波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁施工技術(shù)

橋梁施工新技術(shù)現(xiàn)場經(jīng)驗交流會波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁施工技術(shù) 中鐵十三局集團有限公司1 波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁施工技術(shù) 中鐵十三局集團第四工程有限公司周軍張福寶顧太宇 內(nèi)容提要：本文以集團公司承建的青海省國道g214線新型試驗橋（鋼-混凝土組合箱梁橋—三道河中 橋）為工程實例，簡述了波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)特點及施工流程，全面介紹了在海拔接近 4000m的青藏高原，高寒、缺氧條件下波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁施工全過程。 關(guān)鍵詞：組合箱梁波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力高原施工 前言： 減輕預(yù)應(yīng)力混凝上箱梁橋重量的有效方法之一是采用波紋鋼腹板。我國近年對這種結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、 工程設(shè)計和施工方法等方面的研究取得了重要的進展。青海省國道g214線三道河中橋是國內(nèi)第一座采用 波紋鋼腹板跨徑達50m的單箱雙室截面預(yù)應(yīng)力簡支組合梁結(jié)構(gòu)，亦為交通

結(jié)合三道河中橋工程實例,重點介紹了波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁波紋鋼腹板安裝,鋼腹板間、與頂?shù)装?、與橫隔板和端橫梁的連接以及體外預(yù)應(yīng)力施工等關(guān)鍵技術(shù)。實踐證明,采用波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁不但能減輕預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的重量,還可實行工廠化生產(chǎn),達到簡化工藝、節(jié)約材料用量、降低成本的目的,保證工程施工質(zhì)量。三道河中橋的建設(shè)對于預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁的推廣應(yīng)用起到了積極促進作用。

基于應(yīng)力相關(guān)材料阻尼理論,選擇波紋鋼腹板組合箱梁這一新型鋼、混組合橋梁結(jié)構(gòu),通過波紋鋼板和鋼筋混凝土的單位體積損耗因子,由能量法推導(dǎo)求得波紋鋼腹板組合箱梁的損耗因子公式。結(jié)合有限元計算的各個單元的應(yīng)力得到損耗因子,根據(jù)一個振動周期能量耗散相等原理,求得等效阻尼比,并將其與實測結(jié)果進行比較。分析結(jié)果表明:波紋鋼腹板組合箱梁橋材料阻尼值不是一個固定值,它是隨著應(yīng)力水平的提高而增大。在自由振動和車輛荷載激勵狀態(tài)下,波紋鋼腹板組合箱梁的等效阻尼比建議取為0.3%。提出的損耗因子公式和等效阻尼比的計算可為波紋鋼腹板組合箱梁橋動力分析中阻尼的取值提供參考。

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波紋鋼腹板箱梁是一種新型的橋梁結(jié)構(gòu),具有自重輕,改進結(jié)構(gòu)性能,方便施工,降低工程造價及造型優(yōu)美等優(yōu)點。采用力學(xué)的基本理論和方法,分析箱梁波紋鋼腹板對抗彎的貢獻并研究腹板上的剪應(yīng)力沿高度的變化規(guī)律;理論推導(dǎo)初步得出波紋腹板對截面軸向剛度和抗彎剛度的貢獻和剪應(yīng)力沿梁高分布變化的結(jié)論。根據(jù)實驗結(jié)果和有限元分析結(jié)果驗證理論分析的合理性。

以某跨徑為40m的波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合梁橋為原型,根據(jù)相似理論設(shè)計制作了縮尺模型試驗梁。通過測試模型梁在靜力荷載作用下的撓度和應(yīng)變,研究了該橋型的抗剪受力性能。采用有限元方法研究了波紋鋼腹板的整體尺寸、波紋板厚度、波折角度、波紋板高度和平板寬度等對波紋鋼腹板構(gòu)件非線性剪切屈曲性能的影響。另外,對hamilton所做的波紋鋼腹板剪切屈曲試驗結(jié)果進行了回歸分析,給出了波紋鋼腹板局部屈曲強度的半經(jīng)驗半理論計算公式。結(jié)果表明:混凝土頂板和底板承擔(dān)了大部分彎矩,波紋鋼腹板主要承擔(dān)剪力,且剪力沿波紋板高度方向均勻分布。

青海省國道g214線k286+907三道河中橋是由我建設(shè)管理局承建的交通部新型科研試驗橋,該橋上部結(jié)構(gòu)為1孔50m鋼—混凝土組合箱梁,采用波紋鋼腹板,本文將結(jié)合本人對此橋的施工體會著重介紹波紋鋼腹板的安裝施工技術(shù)。

青海省國道g214線三道河中橋是由中鐵十三局集團公司承建的新型試驗橋,該橋上部結(jié)構(gòu)為鋼-混凝土組合箱梁,采用波紋鋼腹板,本文將著重介紹波紋鋼腹板的安裝施工技術(shù)。

結(jié)合剛剛建成的目前國內(nèi)跨度最大的波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合箱梁橋——三道河中橋的設(shè)計與施工過程,從波紋鋼腹板、剪力連接鍵及預(yù)應(yīng)力的布置等介紹其設(shè)計過程與構(gòu)造細節(jié),并在此基礎(chǔ)上詳細地闡述了該橋的施工工藝流程,包括波紋鋼腹板、剪力連接鍵以及預(yù)應(yīng)力的施工過程和特點,為該橋型在國內(nèi)的推廣應(yīng)用提供參考和積累經(jīng)驗。

在總結(jié)分析國外波紋鋼腹板組合梁疲勞試驗研究成果的基礎(chǔ)上,采用美國mts電液伺服加載系統(tǒng),對3片波紋鋼腹板組合箱梁試驗梁進行了疲勞試驗,并對波紋鋼腹板組合箱梁的應(yīng)變、撓度變化規(guī)律進行了分析。結(jié)果表明:波紋鋼腹板疲勞殘余應(yīng)變隨疲勞加載次數(shù)的增加而增加,變化規(guī)律比混凝土頂、底板的變化規(guī)律明顯;波紋鋼腹板組合箱梁混凝土頂、底板及波紋鋼腹板的剛度在疲勞荷載作用下下降不明顯,不足以對梁的受力產(chǎn)生明顯影響;隨著疲勞加載次數(shù)的增加,截面應(yīng)變沿梁高方向的分布變化不大,而且基本保持直線;對波紋鋼腹板組合箱梁采用基于平截面假定的承載能力計算方法是可行的。

對國內(nèi)有關(guān)波紋鋼腹板pc組合葙梁橋的有關(guān)文獻進行總結(jié),歸納波紋鋼腹板pc組合葙梁橋的靜力性能(抗彎、抗剪、抗扭、剪力滯效應(yīng))、疲勞性能、徐變、施工方法的研究現(xiàn)狀,以期對今后波紋鋼腹板組合箱梁橋的研究有所幫助.

針對先簡支后連續(xù)的組合箱梁設(shè)計、施工中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量通病，結(jié)合京福高速公路江西溫沙段的撫河特大橋，提出了防治措施及建議。

隨著我國高速公路建設(shè)的發(fā)展,普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋型也常被采用,但是幾乎所有現(xiàn)澆連續(xù)箱梁都有不同程度的質(zhì)量缺陷問題,因此防治工作不容忽視。

波紋鋼腹板組合箱梁是一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)型式,這種結(jié)構(gòu)是以波紋鋼腹板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土腹板或平面鋼腹板,既能減輕結(jié)構(gòu)自重,又能充分發(fā)揮各種材料的性能。通過對波紋鋼腹板縱向剛度和波紋鋼腹板組合截面軸向剛度的分析,得出波紋鋼腹板組合箱梁的抗彎剛度公式,并以國內(nèi)外已有的研究成果為依據(jù),推導(dǎo)出這種組合箱梁的承載力計算公式。

為了研究波紋鋼腹板組合箱梁pbl剪力連接件的力學(xué)性能。分別通過非線性有限元和實驗研究,分析了pbl剪力連接件力學(xué)性能。采用pbl連接件的推出實驗試件,進行了推出實驗研究;用有限元方法模擬pbl連接件從開始受力到剪斷破壞的全過程,研究了pbl連接件的滑移量、承載能力等力學(xué)性能。有限元分析結(jié)果和試驗實測結(jié)果的對比分析表明:二者差別較小,實測結(jié)果的正確性,也驗證了有限元分析方法的精度和可行性。

采用midas建立某波紋鋼腹板三跨連續(xù)梁橋有限元模型,分析不同橋跨比對該新型結(jié)構(gòu)的動力特性的影響,從分析結(jié)果中提取振型模態(tài)及振動頻率并進行數(shù)據(jù)對比,提出了合理的橋跨比范圍,為實際設(shè)計波紋鋼腹板箱梁橋提供參考。

波形鋼腹板pc組合箱梁橋是一種經(jīng)濟、高效、施工簡便的新型橋梁結(jié)構(gòu)形式,隨著我國對波形鋼腹板pc組合箱梁結(jié)構(gòu)研究的不斷深入和應(yīng)用技術(shù)的成熟,它將在我國的橋梁工程中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。以衛(wèi)河特大橋為例,對寬幅多室波形鋼腹板pc組合箱梁的施工技術(shù)及工藝進行了闡述。

裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋,在河南省少林寺至洛陽高速公路建設(shè)中普遍采用。在由我單位承建的少洛高速二標(biāo)少林河大橋、顧家河大橋、石崖河大橋箱梁施工實踐中,通過探索,采取了一些提高施工質(zhì)量的措施。論文對裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁施工技術(shù)作了介紹,并著重指出了施工中應(yīng)注意的問題。

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結(jié)合太原市某高架橋工程,簡要介紹了波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋的構(gòu)造特點、設(shè)計注意事項等,并采用橋梁博士軟件對全橋進行了計算,為今后類似工程提供參考。

為了簡化計算波紋鋼腹板組合箱梁在汽車偏心荷載作用下的變形和內(nèi)力,針對波紋鋼腹板組合箱梁抗扭剛度較弱,在偏心荷載作用下會產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)和畸變變形的特點,參考普通混凝土箱梁偏心增大系數(shù)的計算原理和方法,針對等高度和變高度2種結(jié)構(gòu)形式的波紋鋼腹板箱梁,推導(dǎo)了單位扭矩作用下扭轉(zhuǎn)角和畸變角的解析計算公式,得到了考慮畸變變形情況下波紋鋼腹板組合箱梁偏心增大系數(shù)的理論計算公式。結(jié)合某模型試驗結(jié)果可以看出,實測值與理論計算值比較接近,誤差范圍為0.5%12.3%,說明了所推導(dǎo)理論公式的正確性。并且,把試驗數(shù)據(jù)與普通混凝土箱梁偏心增大系數(shù)經(jīng)驗值相比較,說明了波紋鋼腹板箱梁抗扭剛度較低,由箱梁扭轉(zhuǎn)和畸變會引起較大的偏心增大系數(shù),從而會引起較大的變形和內(nèi)力,在實際設(shè)計中應(yīng)引起充分重視。

采用sap2000建立了波紋鋼腹板混凝土箱梁的空間有限元模型,并通過與波紋鋼腹板混凝土試驗箱梁實測值的對比驗證了有限元模型的適用性,進而分析了波紋鋼腹板結(jié)構(gòu)參數(shù)對梁動力特性的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明,波紋鋼腹板厚的增大能在一定程度上提高箱梁的振動頻率,尤其是扭轉(zhuǎn)振動頻率;波紋鋼腹板折疊角變大時,其對豎向振動頻率和橫向振動頻率影響較小,但能較大地提高扭轉(zhuǎn)振動頻率;波紋鋼腹板水平面板寬度的變化使波紋鋼腹板箱梁的豎向振動頻率、扭轉(zhuǎn)振動頻率、橫向振動頻率都是先增加后減小,因此存在最優(yōu)板寬范圍,但不宜過大。