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波形钢腹板预应力混凝土箱形连续梁桥王用中河南大建钢构股份有限公司董事长2010年7月2/200中国工程设计大师国家有突出贡献专家享受政府特殊津贴专家河南省优秀专家河南省交通规划勘察设计院原院长现首席顾问深圳市市政设计研究院有限公司顾问河南大建钢构股份有限公司董事长王用中简介3/200波形钢腹板PC箱梁桥的定义与技术优点波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要点波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算鄄城黄河桥计算成果波形钢腹板PC箱梁桥的施工与效益分析目录4/200顾名思义，波形钢腹板PC箱梁桥就是用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁。其显著特点是用8-30mm厚的钢板取代厚30-80cm厚的混凝土腹板。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预应力混凝土箱梁的第二个特点。波形钢腹板PC箱梁桥的定义5/200波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的提出混凝土箱梁桥的弊病与改进混凝土箱梁腹板厚度、自重较大，需要设置弯起或竖向预应力筋。腹板与顶底板形成一体，顶底板的温差及其腹板的干燥收缩引起的应力问题比较突出，混凝土腹板承受主拉应力，会出现各种各样的裂缝，严重地影响了承载性能及其耐久性。预应力筋外移、即采用体外索后，自重能得到部分减轻，腹板开裂问题未根本解决。法国的桥梁工程界在这方面作了许多开创性的工作，即通过用预制混凝土腹板、平板钢腹板或波折钢板腹板，来改善力学性能及其减轻上部结构自重的目的。6/200波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的提出法国的Vecchio桥，预制混凝土腹板互不相连、腹板与顶底板的连接是通过在腹板中设置预应力钢筋来实现。预制混凝土腹板通常是在工厂浇注，质量容易确保，因在施工时其干燥收缩变形基本上已稳定,故能在保持抗剪性能、减轻自重的同时避免腹板温度、收缩变形对顶底板应力的影响。顶板锚固端预制腹板预应力筋底板固定端7/200法国的LaFerteSaint-Aubin桥，用钢腹板来代替混凝土腹板的简支箱梁桥，采用了体外索施加纵向预应力。钢腹板与混凝土顶底板之间通过连接件比较容易结合在一起，但是在施加纵向预应力时，钢腹板承担了部分预应力，从而降低了顶底板有效预应力，并且为防止腹板发生局部屈曲必须焊接纵向加劲肋。波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的提出8/200法国于1986年提出用弯成波折形状的薄壁钢板，来代替混凝土腹板，建成跨度31m+43m+31m、首座连续波折腹板组合箱梁桥。波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的提出混凝土顶板体内索波折腹板体外索混凝土底板横隔板体内索腹板9/200波形钢腹板PC箱梁桥这一独特的组合结构桥梁有着比传统PC箱梁桥更好的力学性能和优点：◇箱梁自重减轻10~30%，从而减少了恒载，降低了地震力，减小了恒载内力，上、下部工程造价均有降低；◇波形钢腹板的折绉效应一是降低了腹板抗压刚度，从而提高了顶底板预应力效率，二是加大了腹板抗屈曲刚度，节省了钢村，提高了腹板搞剪能力；◇充分发挥各种材料的性能：混凝土抗弯、波形钢腹板抗剪，截面回转半径最大，结构受力更加合理；◇部分体外索的应用，有利于结构整体承载力，调整提升与病害处理，从这个方面讲，可提高结构耐久性；◇造型美观、施工方便，提高了建设速度等。波形钢腹板PC箱梁桥的优点（与一般PC箱梁桥比较）10/200波形钢腹板PC箱梁桥的优点（与混凝土钢板箱梁桥比较）波形钢腹板PC箱梁桥这一独特的组合结构桥梁有着比混凝土钢板箱梁桥更好的力学性能和优点：◇整体受力更接近于传统的预应力混凝土箱梁，更便于连续梁桥采用；◇腹板抗剪承载力加大：波形钢腹板的抗剪承载力大概是加劲的平钢板的2倍；◇横向刚度加大：无须纵向、横向加劲肋，故腹板折算厚度较小；◇顶、底板预应力效率更高：因波形钢腹板不承受预应力，故顶底板预应力效率高；◇混凝土收缩、徐变效应降低：混凝土顶底板收缩徐变、温度效应对腹板影响很小；◇腹板加工、安装更方便：腹板的三维韧性便利了施工，减少了几何缺陷的敏感性。11/200项目单位PC箱梁桥波形钢腹板PC箱梁桥钢-混凝土组合梁桥材料用量砼m3/m21.29（100%）0.98（76%）0.52（40%）钢材kg/m2--85.00400钢筋kg/m2225.00（100%）138.00（61%）82（36%）PC钢材kg/m268.00（100%）49.00（72%）30（44%）单位长度重量t/m45.2（100%）35.2（78%）23.7（52%）上部构造造价1.0（100%）0.92（92%）1.2（120%）三种结构上部材料及造价比较表（桥宽按13.5m，跨径120m估算）12/200组合结构设计理念13/200波形钢腹板PC箱梁桥的定义与技术优点波形钢腹板PC箱梁桥在国内外的应用波形钢腹板PC箱梁桥的力学特性与结构要点波形钢腹板PC箱梁桥的设计、计算鄄城黄河桥计算成果波形钢腹板PC箱梁桥的施工与效益分析目录14/200法国在80年代末期首先把钢腹板运用于桥梁结构，并建成了第一座波形钢腹板箱梁桥Cognac桥。随着这种结构成功的运用，各国都相继建造了数座此类型的桥梁。如法国的Maup`re桥、Asterix桥、Dole桥、挪威的Tronko桥、委内瑞拉的Caracas桥、Corniche桥。日本在引进这种新结构后，很快就在1993年成功建造了日本第一座波形钢腹板箱梁桥—新开桥。随着科研和实践的进一步的深入，日本建造了一系列的此类桥，成为目前修建此类桥型最多的国家，在建和已建成的桥已超过200座。波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（1/17）15/200桥名结构形式跨径布置（m）梁高（m）施工方法建成年份Cognac桥（法国）3跨连续31+43+312.25满堂支架1986Maup`re高架桥（法国）7跨连续40.95+47.25+53.55+50.4+47.25+44.10+40.953.0顶推施工1987Dole桥（法国）7跨连续48+5×80+482.5~5.5悬臂施工1988Altwipfergrund桥（德国）3跨连续81.5+115+81.4悬臂施工Ilsun桥（韩国）14跨连续50+10×60+50+2×50.5顶推施工2005Asterix桥（法国）2跨连续43(最大跨径）2.25支架施工1989Coniche桥（委内瑞拉）7跨连续80(最大跨径）3.5悬臂施工2002国外具有代表性波形钢腹板预应力砼箱梁桥（不含日本）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（2/17）16/200日本具有代表性的波形钢腹板桥编号桥梁名施工方法构造形式桥长(m)跨径布置(m)竣工年份1矢作川桥（东）悬臂施工4跨预应力斜拉桥820.0173.4＋2×235.0＋173.420052日见梦大桥悬臂施工3跨部分斜拉桥36591.8＋180＋91.820033朝比奈川大桥悬臂/满堂支架7跨连续刚构670.781.2＋150.4＋91.2＋73.2＋94.7＋104.8＋73.220084宫家岛高架桥悬臂施工23跨预应力连续粱1432.051.2＋7×53.0＋54.0＋85.0＋53.0＋3×52.0＋58.5＋60.0＋101.520075栗东桥悬臂施工4跨部分斜拉桥495.0137.6＋170.0＋115.0＋67.620086上伊佐布第三高架桥悬臂施工5跨预应力连续刚构449.053.0＋105.0＋136.0＋99.0＋53.020077谷津川桥悬臂施工5跨预应力连续粱383.543.8＋91.0＋135.0＋74.0＋37.320078中一色川桥（上）悬臂施工5跨预应力连续梁535.471.3＋3×130.0＋71.320079菱田川桥悬臂施工8跨预应力连续刚构688.064.9＋3×105.0＋124.0＋75.0＋54.0＋52.9200810入野高架桥支架施工10跨预应力连续粱679.056.7＋3×58.0＋80.0＋124.0＋80.0+2×58.0+45.7200711前川桥悬臂施工5跨预应力连续粱500.076.8＋120.0＋104.0＋120.0＋76.8200812池山高架桥悬臂施工10跨预应力连续刚构941.046.5＋104.0＋114.0＋99.0+4×106.5+98.0+50.5200613中一色川桥（下）悬臂施工6跨预应力连续梁574.362.8＋3×112.0＋110.5＋61.32007波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（3/17）17/200024681012141618202224262830020406080100120140160跨度(m)相对百分比（%）日本波形钢腹板PC梁桥跨径频率分布图波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（4/17）18/200日本波形钢腹板PC箱梁桥的设计、施工规范（标准、指南、手册）：《高速公路设计要领》（2006年版，日本东中高速）《波形钢腹板PC箱梁桥设计、施工指南》（2005.4，日本高速公路技术中心）《波形钢腹板PC箱梁桥设计计算手册》（1998.12，日本波形钢腹板组合结构研究协会）《波形钢腹板桥问题与解答》（2002.6，日本波形钢腹板组合结构研究协会）《组合结构桥设计、施工标准》（2005.11，日本预应力混凝土协会）《波形钢腹板桥设计、施工手册》（2002.3，日本高速公路技术中心）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（5/17）19/200第一座波形钢腹板组合梁桥法国Cognac桥（31m+43m+31m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（6/17）20/200Maup`re高架桥（41m~53.6m七跨连续梁）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（7/17）21/200Dole桥（48m+5×80m+48m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（8/17）22/200德国Altwipfergrund桥（81.5m+115m+81.4m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（9/17）23/200波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（10/17）韩国IlsunBridge桥（44m+97m+56m）24/200本谷桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（11/17）25/200栗东桥实景（部分斜拉桥）137.6m＋170.0m＋115.0m＋67.6m施工中的栗东桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（12/17）26/200矢作川斜拉桥：173.4m+2×235.0m+173.4m,已建成的最宽的波形钢腹板桥，桥宽43.8m波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（13/17）27/200（日本）日见梦低塔斜拉桥：91.8m+180m+91.8m波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（14/17）28/200鬼怒川桥（49.33m+50m+2×72m+50m+49.33m）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（15/17）29/200曾宇川桥：23.1m跨波形钢腹板预应力砼Ｔ梁桥波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（16/17）30/200银山御幸桥（耐候钢）白泽桥（耐候钢）波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国外的应用（17/17）31/200国内对波形钢腹板箱梁的研究和应用已兴起，先后有交通部交通科研设计院、西南交通大学、东南大学、重庆交通大学等单位对该组合箱梁的钢腹板屈曲强度、方案设计、桥面板有效宽度、剪力连接键等做过研究。到目前为止，国内只修建了数座波形钢腹板箱梁桥，具有代表性的有青海三道河桥（50m跨单箱双室大箱梁），江苏淮安的长征桥(18.5m+30.5m十18.5m的3跨连续梁，人行桥)，河南的泼河大桥(4跨30米先简支后连续梁桥，公路桥)，重庆市永川的大堰河桥(25m简支箱梁，公路桥)及山东东营的两座人行桥。2006年山东鄄城黄河主桥（70m+11×120m+70m）波形钢腹板PC箱形连续梁桥的设计、施工标志着我国波形钢腹板PC桥进入成规模的工程实用阶段。波形钢腹板预应力砼箱梁桥在国内的应用（1/10）32/200我国已建、在建的波形钢腹板PC桥桥名桥跨（