波纹钢腹板连续刚构桥扭转与畸变的试验研究
大跨度预应力连续刚构桥梁零号块的开裂劣化分析
风险$
2.1施工模板引起裂缝的控制措施
架和模板在施工前，结合对地基土的物理
力学参数的实验结果和变形 ，采用
载
的120%进行堆载预压，消 架的弹性变形；浇
1003 结语源自为了研究连续刚构桥零号墩出现开裂的原
， 利用
成 ，以
成应
用到云 在 续 零 块 的 实 工 程 案 例
中，主要结论如下：
(1) 根据国内外研究结果，结合多年连续刚构
ence,Itisfoundthatthecrackingiscausedduetofivemajorinfluencefactorswhicharecon-
struction form work， concrete shrinkage and creep， temperature change， construction load
产生裂缝，影响结构安全及桥梁的耐久性，总结了
浇筑过程中影响高强度、大体积混凝土在施工及
养护中开裂的原因，将研究成果应用到本次在建
云南某大跨度连续刚构桥零号墩的施工中$
文献［8］中介绍了高强度混凝土的使用，栓的
水化热往往是不能忽视的问题。水化热反应是引
起零号墩开裂的重要原因之一，零号块浇筑在横
收稿日期2020 — 11 — 05 作者简介：陈虎(1993 — )，男，本科，助理工程师，研究方向：建筑施工控制技术$
98
大跨度预应力连续刚构桥梁零号块的开裂劣化分析 陈 虎
图1 雅西高速腊八斤大桥
截面通常 到顶分 浇筑，纵向从桥墩中心
向两 始施工，完成后进行养护。如图2所示
横断面、纵断浇筑顺序。针对 云
浇连
续 桥的零号墩的施工，分析并总结国内 1
连续刚构桥设计方法
连续刚构桥设计概述一、连续刚构桥的特点作为梁桥的一种，连续梁桥有着结构刚度大、变形小；动力性能好；无伸缩缝、行车平顺的优点。
而连续刚构桥是由T型刚构桥演变而来的，其结构特点是梁体连续、梁墩固结。
这样既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T型刚构不设支座、不需转换体系的优点。
且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能满足大跨度桥梁的受力要求。
二、连续刚构桥的适用范围连续刚构桥上部主梁的受力与连续梁桥基本相似；下部桥墩由于结构的整体性，温度和收缩徐变造成的内力十分显著。
因此其桥墩应该有一定的柔度。
使用高强度、轻质混凝土是大跨度梁桥的发展方向之一。
目前世界上已建成的连续刚构桥最大单跨为挪威斯托尔马桥(Stolma)，主跨301米，国内最大单跨为虎门大桥辅航道桥，主跨270米。
三、设计时需收集的基础资料设计时应围绕桥位选择、桥墩位置、跨径、立面布置、结构体系、施工方法等因素，对桥梁建设的自然条件和功能要求有充分的了解。
1、自然条件包括(1)地形地貌、控制物等；(2)工程地质条件；(3)水文条件；(4)气象条件；(5)地震。
2、功能要求包括(1)桥梁本身使用功能，如铁路桥梁、公路桥梁、城市桥梁、轨道交通、人行桥等；(2)桥下功能要求，如通车、通航等。
四、桥型方案的选择设计时应根据桥梁建设条件，结合技术可行性、施工难度、工程风险与进度、经济合理性、景观协调性等因素，进行桥型比选，确定桥梁的跨径布置。
五、上部结构构造尺寸连续刚构桥设计时，可根据工程实践统计，初步拟定构造尺寸，再进行具体计算复核。
1、边、中跨跨径比一般在0.52～0.58之间。
当边、中跨比较小时，边跨现浇段较短，可减少边跨现浇段支架，对施工有利，但应保证各种工况下边墩处支座不出现负反力。
2、 梁的截面形式连续刚构桥多采用箱形截面，其具有良好的抗弯和抗扭性能。
根据桥梁宽度，可采用单箱单室、单箱多室等截面形式。
3、 梁高桥梁跨度在60米以内时，可考虑采用等截面高度，构造简单，施工快捷。
连续刚构桥设计方法
连续刚构桥设计⽅法连续刚构桥设计概述⼀、连续刚构桥的特点作为梁桥的⼀种，连续梁桥有着结构刚度⼤、变形⼩；动⼒性能好；⽆伸缩缝、⾏车平顺的优点。
⽽连续刚构桥是由T型刚构桥演变⽽来的，其结构特点是梁体连续、梁墩固结。
这样既保持了连续梁⽆伸缩缝、⾏车平顺的优点，⼜保持了T型刚构不设⽀座、不需转换体系的优点。
且有很⼤的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能满⾜⼤跨度桥梁的受⼒要求。
⼆、连续刚构桥的适⽤范围连续刚构桥上部主梁的受⼒与连续梁桥基本相似；下部桥墩由于结构的整体性，温度和收缩徐变造成的内⼒⼗分显著。
因此其桥墩应该有⼀定的柔度。
使⽤⾼强度、轻质混凝⼟是⼤跨度梁桥的发展⽅向之⼀。
⽬前世界上已建成的连续刚构桥最⼤单跨为挪威斯托尔马桥(Stolma)，主跨301⽶，国内最⼤单跨为虎门⼤桥辅航道桥，主跨270⽶。
三、设计时需收集的基础资料设计时应围绕桥位选择、桥墩位置、跨径、⽴⾯布置、结构体系、施⼯⽅法等因素，对桥梁建设的⾃然条件和功能要求有充分的了解。
1、⾃然条件包括(1)地形地貌、控制物等；(2)⼯程地质条件；(3)⽔⽂条件；(4)⽓象条件；(5)地震。
2、功能要求包括(1)桥梁本⾝使⽤功能，如铁路桥梁、公路桥梁、城市桥梁、轨道交通、⼈⾏桥等；(2)桥下功能要求，如通车、通航等。
四、桥型⽅案的选择设计时应根据桥梁建设条件，结合技术可⾏性、施⼯难度、⼯程风险与进度、经济合理性、景观协调性等因素，进⾏桥型⽐选，确定桥梁的跨径布置。
五、上部结构构造尺⼨连续刚构桥设计时，可根据⼯程实践统计，初步拟定构造尺⼨，再进⾏具体计算复核。
1、边、中跨跨径⽐⼀般在0.52～0.58之间。
当边、中跨⽐较⼩时，边跨现浇段较短，可减少边跨现浇段⽀架，对施⼯有利，但应保证各种⼯况下边墩处⽀座不出现负反⼒。
2、梁的截⾯形式连续刚构桥多采⽤箱形截⾯，其具有良好的抗弯和抗扭性能。
根据桥梁宽度，可采⽤单箱单室、单箱多室等截⾯形式。
3、梁⾼桥梁跨度在60⽶以内时，可考虑采⽤等截⾯⾼度，构造简单，施⼯快捷。
连续刚构桥设计方法
连续刚构桥设计方法一、连续刚构桥的特点作为梁桥的一种，连续梁桥有着结构刚度大、变形小；动力性能好；无伸缩缝、行车平顺的优点。
而连续刚构桥是由t型刚构桥演变而来的，其结构特点是梁体连续、梁墩固结。
这样既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了t型刚构不设支座、不需转换体系的优点。
且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能满足大跨度桥梁的受力要求。
二、连续刚构桥的适用范围连续刚构桥上部主梁的受力与连续梁桥基本相似；下部桥墩由于结构的整体性，温度和收缩徐变造成的内力十分显著。
因此其桥墩应该有一定的柔度。
使用高强度、轻质混凝土是大跨度梁桥的发展方向之一。
目前世界上已建成的连续刚构桥最大单跨为挪威斯托尔马桥(stolma)，主跨301米，国内最大单跨为虎门大桥辅航道桥，主跨270米。
三、设计时需收集的基础资料设计时应围绕桥位选择、桥墩位置、跨径、立面布置、结构体系、施工方法等因素，对桥梁建设的自然条件和功能要求有充分的了解。
1、自然条件包括(1)地形地貌、控制物等；(2)工程地质条件；(3)水文条件；(4)气象条件；(5)地震。
2、功能要求包括(1)桥梁本身使用功能，如铁路桥梁、公路桥梁、城市桥梁、轨道交通、人行桥等；(2)桥下功能要求，如通车、通航等。
四、桥型方案的选择设计时应根据桥梁建设条件，结合技术可行性、施工难度、工程风险与进度、经济合理性、景观协调性等因素，进行桥型比选，确定桥梁的跨径布置。
五、上部结构构造尺寸连续刚构桥设计时，可根据工程实践统计，初步拟定构造尺寸，再进行具体计算复核。
1、边、中跨跨径比一般在0.52～0.58之间。
当边、中跨比较小时，边跨现浇段较短，可减少边跨现浇段支架，对施工有利，但应保证各种工况下边墩处支座不出现负反力。
2、梁的截面形式连续刚构桥多采用箱形截面，其具有良好的抗弯和抗扭性能。
根据桥梁宽度，可采用单箱单室、单箱多室等截面形式。
3、梁高桥梁跨度在60米以内时，可考虑采用等截面高度，构造简单，施工快捷。
连续刚构桥的裂缝产生与控制措施探讨
反弯点之间的区域 ， 支座附近 区域 ， 在 初始竖 向开裂 后 ， 腹板 中的 倾斜裂缝变得越来 越斜 ， 明腹板抗 剪 能力不 足 ， 说 主拉应 力方 向
抗裂安全储 备不够。２ 锚 后拉 应 力产 生腹板 斜裂 缝 。采 用悬 臂 ） 浇筑法施工 的预应力混凝 土梁 和部 分预应力混 凝土梁 ， 在悬臂 分 段浇筑 中 ， 锚头往往布置在接缝面 。由于在接缝 面上新浇混凝 土 之间的抗拉强度低很多 ， 因此 ， 如果在此锚 固预应力 筋 ， 将在锚 固
加强钢筋 ， 基本构造与 端面 锚块相 似 ， 但横 向环齿 块 的钢筋应 力
为锚 固于板 内的闭合箍筋 ， 由网格钢筋 对拉。另一部分 加强钢 并 筋布置在齿块所 在处 的顶板 或底板 内， 向按两层 分布 ， 向范 纵 横 围约两个齿块宽度 ， 间隔布置在原板上 、 下层纵 向分布钢筋之间 。 ２ 薄板预应 力筋锚 后扩 散加 强钢筋 。在 节段 施工 预应力 混 ） 凝土箱梁顶板 与底板 的端面上往往需要锚 固预应力 筋 ， 由于箱 梁
２ ２ 补 强控 制 措施 ．
１后张 预应 力筋锚 区加 强钢 筋。后 张预应力 筋锚 固 区分 为 ）
齿 续梁边跨端部往往是 在支架 上现 浇 的， 此处 剪力 较大 ， 在施 工 和 端面锚 固、 块锚 固和齿槽锚 固三种 形式 。端 面锚 固是最常用 的 锚 固方式 ， 预应力 筋伸 出并直 接支 承于构 件端 面 ， 与构件 端部 一 体 系转换过程 中会受到一些次 内力 的影响 ， 也是局部 受力集 中之 端面锚 固区 处， 同时 ， 巨大的支 座反力也 主要是依 靠腹板 来传 递的。在边跨 起形成一种理想 的锚块构 造。除构件端部 正常配筋 ， 内配置 的附加钢筋 为锚垫 板下的局部加强 钢筋 ， 主要采用螺 旋 其 梁端又是预应力筋集 中锚 固区域 ， 局部高 应力所 引起的徐变也 比 钢筋 ， 可采用 空间钢筋 网。螺旋 钢筋 一般与锚具 配套 供应 ， 也 对 较 大。要预先 了解引起这些应力 的各种因素是 非常 困难 的 ， 即使 加强锚下混凝土局部 承压 的效果 好 ， 工方便 ， 各锚 具的螺 旋 施 但 可以预知这些应力 ， 要详细说明或用公式 表示其计算 方法或数 学 钢筋相互独立 、 对锚块 无整体 作用 效果 ； 间钢筋 网由施 工现 场 空 模 拟也 是很 困难 的。这主要 与端 部没有 配置 弯起 索或弯 起索 不 构造而成 ， 其对加强锚 下混 凝土局 部承 压 的效果不 如螺旋 钢筋 ， 足有关 ， 即使配置竖 向预应力筋也 由于钢 筋较短或 是 由于人工 操 施工相对方便 ， 但其将 各锚 具 的加 强钢 筋连 成一体 ， 有整体 作 具 作不当带来 的过 大预应力 损失 ， 以至难以抵抗主拉应力 。 用效果 。因此理想 的锚块应 以螺 旋钢 筋形成 锚下 局部 承压加 强
梯形波纹钢腹板的合成剪切屈曲性能
此公式与原公式相差不超过 1%。其中，CG CG
5.045 E (1 v 2 )1/ 4 ( ) 3 / 4
。
早期的研究显示， 合成剪切屈曲受弹性局部屈曲与整体屈曲比重的影响。 这个比重可以 用如下公式表达：
此时， C I
CG CL
36 E
1 2(1 v 2 ) 3 / 4 [12(1 v ) ](6 ) 3 / 4 0 . 6813 [ ] ，系数 CI 只与一个 2E 5.34 12(1 v 2 )
E 弹性局部剪切屈曲应力 cr ,L
E v t K
E cr ,G
弹性模量 泊松比 腹板厚度 局部剪切屈曲系数 整体剪切屈曲应力 整体剪切屈曲系数 波形钢腹板的纵向线刚度 波形钢腹板的横向线刚度 钢腹板高度方向主轴的惯性矩 钢腹板高度方向中性轴的惯性矩 合成剪切屈曲临界应力 局部剪切屈曲临界应力 整体剪切屈曲临界应力 剪切曲阜应力 长度折减系数=（a+b）/(a+c) 数值分析结果中的剪切屈曲应力 剪切屈曲临界应力 剪切屈曲参数 弹性合成剪切屈曲应力 实验结果中的剪切屈曲应力 与简化局部剪切屈曲应力无关的参数 与整体局部剪切屈曲应力无关的参数 = CG/ CL
β Dx Dy Ix Iy
cr , I cr , L cr ,G y
η
fe cr
s
E cr ,I
ex
CL CG GI
本文研究波纹钢腹板的合成屈曲性能。 影响屈曲模式的几何参数， 首先源于局部和整体屈曲 公式。 为了研究推到出的参数对合成屈曲模型的影响， 采用波纹腹板的三维有限元模型进行 了弹性分岔屈曲分析和非线性分析， 同时考虑几何和材料非线性。 这些分析结果也用来推导 局部剪切屈曲强度的公式。推导出的公式也由文献中的实验数据进行了验证。
波形钢腹板箱梁桥面板横向内力计算的框架分析法
Ｓ ｐ ．２ ２ ｅ ｔ ０１
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ — ５ ５ ２ １ ．５ ０ ６ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ １ ０ ０ ．０ ２ ０ ． ２ ｓ
波 形钢 腹 板 箱 梁桥 面 板 横 向 内力计 算 的框 架 分 析 法
赵 品 叶见 曙
（ 南 大 学 交 通 学 院 ， 京 ２ ０９ ） 东 南 １０ ６
ｉｔ ｒ ｌｆ ｒ ｅ： ｄ ｓｏ ｉ ｎ ｅ ｆ ｃ ：ｌｎ ａ ｔｆｎｅ ｓ ｒｔｏ ｎ ｅ ｎａ ｏ ｃ ｉｔ ｒ ｏ ｆｅ ｔ ｉ ｅ ｒ ｓｉｆ ｓ ａｉ ｔ
波形 钢腹 板箱 梁 的混凝 土顶 板 与两 侧 波 形 钢
对 桥面板 受力 的影 响 ． 在箱 梁 中顶板 作 为箱梁 整体 的一部 分 ， 车辆 荷载作 用下 其 内力 会受 到箱 梁 的 在 畸变 、 转变 形等 的影 响 ； 波形 钢 腹 板 箱 梁 的抗 扭 且 扭及纵 横 向抗弯 刚 度相 比混 凝 土 箱梁 有 不 同程 度 的降低 … ， 桥 面板 横 向 内力 与 混 凝 土 箱 梁 必 然 其 有所 差异 ． 从波形 钢腹 板箱 梁这 种结 构形式 受力 特
摘要 ：基 于框 架 分析 法 的基 本原理 ， 结合 波 形钢腹 板箱 梁 的结构特 点和 力 学特 性 ， 立 了适 用 于 建 其桥 面板 横 向内力 的计 算模 型． 该计 算模 型 能够反 映横 向框 架作 用 和箱 梁 畸 变效 应 对桥 面 板横 向 内力 的影 响． 过 与相关 室 内模 型试 验数据 和有 限元 分析结 果 的对 比可知 ， 架 分析 法计 算值 通 框 与有 限元结果 、 试验 值 吻合 ， 差 均在 １％ 以 内， 证 了此计 算模 型 的正 确 性． 采用 上 述 模 型 误 ０ 验 并 分 析 了钢腹 板线 刚度 变化对 桥面板 横 向 内力 的影 响 ， 结果 表 明在 波 形钢 腹 板 箱 梁截 面 上 的腹 板 间距确 定 的条件 下 ， 波形钢腹 板 与混凝 土顶板 的线 刚度 比是 影响桥 面板横 向 内力 的重 要 因素． 关 键词 ：波形钢 腹板 箱梁 ； 框架分 析 法 ； 面板 ； 向 内力 ； 桥 横 畸变 效应 ； 刚度 比 线
211015367_波纹腹板几何参数对轴压比的影响
14波纹腹板几何参数对轴压比的影响曹会敏1,2 ，余浩铭2，刘洪兵1（1.西北工业大学，陕西 西安 710072；2.西安交通工程学院，陕西 西安 710300）摘 要：结构延性的好坏与构件的许多因素有关，轴压比便是影响结构延性的重要因素。
而构件延性的好坏直接关系到结构抗震性能的好坏，因此本文采用弹塑性分析方法，通过施加轴向与偏心荷载的方法，观察波纹腹板H型钢构件在受构件几何参数变化时轴压比的变化特点，为波纹腹板H型钢动力特性研究提供理论基础。
关键词：波纹腹板H型钢；轴压比；动力特性；弹塑性分析中图分类号：TU392.1 文献标识码：ADOI：10.20080/ki.ISSN1671-3362.2023.02.0060 引言波纹腹板钢是一种在一定条件下相较于普通H型钢构件受力更优越且更加节省钢材的新型钢材，近年来受到广大科研工作者的关注[1-2]。
国内在建筑领域关于波纹腹板钢的研究多集中在力学性能如抗剪、抗弯、疲劳、稳定性等方面，而动力学性能的研究多集中在桥梁领域如孙鹏辉[3]利用ABAQUS有限元软件研究腹板倾斜角度对主梁动力特性的影响规律。
戚伟利[4]采用大型通用有限元软件Midas/Civil建立模型，通过设置不同位置及不同数量横系梁进行动力特性分析。
冯文章[5]根据箱梁截面抗剪能力相等原则，建立了波纹钢腹板连续刚构桥和相应的混凝土腹板连续刚构桥有限元模型，对二者的动力特性和抗震性能进行了对比分析。
基于此，笔者与其他研究人员从2016年展开了对波纹钢在建筑领域动力特性的研究，并于2018年发表了波纹腹板H型钢框架结构动力特性分析[6]，通过对比波纹腹板钢结构和普通钢结构的动力特性及分析地震波作用下两种结构的反应特点发现波纹腹板钢框架结构的刚度与抗震性能都优于普通H型钢。
由于构件的动力性能与构件的轴压比密切相关，本文将继续研究波纹腹板H型钢构件几何参数对轴压比的影响，为后期此类构件在动力特性方面的进一步研究提供理论依据。
基于延性设计的高烈度区大跨刚构桥减震分析
基于延性设计的高烈度区大跨刚构桥减震分析郭红雨;曹学勇【摘要】大跨连续刚构桥的下部结构通常设计为钢筋混凝土构件,桥墩在强震作用下极易进入塑性而发生损伤破坏.文中以某座地震烈度VIII度区高墩大跨连续刚构桥为研究背景,在纵向+竖向地震组合输入下,分别进行线弹性反应谱下的能力与需求分析和非线性弹塑性时程分析,以探求结构的延性行为和弹塑性地震响应.结果表明,墩高差异不大时,横向变截面的双肢空心墩具有较强的延性能力,是高烈度区高墩大跨刚构桥较为理想的主墩形式;强震下双肢刚构墩墩顶塑性铰区首先进入塑性阶段,截面发生的塑性响应最大;大跨刚构桥将主墩按照\"有限延性\"来设计,有利于提高结构抗震性能和震后的可恢复设计;强震下高墩表现出极强的弹塑性变形能力,可通过在边墩处设置黏滞性阻尼器来减小墩梁间的相对位移,进一步提高结构整体抗震性能.【期刊名称】《交通科技》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】6页(P14-19)【关键词】桥梁工程;大跨连续刚构;高烈度;延性设计;抗震性能;黏滞流体阻尼器;减震率【作者】郭红雨;曹学勇【作者单位】苏交科集团股份有限公司南京 210019;苏交科集团股份有限公司南京 210019【正文语种】中文【中图分类】U442.5+5;U448.23+1随着国家西部交通建设的蓬勃发展，一些跨越山谷沟壑、峡谷溪流的高墩大跨径连续刚构桥梁以其优越的跨度适应性、经济性得到了广泛的应用，另一方面随着近些年世界地震频发，此类桥型结构的抗震性能研究受到桥梁建设者们越来越多的关注。
结构抗震体系的选择是桥梁抗震性能的关键，根据桥梁跨径和墩高可选择的结构体系有连续梁和连续刚构2种。
对于大跨度桥梁而言，采用连续梁体系，墩顶处需设置大吨位减隔震支座，造价高昂，震后修复成本高，且高墩在强震作用下更容易发生严重损伤[1]，同时高墩的大变形亦会抑制支座的隔震能力；采用连续刚构体系，墩梁固结可以充分限制桥墩的过度变形，利用高墩的合理变形来减小地震作用，形成“天然隔震”体系，同时墩梁固结亦具有减轻上部结构荷载、减小墩顶负弯矩、配置较小的边中跨比以更好地适应山区地形变化等连续梁无法比拟的优点，因此，对于大跨连续刚构桥的抗震性能有必要进行更加全面深入的研究。
波形钢腹板连续刚构施工技术ppt课件
箱梁采用纵、横双向预应力体系，纵向预应力采用体内、体 外相结合的体系，其中悬臂顶板束、顶板合龙束和底板合龙束采 用体内预应力钢束。
7
四、方案选择
波形钢腹板连续刚构桥，目前国内外主要有两种施工方案： 国内普遍应用的一种方案是采用主桁架较高，吊装空间大，但重 心也相对较高的挂篮进行施工，这种方案和常规连续刚构桥挂篮 施工差异不大，将主桁架加高主要还是解决波腹板的吊装问题， 这种方案挂篮用钢量大，重心较高，挂篮悬臂端变形大，同一节 段的顶板和底板是同步浇筑完成，存在上下重叠施工。
19
1#节段底板钢筋绑扎及砼浇筑
20
前支点安装液压杆，挂篮行走至2#节段
21
绑扎2#节段底板钢筋，安装1#节段翼缘模板，浇筑2#节段底 板及1#节段顶板，进入标准循环作业。
22
六、工艺总结
1、采用波腹板承重的挂篮悬浇方案是可行的，总体工期可控，
挂篮用钢量减少，行走方便，减少了重叠施工。 2、波腹板节段划分需综合考虑运输条件、地形条件、吊重。
受地形条件影响，此桥是旱地桥，无法采用水路运输，只能
采用陆地运输，陆地运输的最大缺点是运输宽度及高度受限。 我们这边最初设计是按4.8m每节段划分，根部波腹板最大板 高5m，如果不调整节段长度，高速公路及地方道路就很难运输进 场， 因此我们调整为波长1.6m的2倍，即3.2m， 7#块（波腹板板
高小于3.2m）以后就按原设计每块长4.8m进场，这样解决了运输
代表性的桥梁是德国的altwipfergrund11顶底板异步浇筑德国altwipfergrund121314装配式牛腿托架法施工0块150块浇筑完成16悬浇段波形钢腹板安装b类支架安装a类支架安装波腹板安装17焊接面打磨细节处理增加下翼缘钢板18吊挂式挂篮安装19挂篮荷载试验201节段底板钢筋绑扎及砼浇筑21前支点安装液压杆挂篮行走至2节段22绑扎2节段底板钢筋安装1节段翼缘模板浇筑2节段底板及1节段顶板进入标准循环作业
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第３ ６卷，第４期 ２ ０ ｌ ５年７月 中 国 铁 道 科 学
ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｖｏ１．３６ ＮＯ．４
Ｊｕｌｙ，２０１５
文章编号：ｌＯＯｌ一４６３２（２ｏ１５）０４－００４０—０７ 波纹钢腹板连续刚构桥扭转与畸变的试验研究
刘保东 ，冯文章 ，任红伟。，李鹏飞 ，牟 开 （１．北京交通大学土木与建筑工程学院，北京１０００４４； ２．交通部公路科学研究院，北京１０００８８）
摘要：设计制作３跨单箱单室变截面波纹钢腹板连续刚构桥和等效的普通混凝土腹板连续刚构桥的模型， 通过２个模型桥的扭转与畸变对比试验，从挠度、沿梁高度方向的翘曲应变、箱梁混凝土顶底板的翘曲应力和 波纹钢腹板的翘曲剪应力４个方面，分析波纹钢腹板连续刚构桥和普通混凝土腹板连续刚构桥的扭转和畸变特 点。结果表明：波纹钢腹板连续刚构桥的抵抗扭转和畸变能力比普通混凝土腹板连续刚构桥弱，但强于波纹钢 腹板简支箱梁桥；墩梁固结提高了波纹钢腹板箱梁的整体抗扭能力，且箱梁各截面的抗扭转和畸变能力与该截 面距墩顶墩梁结合处的距离有关，距离越近，截面抵抗扭转和畸变的能力越强，反之越弱；计算波纹钢腹板箱 梁在偏载作用下的挠度和应力时，要考虑扭转和畸变的影响。
关键词：连续刚构桥；波纹钢腹板；箱梁；扭转；畸变；模型试验 中图分类号：Ｕ４４８．３８：Ｕ４４８．２４ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４６３２．２０１５．０４．０７
波纹钢腹板连续刚构桥综合了刚构桥和波纹钢 腹板箱梁的优势，具有跨越能力大，自重小，抗震 性能好，预应力效率高等诸多优点，是１种适用于 高烈度震区大跨度桥梁的新型结构形式［１］。目前， 该类型桥梁在公路上应用比较广泛，在铁路上也开 展了应用研究［２＿ 。由于铁路活荷载较大，要求梁 体具有较好的整体刚度［４］，因此更需要关注该类型 桥梁的扭转与畸变性能。文献［５］通过软化桁架 模型理论，对波纹钢腹板简支箱梁桥的扭转性能进 行了相关研究，并对其抗扭承载力计算公式进行了 推导。文献Ｅ６３考虑波纹钢腹板箱梁的特点，假 定波纹钢腹板对纵向翘曲不起抵抗作用，采用 Ａ．Ａ乌拉斯基理论和弹性地基梁理论，建立了波 纹钢腹板箱梁扭转与畸变的基本分析方法。文献 ［７］基于波纹钢腹板箱梁特点，利用变分原理法， 推导了考虑箱梁剪力滞和剪切变形影响的波纹钢腹 板箱梁挠度计算公式。文献［８］采用变角软化桁 架模型薄膜元理论，提出了波纹钢腹板组合箱梁的 纯扭转理论模型，并给出了箱梁扭转的计算方法。 文献［９３根据板壳有限元理论，引入畸变变形位 移函数，建立了微分方程和单元刚度方程，提出适 用于矩形和梯形截面的扭转与畸变理论计算方法。 收稿日期：２０１５—０３—２０；修订日期：２０１５—０５一ｌＯ 基金项目：交通部西部交通科技项目（２ＯＯ８３１８２２３６７） 作者简介：刘保东（１９６７一），男，河 Ｅ廊坊人，教授，博士。 文献ＥｌＯ］对波纹钢腹板箱梁在弯扭复合作用下的 抗扭承载力进行了试验研究。文献Ｅｌｌ－］对影响波 纹钢腹板箱梁扭转与畸变的关键因素进行了研究。 文献Ｅｌ２］通过实验和有限元对波纹钢腹板箱梁扭 转刚度进行了研究，提出了增设横隔板改善扭转动 力特性的方案。 综上所述，国内外对波纹钢腹板预应力混凝土 组合箱梁进行了大量的理论与试验研究，但试验模 型大多数为波纹钢腹板简支箱梁桥，极少进行连续 箱梁的模型试验，本文依托波纹钢腹板连续刚构桥 和普通混凝土腹板连续刚构桥的模型试验，对波纹 钢腹板连续刚构桥的扭转与畸变性能进行对比研究。
１试验模型 模型为２．４ ｍ＋３．６ ｍ＋２．４ ＩＴｌ三跨变截面连 续刚构桥（单箱单室），箱梁截面高度变化范围 ３３～４９ ｃｍ，两端桥墩高９５ ｃｍ，中间桥墩高８０ ｃｍ。波纹钢腹板连续刚构桥模型编号为１ 桥，混 凝土腹板连续刚构桥编号为２ 桥。试验梁采用 Ｃ４０混凝土，受力钢筋为直径１２和１０ ｍｍ的 ＨＲＢ３３５钢筋，构造钢筋采用直径为８ ｍｍ的 第４期 波纹钢腹板连续刚构桥扭转与畸变的试验研究 ４ｌ Ｒ２３５钢筋。预应力钢筋采用 １５．２ ｍｍ钢绞线。 钢腹板用钢等级为Ｑ２３５，主梁构造和横截面如图 １一图３所示。
图１主梁１／２立面图（单位：ｒａｍ）
： ｌ 墩顶截面 跨巾截面 图２ １ 桥箱梁横截面（单位：ｒａｍ）
６２．５ ５０ ６２．５ ５０ ６２ ５ ５０ ６２ ５ ５０ ６２ ５
章／／ ／／ Ｊ —
宝
、 ＼ ／ ＼ ／ 一
（ａ）波纹钢腹板构造图 上翼缘钢板
（ｂ）钢腹板剪力键 图３钢腹板构造与剪力键（单位：ｍｍ）
以箱梁截面抗剪能力相等原则设计制作混凝土 腹板连续刚构桥，计算得混凝土腹板箱形试验梁的 腹板厚度取７Ｏ ｍｍ，其余尺寸与波纹钢腹板试验 梁一致，其横截面如图４所示。 混凝土腹板连续刚构桥采用混凝土桥墩，下部 用螺栓与实验室地面固结，用钢构件实现与梁部
固结。 墩顶截面 跨中截面 图４ ２ 桥箱梁横截面（单位：ｍｍ）
２试验测点布置 １）位移测点布置 使用千分表测量模型的竖向位移，纵桥向分别 在三跨的跨中截面、中跨的２个１／４跨截面和２个 墩顶截面布置位移测点如图５所示，各观测截面横 桥向位移测点布置如图６所示。
图５位移测点纵桥向布置图
０ ● ・为千分表
图６位移测点横桥向布置图
２）应变测点布置 使用静态数据采集系统ＤＨ３８１５和ＤＨ３８１６测 量应变，在混凝土箱梁的顶板、底板和腹板上均粘 贴纵向应变片，在波纹钢腹板箱梁的顶板、底板上 粘贴纵向应变片，钢腹板上粘贴４５。三相应变花， 横断面应变测点按顺时针方向依次编号为１ 一１６ 测点，测试断面和测点布置如图７一图１０所示。
图７箱梁顶板应变测点布置（单位：ｍｍ） 昌 边跨跨中墩顶中跨１，４跨中跨跨中 ｌ穗奏蟊 龆 —————
一为纵向麻变片 图８箱梁底板应变测点布置（单位：ｍｍ） 中国铁道科学 第３６卷 ◆为纵向廊变片 ・为４５ｏ应变花 图９ １ 桥横断面测点布置（单位：ｍｍ） １００ Ｉ５０ ４×１００ ｌ５０ ｌ００
１． 竺 ， ◆为纵向应变片 图１Ｏ ２ 桥横断面测点布置（单位：ｍｍ）
３试验加载方案 试验采用图ｌｌ所示的４点对称加载和图ｌ２所 示的２点偏心加载，图中Ｐ为荷载。 Ｐ Ｐ 。
横断面 图１１对称加载示意图（单位：ｍｍ）
图１２偏心加载示意图（单位：ｍｍ） 横断而
加载吨位通过压力传感器控制，压力传感器在 使用前进行标定，机械千斤顶施加的荷载由１根分 配梁作用在钢支座上，钢支座底面与试验模型顶面 接触，分配梁的刚度经计算满足试验要求。首先对 试验模型进行预加载，检查试件各部分是否接触良 好，并观测仪表是否正常工作，然后进行分级加 载，每级荷载增量为１０ ｋＮ，加载至８０ ｋＮ共８个 荷载工况。读取试验模型在各工况和各级荷载作用 下测点的应变值和挠度值，同时观测试验模型的开 裂情况以及加载过程中各构件的变化情况。
４试验结果分析 ４．１挠度 图１３～图ｌ７列出了１ 桥和２ 桥中跨跨中截 面和中跨１／４跨截面的实测挠度和偏载系数随荷载 变化的曲线，对称荷载作用下数值为两角点挠度的 平均值，偏心荷载作用下数值为偏向加载一侧角点 的挠度。偏载系数定义为偏心荷载作用下挠度与对 称荷载作用下挠度的比值。
荷载／ｋＮ 图１３ １ 桥中跨中截面挠度一荷载曲线
１Ｏ ２０ ３Ｏ ４Ｏ ５Ｏ ６０ ７Ｏ ８０ ９Ｏ 荷载／ｋＮ
１ 桥中跨１／４跨截面挠度一荷载曲线
０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ 荷载／ｋＮ
图１５ ２ 桥中跨跨中截面挠度一荷载曲线
由图１３一图１６可知：无论在偏心荷载还是对 称荷载作用下，观测截面的挠度均随荷载的增大而 增大，近似呈线性变化，这说明当荷载增加至８０ ｋＮ时，２个桥梁模型仍处于弹性工作状态，但是 １ 桥和２ 桥各观测截面在相同对称荷载和偏心荷 载作用下的挠度值存在差异，１ 桥各观测截面挠 第４期 波纹钢腹板连续刚构桥扭转与畸变的试验研究 ４３ 度均大于２ 桥相应截面挠度，这说明波纹钢腹板 箱梁桥的抗弯刚度略低，且腹板剪切变形对挠度有 影响，这与文献Ｅ７３的结论相同。
荷载／ｋＮ 图１６ ２ 桥中跨１／４跨截面挠度一荷载曲线
１．８ １・７
１．２ ０．９ 图１７偏载系数一荷载曲线 由图１７可以看出： （１）在相同荷载作用下，１ 桥中跨跨中截面 和中跨１／４跨截面的偏载系数均比２ 桥对应截面 的偏载系数大，说明在偏心荷载作用下，波纹钢腹 板连续刚构桥的刚性扭转程度大于相应的混凝土腹 板连续刚构桥刚性扭转程度；１ 桥中跨跨中截面 和中跨１／４跨截面的偏载系数最大值均超过１．５， 而２ 桥２个观测截面偏载系数最大值为１．３３，这 说明波纹钢腹板箱梁抗扭刚度比混凝土腹板梁有所 降低，刚性扭转产生的挠度在设计中不可忽略，并 建议采取增加横隔板等措施改善其抗扭刚度。 （２）当荷载为７０ ｋＮ时，１ 桥中跨跨中截面 偏载系数为１．１８８，说明中跨跨中截面扭转比较明 显，而此时中跨１／４跨截面的偏载系数为１．０２１， 在相同荷载作用下，１／４跨截面的扭转程度小于跨 中截面的扭转程度。文献Ｅｌ３］通过实验对简支箱 梁跨中和１／４跨截面的偏载系数的研究表明，跨中 截面和１／４跨截面的扭转程度相差不大。之所以出 现这种差别，是由于波纹钢腹板连续刚构桥的墩梁 固结体系对偏载作用下梁体的扭转起到了一定抑制
作用，各截面抑制作用的大小与该截面距桥墩的距 离有关，观测截面距桥墩越近，抑制作用愈明显， 因此，相比于波纹钢腹板简支箱梁桥，波纹钢腹板 连续刚构桥具有更好的抗扭转性能。 （３）１ 桥中跨跨中截面的偏载系数随荷载先 增大后减小，中跨１／４跨截面随荷载的增大而减 小，表明偏载系数大趋势为随荷载的增大而减小， 说明波纹钢腹板连续刚构桥的扭转程度的增加值随 荷载的增大而减小，荷载越大，箱梁越不容易扭 转。文献１－１ ３－］对简支波纹钢腹板箱梁桥的试验表 明其扭转程度的增加值随荷载的增大而增大，荷载 越大，箱梁越容易扭转。二者差别说明波纹钢腹板 连续刚构桥的墩梁固结对扭转程度起到抑制作用， 且随箱梁扭转程度的增加而愈发明显。 ４．２箱梁腹板纵向翘曲应变 箱梁在对称荷载作用下，只产生弯曲，而在偏 心荷载作用下，同时产生弯曲、刚性扭转和畸变。 偏心荷载作用下，各测点应变值为弯曲、扭转、畸 变效应的综合应变。令对称荷载作用下的应变为 ｅＭ，偏心荷载作用下的应变为ｅ ，则综合翘曲应 变ｅｗ—ｅ 一￡Ｍ。各级对称荷载和偏心荷载作用下， １ 桥中跨跨中截面腹板中部９ 测点的纵向应变值 见表１，２ 桥中相应的９ 测点的应变值见表２。 表Ｉ各级荷载作用下１ 桥中跨跨中截面９ 测点实测应变 荷载／ 对称荷载下纵向偏心荷载下纵向 翘曲应变／ ｋＮ 应变／］ｏ 应变／１０ １０