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波形钢腹板梁桥跨径突破

发布日期:2019-07-18

        波形钢腹板组合箱梁从根本上避免了传统预应力混凝土箱梁桥存在的两种常见病害问题,合理地将钢、混凝土两种材料结合,提高了结构的稳定性、强度、材料使用效率。

        

        理论上,波形钢腹板梁桥可以超过预应力混凝土梁桥达到更大的跨度。目前已完成设计的波形钢腹板梁桥跨度最大的为四川嘉陵江大桥(主跨190m),该跨度还远远没有达到已建的混凝土腹板梁桥的最大跨度(301m),更没有达到波形钢腹板组合箱梁桥的极限跨度。


        箱梁结构自重是限制大跨径梁桥跨度增长的一个重要因素,特别是跨中箱梁重量。因此通过降低箱梁重量可实现跨度的突破。为了便于比较,假设箱梁截面宽度一致(梁宽19m)、箱梁高度一致(梁高4.5m),对混凝土箱梁、波形钢腹板箱梁、钢箱梁和钢底板-波形钢腹板箱梁的自重集度进行对比。


        通过计算,假定混凝土箱梁每延米的自重集度为P1,那么波形钢腹板箱梁自重集度约为0.82P1,钢箱 梁自重集度约为0.30P1,钢底板-波形钢腹板箱梁自重集度约为0.65P1。可以看出,波形钢腹板箱梁比混凝土箱梁自重轻,降低自重约20%。同时,波形钢腹板箱梁又具有预应力效率高等优点。因此,波形钢腹板混凝土梁桥可以实现并超过目前已建的混凝土连续梁桥的跨度和规模。


        波形钢腹板作为仅承受剪力的钢构件,其承载能力极限状态验算,包含抗剪强度验算和剪切稳定性验算两部分。由试设计方案的计算结果来看,波形钢腹板的屈曲稳定性是制约波形钢腹板梁桥跨径增大的主要因素之一。而波形钢腹板整体屈曲稳定性是限制钢腹板高度增加的主要原因,进而影响桥梁跨度的增长。提高波形钢腹板整体屈曲临界应力的有效措施有:设置混凝土里衬、设置水平横隔板、开发大尺寸波形钢腹板(2400型、2800型)、波形钢腹板屈曲设计进入非弹性区等。


        波形钢腹板PC箱梁在大跨度梁桥、高地震烈度区桥梁、软弱地基桥梁等方面具有广阔的应用前景。但目前还需要在以下几个方面开展深入研究:超大跨度波形钢腹板梁桥动力性能研究、超大跨度波形钢腹板梁桥腹板稳定性能研究、超大跨度波形钢腹板梁桥施工工法研究。


        总体来看,波形钢腹板组合梁是在普通PC梁的基础上发展、改进的一种组合结构,从根本上避免了普通PC梁桥腹板开裂的病害问题,合理利用钢与混凝土两种材料,减轻结构自重并改善结构力学性能,具有良好的经济性、抗震性和可施工性等优点,成为现代PC梁桥的一个主要发展方向。


        通过主跨360m波形钢腹板梁桥试设计,并与同等规模PC梁桥对比,波形钢腹板梁桥跨径可以超过300m,同时与其他桥型比较,具有良好的经济性和耐久性。


        我国经过多年理论研究和工程实践,波形钢腹板组合梁得到迅速发展,规模及跨径均超越国外同类型桥梁,并在发展中进行了波形钢腹板混合梁、波形钢腹板-钢底板、波形钢腹板-钢桁架等结构形式创新。波形钢腹板组合桥梁作为一种极富创新空间的结构形式,将会得到更大发展。