波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁结构设计

波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁结构设计

田军

田军

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司杭州310012

摘要：波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁结构具有良好的稳定性，本文介绍了其在德胜路改造工程中的设计要点和施工方法，其施工性能和经济效益方面优势明显，应用前景广阔。

关键词：波形钢腹板；结构设计；施工

1工程概况

杭州市德胜东路（沪杭高速～文汇路）改造提升工程江干段02标分别在高架跨九盛路、杭海路处采用波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁结构，桥梁总长165m，跨径布置为45m+75m+45m，桥宽25m。

2波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁结构特点

波形钢板即折叠的钢板，具有较高的剪切屈服强度，用她作为混凝土箱梁的腹板，不但充分满足了腹板的力学性能要求，而且大幅减轻了主梁的自重，缩减了包括基础在内的下部结构所承受的上部恒载，还省去了施工时在腹板中布置钢筋、设置模板等繁杂工作。此外，波形钢板纵向伸缩自由的特点使得其几乎不抵抗轴向力，能更有效的对混凝土桥面板施加预应力，提高了预应力效率。这种结构能减少工程量、缩短工期、降低成本，在施工性能和经济性能方面具有很大的优势，其外形美观，适合在城市桥梁中使用。

3设计标准

杭州市德胜东路（沪杭高速～文汇路）改造提升工程设计为公路－Ⅰ级。，双向六车道，桥面宽度25m，桥面最大纵坡<3%，桥面横坡2%，曲率半径1500m（跨九盛路），直桥（跨杭海路，设计安全等级为一级，设计基准期为100年，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，桥梁抗震设防类别为B类。

4设计要点及施工

4.1混凝土箱梁构造

（1）上部结构为主跨75m的三跨波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁，跨径布置为45m+75m+45m。主梁采用单箱三室截面。桥面设置2.0%横坡，由箱梁顶板中心向两边倾斜（图1）。

图1混凝土箱梁构造断面图

（2）桥箱梁宽度为25m，箱梁底板宽度为15.368m~13.692m，腹板为倾斜，与水平线的夹角的正切值为2.75。梁高和底板厚度均以1.6次抛物线的形式由跨中向根部变化，跨中梁高2.5m，底板厚25cm，根部梁高4.5m，底板厚70cm。箱梁翼缘悬臂4.085m，悬臂端厚度20cm，悬臂根部厚度65cm。顶板除在中、端横梁附近由25cm加厚至50cm外，余均为等厚25cm。

（3）箱梁在边跨设置3道横隔板，在中跨设置7道横隔板，隔板厚50cm。

（4）箱梁在端横梁附近3.23m以及中横梁两侧各4.215m范围的波形钢腹板内侧设置内衬混凝土。

4.2波形钢腹板构造

（1）跨杭海路上部结构波形钢腹板波长1.60m，波高0.22m，水平面板宽0.43m，水平折叠角度为30.7°；跨九盛路上部结构由于存在曲率1500m的半径，波形钢腹板波长与水平面板宽度为非标，波高0.22m，水平折叠角度为30.7°；弯折半径为15t（t为波形钢腹板厚度）。波形钢腹板厚度采用14mm、16mm、18mm和20mm四种型号（图2）。

图2波形钢腹板不同板厚分布图

（2）波形钢腹板与顶、底板混凝土、横梁的连接。波形钢腹板与砼顶板的连接采用焊接倒“T”形开孔钢板+焊钉的连接方式（图3），倒“T”形底钢板板厚20mm，宽450mm，兼作箱梁顶板加腋处混凝土浇筑时的部分底模。倒“T”形上的开孔钢板板厚为18mm，钢板上设置直径60mm的圆孔，并贯通横桥向贯穿钢筋，钢筋直径25mm。焊钉采用22×200。

图3中腹板与顶板连接立面

波形钢腹板（中腹板）与底板采用波形钢腹板嵌入连接方式（图4），嵌入深度为280mm。波形钢腹板进入底板混凝土部分设置两行直径60mm的圆孔，并贯通横桥向钢筋，钢筋直径25mm。圆孔纵向间距为150mm，两行圆孔的竖向间距为120mm。波形钢腹板底部焊接钢板，钢板宽250mm，厚12mm，焊接钢板的中心线位置（波形钢腹板的每个平板段对应范围）开三个直径60mm圆孔。

图4中腹板与底板连接立面

波形钢腹板（边腹板）与底板采用外包的连接方式（图5），主要通过焊接横向开孔钢板+焊钉的连接方式，底板焊接宽度为520mm，厚20mm的钢板。横向开孔钢板开直径为50mm的圆孔，贯穿钢筋20mm。焊钉采用22×150。由于底板为变厚，全桥波形钢腹板（边腹板）与底板采用的外包连接方式共有5种规格。

图5边腹板与底板连接图

波形钢腹板（中腹板）与横梁连接采用焊接“Π”形开孔钢板的连接方式，“Π”形底钢板板厚20mm，宽450mm，“Π”形上的开孔钢板板厚为18mm，钢板上设置直径60mm的圆孔，并贯通横桥向贯穿钢筋，贯穿钢筋直径为：第一层25mm，第二层22mm。“Π”形开孔钢板的每块开孔钢板上均焊接一块宽118mm，厚12mm的钢板。波形钢腹板（边腹板）与横梁连接采用外包的连接方式，主要通过焊钉连接，焊钉采用22×200。

（3）波形钢腹板间的组件焊接。每个节段的波形钢腹板及其与“T”形、“Π”形开孔钢板、翼缘钢板等连接在工厂完成。

节段与节段间的波形钢腹板在施工现场焊接完成，焊接时应采取有效的工艺措施，确保钢板对位准确后，再采用全熔透坡口对接焊缝连接波形节段间的波形钢腹板，上缘倒“T”形开孔钢板、翼缘钢板及波形钢腹板下缘的底部钢板也采用全熔透坡口对接焊缝连接。

（4）波形钢腹板与内衬混凝土、横隔板（转向块）的连接。波形钢腹板与内衬混凝土和横隔板（体外预应力转向块）采用焊钉连接形式，与内衬混凝土连接焊钉采用22×150，与横隔板（体外预应力转向块）连接焊钉采用22×200。

（5）为便于波形钢腹板现场定位，提高施工中的抗扭转性能，需设置波形钢腹板临时支架，波形钢腹板需注意设置临时支架预埋件等。

4.3预应力体系施工要点

箱梁采用纵、横双向预应力体系。

（1）箱梁纵向预应力采用体内与体外相结合的体系。其中顶板束和底板束均采用体内预应力钢束，边跨底板钢束采用7φs15.20，其余体内钢束均为9φs15.20，锚下控制张拉应力均为0.75fpk（1395MPa）。体外预应力钢束采用19φs15.20类型钢绞线，锚下控制张拉应力0.65fpk（1209MPa）。

（2）箱梁顶板横向预应力采用3φs15.20钢绞线，锚下控制张拉应力0.75fpk（1395MPa）。

（3）预应力采用两端张拉。预应力钢束采用张拉力与伸长量双控，图纸上给出的伸长量为理论计算值，实际值需根据钢绞线检测结果与管道摩阻系数测试后进行相应的修正。

（4）所有纵向、横向体内预应力管道均采用圆形和扁形塑料波纹管，并采用真空辅助压浆工艺。

（5）满堂支架施工，待混凝土达到85%设计强度以上，龄期大于10天以上，对称张拉50%端横梁和中横梁钢束；然后按照先长后短的原则，对称张拉顶板钢束T1、T2，边跨底板束B6以及中跨底板束B2、B3、B4、B5；接着浇注合龙段及内部横隔板，待混凝土达到85%设计强度以上，龄期大于10天以上，按照先长后短的原则，对称张拉剩余顶底板中的体内钢束；然后对称张拉剩余50%端横梁和中横梁钢束；接着对称张拉体外钢束E1、E2；完成后对称张拉桥面板横向钢束；最后拆除满堂支架，进行桥面二期铺装及护栏等附属设施的施工。

（6）体内预应力张拉完成后，孔道内应尽早压浆（24小时内）；压浆采用真空辅助压浆工艺，孔道两侧密封，压浆前应用压缩空气清除管道杂质。

（7）本桥采用的体外预应力体系是以“易安装、可检查、可维修、可更换”为出发点进行设计，要求采用的体外预应力体系具备有效的防腐措施，能够方便进行单根换束，能够对钢束进行多次张拉、补张拉等操作。

（8）体外预应力转向器需确保钢束在转向过程中钢绞线间位置平行，使得钢绞线能均匀受力，减小钢绞线磨损，并且能够方便有效地进行单根换束。

（9）体外预应力减震装置的设置需满足相应规范要求，使索体与梁体的竖向自振频率（基频）之比不小于5来确定，并满足减震装置（包括转向位置）的间距不大于9m。

5结语

波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁结构与其他结构相比，较好的利用了钢与混凝土的优点，提高了结构的稳定性和材料的使用效率，结构外形美观，抗震性能好，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规范》[s].

[2]JTGD62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[s].

[3]JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》[s].

[4]GB/T5224-2005《预应力混凝土用钢绞线》[s].

[5]CJJ11-93《城市桥梁设计准则》[s].