波形钢腹板组合箱梁剪力滞的理论和试验研究

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1、波形钢腹板组合箱梁剪力滞的理论与试验研究混凝土顶板1．2．1波形钢腹板图1．1波形钢腹板组合箱梁桥的基本构造波形腹板与传统混凝土腹板箱梁比较，波形钢腹板箱梁在构造上最大的不同是用波形钢腹板替代了混凝土腹板。波形钢腹板由直板段、斜板段组成，如图1．2所示，其主要几何参数有：波高dw、直板段长度aw、斜板段长度cw、板厚tw。波形钢腹板的板厚由最大剪应力控制，一般使用的最小厚度为8mm。波形钢腹板一般是通过冷弯加工制作，因此应保证钢材具有一定的冲击韧性，并且要控制氮元素的含量。斗一≮、＼妄过爿图1．2波形钢腹板的构造1．2．2体外预应力波形钢腹板组合箱梁用波形钢腹板替代了混凝土

2、腹板，波形钢腹板内无法布置预应力索，因此原来的体内弯起索均改为了体外索。在箱内布置的体外预应力索，通过转向块来转向并最终锚固在端横隔板上，实现曲线或折线配筋，由体外索来承担外荷载的作用。因此，如有必要时，可以在使用期间封闭交通来更换体外索。同时，由于结构受力和施工上的需要，可以在混凝土顶底板内配有一定量的直索，共同承担荷载和结构自重。1．2．3波形钢腹板与混凝土顶底板的结合(剪切连接件)波形钢腹板与混凝土顶底板的连接要确保桥梁纵向水平剪力能够有效传递，同时也要保证横截面各部分能够构成一个整体承担外荷载。二者之间的连接方式有两大类，即，在腹板的上下端焊接翼缘板并配置连接件的翼

3、缘型(图‘1．3)及硕士学位论文把腹板直接伸入到混凝土板中的嵌入型【3】(图1．4)。图1．3翼缘型连接的典型方式图1．4嵌入型连接的典型方式1．3波形钢腹板组合箱梁结构的研究现状1．3．1国外的研究情况波形钢腹板在桥梁工程中最初应用于工字钢梁，国外首先是从研究波形钢腹板在此类结构中的屈曲开始的。美国学者Easley等人基于弹性理论，于二十世纪六十年代，对波形钢腹板的整体屈曲、局部屈曲的临界荷载建立了计算公式。1990年，德国学者Linder等进行了波形钢腹板梁的扭转试验，试验表明波形钢腹板梁的抗扭模量J与平钢腹板梁相同，只是翘曲常量Cw存在差别。美国Drexel大学的El

4、gaaly和Hamilton等学者于1990年对波形钢腹板梁进行了抗剪试验研究【41。研究结果表明，波形钢腹板梁的剪力完全由腹板承担，而且钢腹板的破坏是由于屈曲造成的，当波纹较密时，由整体屈曲强度控制；当波纹较疏时，由局部屈曲强度控制；在屈曲过程中，有可能伴随着合成屈曲。1993年，Elgaaly和Hamilton等又就钢翼缘的波形钢腹板梁进行了抗弯试验研究【5，6】，研究表明波形钢腹板梁的弯矩几乎完全由上下翼缘承担，波形钢腹板的应力与上下翼缘相比很小，对抵抗弯矩的贡献可以忽略。1994年，瑞典学者R．Luo和B．Edlund等人对采用波形钢腹板的工字形梁的极限承载力进行了

5、研究。分析结果表明，波形钢腹板的应力．应变曲线对极限承载波形钢腹板组合箱梁剪力滞的理论与试验研究力有影响，同时梁的几何参数也决定着极限承载力的大小；并参照平钢腹板极限承载力的计算公式，推导了波形钢腹板梁的极限承载力计算经验公式【7l：￡一∥，0仃：，(1．1)式中￡为极限荷载，r为与钢腹板的波纹形状有关的系数，f，和f-，分别为翼缘板和腹板的厚度，盯：，为钢腹板的屈服应力。1995年，R．Luo和B．Edl帅d等人又运用非线性有限元方法对影响波形钢腹板抗剪切屈曲强度进行了参数分析1．71。结果表明，波形钢腹板的几何参数对屈曲强度有相当的影响，腹板的屈曲强度随着腹板高、腹板厚

6、度、折叠角度的增大而提高：波形钢腹板的子板宽度越小，腹板屈曲强度越大。1997年，英国Wa唧ick大学的Johnson教授在研究波形钢腹板几何参数的优化时发现，波形钢腹板的有效剪切模量Ge比钢板本身的剪切模量G有所降低I引。1999年，EL．Metwally做了五根波形钢腹板预应力混凝土组合梁的模型试验【10】。试验梁采用工字梁，得到了一根梁的荷载一挠度曲线。试验结果表明：波形钢腹板对抗弯的贡献可以不计；梁的弯矩和剪力不发生相互作用。2002年，C．L．Chan，Y．A．Khalid利用有限元方法对腹板波纹的形状进行了参数分析llll。研究结果表明，竖向的波纹腹板梁相比水平

7、波纹腹板和平钢腹板的梁有着较大的翼缘屈服应力；承载能力也明显提高。1．3．2国内的研究情况国内对波形钢腹板组合箱梁的研究起步较晚。先后有西南交通大学、重庆交通科研设计研究院、东南大学、长安大学、重庆交通学院、湖南大学、同济大学、浙江大学等少数几个单位对这种结构进行了一定的研究，并根据模型试验、有限元分析和工程实践得到一些结论。西南交通大学对一座跨径45m的波形钢腹板双箱单室简支箱梁桥进行过方案设计，对全桥建立了空间有限元模型，进行了有限元计算，分析了波形钢腹板箱梁的基本受力性能112J。重庆交通科研设计院进行了3根