一种变波高波形钢腹板箱梁的制作方法

1.本发明涉及钢腹板箱梁技术领域，特别是一种变波高波形钢腹板箱梁。


背景技术：

2.波形钢腹板箱梁桥是一种较为新型的钢
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混凝土组合结构形式的桥梁。自从1986年建成世界上第一座波形钢腹板箱梁桥cognac桥开始，这种新型的钢
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混凝土组合结构就逐渐进入专家学者的视野，进而逐渐被一些国家所设计建造。截止2019年，中国已经建造和正在建造的波形钢腹板箱梁桥就达到百余座。近些年来，中国交通行业的飞速发展，修建了大量的曲线箱梁桥，而这种曲线梁桥扭转特性十分明显，引起了专家学者和工程人员的重视。曲线箱梁桥作为城市立交桥梁最为常见的结构形式，专家学者也对此做出了很多专门的研究。而对于更为广泛的直线桥梁，为了满足现行交通的需要，相比于以前桥面变宽，车道变多，这很容易造成桥面汽车荷载的偏心加载，偏心加载必然造成箱梁的扭转。总的来讲，偏心荷载主要来源于恒载或活载的不对称性。恒载的不对称性主要表现为箱梁结构中的单向横坡、单侧人行道以及曲线梁桥中内边线和外边线长度不等，活载的不对称性主要表现为汽车、人群荷载的不对称性。
3.至今波形钢腹板箱梁的研究在抗弯、抗剪、局部承压等方面有较多的研究成果，而波形钢腹板箱梁抗扭方面的研究成果相对较少。由于波形钢腹板箱梁桥采用波形钢腹板代替了混凝土腹板，其抗扭性能下降较为严重，对于偏心活载作用下的直线型波形钢腹板箱梁和恒载或者活载作用下的曲线型波形钢腹板箱梁均会在主梁产生较大的扭矩，需要引起足够的重视。
4.目前对于波形钢腹板箱梁抗扭性能的研究主要集中在理论计算和基本力学性能试验、结构参数对抗扭性能的影响和极限抗扭承载能力方面，在结构参数的研究方面大多针对单一结构参数单独研究，没有对不同参数对抗扭性能产生的效果进行横向比较。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变波高波形钢腹板箱梁，有效地提高箱梁的抗扭性能。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明提供的变波高波形钢腹板箱梁，包括顶板、底板和波形钢腹板；所述波形钢腹板为变波高波形钢腹板；
8.所述波形钢腹板设置于顶板和底板之间，以适于顶板、底板和变波高波形钢腹板构建成箱梁结构，所述变波高波形钢腹板为箱梁的支撑结构。
9.进一步，所述变波高波形钢腹板包括左钢腹板和右钢腹板；所述左钢腹板下端设置于底板左边，所述左钢腹板上端设置于顶板左边，所述右钢腹板下端设置于底板右边，所述右钢腹板上端设置于顶板右边；所述顶板、底板、钢腹板和右钢腹板组成箱梁。
10.进一步，所述变波高波形钢腹板设置有变波高区域，所述变波高区域设置于波形
钢腹板上桥梁扭转正应力高的部位，所述正应力高的部位为变波高波形钢腹板上的预设部位。
11.进一步，所述变波高区域包括若干不同波高的节段。
12.进一步，所述变波高区域设置于波形钢腹板简支箱梁扭转正应力高的中部，
13.进一步，所述变波高区域为箱梁全长的1/2
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1/4区域，
14.进一步，所述变波高区域的中部波高为两侧波高的2
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4倍。
15.进一步，所述变波高区域的波高呈左右对称分布。
16.本发明的有益效果在于：
17.本发明提供的变波高波形钢腹板箱梁，通过将波形钢腹板改为变波高波形钢腹板，作为箱梁的支撑结构，避免了波形钢腹板箱梁桥主梁产生较大扭矩的问题，通过减小波形钢腹板的厚度用于增加波形钢腹板的波高，从而可以有效地提高箱梁的抗扭性能，在波形钢腹板箱梁的某些扭转正应力较高的区域将板厚降低而增大波高，形成全桥的波高变化布置，
18.同时，在不改变波形钢腹板结构自重的情况下，降低钢腹板的板厚同时增大波高，有效地增强波形钢腹板箱梁的抗扭能力。大跨径变截面波形钢腹板箱梁桥采用变波高布置波形钢腹板，即在抗扭能力较弱的位置增大波高降低厚度，可以有效的提高波形钢腹板箱梁桥的整体抗扭性能。
19.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
20.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
21.图1为简支箱梁横截面尺寸图(单位：cm)。
22.图2为荷载横向加载图示(单位：cm)。
23.图3为集中荷载纵向加载示意图(单位：cm)。
24.图4为均布荷载纵向加载示意图(单位：cm)。
25.图5为变波高设置示意图(单位：mm)。
26.图6为变波高波形钢腹板网格化。
27.图7为集中荷载作用下扭转正应力对比图。
28.图8为均布荷载作用下扭转正应力对比图。
29.图中，1表示顶板、2表示底板、3表示变波高波形钢腹板。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
31.如图1所示，本实施例提供的变波高波形钢腹板箱梁结构，包括顶板、底板和波形
钢腹板；所述波形钢腹板分别设置于顶板和底板之间，用于构建箱梁支撑结构；所述波形钢腹板采用变波高波形钢腹板；所述波形钢腹板板厚度为8～30mm。
32.所述变波高波形钢腹板设置有变波高区域，所述变波高区域设置于桥梁扭转正应力较高的部位，以适于增大波形钢腹板的波高，即将波形钢腹板箱梁分成不同波高的节段，再进行拼装形成变波高波形钢腹板箱梁结构。
33.所述变波高区域设置于波形钢腹板简支箱梁扭转正应力大的中部，选取箱梁全长的1/3为变波高区域，中部波高增大为两侧波高的二倍。增大此区域波形钢腹板的波高，可有效增强该区域的抗扭性能。
34.本实施例提供的箱梁结构为波形钢腹板简支箱梁，所述箱梁的顶板宽11m，底板宽7m，全桥等截面高度5.5m。顶板厚400mm，底板厚600mm，箱梁梁高5.5m，箱梁长48m，计算跨径47m，横截面尺寸如图1所示。波形钢腹板为1600型波形钢腹板。(暂不考虑波形钢腹板以外其他结构参数，如横隔板及体外预应力钢束，对于抗扭性能的影响)。
35.计算模型采用如下荷载：集中荷载考虑为顶板上2m
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2m的均布面压力，对称加载时，面压力为p1＝p2＝0.1mpa；偏心加载时，面压力为p2＝0.2mpa。将集中荷载换算成相同荷载等级的均布荷载施加在全桥，均布荷载为顶板上2m
×
48m的均布面压力，对称加载时，面压力为q1＝q2＝0.00417mpa，偏心加载时，面压力为q2＝0.00834mpa。荷载横向加载如图2所示，荷载纵向加载如图3和图4所示。
36.由图7、图8等波高情况下所示，以工程上常用的220mm波高为例，等波高波形钢腹板箱梁中部扭转正应力较高，且扭转正应力呈左右对称分布。
37.在箱梁中部取全梁1/3长度为变波高区域，即将原来48m长箱梁的中间16m改用波高440mm，两侧各16m仍然保持220mm波高，如图5所示，中部波高与两侧波高按二倍关系进行试算，其他比例关系也可行。从经济角度出发，可以减小波形钢腹板板厚。
38.如图6所示，建立有限元模型，对波形钢腹板分两次划分网格，以波高110mm，板厚24mm为基准，以钢材总质量不变为前提，可以计算得到220mm、440mm波高的波形钢腹板板厚分别为22.772mm和19.487mm。所以箱梁中间16m赋予19.487mm的板厚特性，两侧16m的波形钢腹板赋予22.772mm的板厚特性。
39.通过建模计算，得到变波高的扭转正应力，与220mm等波高的波形钢腹板箱梁的对比曲线图，集中荷载作用下扭转正应力对比图与均布荷载作用下扭转正应力对比图分别见图7和图8所示。
40.由图7和图8可以看出，偏心集中荷载作用下，跨中大部分区域的扭转正应力均有所下降，顶板最大扭转正应力下降18.8％，底板最大扭转正应力下降16.5％。偏心均布荷载作用下，跨中大部分区域的扭转正应力同样有所下降，顶板最大扭转正应力下降16.5％，底板最大扭转正应力下降19.5％。
41.根据以上数据，可以得到一个结论：在波形钢腹板简支箱梁扭转正应力大的中部，选取箱梁全长的1/3为变波高区域，中部波高增大为两侧波高的二倍。增大此区域波形钢腹板的波高，可以有效增强该区域的抗扭性能。本实施例的扭转正应力处于预设阈值范围是指扭转正应力相对较高的部位。
42.综上所述，就目前而言，已建的波形钢腹板箱梁桥的波形钢板多采用全桥等厚度等波高和变厚度等波高两种布置方式，而很少见到变波高的波形钢腹板箱梁桥。大广高速
上的卫河大桥、山西左线林家坝大桥以及淮安市长征人行桥的波形钢腹板布置为等厚度等波高的形式，山西运宝黄河大桥、伊朗某高速br
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06l/r特大桥的波形钢腹板布置为变厚度等波高的形式，鲜见波形钢腹板变波高的形式。通过采用上述技术方案，设置变波高波形钢腹板箱梁结构，提高了波形钢腹板箱梁的抗扭能力。
43.以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。