波形钢腹板PC箱梁桥发展应用浅析

刘明岩

【摘要】本文介紹了波形钢腹板PC箱梁桥的发展概况，结构要点，与预应力混凝土箱梁桥相比的结构特点以及施工方式，为该桥型进一步研究提供理论基础。

【关键字】波形 钢腹板 构造要点 施工

0 引言

波形钢腹板箱梁桥是 20 世纪 80 年代实现应用化的一种新型桥梁结构。这种结构以波形钢板代替混凝土作为箱梁的腹板 ，并采用体外预应力技术 ，实现了主梁的轻型化，增大了梁桥的跨越能力 ，成为现代PC箱梁桥的一个主要发展方向。随着理论研究与实际应用的开展 ，波形钢腹板 PC桥越来越受到桥梁工程师的关注 ，其应用有不断扩大和推广之势。

1 定义

顾名思义， 波形钢腹板PC 组合箱梁桥就是用波形钢板取代PC 箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁，其显著特点是用 8～30mm厚的钢板取代30～80cm厚的混凝土腹板（图1）。由于顶底板预应力束放置空间有限，而使用体外索则是波形钢腹板组合箱梁桥的第二个特点。

1. 体内束；2. 预应力钢索；3. 混凝土底板；4. 钢腹板；5. 混凝土顶板

图 1 波形钢腹板PC 组合箱梁桥节段示意

2 发展概况

预应力混凝土PC箱梁是现代大跨径桥梁常用的结构形式，然而随着跨径的增大，其自重也迅速增大，影响了跨越能力和经济性。经过多年的研究，法国学者于20世纪80年代提出了用轻质高强的钢板代替厚重的混凝土腹板，并配以体外预应力索的设想，修建了首座采用加劲平钢腹板的PC组合箱梁桥—Ferte-Saint-Aubin 桥（图2）。为了避免混凝土截面预应力的严重损失，法国学者Pier re Thrivans提出将原来的平钢板改为沿桥轴方向可伸缩的波形钢板， 由此而形成了一种新型的、结构受力更合理的箱梁结构—波形钢腹板PC 组合箱梁（图3）。

图2 Ferte-Saint-Aubin 桥横断面[2]

图3 波形钢腹板箱梁

1986 年在法国建成了世界上首座波形钢腹板箱梁桥—Cognac 桥。日本于 1993 年在国内修建了首座波形钢腹板梁桥—新开桥。2005 年以来，中国先后建成了数座波形钢腹板 PC 梁桥 ， 它们无论是规模和跨径都有了突破性的发展 ，代表中国波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥当前的发展水准。

3 构造要点

3.1 波形钢腹板箱梁的结构构造

波形钢腹板PC 箱梁实际上可以看成由混凝土顶底板与两块作为腹板的波形钢板通过连接件结合起来， 再配以预应力系统的组合箱梁结构（图4）。混凝土腹板改为钢腹板后，体内弯起索全部改用体外索，并 在顶底板内配置了少量的直索。

图4 波形钢腹板PC 箱梁结构示意

3.2 波形钢腹板的形状

波形钢板主要由直板段、斜板段以及圆弧段组成（图5）。图中q 为一个波段的波长， hr为波高， b、s分别为直板段与斜板段的长度， d、t分别为斜板段在桥梁纵向的尺寸和板厚， r 为波形钢板内侧弯曲半径。

图5 波形钢板构造

3.3 波形钢腹板箱梁的接合部

波形钢腹板PC 箱梁桥的接合部主要有以下4处： 波形钢腹板之间的接合部、 波形钢腹板与混凝土顶底板之间的接合部、 波形钢腹板与横隔梁板之间的接合部以及波形钢腹板与内衬混凝土之间的接合部。目前采用的波形钢腹板之间的连接方式有焊接和高强螺栓连接两种（表1）。

表1 波形钢腹板之间的连接形式[3]

4 与预应力混凝土箱梁桥相比的结构特点

① 重降低， 抗震性能好。

②节约建筑材料， 改善经济指标。

③改善结构性能， 提高预应力效率。

④各种材料各尽所能， 充分发挥其效率。

⑤增加了截面回转半径， 提高了结构效率。

⑥减少现场作业，加快施工进程。

⑦减少了节段数量， 缩短了工期。

⑧体外力筋可以替换， 便于桥梁的维修和补强。

⑨避免了腹板开裂问题， 耐久性能好。

⑩造型美观。

5 施工方式

波形钢腹板PC 组合箱梁桥在施工过程中， 可以减少大量的模板、支架和混凝土浇注工程， 免除在混凝土腹板内预埋管道的烦杂工艺， 从而方便了施工， 缩短了工期。

波形钢腹板 PC 组合箱梁桥有支架现浇、 顶推、悬臂施工的施工实例。据统计，采用支架施工的波形钢腹板PC 组合箱梁桥的跨径一般在 80 m 以下， 目前国内的中、小跨径波形钢腹板梁桥均采用支架施工的方式。支架施工优点是简单、 易于施工； 其缺点是支架工程量较大，费用较高、 混凝土浇筑程序较繁琐、 梁底曲线较难控制、 落架程序与体系转换不易明确等。跨径80 m 以上的桥采用悬臂施工方法比较好。这一方面， 国内也正在进行工程实践。

6 前景与展望

从已建成的数十座波形钢腹板PC 箱梁桥来看， 无论是结构形式， 还是预应力体系都有其独到之处， 而且在减少工程量、 缩短工期、 提高经济效益以及施工性能和美观等方面具有很大的优势； 另外它的跨度空间很大， 从几十米到几百米的跨径都能胜任； 其适用的桥梁结构形式也很广泛， 是一种很值得推广的新型桥梁。

目前我国修建该类型桥梁可能在造价上会高于普通的预应力混凝土箱梁桥， 但它没有混凝土腹板的开裂问题， 而且施工上也会比较方便， 这也许可以成为我国修建波形钢腹板PC 箱梁桥的一个主要考虑因素。不过， 随着我国钢产量的不断增加、 波形钢腹板制作工艺的成熟、 国内对该类型桥梁结构的分析研究的进一步深入以及对国外工程实践经验的借鉴， 相信在不久的将来， 波形钢腹板PC 箱梁桥会在我国的桥梁建设中获得广泛的应用发展。

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