波形钢腹板组合梁桥课程设计

第27卷 第1期 湖 南 城 市 学 院 学 报 （自然科学版） V ol. 27 No.1 2018年1月 Journal of Hunan City University （Natural Science ） Jan. 2018收稿日期：2017-12-14作者简介：吴薇(1986-)，女，广州人，工程师，主要从事市政路桥设计．E-mail: 385220439@大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥设计吴 薇(广东省冶金建筑设计研究院，广州 510080)摘 要：结合钢腹板连续组合箱梁的结构受力特点和混凝土与钢材的连接特点，针对单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥进行了有限元分析，有限元分析模型以红棉大道工程一期主桥为依托，利用商业软件midas ，对单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥进行抗弯计算、抗剪计算，以其有限元计算的数据为基准，揭示了该工程针对大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥的设计的改善方法．关键词：波形钢腹板混凝土组合箱梁；体外预应力；大跨度桥梁；有限元中图分类号：U443 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2018.01.0002 文章编号：1672–7304(2018)01–0007–05Design on Long - Span Single Box Dual Chambers Corrugated Steel WebContinuous Composite Box Girder BridgeWU Wei(Guangdong Metallurgical and Architectural Design Institute, Guangzhou, Guangdong 510080, China)Abstract: Combined the structural force characteristics and the concrete and steel connection characteristics of continuous composite box girder with steel web are investigated, the single box dual chamber corrugated steel web continuous composite box girder bridge is subjected to the finite element analysis. The finite element analysis model is based on the Hongmian Road Project . The composite box girder bridge is subjected to bending calculation and shear calculation by using the commercial software Midas. Based on the data of finite element calculation, the design and improvement method of this project for single box dual chamber corrugated steel web continuous composite box girder with large span is revealed.Key words: corrugated steel web composite concrete box girder; prestress in vitro; long span of the bridge; finite element波形钢腹板混凝土组合箱梁(以下简称为CSW 组合箱梁)是一种新型的、针对桥梁体系的、轻型高强的钢－混凝土组合结构．CSW 组合箱梁可看成是由混凝土顶底板、体外预应力筋和波形钢腹板三者构成的组合结构，并且充分发挥了钢和混凝土材料的各自特点，利用了混凝土抗压强度高，波形钢腹板抗剪屈服强的材料特性在欧美得到广泛的应用，而在我国也得到逐渐的推广和应用[1-5]．众所周知，桥梁设计正往大跨度，轻质高强方向发展，而CSW 组合箱梁就是具备轻质高强特性的构件，所以如何使CSW 组合箱梁跨度增大则成了设计关键问题[1]．桥梁的跨度增大，跨中弯矩和支点反弯矩必然会增大，其抗弯，抗剪和抗扭设计则成了技术难点．此外，为了兼顾桥梁的安全性和耐久性，大跨度的CSW 组合箱梁桥也要着重波形钢腹板和混凝土顶板和底板的连接设计[6-8]．因此，大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥设计具备工程研究价值．本文首先以红棉大道工程一期主桥为例子，剖析其主要情况和设计特点，利用商业软件midas ，建立大跨度CSW 组合箱梁桥有限元模型，分析其内力和应力特性，并且对其进行抗弯计算、抗剪计算．以其有限元计算数据为基准，揭示了本工程针对大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥的设计改善方法．1 工程概况1.1 大跨度CSW 组合箱梁桥设计概况红棉大道工程一期(风神立交~西二环高速和顺立交)位于广州市花都区中西部，路线途经新华街、炭步镇，总体呈南北走向，北起风神大道(风湖 南 城 市 学 院 学 报（自然科学版）2018年第1期8神立交)，向南依次与工业大道、黄河路(规划)、岐山路、车城大道(规划)、白云六线(规划)、巴江河，港口大道(规划)、水泥厂路、炭中路(规划)等道路相交，终点最后接佛山一环东线的北延长线与西二环相交，全长8.134 km，道路等级为城市快速路，计算行车速度60 km/h；桥梁荷载等级为城-A级；巴江河通航等级为内河三级航道，净空BH=110 m×10 m．主桥为78 m+130 m+78 m大跨度CSW组合箱型连续梁桥，为3向预应力混凝土结构，主梁为分幅式单箱双室截面．主桥布置见图1，CSW 组合箱梁横截面见图2．单幅箱梁顶宽19.25 m，单侧悬臂长度为3.375 m，桥面横坡为单向2％，箱底宽12.5 m，箱底保持水平．墩顶0号梁段长11.6 m，2个“T构”的悬臂各分为12对梁段，单节长度为4.8 m，累计悬臂总长57.6 m．跨中合拢段和边跨合拢段均为3.2 m长，2个边跨现浇梁段各长11.4 m．墩顶处箱梁梁高为7.5 m，高跨比1/17.3，中跨跨中以及边跨现浇梁段梁高均为3.5 m，高跨比1/37.1．箱梁高度按二次抛物线变化；箱梁顶板厚为30 cm；箱梁底板根部厚为100 cm(未含倒角)，中跨跨中及边跨现浇段为30 cm，箱梁底板厚也按二次抛物线变化；腹板采用1600型波形钢腹板，箱梁中支点单侧9.1 m范围、边吴薇：大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥设计第27卷9 支点3.35 m范围内采用混凝土加厚(钢混凝土组合腹板段)，以增加抗剪抗扭能力，其厚度按直线渐变．纵向预应力配置了顶板束(T)、底板束(B)、体外束(TW)．顶板钢束T0～T4采用22Φs15.2 mm钢铰线，T5～T12采用19Φs15.2 mm钢铰线；边跨底板钢束BB1～BB2采用19Φs15.2 mm的钢铰线，中跨底板钢束CB1～CB8采用12Φs15.2 mm 的钢铰线；边跨顶板钢束BT1～BT2采用19Φs15.2 mm的钢铰线，中跨顶板钢束CT1～CT2采用17Φs15.2 mm的钢铰线．钢绞线标准强度f pk=1 860 MPa，锚下张拉控制应力0.75f pk=1 395 MPa．预应力管道均采用预埋塑料波纹管成形．张拉控制采用张拉力与延伸量的双控体系．箱梁的波形钢腹板采用的体外预应力束体符合国家标准《环氧涂层七丝预应力钢绞线》(GB/T 21073-2007)规定的，每束采用19根15.2 mm钢绞线，外包HDPE护套．其标准抗拉强度f pk=1 860 MPa，延伸率≥3.5%，张拉控制应力＝0.65f pk=1 209 MPa．箱梁体外钢束采用专用锚具，性能满足国际预应力协会FIP《后张预应力体系的验收和应用建议》、《体外预应力材料及体系》及《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》(JT/T 329-2010)的技术要求[7]．箱梁在0#块梁段设1道3 m中横梁，边跨端部各设1道2.3 m的横梁，边跨设置2道横隔板，中跨设置4道横隔板，横隔板厚度为0.5 m．波形钢腹板：采用符合《桥梁用结构钢》(GB/T 714-2008)标准的Q345qC钢；波形钢腹板连续梁顶底板、梁底调平楔形块采用C55混凝土．1.2 大跨度CSW组合箱梁桥连接设计如图3所示，波形钢腹板与混凝土顶板采用Twin-PBL连接，与混凝土底板采用S-PBL键+栓钉连接．其中，上翼缘钢板与上开孔钢板厚度采用20 mm，下翼缘钢板与下开孔钢板厚度采用16 mm，开孔Φ60，孔间距160 mm，上开孔钢板高(a)Twin-PBL连接(b)S-PBL+栓钉连接图3 波形钢腹板与混凝土顶、底板连接示意度为200 mm，下开孔钢板高度为150 mm，顶板贯穿钢筋Φ28，底板贯穿钢筋Φ25；栓钉采用Φ19 mm，长度15 cm．此外，波形钢腹板之间的连接主要有：高强螺栓单面摩擦连接、全断面熔融焊对接连接、搭接连续贴角焊接连接等几种方式，为方便施工设计采用了搭接连续贴角焊接连接的方式，使用螺栓临时固结．2 大跨度CSW组合箱梁桥有限元模型本桥为78 m+130 m+78 m三跨变截面波形钢腹板连续梁桥体系，根据设计图纸的结构布置和施工方法，采用大型空间桥梁有限元计算软件MIDAS CIVIL建立结构有限元分析模型．按主梁对结构整体建模，箱梁取全截面进行计算，不计桥面混凝土铺装与箱梁共同作用，仅作为二期恒载考虑，活载横向分布系数按考虑活载偏心作用的偏心系数法计算，按全预应力混凝土构件设计．全桥共分89个节点，70个单元，有限元离散模型及关键截面示意图见图4．图4 主桥有限元计算模型3 测试结果分析3.1 CSW组合箱梁桥正常使用极限状态根据图5~图8的正常使用极限状态的弯矩剪力结果以及应力计算结果，其验算结果如下．(1)受拉区预应力钢筋拉应力验算．施工阶段扣除短期预应力损失后的预应力钢筋锚固端的最大有效预应力为：pkcon1253MPa0.75f=≤=湖 南 城 市 学 院 学 报（自然科学版）2018年第1期101395MPa；使用阶段扣除全部预应力损失并考虑作用标准值引起钢束应力变化后，预应力钢筋的最大拉应力为：1134MPape pσσ+=≤pk0.65f=1209MPa．因此预应力钢筋最大拉应力满足要求．(2)正截面抗裂验算．所有荷载组合下，主桥主梁的梁底及梁顶均未出现拉应力，因此所有截面均满足全预应力混凝土构件正截面抗裂要求．(3)使用阶段正截面压应力验算．使用阶段最大压应力ck12.58MPa0.5kc ptfσσ+=≤=17.75表示-方向表示-方向表示-方向表示-方向吴薇：大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥设计第27卷11MPa，满足弹性阶段正截面压应力的使用要求．3.2 CSW组合箱梁桥承载力极限状态计算根据图9和图10的承载力极限状态计算的弯矩剪力结果以及应力计算结果，其验算结果使用阶段正截面抗弯验算：承载能力状态抗弯验算满足规范设计要求．4 大跨度CSW组合箱梁桥设计改善措施(1)采用波形钢腹板箱梁常用的体外预应力方式以满足规范的抗裂计算；(2)采用混凝土加厚波形钢腹板，以增加其抗剪抗扭能力，顶板和底板的混凝土可以采用高强度的混凝土；(3)采用良好的组合结构连接方式，使大跨度CSW组合箱梁拥有良好的整体性，例如PBL+栓钉连接等；(4)已有研究表明，横隔板的增加能够有效减少CSW组合箱梁发生扭转和畸变，因而本工程采用良好横隔板设计．5 结论(1)本CSW组合箱梁桥不仅为大跨度桥梁，还是新型的单箱两室箱梁，其设计要考虑抗剪和抗扭特性；(2)采用混凝土加厚波形钢腹板、良好的组合结构连接方式和横隔板的设计能有效提高CSW 组合箱梁桥的抗剪和抗扭性能，这是尤为重要的设计改善措施；(3)通过本工程针对大跨度CSW组合箱梁桥的设计，满足正常使用极限状态和承载力极限状态的验算．参考文献：[1]刘玉擎. 组合结构桥梁[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005.[2]雷峰涛. 波纹钢腹板预应力混凝土箱梁腹板稳定性研究[D].西安: 长安大学, 2011.[3]李宏江, 叶见曙, 万水, 等. 剪切变形对波形钢腹板箱梁挠度的影响[J]. 交通运输工程学报, 2002, 2(4): 17-20.[4]陈宝春, 王远洋, 黄卿维. 波形钢腹板混凝土拱桥新桥型构思[J]. 世界桥梁, 2006(4): 10-14.[5]单成林. 波形钢腹板预应力梁桥体外索参数有限元分析[J].华南理工大学学报: 自然科学版, 2006, 34(4): 5-8.[6]胡华万. 波形钢腹板PC组合箱梁剪切屈曲性能研究[D]. 成都:西南交通大学, 2009.[7]宋建永. 波纹钢腹板体外预应力组合梁力学性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2003.[8]江克斌, 丁勇. 波纹钢腹板组合箱梁桥力学性能研究现状及发展[J]. 钢结构, 2010, 25(12): 1-5.(责任编校：陈健琼)表示-方向表示-方向。

大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥设计吴薇【摘要】Combined the structural force characteristics and the concrete and steel connection characteristics of continuous composite box girder with steel web are investigated, the single box dual chamber corrugated steel web continuous composite box girder bridge is subjected to the finite element analysis.The finite element analysis model is based on the Hongmian Road Project.The composite box girder bridge is subjected to bending calculation and shear calculation by using the commercial software Midas. Based on the data of finite element calculation, the design and improvement method of this project for single box dual chamber corrugated steel web continuous composite box girder with large span is revealed.%结合钢腹板连续组合箱梁的结构受力特点和混凝土与钢材的连接特点,针对单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥进行了有限元分析,有限元分析模型以红棉大道工程一期主桥为依托,利用商业软件midas,对单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥进行抗弯计算、抗剪计算,以其有限元计算的数据为基准,揭示了该工程针对大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥的设计的改善方法.【期刊名称】《湖南城市学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(027)001【总页数】5页(P7-11)【关键词】波形钢腹板混凝土组合箱梁;体外预应力;大跨度桥梁;有限元【作者】吴薇【作者单位】广东省冶金建筑设计研究院,广州 510080【正文语种】中文【中图分类】U443波形钢腹板混凝土组合箱梁(以下简称为CSW组合箱梁)是一种新型的、针对桥梁体系的、轻型高强的钢－混凝土组合结构.CSW组合箱梁可看成是由混凝土顶底板、体外预应力筋和波形钢腹板三者构成的组合结构，并且充分发挥了钢和混凝土材料的各自特点，利用了混凝土抗压强度高，波形钢腹板抗剪屈服强的材料特性在欧美得到广泛的应用，而在我国也得到逐渐的推广和应用[1-5].众所周知，桥梁设计正往大跨度，轻质高强方向发展，而 CSW 组合箱梁就是具备轻质高强特性的构件，所以如何使 CSW 组合箱梁跨度增大则成了设计关键问题[1].桥梁的跨度增大，跨中弯矩和支点反弯矩必然会增大，其抗弯，抗剪和抗扭设计则成了技术难点.此外，为了兼顾桥梁的安全性和耐久性，大跨度的 CSW 组合箱梁桥也要着重波形钢腹板和混凝土顶板和底板的连接设计[6-8].因此，大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥设计具备工程研究价值.本文首先以红棉大道工程一期主桥为例子，剖析其主要情况和设计特点，利用商业软件midas，建立大跨度 CSW 组合箱梁桥有限元模型，分析其内力和应力特性，并且对其进行抗弯计算、抗剪计算.以其有限元计算数据为基准，揭示了本工程针对大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥的设计改善方法.1 工程概况1.1 大跨度CSW组合箱梁桥设计概况红棉大道工程一期(风神立交～西二环高速和顺立交)位于广州市花都区中西部，路线途经新华街、炭步镇，总体呈南北走向，北起风神大道(风神立交)，向南依次与工业大道、黄河路(规划)、岐山路、车城大道(规划)、白云六线(规划)、巴江河，港口大道(规划)、水泥厂路、炭中路(规划)等道路相交，终点最后接佛山一环东线的北延长线与西二环相交，全长8.134 km，道路等级为城市快速路，计算行车速度60 km/h；桥梁荷载等级为城-A级；巴江河通航等级为内河三级航道，净空BH=110 m×10 m.图1 主桥布置图图2 CSW组合箱梁横截面图主桥为78 m+130 m+78 m大跨度CSW组合箱型连续梁桥，为3向预应力混凝土结构，主梁为分幅式单箱双室截面.主桥布置见图1，CSW组合箱梁横截面见图2.单幅箱梁顶宽19.25 m，单侧悬臂长度为3.375 m，桥面横坡为单向2%，箱底宽12.5 m，箱底保持水平.墩顶0号梁段长11.6 m，2个“T构”的悬臂各分为12对梁段，单节长度为4.8 m，累计悬臂总长57.6 m.跨中合拢段和边跨合拢段均为3.2 m长，2个边跨现浇梁段各长11.4 m.墩顶处箱梁梁高为7.5 m，高跨比1/17.3，中跨跨中以及边跨现浇梁段梁高均为3.5 m，高跨比1/37.1.箱梁高度按二次抛物线变化；箱梁顶板厚为 30 cm；箱梁底板根部厚为 100 cm(未含倒角)，中跨跨中及边跨现浇段为30 cm，箱梁底板厚也按二次抛物线变化；腹板采用1600型波形钢腹板，箱梁中支点单侧9.1 m范围、边支点3.35 m范围内采用混凝土加厚(钢混凝土组合腹板段)，以增加抗剪抗扭能力，其厚度按直线渐变.纵向预应力配置了顶板束(T)、底板束(B)、体外束(TW).顶板钢束T0～T4采用22Φs15.2 mm钢铰线，T5～T12采用19Φs15.2 mm钢铰线；边跨底板钢束BB1～BB2采用19Φs15.2 mm的钢铰线，中跨底板钢束CB1～CB8采用12Φs15.2 mm的钢铰线；边跨顶板钢束 BT1～BT2采用19Φs15.2 mm的钢铰线，中跨顶板钢束CT1～CT2采用17Φs15.2 mm 的钢铰线.钢绞线标准强度fpk=1860 MPa，锚下张拉控制应力0.75fpk=1395 MPa.预应力管道均采用预埋塑料波纹管成形.张拉控制采用张拉力与延伸量的双控体系.箱梁的波形钢腹板采用的体外预应力束体符合国家标准《环氧涂层七丝预应力钢绞线》(GB/T 21073-2007)规定的，每束采用19根15.2 mm钢绞线，外包HDPE 护套.其标准抗拉强度fpk=1860 MPa，延伸率≥3.5%，张拉控制应力＝0.65fpk=1209 MPa.箱梁体外钢束采用专用锚具，性能满足国际预应力协会 FIP 《后张预应力体系的验收和应用建议》、《体外预应力材料及体系》及《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》(JT/T 329-2010)的技术要求[7].箱梁在0#块梁段设1道3 m中横梁，边跨端部各设1道2.3 m的横梁，边跨设置2道横隔板，中跨设置4道横隔板，横隔板厚度为0.5 m.波形钢腹板：采用符合《桥梁用结构钢》(GB/T 714-2008)标准的Q345qC钢；波形钢腹板连续梁顶底板、梁底调平楔形块采用C55混凝土.1.2 大跨度CSW组合箱梁桥连接设计如图3所示，波形钢腹板与混凝土顶板采用Twin-PBL连接，与混凝土底板采用S-PBL键+栓钉连接.其中，上翼缘钢板与上开孔钢板厚度采用20 mm，下翼缘钢板与下开孔钢板厚度采用16 mm，开孔Φ60，孔间距160 mm，上开孔钢板高度为200 mm，下开孔钢板高度为150 mm，顶板贯穿钢筋Φ28，底板贯穿钢筋Φ25；栓钉采用Φ19 mm，长度15 cm.此外，波形钢腹板之间的连接主要有：高强螺栓单面摩擦连接、全断面熔融焊对接连接、搭接连续贴角焊接连接等几种方式，为方便施工设计采用了搭接连续贴角焊接连接的方式，使用螺栓临时固结.图3 波形钢腹板与混凝土顶、底板连接示意2 大跨度 CSW 组合箱梁桥有限元模型本桥为78 m+130 m+78 m三跨变截面波形钢腹板连续梁桥体系，根据设计图纸的结构布置和施工方法，采用大型空间桥梁有限元计算软件MIDAS CIVIL建立结构有限元分析模型.按主梁对结构整体建模，箱梁取全截面进行计算，不计桥面混凝土铺装与箱梁共同作用，仅作为二期恒载考虑，活载横向分布系数按考虑活载偏心作用的偏心系数法计算，按全预应力混凝土构件设计.全桥共分89个节点，70个单元，有限元离散模型及关键截面示意图见图4.图4 主桥有限元计算模型3 测试结果分析3.1 CSW组合箱梁桥正常使用极限状态根据图5～图8的正常使用极限状态的弯矩剪力结果以及应力计算结果，其验算结果如下.(1)受拉区预应力钢筋拉应力验算.施工阶段扣除短期预应力损失后的预应力钢筋锚固端的最大有效预应力为：σcon = 1253 MPa ≤ 0 .75fpk =1395 MPa；使用阶段扣除全部预应力损失并考虑作用标准值引起钢束应力变化后，预应力钢筋的最大拉应力为：σpe+σp = 1134 MPa ≤0.65fpk =1209 MPa .因此预应力钢筋最大拉应力满足要求.图5 正常使用极限状态荷载组合弯矩包络图图6 正常使用极限状态剪力包络图图7 正常使用极限状态荷载组合下缘应力包络图(单位MPa拉+压-)图8 正常使用极限状态荷载组合下缘应力包络图(单位MPa拉+压-)(2)正截面抗裂验算.所有荷载组合下，主桥主梁的梁底及梁顶均未出现拉应力，因此所有截面均满足全预应力混凝土构件正截面抗裂要求.(3)使用阶段正截面压应力验算.使用阶段最大压应力σkc+σpt=12.58 MPa ≤0 .5fck=17.75 MPa，满足弹性阶段正截面压应力的使用要求.3.2 CSW组合箱梁桥承载力极限状态计算根据图9和图10的承载力极限状态计算的弯矩剪力结果以及应力计算结果，其验算结果使用阶段正截面抗弯验算：承载能力状态抗弯验算满足规范设计要求.图9 承载能力极限状态弯矩包络图图10 承载能力极限状态剪力包络图4 大跨度 CSW 组合箱梁桥设计改善措施(1)采用波形钢腹板箱梁常用的体外预应力方式以满足规范的抗裂计算；(2)采用混凝土加厚波形钢腹板，以增加其抗剪抗扭能力，顶板和底板的混凝土可以采用高强度的混凝土；(3)采用良好的组合结构连接方式，使大跨度CSW组合箱梁拥有良好的整体性，例如PBL+栓钉连接等；(4)已有研究表明，横隔板的增加能够有效减少 CSW 组合箱梁发生扭转和畸变，因而本工程采用良好横隔板设计.5 结论(1)本CSW组合箱梁桥不仅为大跨度桥梁，还是新型的单箱两室箱梁，其设计要考虑抗剪和抗扭特性；(2)采用混凝土加厚波形钢腹板、良好的组合结构连接方式和横隔板的设计能有效提高 CSW组合箱梁桥的抗剪和抗扭性能，这是尤为重要的设计改善措施；(3)通过本工程针对大跨度CSW组合箱梁桥的设计，满足正常使用极限状态和承载力极限状态的验算.[1]刘玉擎. 组合结构桥梁[M]. 北京: 人民交通出版社， 2005.[2]雷峰涛. 波纹钢腹板预应力混凝土箱梁腹板稳定性研究[D].西安: 长安大学，2011.[3]李宏江，叶见曙，万水，等. 剪切变形对波形钢腹板箱梁挠度的影响[J]. 交通运输工程学报， 2002， 2(4): 17-20.[4]陈宝春，王远洋，黄卿维. 波形钢腹板混凝土拱桥新桥型构思[J]. 世界桥梁，2006(4): 10-14.[5]单成林. 波形钢腹板预应力梁桥体外索参数有限元分析[J].华南理工大学学报: 自然科学版， 2006， 34(4): 5-8.[6]胡华万. 波形钢腹板PC组合箱梁剪切屈曲性能研究[D]. 成都:西南交通大学，2009.[7]宋建永. 波纹钢腹板体外预应力组合梁力学性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学， 2003.[8]江克斌，丁勇. 波纹钢腹板组合箱梁桥力学性能研究现状及发展[J]. 钢结构，2010， 25(12): 1-5.。

波形钢腹板PC组合连续梁桥设计1 波形钢腹板PC组合箱梁的特点波形钢腹板预应力混凝土（PC）组合箱梁结构是一种新型的钢—预应力混凝土组合结构(图1)。

图1 波形钢腹板箱梁这种组合箱梁结构的特点是：占自重25％左右的腹板采用轻型波形钢板，大幅度减轻了箱梁的自重，使基础工程在内的下部结构减少，从而降低了材料用量和造价。

由于不需要混凝土腹板，相应减少了钢筋和模板的拼装、拆除作业，缩短了工期。

在结构上看，波形钢腹板PC组合箱梁充分利用了混凝土抗压，波形钢腹板质轻、抗剪屈服强度高的优点。

波形钢板最早应用在船舶、集装箱以及机翼地制造中，后来开始应用在民用建筑之中，瑞典早在二十世纪六十年代，就将冷轧波形钢板梁用于较大跨径的屋顶主梁。

这种波形钢腹板因其在轴向为折叠状板，当受到轴向预压力作用时能自由压缩，因此由上、下混凝土翼板的徐变、干燥收缩产生的变形几乎不受约束，从而避免了由于钢腹板的约束作用而造成箱梁截面预应力的损失。

用波形钢板代替平面钢腹板，不仅减轻了箱梁自重，而且也省去了设置纵横向加劲肋的繁杂工艺，钢板的加工更为便利。

与混凝土腹板箱梁相比，仅有十几毫米厚的钢板所能承受的剪力对混凝土腹板来说，将达数十厘米厚，其重量仅为混凝土腹板的1/20左右，同时波形钢板具有很高的抗剪屈曲强度，抗剪的要求很容易满足。

更为重要的是，波形钢腹板有效地解决了传统的预应力混凝土箱梁腹板易出现斜裂缝的问题。

波形钢腹板PC组合箱梁所具有的区别于一般PC箱梁的特点，主要表现在波形钢腹板、体外预应力束布置、波形钢板与上下混凝土板的结合，即抗剪连接件等几方面。

近年来，我国展开了这种结构的力学性能、工程设计和施工方法等方面的研究[1-5]，并已经建造了几座波形钢腹板PC组合箱梁桥。

2 结构设计本桥为上海市中环高架道路上中路越江隧道～申江路济阳路立交SW匝道，为上海市第一座此类桥梁。

该桥为两跨45＋45m等高预应力波形钢腹板PC组合连续箱梁桥。

钢-混凝土组合结构桥梁波形钢腹板PC组合简支梁设计学院：土木工程学院班级：桥梁12012016年1月10日设计摘要本次课设选择了迈达斯作为有限元软件进行辅助计算，并利用其计算结果进行验算。

波形钢腹板PC 箱型梁采用体内预应力钢筋布置的形式，未设置横隔梁。

在计算中，采用先假设一个符合基本要求的箱梁截面，用迈达斯计算出结果，根据该结果进行验算。

如果不符合要求，则进行对截面适当调整，直到满足受力要求为止。

设计内容一、技术参数1. 荷载及公路等级：公路-II 级，两车道，二级公路；2.设计车速：80km/h 。

2. 结构形式：简支梁；3. 计算跨径：L=40.0m ；桥宽：B=12.0m4. 防撞护栏采用新泽西护栏（宽度50cm ，高100cm ，具体重量请根据自己拟定的图纸计算）；5. 桥面铺装采用：1cm 厚的沥青改性防水层，9cm 厚的沥青混凝土；6. 材料：混凝土：主梁顶、底板采用C50混凝土；钢材：波形钢腹板采用Q345C （屈服应力：345MPa ；设计荷载作用下 允许剪应力为120MPa ）；预应力钢束：2.15φ高强度低松弛钢绞线（抗拉强度标准值为MPa f pk 1860=，抗拉强度设计值MPa f tk 1260=，正常允许拉应力MPa f tk 1209=。

）7. 施工方法：满堂支架施工。

二、设计及计算内容1. 根据所给技术参数拟定波形钢腹板PC预应力混凝土简支梁桥相关参数（主梁、波形钢腹板以及顶、底板预应力钢束、体外束等）；2. 计算结构在自重（一期恒载+二期恒载）作用下支座反力和截面内力（弯矩、剪力）；3. 计算结构在公路-II级荷载作用下的内力包络图（弯矩、剪力）；4. 对正常使用极限状态下跨中截面混凝土顶、底板外缘应力进行验算；5. 对正常使用极限状态下支点截面波形钢腹板的剪应力进行验算。

截面尺寸和材料一、材料箱梁采用C50混泥土和Q345C钢材组成的组合材料构成。

如图1高强度低松弛钢绞线，面积为根据所给的资料选择钢绞线采用7束2.150.00098㎡，预埋导管直径0.13米。

波形钢腹板组合梁桥课程设计姓名：班级：学号：指导老师：摘要波形钢腹板组合梁桥由于具有比拟优越的结构性能，近几年来在国内国外的运用越来越多，主要特点表达在：〔1〕自重小〔相比与传统PC梁桥〕，有利于减轻结构自重，抗震性能好〔2〕波形钢腹板主要承当剪力，不能承当纵向轴力，纵向弯曲可不计入波形腹板的影响〔3〕波形钢腹板PC箱梁抗弯刚度、抗扭刚度与横向刚度均比混凝土PC箱梁小，设计中应注意按适当间距设计横隔板以增大其抗扭能力。

除此之外，波形钢腹板组合箱梁特别适合于大、中跨径的多跨连续梁桥及连续刚构桥，当跨径超过50米时，经济效果很明显。

MIDAS/Civil是针对土木结构，特别是分析象预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以做非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析，通过建模分析运算可以可以大大减轻工程计算量，提高分析设计效率，给土木工程结构分析带来很大的方便。

关键词：波形钢腹板桥梁；迈达斯；有限元分析AbstractCorrugated steel web composite girder bridge due to structure with superior performance, more and more used in recent years at home and abroad, the main characteristics embodied in: (1) the small weight, good seismic performance of corrugated steel web plate (2) the main bear shear (3) the corrugated steel web PC box girder bending stiffness and torsional stiffness and lateral stiffness are smaller than the PC box girder concrete.In addition, corrugated steel web composite box girder is particularly suitable for large, medium span of multi-span continuous beam bridge and continuous rigid frame bridge, when the span of more than 50 m, the economic effect is obvious.MIDAS/Civil is for Civil structure, at the same time, can do a nonlinear boundary, hydration heat, the material nonlinear analysis, static elastoplastic analysis and dynamic elastoplastic analysis, through the analysis of the modeling algorithm can greatly reduce the engineering calculation, improve the efficiency of analysis and design, to make a lot of convenient for Civilengineering structure analysis.Keywords:Corrugated steel web plate Bridges;Midas;The finite element analysis目录一：技术参数 (4)二：结构构造..............................4-5 三：模型建立..............................6-14 四：有限元分析............................15-19一．技术参数1. 荷载及公路等级：公路-II 级，两车道，二级公路；2. 设计车速：80km/h 。

波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥摘要：波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥是近年来在国内推广应用较为广泛的一种新型桥梁结构形式。

由于波形钢腹板预应力混凝土组合梁的力学特*，波形钢腹板的屈曲稳定*是波形钢腹板预应力混凝土组合梁设计的重要问题。

本文基于模型研究了波形钢腹板的腹板高度、腹板厚度等因素对其**剪切屈曲*能的影响。

通过得到的屈曲特征值和屈曲模态图，对波形钢腹板的屈曲破坏情况做出总结，并且结合当前最新研究前沿，为以后的工作提供参考和改进。

关键词：波形钢腹板屈曲模态有限元模型有限元分析组合结构波形钢腹板PC组合箱梁创造*的将钢、混凝土两种材料结合起来，充分利用了混凝土抗压强度高、波形钢腹板抗剪强度高和抗剪稳定*好的优点，使两种材料各尽其能，扬长避短，提高了材料的使用效率。

从结构方面看，波形钢腹板PC组合箱梁结构受力明确。

由于波形钢腹板的纵向手风琴效应，在横向荷载作用下，腹板上的正应力基本为零，轴向力和弯矩基本上由混凝土顶、底板承担，而截面剪力由波形钢腹板承担。

波形钢腹板对轴向力无抵抗作用，避免了由于腹板的纵向约束作用造成预应力效率的降低，从而能更有效地对混凝土顶、底板施加预应力。

采用钢板作为箱梁的腹板，避免了传统混凝土箱梁的腹板斜向开裂问题，提高了结构的耐久*。

此外，波形钢腹板屈曲稳定*能较好，避免了平钢腹板混凝土组合箱梁需要增设加劲肋的缺点。

从经济方面看，采用波形钢板代替了混凝土腹板大幅度减轻了传统预应力混凝土箱梁的自重，从而增大了桥梁的跨越能力。

已有工程实例表明，与相同跨径的预应力混凝土箱梁桥相比，采用波形钢腹板PC组合箱梁可使结构自重减轻25%～30%。

由于上部结构自重的降低，同时可使下部结构的工程量减少，从而降低了波形钢腹板PC组合箱梁桥的造价。

有关资料表明，与相同跨径的预应力混凝土箱梁桥相比，采用波形钢腹板PC组合箱梁桥可节约成本约15%～20%，当跨度大于50m时技术经济优势更为明显。

从施工方面看，由于波形钢腹板PC组合箱梁相对较轻，采用节段悬臂浇注施工方法时可以增加每个施工节段的长度，减少节段数量，从而缩短工期。

波形刚腹板桥课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握波形刚腹板桥的基本结构及其特点，理解其在桥梁工程中的应用优势。

2. 使学生了解波形刚腹板桥的施工工艺，掌握其关键施工技术。

3. 帮助学生了解桥梁工程中的力学原理，尤其是波形刚腹板桥的受力特点。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析波形刚腹板桥结构的能力，能进行简单的桥梁设计计算。

2. 提高学生实际操作能力，学会使用相关软件进行波形刚腹板桥的建模与仿真。

3. 培养学生团队协作能力，通过小组讨论、汇报等形式，提高沟通与表达能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对桥梁工程学科的兴趣，培养其热爱专业、追求卓越的精神风貌。

2. 培养学生严谨的科学态度，使其在工程实践中注重质量、安全与环保。

3. 增强学生的社会责任感，使其认识到波形刚腹板桥在国民经济建设中的重要作用。

本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，以实用性为导向，注重理论与实践相结合。

通过本课程的学习，学生能够全面了解波形刚腹板桥的相关知识，提高解决实际工程问题的能力，为将来从事桥梁工程设计、施工和管理等工作打下坚实基础。

同时，课程设置注重培养学生的团队协作、沟通表达等综合素质，使其在情感态度价值观方面得到全面发展。

二、教学内容1. 波形刚腹板桥概述- 桥梁工程背景及波形刚腹板桥发展历程- 波形刚腹板桥的结构特点与优势2. 波形刚腹板桥的结构设计- 桥梁结构设计原理与方法- 波形刚腹板桥的设计要点与计算方法- 桥梁工程实例分析3. 波形刚腹板桥的施工技术- 施工工艺流程及关键施工技术- 施工质量控制与验收标准- 施工过程中的安全防护措施4. 波形刚腹板桥的力学性能分析- 弯矩、剪力、轴向力等基本受力分析- 动力特性与抗震性能分析- 结构优化方法与应用5. 桥梁工程软件应用- 常用桥梁设计软件介绍与操作- 波形刚腹板桥建模与仿真- 桥梁工程BIM技术简介教学内容按照课程目标进行科学性和系统性组织，以教材为基础，结合实际工程案例。

波形钢腹板组合梁桥异部平行施工工法一、前言波形钢腹板组合梁桥异部平行施工工法是一种快速、高效、经济的桥梁施工方法。

本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例，以便读者充分了解和学习该工法。

二、工法特点1. 施工速度快：波形钢腹板是预制构件，具有较好的工厂化生产条件，可以大幅缩短施工周期。

2. 节约材料：波形钢腹板可以减少混凝土用量，结构轻巧，不仅可以降低成本，还可以减少对环境的影响。

3. 结构优化：波形钢腹板具有良好的强度与刚度，可以提高桥梁的承载能力和抗震性能。

4. 施工质量好：预制波形钢腹板具有较高的制品质量，可以提高桥梁的施工质量和使用寿命。

三、适应范围波形钢腹板组合梁桥异部平行施工工法适用于各种跨径、宽度以及交通量较大的公路和铁路桥梁。

特别适合高速公路、高铁等交通枢纽项目，可以提高施工效率和桥梁质量。

四、工艺原理波形钢腹板组合梁桥异部平行施工工法是基于波形钢腹板的预制和现场拼装原理而设计的。

通过将预制的波形钢腹板在工地上进行组合和拼装，形成一座完整的桥梁。

具体工艺原理和技术措施包括：1. 确定桥梁的设计和施工方案，包括桥墩、梁底，支座和伸缩缝等。

2. 预制波形钢腹板，保证其质量和尺寸的准确度。

3. 桥梁基础施工，包括打桩、浇筑桩基、垫层和支座基础等。

4. 钢腹板的焊接：根据设计要求对波形钢腹板进行焊接连接，保证连接的牢固性和稳定性。

5. 将预制的波形钢腹板拼装在现场，形成整体的横桥梁。

六、劳动组织根据具体的施工工地情况，组织好施工人员的工作和协调各个工种的配合。

明确工作职责，提前做好施工计划和时间安排，确保施工的顺利进行。

七、机具设备根据施工过程的需要，选择合适的机具设备，包括起重机、焊接设备、气割设备、起重工具等。

具体机具设备的选择要根据施工需要和现场条件进行合理配置。

八、质量控制通过严格的施工管理和监督，保证施工过程中各项质量指标的达标。