波形鋼腹板連續剛構橋設計參數統計與選取

文/劉春山 湖州交通規劃設計院 浙江湖州 313013范健康 湖州交通規劃設計院 浙江湖州 313013皮澤龍 西南交通大學土木工程學院 四川成都 610031王綿坤 廣東水利電力職業技術學院 廣東廣州 510925

波形鋼腹板連續剛構橋設計參數統計與選取

文/劉春山 湖州交通規劃設計院 浙江湖州 313013范健康 湖州交通規劃設計院 浙江湖州 313013皮澤龍 西南交通大學土木工程學院 四川成都 610031王綿坤 廣東水利電力職業技術學院 廣東廣州 510925

通過對已建波形鋼腹板梁橋設計參數的統計與整理，研究橋梁高跨比、梁高與波折高度之比、鋼腹板厚度與波高之比、鋼腹板波高與直板段比值四個參數隨最大跨徑的變化規律，為擬建橋梁設計提供參考。

波紋鋼腹板梁橋設計參數

鑒于波形鋼腹板橋在國內設計與建造數量較少且未形成橋梁初步設計的整套體系，本文通過對國內外已建波形鋼腹板設計參數的統計與整理，將某擬建波紋鋼腹板連續剛夠橋與整理數據進行對比，從而對擬建橋梁提供參考。

1、參數選取

橋梁的高跨比、梁高與波折高度之比、鋼腹板厚度與波高之比、鋼腹板波高與直板段比值等參數對于波形鋼腹板橋梁的受力性能有影響較大。

2、擬建橋梁參數

橋梁跨度組成為100+190+100，連續剛構橋。中間墩頂梁高度11.2m，最大跨中梁高3.3m，采用的鋼腹板厚度最大為25mm，最小為12mm，波高為0.22m，鋼腹板直板段長度為0.43m。

本橋設計主跨190m，為統計資料中連續剛構橋中跨度最大，故有必要對其墩上梁高、跨中梁高、鋼腹板厚度、波高等參數的取值進行深入分析。現統計了國內外已建成的波紋鋼腹板連續梁橋及連續剛構橋的主要設計參數，并將其繪制成表格，如表1、表2所示。其中，表1為波形鋼腹板組合箱梁橋立面布置實例；表2為波形鋼腹板連續剛構橋形狀與板厚實例。

以下假定hwmax、hwmin分別指墩頂梁高和跨中梁高，波形鋼腹板的尺寸參數見圖1。

3、參數比較及分析

3.1高跨比與最大跨度的關系

將表1中墩頂高跨比與最大跨徑之間的關系擬合成公式1，中墩上高跨比分布在0.04～0.08范圍內，幾乎均勻分布于0.06的兩側：

式中，x為最大跨徑，y為墩頂高跨比。

本橋擬采用的參數為：最大跨徑為190m，由式1計算可得，中墩頂梁高為9.92m，高跨比為0.0522。本橋擬選用的墩頂梁高為11.2m，高跨比為0.0589，偏于安全。

將表1跨中高跨比與最大跨徑之間的關系擬合成公式2，數據的相關性較好，擬合所得結果如式2所示：

式中，x為最大跨徑， y為跨中高跨比。

本橋擬采用的參數為：最大跨徑為190m，由式2計算可得，跨中梁高為2.64m，高跨比為0.0139。本橋擬選用的跨中梁高為3.3m，高跨比為0.0174，偏于安全。

3.2梁高與波折高度之比與最大跨徑的關系

將表1、表2的中墩hwmax/dw與最大跨徑的關系擬合成公式3，數據呈現較明顯的線性關系，擬合所得結果如式3所示：

式中，x為最大跨徑，y為hwmax/dw。

本橋擬采用的參數為：最大跨徑為190m，由式3計算可得，hwmax/dw為45.5。本橋擬選用的波高為0.22m，hwmax/dw為50.9，此值稍顯偏高。

從表1、表2看出，跨中hwmin/dw與最大跨徑的數據相關性不明顯，比較分散，但基本處于10～20的范圍內。

本橋擬采用的參數為：跨中梁高為3.3m，波高為0.22米，其比值為15，未偏離統計所得的常規范圍。

3.3鋼腹板厚度與波高之比與最大跨徑的關系

從表1、表2看出，twmax/dw與最大跨徑的數據相關性不明顯，比較分散，但除個別數據偏離常規范圍以外，大部分基本處于0.06～0.15之間，且twmax/dw隨著最大跨徑的增大有增加的趨勢。

本橋擬采用的參數為：鋼腹板最大厚度為25mm，波高為0.22m，其比值為0.11。符合表中數據的趨勢。

twmin/dw與最大跨徑的數據相關性也不明顯，但除個別數據偏離常規范圍以外，大部分基本處于0.04～0.06范圍內。

本橋擬采用的參數為：本橋最小鋼腹板厚度12mm，波高0.22m，其比值為0.055，處于統計所得的常規范圍之內。

3.4鋼腹板波高與直板段長度的比值與最大跨徑的關系

從表1、表2看dw/aw與最大跨徑的關系，除個別數據以外，大部分數據基本處于0.5～0.6的范圍之內。且在0.5-0.55的范圍內，分布密集。

本橋擬采用的參數為：波高0.22m，直板段長0.43m，比值為0.51，該值符合表中數據分布規律。

圖1波形鋼腹板尺寸示例

3.5波形鋼腹板主要技術參數分析匯總將前面的參數進行整理，列于表3中。

表3主要技術參數分析匯總表

4、結論

由以上分析可知：

（1）墩頂及跨中位置處的高跨比都稍高于擬合公式高跨比的計算值，擬定尺寸比值在正常范圍內。

（2）墩頂位置處的梁高與波折高度的比值hwmax/dw稍顯偏高（偏安全），可以適當調整；跨中位置處的梁高與波折高度的比值hwmin/dw符合統計得出的常規范圍。

（3）墩頂以及跨中鋼腹板厚度與波高之比與最大跨徑的關系twmax/dw、twmin/dw均符合統計規律。

（4）鋼腹板波高與直板段的比值與最大跨徑的關系dw/aw在統計得出的范圍以內。

綜上所述，墩頂、跨中位置處的高跨比以及墩頂位置處的梁高與波折高度的比值hwmax/dw都稍顯偏高，但是可以看到，它們都是偏于安全的。此外，還可以看到，將墩頂梁高和跨中梁高調低，上述三個參數將變小，接近于擬合公式的計算值。因此，梁高尚有調低的余地，但是如果從安全的角度考慮，可以不作調整。其他參數均處于統計所得出的常規范圍之內，且基本位于平均值附近；對于有變化趨勢的，也基本滿足統計數據的變化趨勢（如鋼腹板厚度與波高之比與最大跨徑的關系）。因此，其他參數無需進行太大的調整。

表1波形鋼腹板組合箱梁橋立面布置實例［1-7］

表2 連續剛構橋波形鋼腹板形狀與板厚的實例［1-7］

［1］聶建國.鋼-混凝土組合結構橋梁［M］北京.人民交通出版社，2010.

［2］蒙昊.預應力混凝土連續剛構橋的概念設計［D］.西南交通大學學位論文，2013.

［3］波紋鋼腹板PC組合箱梁橋設計與應用［M］.北京.人民交通出版社，2009.

［4］波紋鋼腹板預應力混凝土橋設計與施工［M］.北京，人民交通出版社，2009.

［5］加藤，谷口，依田，佐藤：本谷橋（波形鋼板ウェブ PC 箱桁橋）の模型実験，プレストレストコンクリ

［6］石黒，村田，須合：松の木 7 號橋（銀山御幸橋）の設計と施工，プレストレストコンクリーVol.38，No.5，1996.9.

［7］Combault J. The maupre viaduct near chrolles，France［C］//Proceedings of American Institute of SteelConstruction. Chicago： AISC，1988，3： 12. 1-12. 22.