波折钢腹板组合梁桥设计与施工实践.ppt
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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
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