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波形钢腹板PC箱梁桥

发布日期:2019-05-21

       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),就是用波形钢腹板取代预应力混凝土箱梁的混凝土做腹板的箱形梁桥。

       波形钢腹板PC箱梁桥源于法国,却因其造价较低,抗震性能好而盛行于日本。自1993建成第一座波形钢腹板PC箱梁桥——新开桥,日本进行了大量系统的研究,成为其高速公路推荐桥型,至今已建200余座。

       我国的波形钢腹板PC箱梁桥虽然起步较晚,但发展迅速。鄄城黄河公路大桥(70m+11×120m+70m)波形钢腹板PC连续梁主桥联长1460m,南昌朝阳赣江大桥波形钢腹板预应力混凝土桥总长1610m,其规模已超过日本的宫家岛高架桥1432m的纪录;珠海前山河大桥主跨160m的设计已与最大跨径为164m的日本丰田巴川桥相接近。可以说,经过我国桥梁人的努力,国内波形钢腹板PC箱梁桥的技术水准已步入世界前列。

典型应用及优势特点

       为了诠释波形钢腹板PC箱梁桥的优势与特点,本文选取了我国的鄄城黄河公路大桥、南昌朝阳大桥,以及伊朗BR-06号桥,分别从经济性、规模化应用、抗震性能等特点进行详细说明。

鄄城黄河公路大桥——经济性佐证

       鄄城黄河公路大桥是一座横跨黄河的特大型桥梁,地处山东省南部鄄城县以北,位于山东与河南两省交界处,是规划建设的德(州)至商(丘)高速公路的一个重要控制工程。鄄城黄河大桥桥孔布置为(由北向南):9×50m折线配筋预应力混凝土简支T梁+(70m+1 1×1 2 0m+70m)波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁+58×50m折线配筋预应力混凝土简支T梁。主桥为1460m(13跨)波形钢腹板PC连续梁桥,为同类桥规模世界第一。

       波形钢腹板与顶底板采用了埋入式连接,这种连接形式的优点是构造简便、造价较低、施工方便、抗疲劳性好。由于上部结构重量的减轻给桩基工作带来了很大的节约,故其造价节约了22%,远大于日本统计的8%。

       波形钢腹板PC箱梁桥的经济性还表现于施工的快捷。鄄城黄河公路大桥混凝土梁悬臂施工中严格按设计要求的张拉龄期不低于5d控制。由于该悬臂施工桁车体系就位、模板安装工效高,加之一个节段混凝土方量较常规PC结合梁少25%以上,钢筋及预应力管道安装及后期张拉压浆作业量相当少,使得一个节段比常规PC梁节省工期25%左右。同时,由于波形钢腹板PC结合梁节段长度大(一般为4.8m),相同跨度的桥梁节段数量相对较少,因此,总体工期节省了30%以上。

       鄄城黄河桥作为中国第一座较具规模的波形钢腹板PC箱梁桥,设计中较好地体现了其经济性和施工方便的两大特点。从而为波形钢腹板PC箱梁桥在我国的推广应用做出了开拓性贡献。

南昌朝阳大桥——规模化应用

       朝阳大桥位于南昌大桥与生米大桥之间,西岸连接红谷滩地区、东岸连接朝阳新城地区,与九州高架相接,成为连接赣江两岸的又一重要纽带。

       朝阳大桥总体上由跨越赣江的157 6 m主桥(包括通航孔908m及非通航孔668m)和东岸接线、西岸接线组成,全长3.118km。主桥部分全长约1.6km,分为通航孔桥和非通航孔桥。通航孔布置采用六塔单索面斜拉桥(79+5×150+79m),采用单箱五室波形钢腹板PC组合梁。

       主梁标准段由混凝土顶底板、波形钢腹板、钢横梁体系、钢锚箱体系、人非通道体系组成;上层为机动车道,下层为非机动车及人行通道;在中间17、18号墩设置两侧贯通的观景平台,为市民提供良好的休闲观光场所。

       在我国波形钢腹板PC箱梁桥的应用发展中,南昌朝阳大桥起到里程碑的作用。其技术难度与亮点如下:

波形钢腹板PC箱梁桥的应用规模为世界之最。

79+5×150+79m跨波形钢腹板PC组合六塔斜拉桥为当前最长的波形钢腹板PC组合斜拉桥。

宽达45.84m的波形钢腹板单箱四室断面可与日本矢作川桥类比,属宽箱多室。

非通航孔50m跨波形钢腹板PC箱梁桥应用,将有力地促进组合梁桥在我国中小跨径桥梁中的应用。

伊朗BR-06号桥——抗震性佐证

       伊朗德黑兰北部高速公路,是连接首都德黑兰至里海南岸滨海城市恰卢斯的一条主要交通干线。其中BR-06特大桥位于伊朗德黑兰北部山区,在塔隆河谷与桑干河谷交汇处的上游跨越桑干河谷。桑干河谷深切,坡岸陡立,谷底到桥面高达80余米。

       BR-06桥跨径设置为83+153+83m,横向采用双幅布置,单幅桥宽13.1m,设计行车速度80km/h,设计荷载采用伊朗桥梁设计荷载规范的标准,设计抗震烈度为9度,桥梁结构设计按美国规范AASHTO进行。

       BR-06桥之所以选择波形钢腹板预应力混凝土连续梁作为其上部构造,最主要的原因就是其抗震性能优于习用的预应力混凝土箱形连续梁。在方案比选阶段,设计者在采取同样减隔震措施条件下,对80+150+83m预应力混凝土连续梁与83+153+83m波形钢腹板预应力混凝土连续梁作了对比计算。结果证明了波形钢腹板预应力混凝土箱梁的抗震优越性。

       BR-06特大桥位于9度地震区,根据《伊朗公路、铁路桥梁抗震设计标准》,其设计地震波加速度动峰值为0.35g。参照美国规范及中国规范,9度地震区设计地震波及速度动峰值为0.40g。所以,在此次抗震分析计算中,选用了7条人工合成地震波,其地震动加速度峰值均在0.40g附近。将这7条地震波作为BR-06特大桥的E1水准设计加速度时程,简称设计地震波。时程分析结果取7组地震波作用包络值的平均值。在设计地震波作用下,结构体系完好,处于弹性工作阶段,上下部结构满足强度设计要求。

       伊朗地震局提供了三次实测强震记录,其地震加速度动峰值横波为0.48~0.796g,纵波为0.505~0.816g,均远大于9度地震区伊朗规范规定的0.35g和中国、美国规范的0.40g。为此,将伊朗提供的地震波视作E2水准设计依据,作结构的延性设计验算,结构在此情况下不会完全破坏,处于弹塑性工作阶段,经过适当维修后,结构可投入正常使用。取地震局提供的3组地震波对结构作用的最大值(包络值)对结构极限承载力及位移进行验算。

       作为减隔震措施,本桥采用了摩擦摆支座。摩擦摆隔震支座利用上下座板与中座板间的滑动摩擦来耗散能量,增大结构阻尼。

       设计方案与相应的一般预应力混凝土箱形连续梁桥方案抗震计算结果作了对比。部分对比结果如下表:

       计算表明:本桥的抗震计算中,与普通PC桥方案相比,波形钢腹板PC箱梁桥方案中的阻尼器、支座、桥墩及基础的受力均有10%~25%的减小,表现出较好的抗震性能。