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1、波形钢腹板设计与制作东南大学 万水一、概述波形钢腹板的设计与加工波形钢腹板PC组合箱梁的优势来源于波形钢腹板具有极强的抗剪切屈曲能力，在设计中，合理地选择波形钢腹板的几何参数，可以极大地提高这种组合箱梁的工作性能。波形钢腹板的抗剪屈曲性能理论与试验研究表明：钢腹板的破坏主要是由于剪切屈曲造成的。当波纹较密时，波形板由整体屈曲强度控制；当波纹较疏时，由局部屈曲强度控制；而在屈曲过程中，又有可能伴随着合成屈曲。局部屈曲整体屈曲波形钢腹板的抗剪屈曲性能局部屈曲强度 E 2 cr , L = k 2 12(1 )整体屈曲强度2k = 4.0 +5.342 =t h34x cr ,G = 36 G( E
2、I ) ( EI )14yh t2G = 1.9波形钢腹板的剪切屈曲界限图局部屈曲界限图整体屈曲界限图波形钢腹板的剪切屈曲界限图0.8300.7250.6折板段宽高比=a/h0.4波高板厚比=d/t00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.520150.3100.20.150000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.016折板段厚高比=t/hQ235qQ420qQ345q实例Q370q钢腹板厚高比=t/hQ235qQ420qQ345q实例Q370q国外桥梁实例（局部屈曲）国外桥梁实例（整体屈曲）波形钢腹板的剪切屈曲界限
3、图0.5300.425折板段宽高比=a/h200.3波高板厚比=d/t00.0020.0040.0060.0080.01150.2100.150折板段厚高比=t/hQ235qQ420qQ345q实例Q370q000.0020.0040.0060.0080.010.012钢腹板厚高比=t/hQ235qQ420qQ345q实例Q370q国内桥梁实例（局部屈曲）国内桥梁实例（整体屈曲）波形钢腹板的抗剪屈曲性能合成屈曲是一种局部屈曲和总体屈曲相互影响、相互作用的复杂的屈曲形式波形钢腹板的合成屈曲在日本设计指南中，合成屈曲强度推荐采用下面公式计算 cr,I 1 + ( = cr , L 1 cr , L
4、 cr ,G ) 414二、波形钢腹板的加工钢材的选用波形钢腹板桥梁用的结构钢主要有桥梁用：1、桥梁结构钢（GB/T714-2000）；2、碳素结构钢（GB/T 700）；3、低合金高强度结构钢（GB/T 1591）；4、高耐候结构钢（GB/T 4171-2000）。钢材的选用碳素结构钢质量等级有A、B、C和D四种，桥梁上只用C级和D级。低合金高强度结构钢有A、B、C、D和E五种，桥梁上只用C、D、E三种。在选用时，应综合考虑结构的重要性，荷载特征、结构形式、应力状态、连接方式、钢材厚度和工作环境等。钢材的选用卫河桥波形钢腹板选用Q345D钢，其技术条件应符合低合金高强度结构钢（GB/T159
5、1-94）的规定。钢材应具有抗拉强度、抗剪强度、伸长率、屈服强度和氮、硫和磷含量的合格证书，采用冷弯制造波形钢腹板时，应具有冷弯试验的合格证书。钢材的选用当室外温度等于或低于-10，但高于-20时，应具有-20冲击韧性的合格证书；当室外温度等于或低于-20 时，对Q345应具有-40 冲击韧性的合格证书。波形钢腹板最薄不小于8毫米，最厚32毫米左右。波形钢腹板的设计波形钢腹板的波形形状，应经施工可行性、经济性、景观性等各方面的统筹考虑来选择，在实际应用中，考虑到加工时模具制造等因素，往往给出几种比较常用的波形钢腹板型号，以利于加工制作。波形钢腹板的设计日本在其波形钢腹板PC组合箱梁桥设计指南中
6、给出了三种标准形状的波形钢腹板：1600型、1200型和1000型。其中，1600型多用于大跨径桥梁，1200型与1000型多用于因运输条件所限需较短的波长与波幅的桥梁。波形钢腹板的设计波形钢腹板的设计步骤如下：1、根据箱梁整体布置确定腹板高度h，按抗剪 S Sp 强度式 ws =Aw 选定钢板厚度t，2、由局部屈曲强度界限图确定最大波折段长 度a3、整体屈曲强度界限图确定波高d；波形钢板的加工波形钢腹板的波形尺寸选择要考虑加工、运输、安装等因素，节段施工时亦要考虑节段长度、腹板厚度的变化及节段间的连接等因素。波形钢板的加工工艺折弯加工工艺、冷弯模压加工工艺折弯法模压法波形钢腹板折弯加工工艺折
7、弯机加工使用折弯机进行弯曲加工的特点为：（1）因要进行材料的多次反折，作业效率低。（2）由于板材需多次反折移动，对厚、重的大板受到制作难度的限制；（3）设备费用便宜。波形钢腹板的折弯加工-郭守敬桥波形钢腹板的折弯加工波形钢腹板模压冷弯加工在鄄城桥、郭守敬桥和钢铁路桥的建设中，均采用了液压机进行波形钢腹板的模压冷弯加工，取得了很好的加工效果。由于模压冷弯加工效率高且加工精度好，现在常推荐采用模压冷弯的加工方法加工波形钢腹板.波形钢腹板模压冷弯加工工艺用液压机进行模压冷弯加工的特点为：(1) 可以用较短时间压制一个波长；(2) 因为可以连续压制，故进行长波形钢板 的制作（但受运输长度限制）；(3)
8、 波形钢板长度受压力机能力制约；(4) 按波形要求制造模具需较多的资金。波形钢腹板模压冷弯加工工艺由于模压冷弯加工效率高且加工精度好，现在推荐采用模压冷弯的加工方法加工波形钢腹板。在鄄城桥、郭守敬桥和钢铁路桥的建设中，均采用了液压机进行波形钢腹板的模压冷弯加工，取得了很好的加工效果。卫河大桥也采用模压冷弯的加工方法加工波形钢腹板。波形钢腹板模压冷弯加工波形钢腹板的模压冷弯加工波形钢腹板的模压冷弯加工-400吨液压机波形钢腹板的加工精度波形钢腹板的加工精度波形钢腹板的钻孔波形钢板的焊接工艺 波形钢腹板的焊接包括：1、波形钢腹板之间的焊接；2、波形钢腹板与翼缘板的焊接；3、连接件与翼缘板的焊接；
9、焊接工艺评定可按钢结构工程施工质 量验收规范（GB50205-2001)进行。波形钢板的焊接工艺在保证焊缝质量的前提下，尽量采用焊接收缩变形小的以及自动焊接的方法，广泛采用埋弧焊焊接工艺。所有类型的焊接在施焊前，均做焊接工艺评定试验，试验的指导原则是：要求所有焊缝的屈服强度、抗拉强度、低温冲韧性等不低于母材规定值，焊接材料应符合现行国家标准。焊接工艺评定经监理工程师认可后，根据评定报告编写焊接工艺。波形钢腹板的焊接（埋弧焊-郭守敬桥波形钢腹板的焊接（埋弧焊-郭守敬桥）波形钢腹板的焊接（埋弧焊-卫河桥）波形钢腹板的焊接（埋弧焊-鄄城桥）波形钢腹板的焊接（埋弧焊-鄄城桥）波形钢板的焊缝检测波形钢腹
10、板的焊缝应用超声波探伤。超声波探伤不能对缺陷做出判断时，应采用X射线探伤。超声波探伤应符合钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级法（GB 11345)和钢熔化焊对接接头射线照相及质量分级（GB 3323)波形钢板焊缝的超声波检测长征桥钢腹板超声检测郭守敬桥钢腹板超声检测三、波形钢腹板的涂装波形钢腹板的防腐涂装波形钢腹板的涂装是提高它耐腐蚀性能的重要措施。波形钢腹板的涂装防锈体系的选择应根据经济性、施工性、美观及其它的技术要求综合性判定来选定。波形钢腹板的防腐涂装波形钢腹板的涂装，原则上应当遵守公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件（JT/T694-2007
11、）有关规定。波形钢腹板的防腐涂装具有以下功能：（1）涂层将氧、水、盐类与钢板隔开；（2）涂层形成的阻抗阻断腐蚀电流的形成；（3）钢材表面呈碱性并钝化；（4）可防止钢材表面的铁离子逸出。波形钢腹板的防腐涂装波形钢腹板的涂装是提高它耐腐蚀性能的重要措施。波形钢腹板的涂装防锈体系的选择应根据经济性、施工性、美观及其它的技术要求综合性判定来选定。波形钢腹板的涂装可参照公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件（JT/T 697-2007)进行。波形钢腹板的防腐涂装波形钢腹板的涂装，原则上应当遵守公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件（JT/T694-2007）有关规定。物理
12、除锈：表面抛丸-郭守敬桥波形钢腹板的热喷锌电弧喷铝-鄄城桥波形钢腹板的电弧喷锌-郭守敬桥波形钢腹板的电弧喷锌-郭守敬桥高压无气喷漆-鄄城桥波形钢腹板酸洗处理-钢铁路桥化学除锈：酸洗处理-钢铁路桥波形钢腹板的热浸锌-钢铁路桥波形钢腹板的电泳工艺钢铁路桥钢腹板电泳郭守敬桥钢腹板电泳波形钢腹板的电泳-钢铁路桥波形钢腹板的电泳烘干-钢铁路桥翼缘型抗剪连接件-Twin PBL波形钢腹板的涂装样品四、抗剪连接件波形钢腹板与混凝土上、下翼板连接波形钢腹板同混凝土顶板、底板的接合部直接关系到整个桥梁的承载，这是设计此类桥梁中非常关键的技术环节。接合部的设计必须考虑到钢材和混凝土材料两者之间发生的水平剪切力能否
13、得到有效控制，以确保桥梁运营时，两种不同材料之间不会产生相对位移。抗剪连接件的种类连接件的种类繁多，大致有钢筋连接件、型钢连接件、栓钉连接件、开孔钢板连接件及钢与有机材料组合连接件等，按照抗剪刚度的不同，连接件可以分成刚性连接件、弹性连接件、柔性连接件及刚度滞后连接件等。目前在波形钢腹板PC组合箱梁桥中所采用的抗剪连接件都被国外专利技术所垄断。抗剪件连接件的种类抗剪连接件-泼河桥的试验嵌入型抗剪连接件-本谷桥（日本）嵌入型抗剪连接件-鄄城桥嵌入型抗剪连接件-郭守敬桥嵌入型抗剪连接件-郭守敬桥嵌入型抗剪连接件-郭守敬桥嵌入型抗剪连接件的形成嵌入型抗剪连接件-郭守敬桥嵌入型抗剪连接件-钢铁路桥翼缘型抗剪连接件-Twin PBL（
