带水平隔板的波形钢腹板箱梁综述研究

带水平隔板的波形钢腹板箱梁综述研究

邓勤

重庆交通大学 重庆  400000

摘要：上个世纪七十年代，第一座波形钢腹板箱梁桥——法国Cognac桥的成立，标志着波形钢腹板代替混凝土腹板成为了一种新的潮流。其应用由简支体系扩大到连续、刚构和斜拉桥体系，由等截面箱梁扩大到变截面箱梁，和预应力混凝土桥相比，波形钢腹板PC箱梁桥可降低造价约10%～30%。但随着跨径的增大，大跨径波形钢腹板梁桥腹板高度较大，腹板屈曲稳定问题突出。为解决大跨径波形钢腹板桥波形钢板屈曲失稳问题，提出一种主梁具有水平隔板的箱梁断面结构。

关键词：水平隔板、波形钢腹板箱梁、综述研究

1 正文

1.1 波形钢腹板箱梁桥的发展历程

随着世界桥梁结构的发展，设计中对减轻结构自重、充分利用材料的特性有了更多更新自要求，因此出现许多新型结构形式，其中预应力混凝土连续刚构桥存在结构自重较大，混凝土箱梁桥腹板占全截面的25%～30%，连续刚构桥运营中腹板开裂问题严重。为实现PC箱梁卸载、解决PC箱梁混凝土腹板剪切开裂2大工程难题，70～80年代，国内外工程师对混凝土腹板结构设计做了大量有益的探索。

法国相关专家首次提出了用平钢腹板代替传统的预应力混凝土腹板，预应力采用体外预应力代替，但平钢腹板箱梁的纵向变形，使混凝土顶底板与平钢腹板之间发生了应力重分布现象，导致预应力损失较大，结构性能变差。为解决这个问题，1975年法国CB公司在平钢腹板箱梁桥的基础上，提出了波形钢腹板箱梁桥的设想，并建造了世界上第一座波形钢腹板预应力箱梁桥—Cognac桥(1986年)。与平钢腹板相比，波形钢腹板由于其纵向成折叠形状，在其“手风琴”效应下，顶底板混凝土收缩、徐变不会受到钢板纵向约束，从而使预应力效率得到极大，并且波形钢腹板的纵向折叠形状还可以提高其竖向抗剪屈曲强度，从而使其容易满足抗剪要求。此后，各国也相继建造了此类桥梁，如委内瑞拉的Coniche桥等，波形钢腹板连续刚构桥梁应运而生。[1]

波形钢腹板预应力混凝上组合箱梁由波形钢腹板、混凝上顶底板、体内预应力束、本外预应力束和横隔板组成（如图1）。波形钢腹板作为箱梁的腹板代替原来的混凝上腹板，可次使结构自重大大降低，充分利用混凝上的抗压及钢材的抗拉性能，结构抗裂性能大大提高[2]。但由于其是组合结构，波形钢腹板与混凝上底板和混凝上顶板间用剪力连接件进行连接，整体性相应降低。

图1 波形钢腹板组合箱梁结构示意图

1.2 带水平隔板的波形钢腹板箱梁桥的提出

随着波形钢腹板连续刚构桥的不断发展，跨径不断的增大，传统的波形钢腹板箱梁桥已不能满足要求。传统的波形钢腹板预应力混凝土连续刚构桥，随着跨径的增大，大跨径波形钢腹板梁桥腹板高度较大，腹板屈曲稳定问题突出。增加波形钢腹板整体稳定性的方法是：在箱梁根部几个梁段，增加波高或箱内设置全断面内衬混凝土等。增加波高时波形钢腹板构造复杂，钢腹板种类繁多，施工制造不便。设置内衬混凝土结构时，截面中性轴以上钢腹板内衬混凝土位于主拉应力区，在主拉应力区设置混凝土不经济；跨径加大时，需增加体内索和体外索，当体内索用量过大，底板局部挖空率（管道直径合计/底板宽）大于35%～60%时易导致底板开裂或崩裂破坏。传统的波形钢腹板预应力混凝土连续刚构桥无体内索用量、底板局部挖空率（管道直径合计/底板宽）控制指标要求；传统的波形钢腹板预应力混凝土连续刚构桥嵌入式抗剪连接件接头PBL剪力键为：在钢腹板开孔，设置贯穿钢筋，接头区以贯穿钢筋代替构造钢筋，接头区构造钢筋不足，接近素混凝土。

为了从根本上改变波形钢腹板预应力混凝土箱梁连续刚构桥存在的诸多弊端，相关专家提出了一种全新的思路，从打的桥梁构造措施着手，提出具有水平隔板的波形钢腹板连续刚构桥型（如图2）。依托合理的构造设计从根本上解决了传统的波形钢腹板预应力混凝土箱梁连续刚构桥的不足。

图2 带水平隔板波形钢腹板箱梁结构示意图

2 结语

带有水平横隔板的箱梁断面结构，与传统波形钢腹板组合箱梁结构相比，减小了波形钢腹板有效高度，避免了波形钢腹板屈曲失稳，突破了大跨径波形钢腹板桥建造技术瓶颈，提高了波形钢腹板整体屈曲临界应力，改善了结构力学性能，具有轻型化、造型美观和施工方便等优点。这种桥式结构在国内还未有工程实例，十分有必要其力学特性与施工技术深入系统地研究。

参考文献

[1]王文哲.带水平隔板的变截面波形钢腹板屈曲性能研究[D].兰州交通大学,2021．

[2]董旭.大跨波形钢腹板箱梁桥波形钢腹板及内衬混凝土抗剪性能研究[D].山东大学,2018.