tǒng)計資料中連續(xù)剛構(gòu)橋中跨度最大,故有必要對其墩上梁高、跨中梁高、鋼腹板厚度、波高等參數(shù)的取值進(jìn)行深入分析?,F(xiàn)統(tǒng)計了國內(nèi)外已建成的波紋鋼腹板連續(xù)梁橋及連續(xù)剛構(gòu)橋的主要設(shè)計參數(shù),并將其繪制成表格,如表1、表2所示。其中,表1為波形鋼腹板組合箱梁橋立面布置實例;表2為波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋形狀與板厚實例。
以下假定hwmax、hwmin分別指墩頂梁高和跨中梁高,波形鋼腹板的尺寸參數(shù)見圖1。
3.1高跨比與最大跨度的關(guān)系
將表1中墩頂高跨比與最大跨徑之間的關(guān)系擬合成公式1,中墩上高跨比分布在0.04~0.08范圍內(nèi),幾乎均勻分布于0.06的兩側(cè):
式中,x為最大跨徑,y為墩頂高跨比。
本橋擬采用的參數(shù)為:最大跨徑為190m,由式1計算可得,中墩頂梁高為9.92m,高跨比為0.0522。本橋擬選用的墩頂梁高為11.2m,高跨比為0.0589,偏于安全。
將表1跨中高跨比與最大跨徑之間的關(guān)系擬合成公式2,數(shù)據(jù)的相關(guān)性較好,擬合所得結(jié)果如式2所示:
式中,x為最大跨徑, y為跨中高跨比。
本橋擬采用的參數(shù)為:最大跨徑為190m,由式2計算可得,跨中梁高為2.64m,高跨比為0.0139。本橋擬選用的跨中梁高為3.3m,高跨比為0.0174,偏于安全。
3.2梁高與波折高度之比與最大跨徑的關(guān)系
將表1、表2的中墩hwmax/dw與最大跨徑的關(guān)系擬合成公式3,數(shù)據(jù)呈現(xiàn)較明顯的線性關(guān)系,擬合所得結(jié)果如式3所示:
式中,x為最大跨徑,y為hwmax/dw。
本橋擬采用的參數(shù)為:最大跨徑為190m,由式3計算可得,hwmax/dw為45.5。本橋擬選用的波高為0.22m,hwmax/dw為50.9,此值稍顯偏高。
從表1、表2看出,跨中hwmin/dw與最大跨徑的數(shù)據(jù)相關(guān)性不明顯,比較分散,但基本處于10~20的范圍內(nèi)。
本橋擬采用的參數(shù)為:跨中梁高為3.3m,波高為0.22米,其比值為15,未偏離統(tǒng)計所得的常規(guī)范圍。
3.3鋼腹板厚度與波高之比與最大跨徑的關(guān)系
從表1、表2看出,twmax/dw與最大跨徑的數(shù)據(jù)相關(guān)性不明顯,比較分散,但除個別數(shù)據(jù)偏離常規(guī)范圍以外,大部分基本處于0.06~0.15之間,且twmax/dw隨著最大跨徑的增大有增加的趨勢。
本橋擬采用的參數(shù)為:鋼腹板最大厚度為25mm,波高為0.22m,其比值為0.11。符合表中數(shù)據(jù)的趨勢。
twmin/dw與最大跨徑的數(shù)據(jù)相關(guān)性也不明顯,但除個別數(shù)據(jù)偏離常規(guī)范圍以外,大部分基本處于0.04~0.06范圍內(nèi)。
本橋擬采用的參數(shù)為:本橋最小鋼腹板厚度12mm,波高0.22m,其比值為0.055,處于統(tǒng)計所得的常規(guī)范圍之內(nèi)。
3.4鋼腹板波高與直板段長度的比值與最大跨徑的關(guān)系
從表1、表2看dw/aw與最大跨徑的關(guān)系,除個別數(shù)據(jù)以外,大部分?jǐn)?shù)據(jù)基本處于0.5~0.6的范圍之內(nèi)。且在0.5-0.55的范圍內(nèi),分布密集。
本橋擬采用的參數(shù)為:波高0.22m,直板段長0.43m,比值為0.51,該值符合表中數(shù)據(jù)分布規(guī)律。
圖1波形鋼腹板尺寸示例
3.5波形鋼腹板主要技術(shù)參數(shù)分析匯總將前面的參數(shù)進(jìn)行整理,列于表3中。
表3主要技術(shù)參數(shù)分析匯總表
由以上分析可知:
(1)墩頂及跨中位置處的高跨比都稍高于擬合公式高跨比的計算值,擬定尺寸比值在正常范圍內(nèi)。
(2)墩頂位置處的梁高與波折高度的比值hwmax/dw稍顯偏高(偏安全),可以適當(dāng)調(diào)整;跨中位置處的梁高與波折高度的比值hwmin/dw符合統(tǒng)計得出的常規(guī)范圍。
(3)墩頂以及跨中鋼腹板厚度與波高之比與最大跨徑的關(guān)系twmax/dw、twmin/dw均符合統(tǒng)計規(guī)律。
(4)鋼腹板波高與直板段的比值與最大跨徑的關(guān)系dw/aw在統(tǒng)計得出的范圍以內(nèi)。
綜上所述,墩頂、跨中位置處的高跨比以及墩頂位置處的梁高與波折高度的比值hwmax/dw都稍顯偏高,但是可以看到,它們都是偏于安全的。此外,還可以看到,將墩頂梁高和跨中梁高調(diào)低,上述三個參數(shù)將變小,接近于擬合公式的計算值。因此,梁高尚有調(diào)低的余地,但是如果從安全的角度考慮,可以不作調(diào)整。其他參數(shù)均處于統(tǒng)計所得出的常規(guī)范圍之內(nèi),且基本位于平均值附近;對于有變化趨勢的,也基本滿足統(tǒng)計數(shù)據(jù)的變化趨勢(如鋼腹板厚度與波高之比與最大跨徑的關(guān)系)。因此,其他參數(shù)無需進(jìn)行太大的調(diào)整。
表1波形鋼腹板組合箱梁橋立面布置實例[1-7]
表2 連續(xù)剛構(gòu)橋波形鋼腹板形狀與板厚的實例[1-7]
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