创造性地应用波形钢腹板预应力混凝土桥 - 图文

创造性地应用波形钢腹板预应力混凝土桥

【编者按】波形钢腹板组合箱梁桥，是一种以波形钢板取代混凝土腹板的钢—混组合结构桥梁形式。世界上第一座波形钢腹板组合箱梁桥诞生在法国，后来各国都相继建造了此类型的桥梁。近年来，日本桥梁界以减少自重，减少现场工作量，降低成本为目标，为追求桥梁结构的合理性做了很多尝试，而波形钢腹板桥就是其中之一。而在我国，这种桥更应该得到关注，因为它经济、高效、自重轻、耐久性好、钢材用量少，同时具有施工方便，工期短、低碳节能等众多优点，是一种符合可持续发展理念的新型桥梁结构形式，在我国倡导绿色建设的环境下，有着广泛的发展空间。为此，本期杂志特约了一组稿件，以期引起业内对此类桥型的深入了解与讨论。

图1 南昌朝阳大桥施工挂篮

用波形钢腹板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板，即形成波形钢腹板预应力混凝土箱梁，故两者外形很相似。因波形钢腹板褶皱效应，波形钢腹板预应力混凝土箱梁纵向弯曲时，波形钢腹板不参与纵向受力，仅由混凝土顶底板承载纵向弯曲正应力，其工作机理与设计理论与一般预应力混凝土箱梁极其相似。因这两个相似，自2008年山东鄄城黄河桥建成至今，波形钢腹板预应力混凝土桥已为我国桥梁界所接收并取得迅速发展。如今已建和在建的波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥总数已超过40座，且有不少引起业界注意的世界性创新。表1列出了中国、日本几座具有代表性的波形钢腹板预应力混凝土桥。总体说，我国波形钢腹板预应力混凝土桥开始应用比日本晚了十年，然其建设步伐十分迅速，取得的成就已超越日本；其箱梁的技术研究已由大学实验室走向建设工地，成为有规范依据的成熟技术。

突出成就

日本波形钢腹板预应力混凝土桥应用始于第二名神高速公路的建设，此后作为推荐桥型在高速公路中推广应用。其建设长度最大的桥梁是宫家岛高架桥，总长达1432m。我国2008年建成的山东鄄城黄河桥主桥70+11×120+70m的波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁总长已达1460m。在建的南昌朝阳赣江桥主桥、副桥均采用了波形钢腹板预应力混凝土桥，建设总长已达1610m，超过了日本这类桥长的纪录。在建的郑州朝阳沟水库特大桥，主桥为58+118+188+108m波形钢腹板预应力混凝土部分斜拉桥，为目前中国最大跨波形钢腹板预应力混凝土桥，其部分斜拉桥的主跨跨度已超过日本同类桥型的日见梦大桥。合肥的南淝河95+153+95m波形钢腹板预应力混凝土连续梁桥，在我国首次大规模地采用了Q355NH焊接用耐候钢，为耐候钢的应用开启了先例。郑州市常庄水库9×50+9×50+45m波形钢腹板预应力混凝土顶推箱梁的施工，开创了充分利用波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥良好可施工性的先河。

波形钢腹板预应力混凝土箱梁源自传统的预应力混凝土箱梁，其突出改变在于用波形钢腹板取代了预应力混凝土腹板。预应力混凝土腹板有开裂问题，波形钢腹板则没有腹板开裂问题。这对大规模应用预应力混凝土连续梁（刚构）的我国桥梁可谓福音。因为这类桥的两大病害：腹板开裂、跨中持续下垂，均可借助波形钢腹板的应用从根本上解决。

广东虎门大桥辅航道150+270+150m跨预应力混凝土连续刚构为我国最大跨预应力混凝土连续梁桥，重庆石板坡大桥86.5+3×138+330+104.5m跨钢混组合连续梁为我国最大跨钢混混合梁桥。这两个跨度纪录都能借助波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁达到，且较前者可避免腹板开裂问题，较后者可避免复杂的钢混接头问题。这方面应该是大跨度波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的发展方向。

图2 10号墩大桩侧顶板顶面高程监控情况

深化其力学性能研究

波形钢腹板预应力混凝土桥设计计算的假定为：

1.纵向弯曲计算仅考虑混凝土顶底板承受轴向力，且弯曲平面假定成立； 2.纵向弯曲时剪力全部由波形钢腹板承担，且剪应力在腹板中作均匀分布。 依据这两条假定，波形钢腹板预应力混凝土箱梁总体、预应力设计可类同一般预应力混凝土箱梁，设定恒载由体内索承担，活载由体外索承担。波形钢腹板可仿钢箱梁腹板进行剪切强度验算，其剪切屈曲稳定性则按波形钢腹板剪切屈曲稳定作特殊计算。

对这两条计算假定的研究论证，是我国各高等院校科研机构关于波形钢腹板预应力混凝土箱梁受力性能研究的重点,已做了大量的工作。这几年结合波形钢腹板预应力混凝土桥的建设,特别是大跨度预应力混凝土桥的施工监控,工程界亦对此做了大量工作。图2为鄄城黄河桥10号墩波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁施工挠度实测曲线。由图可知,施工与理论挠度曲线吻合得很好。其他大桥的施工监控结果亦大抵如此。工程实践证明了计算理论的正确性。

表2为广东省地方标准《波形钢腹板预应力混凝土桥设计施工规准》（DB44/T 1393），编制工作中对中日两国波形钢腹板预应力混凝土梁设计可靠度做的对比。 此对比概括性地表现了我国对波形钢腹板预应力混凝土梁受力性能研究的深度。 关于波形钢腹板剪切屈曲稳定性，是这一桥型力学性能研究的热门研究课题。广东省地方标准《波形钢腹板预应力混凝土桥设计施工规准》（DB44/T 1393）关于这一计算的规定应该是近年来这一研究成果的归纳。

波形钢腹板预应力混凝土顶底板与波形钢腹板的连接形式、受力机理、计算方法，亦是波形钢腹板预应力混凝土桥力学性能研究的重要内容。表3列出了常用的连接方式及其工作机理。

这几年结合工程我们亦对此做了大量工作，郑州桃花峪黄河桥有专题研究报告。表4更用具体数字比较了各种连接方式的经济性。栓钉连接为我国组合梁桥最常用的

连接方式，郑州朝阳沟水库特大桥，波形钢腹板与混凝土顶底板均采用了栓钉连接方式，应属这一结构关键部位中国式的结构创新。

图3 广州市鱼窝头立交匝道桥

图4 预制式装配波形钢腹板PC组合箱梁

图5 郑州市常庄水库桥顶推施工

充分发挥其良好的可施工性

波形钢腹板与其上下翼缘板在施工过程中，可形成波形钢腹板工字行钢梁，用作施工承重。借此日本于波形钢腹板预应力混凝土桥施工中形成了一系列工法。我国广州市鱼窝头立交匝道桥为波形钢腹板预应力混凝土小半径弯桥。为省略施工支架，施工中即利用波形钢腹板工字钢梁作临时承重，形成如下施工步骤：

①架设波形钢腹板工字梁→②现浇墩上块→③挂模浇筑混凝土底板→④安装预制顶板→⑤桥面系施工。

这为波形钢腹板预应力混凝土城市高架桥无支架施工树立了样板。

图4所示为河南省交通设计院，为便利高速公路桥梁快速预制装配施工所设计的30～60m系列波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁横断面。其断面由预制波形钢腹板先张预应力混凝土工字梁。

以预制波形钢腹板先张预应力混凝土工字梁为承重结构挂模现浇的混凝土顶底板组成。其预制、吊装均类似桥梁工程中惯用的预应力混凝土T梁。其经济指标则较常用的预应力混凝土T梁更好（表5）。

波形钢腹板预应力混凝土箱梁良好的可施工性，还体现于波形钢腹板工字钢梁可作顶推用施工导梁（图5）。郑州市常庄水库9×50+9×50+45m波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁即仿此作了50m一节段的逐孔顶推施工，效果很好。

中国是钢铁大国、桥梁大国，应该发展桥梁钢混结构。波形钢腹板预应力混凝土箱梁，属于钢混组合桥中结构受力最近似我们惯用的一般预应力混凝土箱梁，且性价比优、可施工性好，宜予推广应用。

波形钢腹板组合箱梁桥是一种以波形钢板取代了混凝土腹板的钢-混组合结构桥梁型式，具有自重轻、便于装配施工、造价低、耐久性好和全寿命期经济效益高、低碳节能等众多优点，是一种符合可持续发展理念的新型桥梁结构型式，在我国有着广泛的适宜性。

2012年国内首部波形钢腹板组合梁桥规范——河南地标《公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁设计规范》(以下简称河南地标)发布。在工程经验进一步积累、技术研究日趋完善的基础上，由深圳市市政设计研究院有限公司历时三年编制的广东省地方标准《波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥设计与施工规程》DB44 /T 1393-2014于2014年发布和实施，涵盖设计、施工、质量管理等多方面的内容，达到国内领先水平。

本文针对广东地标《波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥设计与施工规程》DB44 /T 1393-2014（以下简称广东地标）的编制背景、关键技术进行系统阐述。 编制背景

波形钢腹板组合梁桥发展概况

波形钢腹板组合梁桥起源于法国，兴于日本。经过二十多年的发展，日本目前已是世界上此类桥梁建设最多的国家，已建和在建数量超300座，其中包括世界上第一座波形钢腹板组合梁斜拉桥——矢作川斜拉桥，以及第一座波形钢腹板组合梁矮塔斜拉桥——日见梦桥。

我国波形钢腹板组合梁桥虽然引入较晚，但近几年的发展和应用也有了长足的进步。而随着工程经验的积累和设计技术的进步，国内波形钢腹板组合梁已开始向大跨、复杂桥型发展。例如在建的珠海前山河大桥跨径组合90m+160m+90m、深圳东宝河新安大桥跨径组合88m+156m+88m，均居世界前列；南昌朝阳大桥主桥与郑州朝阳沟大桥则为部分斜拉桥，跨径组合分别为79m+5×150m+79m、

58m+118m+188m+108m，技术难度前所未有。这些桥的建成将标志我国波形钢腹板组合梁桥达到较高的水平。 波形钢腹板组合梁桥的优点

波形钢腹板组合梁桥被国内外桥梁工程师亲睐，并得以大量推广源于其自身的技术优点。首先力学性能方面：自重轻，结构抗震性能优越，间接作用效应不明显，预应力使用效率高，能充分利用钢、混凝土两种材料的各自优点。耐久性方面：可避免传统混凝土箱梁桥腹板开裂问题，体外预应力筋便于拆换和维修。经济效益方面：施工周期短质量高，建设期一次性投资低。产业导向方面：可减少碳排放量和砂石开采量，钢材可循环利用。 广东地标编制的必要性

基于波形钢腹板组合梁桥上述的优点和国内迅速发展的现状，制定用于广东省乃至全国波形钢腹板组合梁桥设计、施工、质量管理的技术标准势在必行。因此2011年《波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥设计与施工规程》列入了广东省质量监督局的标准制定计划。近三年的时间，深圳市市政设计研究院有限公司在广泛调查研究、总结国内外工程经验及技术成果、结合自身工程设计和咨询经验、提炼自身的科研成果、咨询省内外知名专家意见的基础上，经过编写征求意见稿、征求意见、

讨论和处理返回的意见、形成送审稿、形成报批稿等严格的流程，最终完成了广东地标的编制，并于2014年8月顺利发布，2014年11月正式实施。

波形钢腹板组合梁桥混凝土构件的计算依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行，广东地标在基本设计规定一章中作了明确说明，而较之传统PC梁桥和钢桥最大的不同是，波形钢腹板和连接件的计算，这两部分内容也是广东地标区别其他标准的关键技术内容。 波形钢腹板的抗剪计算

波形钢腹板属于组合结构桥梁中的钢构件，计算主要是稳定、强度和挠度三个方面。对于普通的钢结构构件，目前可供参考的国内规范是《钢结构设计规范》GB50017- 2004和《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86。前者为国家标准，采用极限状态设计方法，用于建筑结构；后者为公路行业标准，发布年代较早，采用容许应力设计方法，用于公路桥梁设计。需要说明的是，JTJ 025-86采用的容许应力法不符合《工程结构可靠性设计统一标准》和《公路工程结构可靠度设计统一标准》，已严重滞后。用于指导公路波形钢腹板组合梁桥设计的河南地标采用了极限状态法，顺应了设计规范发展趋势。日本《波形钢腹板PC箱梁桥设计计算手册》(以下简称日本规范)关于波形钢腹板的抗剪计算，则分别按极限荷载与设计荷载进行，前者相当于国内规范承载能力极限状态设计，后者相当于国内规范正常使用极限状态设计。表1为以上各规范关于钢构件的设计方法和内容。

广东地标在总则中便规定“本标准采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，按分项系数的设计表达式进行设计”，因此波形钢腹板的剪切屈曲和抗剪强度均按极限状态方法设计。但是考虑与老规范JTJ 025-86协调统一，同时与日本规范的设计荷载计算对应，又补充了波形钢腹板正常使用极限状态下的剪切应力计算规定，这是广东地标在设计内容上与国内《钢结构设计规范》、河南地标不同的地方。后两部规范只要求进行承载能力极限状态下的强度、稳定计算和正常使用极限状态下的挠度计算。图1为广东地标关于波形钢腹板抗剪设计的方法和内容，图中可以看出波形钢腹板抗剪计算的极限状态方法，在内容上与日本规范和JTJ 025-86做到了很好的统一。

材料参数方面，承载能力极限状态采用强度设计值，这是以概率理论为基础的极限状态设计方法的要旨，这点国内《钢结构设计规范》、河南地标与广东地标都是一致的。此外广东地标正常使用极限状态下波形钢腹板的剪切应力计算采用钢板屈服强度，同时考虑0.625倍的系数，该系数旨在与老规范JTJ 025-86可靠性上保持一致。可靠性一致的依据是，广东地标关于波形钢腹板剪切应力计算采用标准组合，该组合与JTJ 025-86的组合1相当，而JTJ 025-86钢材考虑1.6倍安全系数后的容许应力与广东地标相等。至于日本规范，规范体系不同，其极限荷载下的计算采用钢腹板屈服强度，而设计荷载计算则采用容许应力。表2为广东地标、河南地标、日本规范关于波形钢腹板抗剪计算时，采用的荷载组合和材料参数对比表格，表中可看出广东地标与日本规范在波形钢腹板抗剪计算的内容上存在一一对应关系。

图1 广东地标波形钢腹板抗剪计算内容图示

广东地标中波形钢腹板剪切应力、剪切屈曲临界应力计算公式与日本规范所使用的公式完全一致,但二者使用的荷载组合与材料参数不同。而表3中的对比表明,广东地标与日本规范在波形钢腹板抗剪计算方面可靠性基本相当。

连接件的抗剪计算

连接件的抗剪计算既是广东地标编制过程中的难点也是关键点。相关计算公式参考了日本文献和我院编写的《波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工》，但仍采用国内的极限状态设计方法，包括承载能力极限状态下的抗剪强度计算和正常使用极限状态下的混凝土压应力计算、连接件抗滑移计算。日本规范和中国规范关于荷载组合、材料参数有很大不同，把日本规范里可借鉴的公式、计算规定“中国化”，存在很大的技术难度。但标准编制组经过长时间的研究和咨询调查，采用公式和材料参数转换的方法,解决了中日两种不同规范体系的差异问题，同时可保证广东地标连接件计算公式的安全可靠性不低于日本规范。

图2表示了广东地标中连接件抗剪计算规定的由来和转换过程。表4为广东地标和日本规范关于连接件抗剪计算的内容对比。表中可看出与日本规范相比，广东地标仍有待完善的地方，其中埋入式剪力销与角钢连接混凝土限于当时的工程经验和研究成果，广东地标未有正常使用极限状态的计算规定，待深入研究后在标准修订版中补充。而角钢连接的焊缝计算，国内其他相关规范已有较成熟的规定，广东地标不再提供计算公式。

图2 连接件的极限状态设计

材料参数方面，广东地标按照国内规范的规定和习惯，承载力计算使用强度设计值，正常使用计算则采用强度标准值，与日本规范的对比如表5。

表6为广东地标与日本规范关于连接件承载能力抗剪计算可靠性方面的对比算例，其结果表明，广东地标的可靠性要高于日本规范。但连接件的正常使用极限状态计算，由于日本规范的设计荷载组合与国内公路规范的荷载标准组合一致，且相关材料参数按一定系数转换后与日本规范相等，因此可靠性完全一致。

波形钢腹板剪切屈曲临界应力的计算

波形钢腹板剪切屈曲存在三种形式：局部屈曲、整体屈曲、组合屈曲。局部屈曲为波形内局部折板段的受剪屈曲，其屈曲形式和计算理论和平钢板的剪切屈曲完全相同；整体屈曲为整个腹板的剪切屈曲，计算理论复杂；组合屈曲则为局部屈曲和整体屈曲两种形式的复合而成（图3）。三种屈曲中，控制设计的为组合屈曲，因此广东地标仅要求对组合屈曲进行验算，但组合屈曲临界应力由局部屈曲临界应力和整体屈曲临界应力的相关方程计算得到，计算过程如图4。

图3 波形钢腹板的屈曲示意图

图4 波形钢腹板剪切屈曲计算流程图

对于剪切屈曲临界应力的计算，剪切屈曲的研究计算也已经很成熟。出于经济性考虑，广东地标容许波形钢板的剪切屈曲强度处于非弹性域，因此考虑了材料的弹塑性。这点河南地标不同，其偏保守地要求波形钢板剪切屈曲强度处于屈服域。 广东地标是目前关于波形钢腹板组合梁桥设计施工相对完善的技术指导文件，其发布和实施必将推动广东省乃至全国波形钢腹板组合梁桥的发展。波形钢腹板组合箱梁作为一种特殊的组合结构桥梁，仍然存在着一些技术问题，尚未形成可供广大工程师使用的技术规定，如箱梁翼缘有效宽度计算与横隔板间距设置等，这些问题的解决将会更加助力该类桥梁的推广和应用。

钢-混凝土组合结构桥梁既能克服钢桥和混凝土桥梁的弱点，又能发挥各自优点。国外研究统计表明：其在跨径30～110m范围内具有竞争力，在60～80m跨径范围内有明显优势。欧美等国跨径15m以下的桥梁多采用钢筋混凝土梁桥，15～25m跨径采用预应力混凝土梁桥，25～60m跨径常采用钢-混组合梁桥。

波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥（以下简称波形钢腹板PC箱梁桥）是用波形钢板代替混凝土腹板形成的一种组合结构，与传统混凝土箱梁相比，波形钢腹板PC箱梁自重减轻15%～25%，充分发挥了钢-混组合结构的优势，在我国已有多座波形钢腹板PC箱梁桥建成通车。但目前30～60m跨径的波形钢腹板PC箱梁桥，主要采用现浇的形式，影响了其经济性和推广使用。

因此，波形钢腹板PC梁桥预制装配化是需要解决的关键问题。预制装配化是指采用工业化生产方式的技术，选用合理的可装配式结构体系，基于模数化、标准化设

计，在工厂按工业化产品模式完成预制，再将其运输到现场，经机械化装配后形成满足预定功能要求的工程结构。

利用波形钢腹板PC箱梁结构特点，通过采用横向预制拼装技术，可实现中等跨径波形钢腹板PC梁桥的标准化设计，工厂化生产，装配化施工。 横向预制拼装波形钢腹板PC箱梁 技术方案

将波形钢腹板PC箱梁截面先 “化整为零”为两个波形钢腹板PC工字梁单元，再将预制的两两波形钢腹板PC工字梁单元通过湿接缝横向连接，“化零为整”拼装，形成波形钢腹板PC连续箱梁（图1）。具体实现流程为：工厂化预制波形钢腹板PC工字梁→架设波形钢腹板PC工字梁→浇筑顶、底板混凝土湿接缝形成组合箱梁（或仅浇筑顶板湿接缝）→浇筑各跨间的墩顶横梁→张拉墩顶负弯矩钢筋或体外预应力钢筋形成连续箱梁（图2）。

图1 波形钢腹板PC工字梁横向连接形成箱梁

图2 现浇混凝土横梁形成连续箱梁 技术特点

1.工厂化预制波形钢腹板PC工字梁，施工质量容易控制；桥梁上下部结构可以平行作业，加快了施工进度。

2.波形钢腹板PC梁桥的二期恒载和活载由形成的箱梁承担，预制波形钢腹板PC工字梁，仅承担结构自重和施工荷载，故每片预制的工字梁截面尺寸可减小，安装重量减轻，相应增大了应用跨径。

3. 具有独特的结构优势。预制波形钢腹板PC工字梁除采用后张法预应力体系，根据预制梁的规模和场地条件，还可采用生产效率高、耐久性好、造价省的先张法体系。 断面组成

以单幅桥宽12.75m为例，40m以上跨径采用图3所示的波形钢腹板PC箱梁布置形式，40m以下采用图4所示波形钢腹板组合T梁布置形式。

图3 横向预制拼装波形钢腹板组合箱梁断面布置

图4 横向预制拼装波形钢腹板组合T梁断面布置 简支转连续结构

各跨波形钢腹板PC箱梁采用先简支后连续方式形成连续箱梁。在墩顶中横梁浇筑完成后，墩顶负弯矩可采用墩顶设置负弯矩钢筋或张拉体外预应力钢筋的方法来抵抗（图2）。

预制波形钢腹板PC工字梁 截面设计

波形钢腹板PC工字梁因腹板重量减轻,改变了混凝土梁相对钢桥自重过大的缺点,使30～60m成为经济适用跨径。与混凝土T梁相比，波形钢腹板PC工字梁预制构件尺寸可加大,相应地减少主梁片数。以12.75m桥宽为例,30m、40m和50m跨径混凝土T梁需6片,而对应的波形钢腹板PC工字梁只需4片,且单片工字梁吊装重量小于混凝土T梁(见表1)。

在净空不受限制的地区，波形钢腹板PC工字梁还可适当增加梁高，以提高材料使用效率。在保持混凝土数量基本不增加的情况下，波形钢腹板高度增加1.2倍，则波形钢腹板PC箱梁截面抗弯强度可提高约2倍。所以应用到运输条件不受限制的特大型桥梁的引桥，其适用范围还可以扩展到60m以上跨径。 波形钢腹板

波形钢腹板常用的Q345抗剪设计强度为180MPa，约是混凝土抗剪设计强度的100倍，可以有效解决混凝土箱梁腹板开裂等问题。波形钢腹板的形状尺寸是按照剪切屈服前不发生剪切屈曲、极限荷载作用时不发生剪切屈曲两个条件设计的，同时考虑桥梁横向刚度等综合因素。

2011年5月，中国工程建设标准化协会发布了《波纹腹板钢结构应用技术规程》（CECS290：2011），国内已有多条建筑用波纹腹板自动化生产线投入生产。跨径60m以下的波形钢腹板PC工字梁，其波形钢腹板为等高度、厚度20mm以下，可利用建筑波纹腹板自动化生产线来加工，以降低波形钢腹板生产成本。由于采用混合型抗剪连接件（本文内有详述），翼缘板与波形钢腹板采用自动焊接，加工完成的波形钢腹板运到预制厂以后，节段间采用高强螺栓连接，保证了在施工现场没有焊接作业。

通过采取以上措施，简化了施工工艺，有效保证了施工质量，大幅降低了生产成本。

横梁、横隔板

波形钢腹板PC工字梁的端横梁不仅能起到横向扩散荷载作用，还起到稳定及传递预应力荷载的作用。跨中设置3道横隔板，主要起连接各工字梁共同受力和满足工字梁在预制阶段承压后的稳定性。当配置体外预应力时，横隔板还起到转向块的作用。 预应力体系

由于波形钢腹板表观模量很小，故不承受轴向力，不抵抗正弯矩，预应力能有效地施加在混凝土顶、底板上，有效提高了预应力钢材的效率。50m以上跨径，采用体内预应力和体外预应力混合体系；50m以下跨径不需设置体外预应力，仅设置体内预应力和墩顶负弯矩钢筋。

波形钢腹板工字梁除设计后张法体系外，还设计了先张法体系供选择采用。 连接件

1.常用的连接件形式

波形钢腹板与混凝土顶、底板的结合部构造直接关系到桥梁承载能力，是波形钢腹板梁的最关键部位。结合部构造需能抵抗结构中钢材和混凝土材料两者间的水平剪切力，确保组合结构受力时，两种不同材料之间不会产生相对位移。

波形钢腹板与混凝土顶、底板的连接方式主要有嵌入型和翼缘型两种形式（图5）。嵌入型和翼缘型连接件各有特点：嵌入型连接件构造施工简单，焊接工作量小，抗疲劳性能好，用钢量省，经济性好。为了防止水的浸入造成腐蚀，在波形板和混凝土的连接面要进行密封处理，同时要采用在波形钢板的空隙间填充橡胶以防止混凝土漏出。翼缘型连接件的抗剪切承载力高，连接部分刚度大，但用钢量增加，焊缝多，构造和施工相对复杂。 2.设计采用的连接件形式

波形钢腹板与混凝土底板的连接采用嵌入型连接件（图5a）。

波形钢腹板与混凝土顶板的连接设计了一种混合型连接件，其构造是在嵌入型连接件的基础上，在与混凝土顶板的结合面位置上，纵向采用焊接两块翼缘板（图6）。该种连接件兼具嵌入型连接件和翼缘型连接件的优点，连接部位的刚度提高，能满足混凝土顶板承受和传递车辆荷载的作用，具有便于施工，耐久性好的特点。其次这种混合型连接件比双PBL连接件能节省30%的钢材，按连接件用钢量占波形钢腹板用钢量的20%计，通过采用这种混合型连接件，波形钢腹板用钢量能降低5%以上。

图5 连接件形式

图6 与顶板连接采用混合型连接件 技术指标

跨径30m、40m、50m相应的每平方米桥梁上部材料用量指标（不含护栏和铺装）见表2～4。

对比波形钢腹板PC箱梁桥统计指标（图7）可知，用钢量指标增大是由于预制拼装波形钢腹板PC箱梁的腹板数量增多。其余指标均正常或占优。

与钢-混组合梁桥相比，用钢量指标占优。据国内已建成的多座钢-混组合梁桥的统计，20～30m跨径单位面积用钢量约为150kg/m2，40～50m跨径为270kg/m2。

图7 波形钢腹板PC箱梁桥的材料用量指标图 适应城市高架桥建设特点的技术方案

城市高架桥大量使用满堂支架现浇施工方法，造成桥下断行，对地面交通影响很大。采用预制装配式波形钢腹板PC箱梁，可以做到无支架施工，基本不影响桥下道路通行。但考虑到城市高架桥施工场地、运输条件和桥梁美观要求，可采用“少支架施工横向预制拼装波形钢腹板PC箱梁桥”方案。 少支架施工横向预制拼装 波形钢腹板PC箱梁桥技术方案

在桥墩外侧搭设临时支架，支撑预制的波形钢腹板PC工字梁，再浇筑顶、底板湿接缝横向拼装形成箱梁，最后在支架上纵向浇筑墩顶横梁或安装预制的墩顶横梁，形成多跨连续梁或连续刚构（图8）。

图8 技术特点

本方法预制的波形钢腹板PC工字梁通过桥墩上部横梁连接成整体，减少了预制波形钢腹板PC工字梁的长度，既方便了运输和吊装工作，又能保证施工中道路不断行。为满足城市桥梁景观需要，桥墩采用隐性盖梁，上部横梁和墩身作为单独构件设计成需要的造型进行预制或现浇。

预制波形钢腹板PC工字梁除采用直腹板外，预制边梁还可采用更美观的斜腹板梁（图9）。

图9 应用与展望

我公司设计建成的河南内乡至邓州高速公路张庄分离式立交桥（图10），上部设计采用2孔40m横向预制拼装波形钢腹板PC箱梁。与预应力混凝土箱梁相比，具有吊装工作量少、构件轻、整体刚度大、抗震性能好等一系列优点，具有更好的经济性与施工便易性。

图10 张庄分离式立交桥

横向预制拼装波形钢腹板PC箱梁桥施工工艺与装配式PC梁桥基本相同，易于被设计单位和施工单位掌握。随着钢材价格的降低和规模化生产，能够使其经济性指标达到或低于同等跨径预制混凝土梁的水平。目前我国的装配式桥梁结构多为预应

力混凝土结构，当跨径大于50m时无合理装配式结构桥型，预制拼装波形钢腹板PC箱梁解决了这一问题，可成为我国30～60m跨径公路和城市桥梁常用的桥式。 2013年4月，建设部依托同济大学成立了“国家土建工程结构预制装配化工程技术研究中心”，旨在全国研发推广土建结构预制装配化技术。波形钢腹板PC箱梁桥预制装配化，符合国家对土木建筑业的发展战略，已入选2014年度交通运输建设科技成果推广目录（编号：2014036）。今后通过进一步技术改进，横向预制拼装波形钢腹板PC箱梁桥可向更大跨径推广应用。

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