波折钢腹板组合梁桥设计与施工实践.ppt

1、组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎0波折钢腹板组合梁桥-设计与施工实践 组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎1波折腹板组合梁桥-内容构成提出缘由及建设现状设计计算方法技术优势施工架设方法关键技术问题组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎2波折腹板组合梁桥提出的缘由混凝土箱梁腹板厚度、自重较大，特别是设置预应力筋预应力筋外移、即采用体外索后自重能得到部分减轻腹板与顶底板形成一体顶底板温差及其腹板干燥收束引起的变形相互约束，腹板出现裂缝组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系

2、同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎3波折腹板组合梁桥提出的缘由波折钢腹板组合箱梁的提出混凝土箱梁板腹式组合梁折腹式组合梁桁腹式组合梁复合式组合梁l由箱梁截面演化组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎4波折腹板组合梁桥提出的缘由法国La Ferte Saint-Aubin桥，用钢腹板来代替混凝土腹板的简支箱梁桥，采用了体外索施加纵向预应力。钢腹板与混凝土顶底板之间通过各种连接件比较容易结合在一起。在施加纵向预应力时，为防止发生局部屈曲必须焊接纵向加劲肋。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎5波折腹板组合梁桥提出的缘由法国

3、提出用弯成折形的薄壁钢板，来代替混凝土腹板。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎6波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥Cognac桥(法国，1986年完成)31m+43m+31m,3跨连续组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎7波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥Maupre桥（法国，1987年）40.95+47.25+53.55+50.40+47.25+44.10+40.95m组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎8波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥Dole桥(法

4、国，1995年完成)48m+5*80m+48m,7跨连续组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎9波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥Altwipfergrund桥（德国，最大跨115.0m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎10波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥Altwipfergrund桥（德国，最大跨115.0m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎11波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥（日本，1993年，最大跨30.0m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大

5、学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎12波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥（日本，1996年，最大跨45.5m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎13波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥本谷桥（日本，1998年，最大跨97.2m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎14波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎15波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥矢作川桥，主跨2235m 组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系

6、同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎16波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥矢作川桥组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎17波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥主跨180m 组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎18波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥广州鱼窝头桥（35m+50m+35m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎19波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥广州鱼窝头桥（35m+50m+35m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘

7、玉擎刘玉擎2020项目研究内容依托工程桥梁 波折腹板组合梁桥辽宁宽甸桥（32m+48m+32m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎21波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥辽宁宽甸桥（32m+48m+32m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎22波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥江苏姚大路桥（25m+30m+30m+25m）组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎23波折腹板组合梁桥建设现状波折腹板组合梁桥江苏姚大路桥（25m+30m+30m+25m）组组合合结结构构

8、桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎24波折腹板组合梁桥建设现状结构形式与最大跨径关系结构形式数量及比例组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎25波折腹板组合梁桥设计计算方法设计框图假定截面计算截面计算截面力配置预应力钢筋及其体外索计算预应力验算截面弯矩验算截面剪力验算截面扭矩验算变形构造设计否否否否组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎26波折腹板组合梁桥截面弯曲刚度的计算 折形腹板在纵向如风琴一样能够自由变形，具有折叠效应，它的轴向及其弯曲刚度可以忽略不计。计算截面弯曲刚度时，设上、下混凝土

9、翼缘板全截面有效。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎27波折腹板组合梁桥截面剪切刚度的计算 剪切刚度计算：平钢板弯折成波形后剪切刚度降低剪切刚度修正系数：折形腹板沿纵向的长度与实际的长度的比awbwcwdw组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎28波折腹板组合梁桥扭转刚度的计算扭转刚度计算：扭转刚度修正系数：组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎29波折腹板组合梁桥抗弯验算 在验算其混凝土应力是否超过容许应力的同时，还要验算承载能力，其方法可以参照普通混凝土箱梁的一些规定。折形

10、腹板箱梁的抗弯有效截面及应力分布有效截面 轴应力 弯曲应力组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎30波折腹板组合梁桥抗剪验算计算截面剪力假定折形形状验算设计荷载下的截面剪应力验算极限荷载下的截面剪应力验算局部屈曲、确定折形宽度验算整体屈曲、确定折形高度否否否否组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎31设计原则：确保失稳承载力高于屈服承载力失稳模式：局部失稳与整体失稳限制折形宽度：防止局部失稳在屈服前发生限制折形高度：防止整体失稳在屈服前发生波折腹板组合梁桥抗剪验算局部屈曲整体屈曲组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工

11、程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎32屈服承载力的验算 在对折形腹板箱梁进行抗剪验算时，可以认为仅仅折形腹板承担剪力的作用，不考虑混凝土翼缘板的作用。折形腹板截面上作用的剪应力沿着高度均匀分布，截面高度上的平均剪应力由下式计算：波折腹板组合梁桥抗剪验算组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎33限制折形宽度：防止局部失稳在屈服前发生-得到腹板条的宽高比与高厚比的关系：波折腹板组合梁桥抗剪验算组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎34限制折形高度：防止整体失稳在屈服前发生-得到波形高厚比与截面高厚比的关系：波折腹板组合梁

12、桥抗剪验算组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎35 当折形腹板组合箱梁用于斜桥或弯桥时，有必要进行抗扭验算。钢腹板及其混凝土翼缘板由扭矩引起的剪应力分别按下式计算：波折腹板组合梁桥抗扭验算组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎36在计算折形腹板箱梁桥的变形时，仅考虑弯曲刚度，假定上下混凝土翼缘板全截面有效进行结构分析。波折腹板组合梁桥相对于混凝土箱梁桥的剪切刚度较弱，在确定梁的起拱大小时不仅弯曲变形，也有必要考虑剪切变形的影响。波折腹板组合梁桥变形验算组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘

13、玉擎刘玉擎37波折腹板组合梁桥腹板与翼缘板连接计算上、下混凝土翼缘板因徐变、干燥收缩，及其钢板与翼缘板的温度差所引起的结合面剪力可以忽视。荷载作用下的结合面剪力计算，参照组合钢板梁的计算方法，即用下式求出单位长度上作用的剪力。Ic为上、下混凝土翼缘板对全截面中性轴n-n的惯性距，Qc与要计算的接合面相对应，为上翼缘混凝土板或下翼缘混凝土板对n-n的面积距。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎38波折腹板组合梁桥施工方法满堂支架组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎39波折腹板组合梁桥施工方法满堂支架组组合合结结构构桥

14、桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎40波折腹板组合梁桥施工方法满堂支架组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎41波折腹板组合梁桥施工方法波折腹板组合梁桥悬臂架设，主跨84.3m组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎42波折腹板组合梁桥施工方法波折腹板组合梁桥预制节段拼装组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎43波折腹板组合梁桥施工方法波折腹板组合梁桥预制节段拼装(a)混凝土箱梁横截面(b)折形腹板箱梁横截面组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学

15、桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎44波折腹板组合梁桥施工方法先行钢梁吊装架设组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎45（a）顶推钢腹板(b)混凝土底板吊装就位（c）现场浇注横梁和转向块（d）现场浇注混凝土顶板波折腹板组合梁桥施工方法先行顶推钢腹板梁组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎46波折腹板组合梁桥施工方法 结构形式与施工方法的关系 最大跨径与施工方法的关系组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎47波折腹板组合梁桥技术优势用折形钢腹板替代混凝土腹板，主梁自重大约可以减轻20-30%；

16、折形钢板是利用弯折成形的折形形状来代替加劲肋，具有较高的抗剪强度；折形腹板在桥梁纵向刚度几乎为零，大幅度提高了施加预应力的效率；腹板、上下混凝土翼缘板相互不受到约束，徐变、干燥收缩、温差等的影响减小；无需箱梁的竖向立模板；箱梁腹板制作可以实行工厂化，并且伴随着自重的减轻，架设更容易。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎48波折腹板组合梁桥关键技术问题折形钢腹板的设计折形腹板加工及形状控制折形钢腹板纵向间连接折形钢腹板与混凝土顶底板结合钢翼缘对预应力施加效果的影响波折腹钢板内衬混凝土波折腹板组合梁剪切变形的影响钢腹板制作架设困难 组组合合结结构构桥桥梁梁

17、同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎49设计原则：确保失稳承载力高于屈服承载力失稳模式：局部失稳与整体失稳限制折形宽度：防止局部失稳在屈服前发生限制折形高度：防止整体失稳在屈服前发生波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板的设计组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎50波折腹板组合梁桥关键技术问题 防止局部屈曲防止局部屈曲折形腹板形状尺寸设计取值折形腹板形状尺寸设计取值awbwcwdw折形腹板的设计组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎51波折腹板组合梁桥关键技术问题 防止整体屈曲防止整体屈曲折形腹板形状尺寸

18、设计取值折形腹板形状尺寸设计取值awbwcwdw折形腹板的设计组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎52波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板加工及形状控制优点：可对应多 种波形缺点：加工麻烦波形成形的冲压式加工波形成形的冲压式加工组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎53波折腹板组合梁桥关键技术问题波形成形的弯压式加工波形成形的弯压式加工折形腹板加工及形状控制模具弯压机模具弯压机波形成形的弯压式加工波形成形的弯压式加工模具模具W:模具宽度模具宽度优点：加工方便。缺点：一种磨具 只能对应 一种波形。弯曲半径为板厚15倍组

19、组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎54波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板加工及形状控制组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎55波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板加工及形状控制组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎56波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板加工及形状控制组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎57波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板间的连接组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎58波折腹板

20、组合梁桥关键技术问题折形腹板间的连接-焊接 桥梁纵向刚度极小，不需要承担轴力，仅仅需要考虑如何有效地承担剪力。(b)贴角焊接(a)坡口焊接折形钢板折形钢板焊缝焊缝组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎59波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板间的连接-高强螺栓(c)用翼缘板的单面摩擦(a)单面摩擦(b)双面摩擦盖板折形腹板折形腹板螺栓组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎60波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板与顶底板结合焊钉连接件开孔板连接件组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎6

21、1波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板与顶底板结合浇筑难质量难拉拔力组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎62波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板与顶底板结合浇筑难易漏浆质量难组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎63波折腹板组合梁桥关键技术问题（a）试验结果（b）实际桥梁折形腹板与顶底板结合组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎64波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板与顶底板结合组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎65波折腹板组合梁桥关键技

22、术问题折形腹板与顶底板结合截面形式2节点构造/mm截面形式1节点构造/mm组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎66波折腹板组合梁桥关键技术问题b)下翼缘下翼缘a)上翼缘上翼缘剪力钉作用剪力计算结果剪力钉作用剪力计算结果折形腹板与顶底板结合组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎67波折腹板组合梁桥关键技术问题剪力钉拉拔力计算结果剪力钉拉拔力计算结果b)下翼缘下翼缘a)上翼缘上翼缘折形腹板与顶底板结合组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎68波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板与顶底

23、板结合组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎69波折腹板组合梁桥关键技术问题钢翼缘对预应力施加效果的影响桥面宽16.5m组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎70波折腹板组合梁桥关键技术问题钢翼缘对预应力施加效果的影响顶板底板组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎71波折腹板组合梁桥关键技术问题波折腹钢板内衬混凝土(a)波折腹板内衬混凝土提高承载能力能力(b)支点位置区域通常承受较大的负弯矩与剪力(c)跨径比例不协调时使各跨重量达到平衡组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同

24、济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎72波折腹板组合梁桥关键技术问题波折腹钢板内衬混凝土组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎73波折腹板组合梁桥关键技术问题波折腹钢板内衬混凝土提出等效剪切刚度计算方法提出剪力分配计算方法提出抗剪强度计算方法组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎74波折腹板组合梁桥关键技术问题折形腹板箱梁与混凝土箱梁的截面性能比较折形腹板箱梁与混凝土箱梁的截面性能比较(b)折形腹板箱梁(a)混凝土箱梁波折腹板组合梁剪切变形的影响组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎75

25、波折腹板组合梁桥关键技术问题折腹板箱梁与混凝土箱梁截面性能比较折腹板箱梁与混凝土箱梁截面性能比较截面刚度单位折腹板箱梁（S）混凝土箱（C）S/C截面积(A)m25.807.120.81纵向抗弯刚度(EI)kNm21.741081.921080.91横向抗弯刚度(EI)kNm21.251081.671080.75抗剪刚度(GA)kN2.081062.731070.08抗扭刚度(GJ)kNm26.571071.661080.40波折腹板组合梁剪切变形的影响组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎76波折腹板组合梁桥关键技术问题钢腹板制作架设困难组组合合结结构构桥

26、桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎77波折腹板组合梁桥关键技术问题钢腹板制作架设困难组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎78波折腹板组合梁桥关键技术问题钢腹板制作架设困难组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎79波折腹板组合梁桥关键技术问题折形钢腹板的设计折形腹板加工及形状控制折形钢腹板纵向间连接折形钢腹板与混凝土顶底板结合钢翼缘对预应力施加效果的影响波折腹钢板内衬混凝土波折腹板组合梁剪切变形的影响钢腹板制作架设困难 关键技术问题小结组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程

27、系 刘玉擎刘玉擎80801.组合钢箱梁提出的背景装配式混凝土梁桥装配式混凝土梁桥 中小跨径桥梁在我国具有广泛的需求，根据交通部统计资料，截止到2006年底，全国公路桥梁数量约为53万座，其中40m跨径以下中小跨径桥梁占到桥梁总数的90以上。混凝土梁桥出现不同程度的裂缝及下扰，影响其耐久性和正常使用功能桥梁自重较大，对基础要求高，下部结构造价偏高。混凝土梁自重大，不便于长距离运输，现场建厂预制，造成极大的浪费。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎81811.组合钢箱梁提出的背景2011年，我国日均钢产量达194万吨，年产钢量达7亿吨。2008年底，我国59

28、万座桥梁中，钢结构桥梁所占比例不足1%。美国60万座桥梁中，钢桥比例为33%。日本13万座桥梁中，钢桥占比为41%。本研究目的：寻找一种经济适用的桥梁结构型式，研究其桥梁结构承载力、轻便及宜装配、运输等特性；本研究目标：推出一种全新的装配式组合梁标准结构。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎82钢箱叠合梁是由组合桥面板、波形钢腹板、内填混凝土的钢套箱组成。桥梁是由钢箱叠合梁，通过横隔板横向拼装成整体。2.组合钢箱梁的结构形式组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎832.组合钢箱梁的结构形式组组合合结结构构桥桥梁梁 同

29、济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎84钢套箱15cm厚，内填混凝土，通过桁架式连接件连接。2.组合钢箱梁的结构形式组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎8510cm厚混凝土与6mm平钢板形成组合桥面板，通过弯筋连接件连接。2.组合钢箱梁的结构形式组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎86箱梁内组合横隔板钢横隔板内浇筑混凝土2.组合钢箱梁的结构形式组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎872.组合钢箱梁的结构形式箱梁间组合横隔板钢横隔板内浇筑混凝土组组合合结结构构桥桥梁

30、梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎882.组合钢箱梁的结构形式跨径30m和18m的试验桥组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎892.组合钢箱梁的结构形式钢板：采用国家标准耐候结构钢（GBT 4171-2008）材质：耐候钢Q355GNH，屈服强度410MPa、极限强度540MPa。耐侯钢在干燥与潮湿的环境交替中，钢材表面上形成致密且连续的非晶质安定锈层，能够防止锈蚀向内部扩展。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎902.组合钢箱梁的结构形式美国新泽西高速公路桥，1964 美国新河谷桥，建于197

31、7主跨518.3m的钢桁架拱桥 组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎912.组合钢箱梁的结构形式 耐侯钢与普通钢的造价(美元/吨)项 目普通钢普通钢耐侯钢耐侯钢材料及加工10811138架 设9191工厂涂漆746现场涂漆1052合合 计计13511237在美国耐侯钢桥比普通钢桥在初期造价上低大约10%组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎92钢箱叠合梁足尺模型 承载能力试验研究跨径30m和18m梁 跨径30m及18m的钢箱叠合简支梁足尺模型承载力试验研究 钢箱叠合梁有限元板壳实体模型非线性计算分析 钢箱叠合梁的极限

32、抗弯承载力简化计算公式预制拼装钢箱叠合梁试验桥静、动载试验研究 跨径30m和18m简支梁桥两车道跨径30m及18m的钢箱叠合梁桥的静载荷载试验研究 钢箱叠合梁桥的局部结构静载荷载试验研究 钢箱叠合梁桥的动载荷载试验研究 钢箱叠合梁桥的有限元计算分析3.研究内容及实施方案主要研究内容主要研究内容组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎93摆放好第一层钢条加载至最终荷载/30m足尺模型承载能力试验研究实施方案4.组合钢箱梁承载能力试验结果分析组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎9494若定义安全系数为极限状态外荷载值除以设

33、计荷载取钢套箱内混凝土开裂为正常使用极限状态，其安全系数为142.0t/87.5t=1.62取挠度限值L/600为正常使用极限状态，其安全系数为234.4t/87.5t=2.67取最终外荷载值为承载能力极限状态，其安全系数为505.0t/87.5t=5.77跨中荷载位移曲线30m试验梁钢箱叠合梁的破坏形态钢为套箱内混凝土开裂，继续加载，至下钢套箱屈服，此时桥面板混凝土未压碎，波形钢腹板未发生屈曲。组合桥面板中钢与混凝土之间相对滑移很小，可认为无滑移。4.组合钢箱梁承载能力试验结果分析最终外荷载达到505t，跨中挠度160mm。组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉

34、擎刘玉擎959595若定义安全系数为极限状态外荷载值除以设计荷载取挠度限值L/600为正常使用极限状态，其安全系数为104.7t/32.7t=3.2取最终外荷载值为承载能力极限状态，其安全系数为210.0t/32.7t=6.42跨中荷载位移曲线18m试验梁钢箱叠合梁的破坏形态钢为套箱内混凝土开裂，继续加载，至下钢套箱屈服，此时桥面板混凝土未压碎，波形钢腹板未发生屈曲。组合桥面板中钢与混凝土之间相对滑移很小，可认为无滑移。最终外荷载达到210t，跨中挠度76.7mm。4.组合钢箱梁承载能力试验结果分析组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎9630m梁的外均布

35、 荷载特征值钢套箱内混凝土开裂142.0t位移达到L/600 限值 234.4t钢套箱达200MPa 时342.6t最终外荷载值505.0t公路 I 级设计荷载 87.5t正常使用极限状态安全系数承载能力极限状态安全系数开裂1.62挠度限值2.67 18m梁的外均布 荷载特征值位移达到L/600 限值 104.7t钢套箱达200MPa 时127.6t最终外荷载值210.0t1/2公路 I 级设计荷载 32.7t正常使用极限状态安全系数承载能力极限状态安全系数挠度限值3.205.77最终外荷载5.77最终外荷载4.组合钢箱梁承载能力试验结果分析小结96组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系

36、同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎97设计建造了1座30m以及1座18m的钢箱叠合梁桥关键测试断面位移桥面板混凝土应变波形钢腹板剪应变钢套箱应变建立试验桥的ANSYS有限元板壳实体模型不考虑钢与混凝土相对滑移 计算值与试验值对比，验证桥梁实际受力状态与设计理论相符。与现行桥梁设计规范比较，对桥梁的整体受力性能进行合理评价。布置位移计及应变片模拟车辆实际位置加载横隔板应变桥面板局部工况位移桥梁自振特性实测值与计算值对比检校系数残余系数5.组合钢箱梁桥静载试验结果分析桥梁静、动载荷载试验研究实施方案跨中最大正弯矩（中载及偏载）1/4L正弯矩（中载及偏载）支承附近剪力（中载及偏载）横隔板工况桥面板工况

37、自振特性、跑车、跳车、刹车试验自振特性冲击系数实测97组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎98桥面上车辆位置标记第1级加载中载加载偏载加载静载试验远景图桥梁静动载荷载试验研究实施方案985.组合钢箱梁桥静载试验结果分析组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎9999工况工况说明W1-1W2-3W2-4W3-23跨中最大正弯矩中载第1级5.48.510.25.6跨中最大正弯矩中载第2级13.114.414.79.541/4L正弯矩中载第1级4.36.07.15.41/4L正弯矩中载第2级10.010.310.38.96跨

38、中最大正弯矩偏载第1级5.29.5126.2跨中最大正弯距偏载第2级13.015.617.210.571/4L正弯矩偏载第1级4.36.37.96.01/4L正弯矩偏载第2级9.811.111.79.5跨中最大位移出现在跨中正弯矩中载工况，为13.1mm，小于规范规定的容许挠度值L/600=50mm，满足规范要求；各工况下，桥梁最大位移出现在跨中正弯矩偏载工况，为17.2mm，小于规范规定的容许挠度值L/600=50mm，满足规范要求位移测点的实测位移增量30m试验桥5.组合钢箱梁桥静载试验结果分析位移测点组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎100100

39、跑车最大车速47km/h 跨中动应变/动位移时程曲线钢套箱底板应变横隔板位移波形钢腹板位移30m试验桥6.组合钢箱梁桥动载试验结果分析冲击系数1.15冲击系数1.15冲击系数1.11组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎1011016.组合钢箱梁桥动载试验结果分析30m试验桥钢套箱底板应变横隔板位移波形钢腹板位移跳车试验跨中动应变/动位移时程曲线冲击系数1.34冲击系数1.38冲击系数1.31组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎1021026.组合钢箱梁桥动载试验结果分析30m试验桥钢套箱底板应变横隔板位移波形钢腹板

40、位移刹车试验跨中动应变/动位移时程曲线冲击系数1.23冲击系数1.06冲击系数1.21组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎1031037.装配式组合钢箱梁的技术优势研究的特色组合钢箱梁全新的结构形式，实现力学结构的合理组合。在公路桥上采用可不需涂装的耐候钢，减少寿命期间造价。耐候钢、高性能混凝土、钢绞线等材料有效结合，充分发挥材料优势。自重轻，总重不超过现有钢筋混凝土同规模标准梁总重的40%。造价与普通钢筋混凝土梁基本持平，但其大幅可减少施工费用。生态效益明显，材料循环重复利用率可达95%以上组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系

41、 刘玉擎刘玉擎104 应用于中小跨径桥梁，可在一定程度上取代装配式混凝土梁桥，其受力性能好、材料利用率高、施工周期短、方便快捷、经济效益明显、对环境的污染小，具有更大的社会效益。高速公路、一级公路的新改扩建桥梁钢箱叠合梁桥钢箱叠合梁桥钢箱叠合梁桥钢箱叠合梁桥适用范围及社适用范围及社适用范围及社适用范围及社会经济效益会经济效益会经济效益会经济效益 它的推广应用对于我国中小跨度桥梁上部结构朝轻型化方向发展，减少桥梁施工周期，降低工程造价，实现桥梁建设节能降耗和可持续发展，具有较大的经济效益。8.装配式组合钢箱梁的应用前景城市立交桥城市高架桥应急抢险桥梁组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎105关键词 焊钉连接件 开孔板连接件高性能钢材高性能混凝土折形钢板预制板件组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎106结束语组合结构：具有整体受力的经济性，发挥两种材料各自优势的合理性以及便于施工的突出优点。可以预期：在21世纪中，组合结构以其极富创新空间的一种结构形式将会得到更大的发展。组合结构桥梁书序摘录：组组合合结结构构桥桥梁梁 同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系 刘玉擎刘玉擎107