波形钢腹板结合箱梁的应用及其发展

　　传统的混凝土箱梁因其良好的受力性能，在桥梁工程中得到广泛的应用。但其腹板厚度大、自重大、预应力损失大等缺点限制了大跨径桥梁的发展；同时，由于温度、混凝土收缩等因素，导致箱梁出现裂缝，严重影响结构的承载能力和耐久性。

　　

　　年，法国Campenon Bernard 公司提出了用波形钢腹板来代替混凝土腹板并配以体外束。波形钢板具有较高的剪切屈曲强度，满足腹板的受力要求，其轻质高强的特点大幅度减轻了主梁自重；波形钢腹板在轴向成折叠形状，当箱梁受到轴向力作用时能自由收缩，从而大幅度提高了预应力效率。波形钢腹板结合箱梁的出现，有效解决了传统预应力混凝土梁桥梁根部混凝土腹板开裂和跨中部持续下挠两大工程病害，近年来展现出了广阔的应用前景。

　　

　　1　波形钢腹板结合箱梁的构造波形钢腹板结合箱梁由上下钢筋混凝土板通过剪力传递器与波形钢腹板连成一体共同受力，为了增加波形钢腹板箱梁的抗扭刚度，通常需要设置横隔梁；常在混凝土板内设置预应力筋，来增加其跨越能力；同时设置体外预应力索，来平衡可变荷载的作用。

　　

　　1.1　波形钢腹板的设计构造由于波形钢腹板是从工厂预制，然后运输到施工现场进行拼装。目前波形钢腹板纵桥向连接方式主要有三种：焊接，高强螺栓连接，焊接与高强螺栓连接相组合。波形钢腹板高度和厚度主要由结构整体计算决定，假定全部竖向剪力作用由波形钢腹板承担，计算主要内容有强度验算和屈曲验算。波形钢腹板加工成型以冷加工为原则，加工成型一般有两种方法：冲压法和模压法。模压法又分为普通模压法和无牵制模压法，根据钢板冷成型时可能产生的缺陷和钢板厚度的相关关系，大于等于14mm 的钢板，建议使用无牵制模压法。

　　

　　1.2　横隔板的设计构造根据有关研究表明，用波形钢腹板代替预应力混凝土腹板，将会使箱梁的抗扭刚度及抗剪刚度分别降低达到约40%和10%，纵向及横向抗弯刚度分别降低到约90% 和75%。尤其截面由于抗扭刚度大大下降，将会导致箱型截面发生畸变，为了提高截面的抗扭刚度，波形钢腹板结合箱梁相比于预应力混凝土箱梁需要设置更多的横隔梁。除了在支座处设置端隔梁外，在跨间至少设置两道横隔梁，其间距一般为10~25m，曲线桥可适当加密。

　　

　　1.3　剪力传递器的设计构造剪力连接器是波形钢腹板结合箱梁最重要的构造，它需要承受两种材料产生的水平错动剪力，使结合箱梁共同受力。波形钢腹板与混凝土顶底板的接合部是两者共同工作的基础，它主要用来抵抗两者接触面之间的纵向剪力，防止两者之间产生相对滑移，并且还起到抵抗它们之间的掀起作用。波形钢腹板结合箱梁常见的四种剪力连接器分别为：栓钉连接键、埋入式连接键、PBL 连接键和Twin-PBL 连接键。

　　

　　（1）在栓钉连接键中，波形钢板上下端焊接翼缘板，然后在翼缘板上焊接角钢和U 形钢筋，角钢、U 形钢筋为剪力主要承担部位，角钢、U 形钢筋、贯通钢筋共同承受弯矩。

　　

　　（2）在埋入式连接键中，波形钢腹板直接嵌入混凝土顶底板，通过波形钢腹板斜幅间混凝土块和约束钢筋承受剪力，通过混凝土销、贯穿钢筋承受弯矩。

　　

　　（3）在PBL 连接键中，波形钢板顶端焊接翼缘板，然后在其上焊接两块带孔钢板，其剪力和弯矩主要承担部位为混凝土销、贯穿钢筋。

　　

　　（4）在Twin-PBL 连接键中，波形钢板顶端焊接翼缘板，然后在其上焊接一块带孔钢板并焊植栓钉，混凝土销、贯穿钢筋、栓钉为剪力主要承担部位，弯矩由栓钉承担。

　　

　　目前使用最多是PBL 连接键。另外，埋入式连接键充分利用了埋入混凝土板中的波形钢腹板斜板段抗剪的效能，从而减少了抗剪部件的使用以及焊接工作量，其施工方便，大幅度缩短了工期。

　　

　　2　波形钢腹板结合箱梁的特点波形钢腹板结合箱梁作为钢- 混凝土结合梁，将钢材和混凝土有机结合，能够充分发挥它们的特性，使得材料的使用率大幅度提高。采用波形钢腹板代替传统预应力混凝土中的混凝土腹板，使得主梁自重大幅度降低，从而增加桥梁的跨越能力；同时，其上部结构的减轻，使上下部工程量大幅度减少，从而降低桥梁的造价；波形钢腹板沿纵向呈折叠状，上下混凝土板的收缩、徐变产生的变形不受腹板的约束，从而避免结构次应力的产生，同时也避免了由于钢腹板的约束作用而造成的预应力损失；波形钢腹板结合箱梁完全避免了腹板出现裂缝的问题，从而提高桥梁的使用寿命；在波形钢腹板结合箱梁中设置体外预应力索，方便桥梁的维修和补强；波形钢腹板采用工厂预制，减少现场作业，同时由于波形钢腹板结合箱梁自重轻，采用悬臂施工法可减少节段数量，进而大幅度缩短施工周期。

　　

　　3　结语波形钢腹板结合箱梁作为一种新型的钢- 混凝土结合梁，其独特的结构形式、体外与体内预应力相结合的体系和施工工艺都明显优于传统预应力混凝土箱梁，该结构充分发挥钢材和混凝土的特性，从而提高了材料的使用效率，是一种经济、高效的结构形式。波形钢腹板结合箱梁在我国还处于初级阶段，波形钢腹板还未能定型生产，其造价也较高，随着我国对波形钢腹板组合箱梁的不断研究和应用推广，它将在我国桥梁工程领域中得到愈来愈广的应用。

　　

　　参考文献：[1] 万水,李淑琴,马磊.波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构在中国桥梁工程中的应用[J].建筑科学与工程学报[2] 陈水生,刘律,桂水荣.波形钢腹板PC组合箱梁桥在我国的研究进展及应用[J].公路工程