波形钢腹板体外预应力箱梁在新密溱水路大桥中的应用.pdf

・桥涵工程・波形钢腹板体外预应力箱梁在新密溱水路大桥中的应用魏俊龙（中铁十五局集团第四工程有限公司郑州４５００５２）摘要将波形钢腹板应用在无背索斜拉桥中，是波形钢腹板体外预应力箱梁应用领域的又一次新的突破。结合——亚洲最大的无背索斜拉桥新密溱水路大桥，阐述了波形钢腹板体外预应力混凝土组合箱梁的优点，具体介绍了该桥波形钢腹板的构造以及体外顸应力体系的设计，以期推动该组合箱梁结构在我国桥梁建设中推广应用。关键词波形钢腹板体外预应力组合箱粱无背索斜拉桥中图分类号ｕ４４５文献标识码Ｂ—文章编号１００９４５３９（２０１４）增ｌ一０１０３一０４１引言波形钢腹板体外预应力箱梁结构是近年来国内外新兴的一种新型桥梁结构。该结构以波形钢腹板代替混凝土腹板或纵向加劲的平面钢腹板作为箱梁的腹板，并配用体外预应力技术，实现了主…梁的轻量化，增大了梁的跨越能力。这种新颖的桥型一出现就引起了许多工程师和学者的关注。这种桥型首先在国外发展起来，自２００５年以来，国内已经建成的波形钢腹板混凝土ＰＣ组合箱梁桥已有数十座，目前在建的和设计中的桥梁也有十余座。本文以在建的河南新密溱水路大桥为例，介绍这种波形钢腹板体外预应力箱梁的应用。２工程概况河南新密溱水路大桥桥位以南是规划的汉风公园，溱水路又为城市主干道，因此对大桥的景观要求较高，经研究分析，采用独塔无背索斜拉桥。无背索斜拉桥造型新颖，结构优雅。为突出技术进步和科技创新，针对该桥桥宽、跨小的特点，采用了国内独创的波形钢腹板无背索斜拉桥旧ｏ；为了更进一步减轻主梁的自重，降低斜塔的高度，配以体外预应力技术。整个桥梁的设计是以主梁受压、斜拉收稿日期：２０１４一０４一ｌＯ铁道建翁技术ＲＡ『ＬＷ４ｙｃ０￣Ｓ丁ＲＵＣ丁『０～Ｈ；Ｃ卜『￣０正－０Ｇｙ索受拉、斜塔平衡部分主梁自重的结构体系。其主梁压力由混凝土承担，主梁剪力由波形钢腹板承担。主桥跨径为３０ｍ＋７０ｍ＋３０ｍ。（见图１）。图１新密溱水路大桥效果图３波形钢腹板体外预应力混凝土结合箱梁３．１结构特点波形钢腹板体外预应力混凝土组合箱梁构造∞简单（见图２ｏ），不仅受力合理，而且具有明显的经济效益，主要表现为：波形钢腹板不承受纵桥向的轴力，纵向刚度很低，不易开裂，既克服了平钢腹板易开裂的致命缺点，又减轻了因采用平钢腹板需增加加劲肋而增加桥梁重量的缺点。波形钢腹板具有很好的折叠性，在桥纵向可以自由伸缩，使施加于主梁上的预应力更有效地作用在箱梁的顶底板，不被腹板吸收，提高了预应力的效率。采用波形钢腹板代替混凝土腹板，在施工过程２Ｄ，４’ｆ增Ｊ１０３万方数据・桥涵工程・中可以相应地减少大量的模板、支架和混凝土的用量，波形钢腹板可以工厂化生产，方便了施工，缩短了工期，减少了施工成本；体外预应力技术的并用，进一步减轻了桥梁的自重，方便了维护和更换，使桥梁在长期的运营过程中始终处于良好的服役状态，延长了桥梁的使用寿命，增强了结构的耐久性。此结构让各构件（包括混凝土、波形钢腹板、体外索）各尽所能，充分发挥了其效率。体内预应力索壅兰塑堕堕）体内预应力索混凝土顸板万燮横隔板。伙墨筮土盛堑体外预应力索图２体外预应力波形钢腹板混凝土组合箱梁３．２波形钢腹板的设计波形钢腹板的设计是根据腹板受力情况、桥梁横向刚度、压力机的制作能力、运输尺寸的限制、现场吊装和拼装要求以及经济性、景观相等因素确‘定的４。。本桥主梁采用分离式单箱双室波形钢腹板整体箱梁（见图３），梁宽５０ｍ，梁高２．５～３．５ｍ，波形钢腹板采用Ｑ３４５Ｃ钢，抗拉强度２００ＭＰａ、抗剪强度１２０ＭＰａ，波长１２００ｍｍ，波高２００ｍｍ，直板段水平长度３３０ｍｍ，斜板段水平长度为２７０ｍｍ，水平折叠角度为３６．５。，内径Ｒ为２００ｍｍ，钢板厚度１２ｍｍ，经工厂加工成型，运送到施工场地的波形钢腹板一个标准段长为３６００ｍｍ。图３１／２波形钢腹板箱梁标准段断面图３．３连接件波形钢腹板体外预应力箱梁桥结构设计中，波１０４形钢腹板与混凝土顶底板之间采用的抗剪连接件连接是设计的关键环节，它直接关系到整个组合梁桥的承载能力¨Ｊ。“”本桥波形钢腹板与混凝土顶板连接采用Ｔ－ＰＢＬ连接件，底板连接采用焊钉连接件，见图５。采用参数如下：开孔钢板及翼缘板厚１４ｎｕｎ，贯穿孔直径：６０ｌｎｒＩｌ，间距１５０ｍｎｌ，贯穿钢筋：担２ｒｎｒｎ（ＨＲＢ３３５）；焊钉采用Ｍ２２的普通螺钉，焊钉高１５０ｍｍ。腹板和连接件采用ＭＣ．ＴＬ．２型焊缝。边腹板钢板对接焊缝采用Ｍｃ．ＢＶ．Ｂ１型焊缝，中腹板用１０．９级Ｍ２２的高强螺栓进行连接，并进行焊脚尺寸为１０ｍｍ的贴脚焊接。ａ．Ｔ．ＰＢＬ连接件ｂ．焊钉连接件图４连接件形式４体外预应力的设计体外预应力是将预应力钢束布置在主体结构外部的预应力，是后张预应力体系的重要分支之一［６］，与体内预应力结构相比，其预应力筋位于承载结构主体截面之外，通过与结构主体截面直接或间接相连接的锚固区与转向块来传递预应力。本桥体外预应力体系由索体、锚固系统和转向装置组成，结构见图５。图５体外预应力体系４．１体外预应力束的布置本桥预应力配筋采用体内及体外预应力的混铁道建筑技术ＲＡ『ＬＭｙＣ０～Ｓ丁开ＵＣ丁『０～丁ＥＣｌＨ～Ｏｆ＿ＯＧｙ２０Ｔ４ｆ增ＴＪ万方数据・桥涵工程・合形式，体外索比例约为３０％，体外预应力束全桥共计１６根，每箱室各配置４根，布置在主跨箱梁内，采用主跨通长束。４．２体外预应力索体本桥索体全部采用１９一书１５．２ｍｍＯＶＭ．Ｓ６型环氧喷涂无粘结筋成品索，是由单丝涂覆环氧钢绞线、防腐油脂和ＰＥ护套组成的多层防护索体，其防腐性能更加优越。该索体自由段不灌浆，其标准抗拉强度ｆｐｋ＝１８６０ＭＰａ，张拉控制应力ｌ１１６ＭＰａ（０．６ｆｐｋ）。该索体结构符合国际标准Ｆｉｂ２００５《钢绞线斜拉索验收规范》中４．３．３条规定，其中环氧涂覆钢绞线符合国家标准《单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线》（ＧＢ／Ｔ—２５８２３２０ｌｏ）的规定。环氧喷涂是一种高环保无污染高近点喷涂技术，是将环氧树脂粉末喷射到钢绞线上，然后加热熔融、固化、冷却，从而在钢绞线表面形成的一层环氧涂膜。该保护层具有防腐性能优良、耐曲折度优良、抗冲击性优良、耐高温性能优良等优点；其环氧层较薄，且厚度均匀，夹片咬透环氧层直接夹持在钢绞线母体上，与锚固单元的匹配性优良。４．３体外预应力转向装置在体外预应力混凝土结构中，体外预应力筋通过转向装置改变方向从而形成预应力折线配筋，体外预应力筋对混凝土体的作用也是通过转向装置传递。转向装置是一种特殊构造，它是除锚固构造外，体外预应力索在跨内唯一与混凝土体有联系的构件，是体外预应力混凝土结构中最重要、最关键的结构构造之一１７ｊ。转向装置主要分为散束式转向器和集束式转向器两种，本桥采用集束式转向器，转向器采用符合《输送流体用无缝钢管》（ＧＢ／Ｔ—８１６３２００８）中规定的无缝钢管和内衬ＨＤＰＥ组成，钢管的作用是提供设计要求的体外束转向的角度和弧度，ＨＤＰＥ管主要起隔离索体与钢管的作用，为防止体外束索体与钢管接触而磨损ＨＤＰＥ外护套，提高’索体的耐久性。规范８。规定体外索在每个转向器处的弯折转角不应大于１５。，１９一书１５．２型的体外铁道建筑技术只饵ｆＬｗＡｙＣ０～Ｓ丁开ＵＣ丁『０～丁￡－ｃ卜ｆ￣０ＬＯＧｙ索最小弯曲半径是３．０ｍ；本桥的转向器处的弯折转角在５．４５。～１４．０９。之间，体外索的转角半径在３．５～８ｍ之间。转向器出口圆滑过渡，可消除安装、施工的误差所产生的附加应力，同时可以减少ＨＤＰＥ套管的磨损。４．４体外预应力锚固系统在锚固端，钢绞线处于裸露状态，既无油脂防护，又无ＰＥ层的防护，防腐条件较差。本桥体外预应力锚固体系采用配套的０ＶＭ．ｒ丌型预应力锚具，该锚具设计了双层喇叭口管结构（见图６），锚具内部设计了内衬套等隔离装置，装置内可灌筑水泥砂浆、环氧砂浆或油脂。这种结构可以整体取出隔离装置实现换索的功能，又可以借助砂浆的握裹力提高整个体系的锚固性能，且对裸露的钢绞线起到加强防腐的作用。图６锚固系统５波形钢腹板的剪应力验算计算假设波形钢腹板承担全部剪力。在极限荷载作用下，混凝土顶底板承担的剪力的比例并不明显，为安全考虑，视为波形钢腹板承担全部剪力。波形钢腹板在极限承载能力状态下的剪应力按下式验算：¨≤√＾。ｆ＿（１）≤Ｋ／（＾。￡。），。（２）本桥的验算情况见表ｌ。各单元的截面剪应力数据，１、４３、４４、８６横隔梁单元及３３、３４、７６、７７墩塔梁交点处单元的剪应力是混凝土腹板箱梁的数据，应予以剔除，可以看出，各截面数据均在允许值范围之内，满足规范要求。２０１４ｌ增１）１０５万方数据桥涵工程・表１波形钢腹板竖向剪应力验算表设计设计设计允许设计设计设计允许单元Ａ。／ｍｍ２单元＾，／ｍｍ２箭力／ｋＮ剪应力／ＭＰａ剪应力箭力／ｋＮ剪应力／ＭＰａ剪应力／ＭＰａ１５５３０３．２一ｌｌ９５７．６—２１６．２１８０“５５３０３．２一１２７０１．９—２２９．７１８０２５５３０３．２—８３２０．８一１５０．５１８０４５５５３０３．２—８８７１．６一１６０．４１８０３５５３０３．２—６０８Ｉ．９一１１０．０１８０４６５５３０３．２—６５１６．６—１１７．８１８０４５５３０３．２—４７４２．５—８５．８１８０４７５５３０３．２—５０８２．４—９１．９１８０５５５３０３．２—２５３８．５—４５．９１８０４８５５３０３．２—２８６６９—５１．８１８０６５５３０３．２ｌ２７５．３２３．１１８０４９５５３０３．２ｌ８３６．５３３．２１８０７５５３０３．２３４９７．１６３．２１８０５０５５３０３．２４１５９．８７５．２１８０８５５３０３．２４８７５．８８８．２１８０５ｌ５５３０３．２５６９７．３１０３．Ｏ１８０９５５３０３．２７１５９．６１２９．５１８０５２５５３０３．２８０７１．３１４５．９１８０ｌＯ５５３０３．２８５２９．９１５４．２１８０５３５５３０３．２９６０７．６１７３．７１８０ｌｌ５５３０３．２一ｌｌ８４５．７—２１４．２１８０５４５５３０３．２一１３２１７．９—２３９．０１８０１２５５３０３．２一ｌＯ５０６．８一１９０．０１８０５５５５３０３．２一ｌｌ７１８．３—２１１．９１８０１３５５３０３．２—８２５０．５—１４９．２１８０５６５５３０３．２—９３６１．５—１６９．３１８０１４５５３０３．２—６９０８．３一１２４．９１８０５７５５３０３．２—７８６４．５—１４２．２１８０１５５５３０３．２—６６７５．５一１２０．７１８０５８５５３０３．２—７５７５．８一１３７．Ｏ１８０１６５５３０３．２—５３３４．Ｏ一９６．４１８０５９５５３０３．２—６０７５．０一１０９．８１８０１７５５３０３．２—５１２８．３—９２．７１８０６０５５３０３．２—５８５８．５—１０５．９１８０１８５５３０３．２—３７９０．２—６８．５１８０６１５５３０３．２—４３５７．１—７８．８１８０１９５５３０３．２—３６６５．６—６６．３１８０６２５５３０３．２—４２１５．４—７６．２１８０２０５５３０３．２—２３１７．９—４１．９１８０６３５５３０３．２—２７２３．３—４９．２１８０２ｌ５５３０３．２—２２５９．４—４０．９１８０６４５５３０３．２—２６３３．１—４７．６１８０２２５５３０３．２—９４７．６一１７．１１８０６５５５３０３．２一ｌ２３７ｌ一２２．４１８０２３５５３０３．２—９９２．７一１８．Ｏ１８０６６５５３０３．２一Ｉ２９６５—２３．４１８０２４５５３０３．２２０４２．３３６．９１８０６７５５３０３．２２５９９．Ｏ４７．０１８０２５５５３０３．２２１１４．５３８．２１８０６８５５３０３．２２６６９．６４８．３１８０２６５５３０３．２３４５４．８６２．５１８０６９５５３０３．２４１７１．３７５．４１８０２７５５３０３．２３５７４．４６４．６１８０７０５５３０３．２４３０４．０７７．８１８０２８５５３０３．２４９２６．８８９．１１８０７ｌ５５３０３．２５８２２．１１０５．３１８０２９５５３０３．２５０３１．８９１．０１８０７２５５３０３．２５９６９．１１０７．９１８０３０５５３０３．２６３７８．３１１５．３１８０７３５５３０３．２７４９１．７１３５．５１８０３１５５３０３．２５２８５．０９５．６１８０７４５５３０３．２６４２９．７１１６．３１８０３２５５３０３．２７７１０．２１３９．４１８０７５５５３０３．２９０３４．３１６３．４１８０３３５５３０３．２１５７０６．３２８４．Ｏ１８０７６５５３０３．２１７１５５．３３１０．２１８０３４５５３０３．２—１６５０６．５—２９８．５１８０７７５５３０３．２一１７７２４．３—３２．０５１８０３５５５３０３．２—９８８５．２—１７８．７１８０７８５５３０３．２一ｌＯ９５５．６一１９８．１１８０３６５５３０３２—７２１６．４一１３０．５１８０７９５５３０３．２—８１５６．１—１４７．５１８０３７５５３０３．２—４４３４．４—８０．２１８０８０５５３０３．２—５２４３．１—９４．８１８０３８５５３０３．２—２７５９．５—４９．９１８０８ｌ５５３０３．２—３４０９．９—６１．７１８０３９５５３０３．２２７２１．８４９．２１８０８２５５３０３．２２９ｌＯ．３５２．６１８０４０５５３０３．２４３２９．１７８．３１８０８３５５３０３．２４６０６．８８３．３１８０４ｌ５５３０３，２６８４０．９１２３．７１８０８４５５３０３，２７１４９．５ｔ２９．３１８０４２５５３０３．２８４９３．３１５３．６１８０８５５５３０３．２８９１１．５１６１．１１８０４３５５３０３．２１０４１５．８１８８．３１８０８６５５３０３．２ｌｌ０７４．０２００．２１８０１０６（下转第１４２页）铁道建筑技术ＲＡ『ＬＷ４ｙＣＯＮＳ丁开ＵＣ丁『Ｏ～丁Ｅ－ｃＨ～０ＬＯＧｙ２Ｄ７４ｆ增７Ｊ万方数据・隧道／地下工程・测组织机构负责人和盾构操作问。５．３监测报警值为了确保浙赣线运营等安全，对地面的隆沉及轨道变形设置严格的控制标准。监测报警值详见表４。表４监测报警值控制标准序号监测项目报警值预警值报警速率＋１０ｍｍ一＋７ｍｍ（隆）ｌ地表沉降±３ｍｍ／ｄ一３０ｍｍ一２ｌｍｍ（沉）２单轨面沉降差４ｍｍ３双轨面沉降差６ｍｍ当监测数据达到预警值时，必须采取以下措①施：加大监测频率（由１次／４ｈ加密为１次／２ｈ）②③和加强地面巡视；调整同步注浆量；采取二次④注浆及跟踪补注浆；召开会议，分析出原因并立即采相对应措施。５．４监测方法本工程按二等监测精度要求进行。测量仪器定期进行检校，每次工作前检查标尺水泡，仪器气”泡，水准仪ｉ角不得大于１５，测站高差观测中误差不大于０．２ｍｍ。测站的设置视线长度不大于３０ｍ，任意一测站上的视距累计不大于３．０ｍ。每次监控量测组监测完成后，将监测资料提交监测数据处理分析组进行数据处理；工程技术部和项目总工对数据进行复核后，将操作指令下发给盾构施工操作人员执行。测量班每天提供３份监测报表，实时动态反馈每个监测点当前变化量、累计变化量。６结束语通过以上技术措施，较好地控制了地表及地面铁路路基及轨道的隆沉，盾构安全顺利地穿越了浙赣铁路。在施工完成后，铁路路基坡脚累计最大隆起８．６ｍｍ、路肩累计最大沉降为２．６ｍｍ、轨面累计最大沉降为７．４ｍｍ、电话杆累计最大隆起１．３ｍｍ，均控制在规定的允许范围内。参考文献［１］肖广良．盾构在软土地层穿越既有铁路施工技术［Ｊ］．—隧道建设，２００８，３（６）：３２４３２９．［２］胡明庆，王金峰，李双平，等．地铁盾构穿越铁路专项—监测［Ｊ］．人民长江，２叭０，４１（２０）：９４９６．““—”—”“——”——“——————“—“‘”——‘＋一＋・・＋一＋一＋・・＋・・＋＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋・・＋一＋一＋一＋一＋一＋－＋一＋－＋一＋一＋一＋＋＊＋一＋－－卜・卜＋・卜一・卜・卜一・卜卜一・卜一十一卜一卜。卜。卜。＋．・。卜＊＋．（上接第１０６页）６结束语波形钢腹板体外预应力这一独特的组合箱梁有着比传统的预应力混凝土箱梁和平钢腹板的组合梁更好的力学性能和优点：混凝土抗弯，波形钢腹板抗剪，波形钢腹板的折皱效应提高了预应力的应用，体外索的可换性提高了桥梁的耐久性。新密溱水路大桥，首次将波形钢腹板箱梁应用在无背索斜拉桥结构中，进一步的推动了波形钢腹板组合箱梁在我国桥梁中的应用，为今后这种新结构的发展奠定了基础。该桥型造型新颖，光洁美观，是新密市又一地标性建筑。参考文献［１］宋建永，王彤，张树仁．波形钢腹板体外预应力混凝土１４２铁道建筒技术—组合箱梁［Ｊ］．东北公路，２００２，２５（１）：３８４０．［２］李宏瑾．新密溱水路大桥波形钢腹板无背索斜拉桥总体—设计［Ｊ］．华北水利水电学院学报，２００９，３０（６）：４７．［３］王圣保．波形钢腹板对箱梁预应力效率的影响［Ｊ］．钢结构，２０ｌｌ，７（２６）：７一１１．［４］刘岚，崔铁万，译．本谷桥的设计与施工一采用悬臂架设施工法的波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥［Ｊ］．国—外桥梁，１９９９（３）：１８２５．［５］吴继峰．波形钢腹板Ｐｃ组合箱梁无背索斜拉桥的设—计［Ｊ］．公路，２０ｌｌ（２）：５４５８．［６］宾帆．体外预应力钢箱一混凝土结合梁桥发展与应用—［Ｊ］．山西建筑，２０１１，３７（２７）：１８５１８６．［７］杨明，黄侨，叶见曙．波形钢腹板体外预应力箱梁钢制块式转向装置力学性能［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２０ｌｌ，４ｌ（１）：１７４一１８０．［８］ＪＧＪ—９２２００４无粘结预应力混凝土结构技术规程［ｓ］．ＲＡｌＬ＼～ＡＹｃｏＮＳＴＲＵＣＴｌＯＮＴＥｃＨＮＯＬＯＧＹ２０１４Ｃ增１》万方数据