波形钢腹板箱梁桥设计与施工要求课件.ppt

波形钢腹板箱梁桥设计与施工要求,汇报提纲,波形钢腹板箱梁的构造与结构特点,波形钢腹板箱梁构造,波形钢腹板箱梁作为一种钢混凝土组合结构，通过加工成形的波形钢板代替原来的混凝土作为箱梁腹板，同时采用体外预应力技术，将钢和混凝土两种材料结合起来，不仅解决了桥梁的轻型化问题，而且由于波形钢腹板具有褶皱效应,使得顶板、底板混凝土因徐变、干燥收缩产生的变形不受约束，从而提高了预应力的效率，提高了结构的稳定性，增加了桥梁的跨越能力。,波形钢腹板的结构特点,优点,缺点,法国Maupre高架桥,国外发展状况,国外发展状况,1986年法国建成了世界上第一座波形钢腹板桥Cognac桥,日本从法国引进该项技术，将设计准则纳入日本高速公路设计规范，目前该种桥型已成为日本高速公路推荐应用的桥梁形式。,日本银山御幸桥,国外发展状况,截止2007年底，日本已建该类型桥梁总数达200余座，成为世界上修建此类桥梁最多的国家。特别是2000年以来，日本波形钢腹板桥建设速度加快，跨径也在不断增大。2002年建成的连续刚构桥兴津川桥跨径142 米，2007年建成的部分斜拉桥栗东桥跨径170米，2004 年建成的斜拉桥矢作川桥跨径235 米。,矢作川桥,栗东桥,波形钢腹板预应力箱梁桥设计指南,波形钢腹板预应力箱梁桥设计指南,编制依据,公路工程技术标准（JTG B0l-2003）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-1986）公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）桥梁用结构钢（GB T 714-2000）钢-混凝土组合结构桥梁设计与施工细则（JTG/TD64-01征求意见稿）公路钢结构桥梁设计规范（JTG/TD64-2009征求意见稿）日本高速公路设计要领第二集第九章（2006年）日本波形钢腹板组合结构研究会波形钢腹板PC箱梁桥设计计算手册,材料要求,波形钢腹板箱梁的混凝土强度不应低于C40。选用钢材时，波形钢腹板优先选用Q345q钢。选用的焊接材料（焊丝、焊条和焊剂）应保证焊缝与主体钢材技术条件相适应，并通过焊接工艺评定确定。,构造要求,波形钢腹板的构造参数波形钢腹板由板材弯折而成，其形状是由结构受力、工厂的制作能力、运输尺寸的限制、现场吊装和拼装要求、经济性、景观性等条件来决定。其几何控制参数主要有：腹板高度hw，波高d，板厚t，直板段幅宽a，斜板段投影宽度b，斜板段幅宽c，弯折半径R。,目前常用的三种波形钢腹板形状,构造要求,波形钢腹板间的连接方式,单面摩擦双面摩擦,螺栓连接形式,构造要求,对接焊接 贴角焊接,焊接连接形式,波形钢腹板间的连接方式,构造要求,预应力筋布置,波形钢腹板箱梁桥采用体内、体外预应力并用的方式配置预应力束。在混凝土顶、底板中配置纵向预应力筋，在箱内配置体外预应力束用来抵抗设计活载。,减震器,转向装置,转向块,锚固装置,预应力筋布置,连接件,在波形钢腹板箱梁桥结构设计中，通过设置连接件有效地承担钢腹板和混凝土材料之间的水平剪切力，以确保桥梁运营时，两种不同材料之间不产生相对位移。,嵌入式连接件,连接件,焊钉连接件,Twin-PBL连接件 T-PBL+焊钉,波形钢腹板与横隔板的连接方式,波形钢腹板与横隔梁板之间的连接是确保波形钢腹板所受到的剪力能有效地传递给下部结构的接合部位。常用的连接方式主要有翼缘型连接和嵌入式两种。,翼缘型连接方式,嵌入型 连接方式,波形钢腹板与横隔板的连接方式,内衬混凝土,波形钢腹板箱梁在桥墩台支座顶附近应采用波形钢腹板内侧浇注混凝土的组合结构形式。内衬混凝土厚度不宜小于200mm。,波形钢腹板涂装防腐,波形钢腹板的涂装，按公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件（JT/T694-2007）有关规定执行。,公路钢桥的防锈办法,根据公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件，按照涂装部位、腐蚀环境、防腐年限、工况条件，工况设计涂层配套体系23个。长效型涂层体系保护年限1525年。,波形钢腹板涂装防腐,大气腐蚀种类,桥梁钢结构外表面涂层配套体系（长效型）,桥梁钢结构外表面涂层配套体系（长效型）-续1,桥梁钢结构外表面涂层配套体系（长效型）-续2,整体计算,纵向计算模型除箱梁采用有效截面外，计算单元、边界条件、荷载的施加与预应力混凝土结构相同。波形钢腹板箱梁作杆系结构分析时，主梁仅考虑混凝土顶底板的有效截面进行截面特性的计算。,组合箱梁的有效截面,整体计算,进行波形钢腹板预应力箱梁桥整体计算时，做以下假定：（1）钢腹板与上下混凝土翼缘板完全共同工作，不会发生相对滑移或剪切连接破坏；（2）忽略波形钢腹板对抗弯承载能力的贡献，即不考虑腹板的抗弯作用；（3）截面的应变分布符合“平截面假定”。,波形钢腹板箱梁桥设计流程图,波形钢腹板计算,波形钢腹板箱梁桥剪力都由波形钢腹板来承受，且剪应力沿腹板高基本呈等值分布。因此，波形钢腹板箱梁桥的抗剪计算可以通过对波形钢腹板的剪应力强度校核来进行。波形腹板的剪切屈曲模式有局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲三种:,局部屈曲计算,波形钢腹板局部屈曲剪应力可按下式进行计算：,局部屈曲应满足以下条件：,波形钢腹板计算,整体屈曲计算,波形钢腹板整体屈曲剪应力可按下式进行计算：,整体屈曲应满足以下条件：,波形钢腹板计算,合成屈曲计算,波形钢腹板的合成屈曲剪应力可按下式进行计算：,合成屈曲应满足以下条件：,波形钢腹板计算,连接件计算,波形钢腹板与混凝土顶底板连接承受桥轴向水平剪切力作用，须进行抗剪承载能力验算和抗滑移验算。连接处承受与桥轴向成直角方向的弯矩作用，须进行弯矩安全性验算。,连接件在承受纵桥向水平剪切力作用下，应符合下式规定,连接件计算,嵌入式连接件斜折板抗剪齿键抗剪承载力计算,连接件计算,单个开孔钢板连接销的抗剪承载力可按以下公式进行计算：,无贯穿钢筋：,有贯穿钢筋：,连接件计算,焊钉连接件的抗剪承载力计算公式按下进行,正常使用极限状态下，焊钉连接件和开孔板连接件(PBL)为确保不发生较大滑移,用下式验算：,波形钢腹板箱梁桥施工技术要求,波形钢腹板的加工精度要求,根据日本有关设计施工指南和波形钢腹板加工实践总结如下技术要求：,波形钢腹板的加工精度要求,波形钢腹板的加工精度要求,波形钢腹板的安装要求,波形钢腹安装质量控制,波形钢腹板的加工精度要求,波形钢腹板、连接件的焊接质量要求,连接件及钢腹板的焊接应严格执行焊接工艺，其评定规则参照建筑钢结构焊接技术规程（JGJ 81-2002）。,连接件施工要求,连接件施工前，应对连接件的材料、外形、加工尺寸、焊缝质量等进行检查；浇注混凝土之前，应对连接件的位置进行检查。混凝土在振捣施工时，应保证连接件的位置不发生偏移。栓钉连接件布置间距与连接件的外侧边缘的间距应严格按设计要求进行控制，其必须进行焊接工艺试验，各项试验数据检验合格后方可进行正式施工。在混凝土振捣时，应避免振捣棒直接接触栓钉。PBL连接件的贯穿钢筋对于不设承托的情况，其贯穿钢筋安装比较方便，在底模板安装完成后，穿入贯穿钢筋即可。对于设有承托的情况，应考虑合理的施工顺序。PBL连接件施工时，应保证孔内混凝土及底板与连接件之间的混凝土填充密实。混凝土振捣应选择较小功率和直径的插入式振捣棒，振捣时应避免碰触连接件。,连接件施工要求,连接件施工前，应对连接件的材料、外形、加工尺寸、焊缝质量等进行检查；浇注混凝土之前，应对连接件的位置进行检查。混凝土在振捣施工时，应保证连接件的位置不发生偏移。栓钉连接件布置间距与连接件的外侧边缘的间距应严格按设计要求进行控制，其必须进行焊接工艺试验，各项试验数据检验合格后方可进行正式施工。在混凝土振捣时，应避免振捣棒直接接触栓钉。,连接件施工要求,PBL连接件施工时，应保证孔内混凝土及底板与连接件之间的混凝土填充密实。混凝土振捣应选择较小功率和直径的插入式振捣棒，振捣时应避免碰触连接件。,我院设计的波形钢腹板桥梁,我院设计的波形钢腹板桥梁,信阳光山泼河大桥,2005年7月，我院设计的我国首座波形钢腹板箱梁桥光山泼河大桥（4跨30米装配式连续梁）建成通车。泼河桥桥长120m，宽16m，横截面由4片梁高1.6m的波形钢腹板小箱梁组成。平方米综合造价2700元。,郑洛高速公路改扩建英峪沟2号跨线桥,连霍郑州至洛阳高速公路改扩建工程英峪沟（）号跨线桥为变截面波形钢腹板连续箱梁桥。全长为115m，跨径布置为25+65+25m，桥面净宽7m，设计荷载为公路-II级。平方米综合造价5200元。,大广高速豫冀界至南乐段卫河大桥,大广高速豫冀界至南乐段卫河特大桥主桥为（47+52+47）米单箱三室波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁桥，双向6车道，桥面净宽215.25m，设计汽车荷载为公路-I级的1.3倍。平方米综合造价5500元。,新密市溱水路大桥,新密市溱水路大桥为30+70+30m无背索波形钢腹板组合结构斜拉桥。采用墩塔梁固结体系，分离式单箱双室波形钢腹板整体箱梁，宽50m，标准截面梁高2.5m，采用双索面，梁上索距6m，塔上索距6.32m。门式斜塔为预应力混凝土矩形截面，桥面以上塔高54m。平方米综合造价5900元。,30米箱梁试验研究,试验梁跨径30m，梁高1.6m，底板宽1.5m，顶板宽4.0m。箱梁沿纵向设置5道横隔板，即2道端隔板和3道中横隔板。采用C50混凝土。横断面形式为梯形断面，箱内配置体外预应力，四道无粘结体外预应力钢束，上面两道由9根钢绞线组成预应力钢束，下面两道由7根钢绞线组成预应力钢束。波形板厚8mm，波形板倾斜角度与竖向成20。,实测挠度和荷载的关系 跨中截面纵向应力沿高度变化曲线,跨中截面纵向应变沿高度变化曲线 L/4截面纵向应变沿高度变化曲线,试验研究,通过试验可知：试验梁在设计荷载的作用下，基本符合平截面假定，处于弹性工作阶段。设计上可以忽略腹板中的纵向正应力。在波形钢腹板预应力组合箱梁的弯曲刚度和轴向拉伸刚度的计算时，只需考虑上下混凝土板的作用。在试验过程中，没有观察到波形钢腹板和混凝土底板的连接处出现裂缝，且波形钢腹板也没有出现屈曲破坏。荷载达到承载能力前，连接件没有发生滑移或连接破坏。,泼河桥成桥试验,静载试验对边跨及中跨跨中截面的挠度，正应力，次边支座剪切应力和拉应力进行了测试；,泼河桥成桥试验,在对称工况中，各测点中，最大挠度为7.0mm，远小于规范要求的50mm(L/600)；在偏载工况中，各测点中，最大挠度为8.0mm，远小于规范要求的50mm(L/600)；,泼河桥成桥试验,2006年7月在桥梁运行一年后，又进行了一次静载试验。在对称工况中，各测点最大挠度为6.1mm，；在偏载工况中，各测点最大挠度为5.8mm，均小于规范要求的50mm(L/600)。,泼河桥成桥试验,试验结果表明，实验荷载效率最大为=1.024，最小为0.8856，满足静载实验荷载效率在0.851.05之间的要求；量测的残余变形值与测量的总变形值的比值最大为0.0670.25，这说明该桥梁的弹性工作效率较高，与设计理论的假设条件接近；各截面应力也在设计范围内，符合设计和使用要求。,谢谢各位专家、领导！,