1、波形钢板拱桥在广梧高速 实践与应用,目 录,1.工程概况 2.波形钢板拱桥研究开发背景3.广梧高速公路波形钢板拱桥方案比选4.广梧高速公路波形钢板拱桥设计5.广梧高速公路波形钢板拱桥施工情况6.广梧高速公路波形钢板拱桥静载试验情况7.波形钢板拱桥国外一些应用实例,Pyungsan SI Copyright, Apr. 2005,一、 工程概况,广梧高速公路波形钢板拱桥，位于第八合同段K66+265.5处，连接了县道与村庄，主要作为行人、机耕等通行通道。设计跨度10米。,二、波形钢板拱桥的研究开发背景 （韩国平山SI株式会社）,2.1研究开发流程,2.2 力学结构 图解,2.3 截面形象,Rou
2、nd,Hori. Ellipse,Vertical Ellipse,Pipe-Arch,Underpass,Pear,Arch,Low-Profile,High-profile,Pear arch,Box-Bridge,2. 4 波形钢板连接部抗压试验,2.5 波形钢板连接部抗弯试验, 试验目的及内容,- 分不同连接部螺栓排列，分析抗弯性能,- 波形钢板结构物连接部抗弯性能评价,- 抗弯破坏类型分析, 试验方法及分析,P,P/2,P/2,d,1,d,2,q,1,d,1,d,2,q,1,加力部,底点部,波形钢板, 连接部弯度破坏类型.1, 连接部弯度破坏类型.2,龟裂发生,2. 6 连接部弯度破
3、坏类型,2. 7 连接部抗弯试验结果,2. 8 模型土造试验(震动台试验), 试验目的及内容,- 波形钢板结构物抗震性能评价,2.9 抗震性能评价,开挖斜度 1:1.2,开挖斜度1:0.6,开挖斜度1:0.0,2.10 解释应用软件开发及改善,通用软件改善 WinCande,波形钢板基本设计,为了使用者方便改善,2.11 惯用软件运用,3维解释软件验证 Pentagon 3D,波形钢板结构物抗震性能评价,反映现场条件的精密解释,三、广梧高速公路波形钢板拱 桥方案比选, 100% 循环再利用 (钢铁 + 土) 天然资源 (土, 石) 使用 最少化 环境破坏 最少化,“ 环 境 ”, 安全，事故
4、最小化 施工人员 最少化 施工期间 缩短, 经济的施工成本 维护费用 少 100年 以上 耐久性,“ 经济性 & 耐久性 ”,“ 迅速 & 安全 ”,3. 1 一般概况 (优 点),- 韩国工程基准 (2004年) : 钢筋混凝土结构物对比 缩短35%的工期,- 结构物长度 : L = 50 m,3.2 工程進度表,- 韩国工程费基准(2004年) : 钢筋混凝土 结构物相比最多可减少 35%,3.3 施工费比较 韩国,3.4施工费比较 内蒙古,Pyungsan SI Copyright, Apr. 2005,波形钢板与空心板小桥比较表,四、广梧高速公路波形钢 板拱桥设计,41、主要技术标准,
5、1、桥梁设计荷载：公路I级； 2、桥梁宽度：24.5m（整体式路基宽度）； 3、设计洪水频率：1/100； 4、地震动峰值加速度值：0.05g； 5、地方路净空要求：3.5m。,波形钢板原材料的要求条件,42、广梧波形钢板材料要求,4.2.1钢板 波形钢板原材料的要求条件,大波形规格表,注：1、钢板厚度以镀锌之前为准；2、波谷P和波谷深度d的容许误差为3mm。,钢板的螺栓孔间的间距,4.2.2螺栓及其它 钢板的长度方向连接处的最小强度（直径20mm螺栓标准）应不 小于1667.2kN/m，连接处强度安全系数取3.0。,43设计要点,1、本波形钢板通道桥的地基承载力要求不小于255kPa。 2、
6、本波形钢板通道桥采用混凝土基础，混凝土采用C30砼。 3、波形钢板构造物的结构设计采用容许应力设计法，对于压缩破坏和屈曲破坏的安全系数取3.0（施工阶段）和2.0（运营阶段）。 4、波形钢板设计时采用土-结构联合单元进行分析，并进行了施工阶段仿真分析。 5、设计荷载：1) 恒载：波形钢板上的填土和路面荷载2）荷载：按公路-I级标准取值。 6、钢板的长度方向连接处的最小强度（直径20mm螺栓标准）应不 小于1667.2kN/m，连接处强度安全系数取3.0。 7、若把厚度互不相同的钢板按长度方向连接使用时，若薄钢板的厚度小于3.1mm，则连接处折叠在一起的两钢板的厚度差不能超过1mm。还有一侧的钢
7、板厚度是3.13.5mm时，两钢板的厚度差不能超过1.5mm。 8、回填材料回填材料应选择压缩性小，耐久性强的碎石、沙砾、或其混合物等材料。回填材料的最大粒径不能超过钢板波谷深度d的1/2（即70mm）。回填断面应该是：钢板壁两侧大于1/2跨径的区域。,五、广梧高速公路波形 钢板拱桥施工,5.1 施工工艺流程,图3-1 施 工 工 艺 流 程 图,5.1.1 地基处理及基础混凝土浇筑（1）基底处理：本波形钢板拱桥的地基承载力要求不小于255Kpa，基础开挖后检测地基承载力，采用沙砾平行换填、压实，压实度在90%以上。（2）台身与上部构造1）上部结构的钢板和桥台混凝土预埋的槽钢进行连接。槽钢通过
8、L型锚钉螺栓焊接在墙身钢筋上，保证槽钢倾斜5.65度。2）预埋的槽钢不得有弯曲。两个桥台的槽钢位置应保证平行对称，不能错位过大距离，不得大于15mm，否则会影响后续钢板安装工作。,5.1 地基处理及基础混凝土浇筑,5.1.2 工作平台,采用48钢管搭设支架平台，支架宽度700cm，延桥向长度500cm，高度根据实际的波形钢板安装后的实际位置确定，搭设成中间高两侧底的工作平台。,5.1.3 钢板安装,首先在地面上整体拼装3环，采用整体吊装的形式进行安装。4张以上的钢板不能折叠在同一处。拼装底板时，以中心轴线和中点为基准定位第一环波纹钢板，然后以此为起点向两侧延伸，直至两端。第二环板叠在第一环板上
9、面，对中连接孔、人工装上螺栓、套上垫圈、旋上螺母，然后用套筒扳手预紧螺母。,5.1.4 防水处理及端墙施工,（1）钢板间夹缝防水是通过粘贴密封胶垫来实现的。（2）施工中端墙基础与钢板拱部基础施工方式一致，保证承载力能满足要求。端墙墙身钢筋一次性绑扎，混凝土一次性浇筑。,5.2 台背回填及钢板变形观测分析,回填时不需要特殊的填土材料。一般土、碎石或砾、卵石与细砾土的混合料也都可以。在距波纹钢板拱璧30cm范围内的填土不得有大边尺寸超过7cm的石块、混泥土块、高塑性粘土块或其他有害物质。波形钢板拱桥台后填土应在两侧保持保持对称且均匀的原则下分层压实，压实后每层厚度不得超过20cm，压实度不得小于9
10、6。在台后距波形钢板壁0.6m以内，在没有达到最小填土厚度前，禁止除压实设备以外的重装设备运行。压实钢板侧面时，压实设备于构造物长度方向平行行驶，在达到最小填土厚度前，不能采用震动压实。填土时，构造物两侧对称填筑，两侧的填土高度差小于一层填土厚度。,5.3 防锈和除锈,一般波纹钢板、螺栓、螺母和钩栓等附件出厂时，已经渡锌或镀铝处理，其镀锌量达900g/m2。,5.4.1 材料波形钢板拱桥需采用以下材料：波形钢板，槽钢垫板，锚钉，C15砼，C30砼，普通钢筋，无其它特需说明的材料。,5.4 材料与设备,机具设备一览表,5.4.2 设备,（1）波形钢板构造物在以下三种情况都要测量截面的形状大小变化
11、： 刚刚组装完毕之后；填土压实的过程中；刚刚施工完之后。 （2）截面变形的测量可采用落锤式线尺测定法（参见图1）或激光测距仪测定法（参见图2）。,落锤式线尺安装截面和测定状况,5.5.1、波形钢板截面测量,激光测距仪法结构物截面测点的位置和测定形态,六、 静载试验,静力荷载试验采用等效荷载模拟的方法进行，即模拟在设计活荷作用下结构控制截面的受力情况。,6.1 试验方法,6.2 试验工况,根据桥梁的特点，对桥梁进行偏载加载，选择I-I截面附近跨中位置为控制截面，试验工况为A-A截面正弯矩工况，A-A截面位置见,6.3 观测内容 （1）在各级荷载作用下试验跨梁体跨中控制截面的挠度产生及恢复情况；
12、（2）在各级荷载作用下试验跨梁体跨中控制截面的应变分布及变化情况； （3）在各级荷载尤其是满荷载作用下结构整体性状况,4.1 加载方式 本次静载试验按照荷载等效模拟的方法进行逐级加载，并采用横向偏载加载。为减少试验环境影响，试验选择在环境温度比较稳定的夜间进行。 本次试验采用自重约为250kN的车辆加载。根据试验工况截面的弯矩影响线计算结果及试验加载车辆轴重情况确定试验加载轮位。现场实际加载车辆轴重见表6.1。,表6.1 实际加载车辆重量（单位：kN）,6.5测试内容与方法 6.5.1 应变测点布置 应变观测采用振弦式应变计进行，在拱顶布设12个应变观测点（见图6.1），在拱脚布设2个应变观测
13、点（见图6.2）。,图6.1 II-II截面应变测点布置图(单位：m),图6.2 III-III截面应变测点布置图(单位：m),6.5.2 挠度测点布置 挠度观测采用张线式位移计进行， IV-IV及I-I断面布置挠度观测点共11个，具体布置见图6.3图6.4所示。,图6.3 IV-IV断面挠度观测点布置图(单位：m),图6.4 I-I断面挠度观测点布置图(单位：m),),6.6.1 挠度变形分析 （1）挠度测量结果,注：正值表示变形向上，负值表示变形向下。,6.6、试验结果分析,表6.4 挠度实际测量结果表（单位：mm）,（2）挠度校验系数 由表5可知，正弯矩工况满载下，4#测点实测弹性挠度值
14、最大，故作为挠度控制点，4#测点实测弹性挠度值为-2.7mm，理论挠度值为-4.3mm，校验系数为0.63；,注：正值表示变形向上，负值表示变形向下。,表6.5 实测弹性挠度值与理论计算值对比表（单位：mm）,),（3）残余变形 表6.4表明，试验跨跨中截面相对残余变形均为0，说明结构恢复能力较好。,),注：正值表示变形向上，负值表示变形向下。,表6.4 挠度实际测量结果表（单位：mm）,6.6.2 应变分析 （1）应变测量结果 表6.6为正弯矩试验工况控制截面的实测应变值，图15为5#应变测点应变值随荷载效率系数变化曲线图； 图15可知，各级加载情况下，5#测点实测应变小于理论计算应变，实测
15、变化曲线图线形与理论计算曲线线形比较接近。,表6.6 应变实测结果表（单位：）,注：正值表示拉应变，负值表示压应变。,),（2）应变校验系数,注：正值表示拉应变，负值表示压应变。,表6.7为正弯表7 实测应变与理论值对比表（单位：）,（3）残余应变 表6表明，卸载后应变基本恢复至初始状态，控制测点5#和7#的相对残余应变均为11%，小于20 %，结构恢复能力较好。,),6.7、结论 本次静载试验结果评价表见表8所示。,表6.8 静载试验结果对比评价表,),1、以上的荷载试验结果表明，本次试验效率系数满足规范规定的要求，试验结果可用于结构评定； 2、该桥试验工况的挠度和应变校验系数均能够满足大跨
16、径混凝土桥梁的试验方法的要求，该通道桥承载能力及使用性能满足设计荷载等级的要求； 3、结构在卸载后基本能够恢复变形，相对残余变形和相对残余应变均小于20，满足规范的要求，结构变形及应变恢复能力较好； 4、桥梁外观检查表明，波纹钢板及连接螺栓未发现异常现象。,),附图：,现场试验工况满载加载图,),现场应变测点布置,),现场挠度测点布置,七、其他施工事例,开挖式隧道 (韩国),Span 23m, Rise 6.9m, Length 50m,7.1 施工事例,开挖式隧道 (韩国),7.2 施工事例,Span 9.06m, Rise 4.53m, Length 186m,地下通道(韩国),7. 3
17、施工事例,Span 6.25m, Rise 6.25m, Length 47.94m,地下通道(韩国),7. 4 施工事例,Span 7.58m, Rise 4.51m, Length 27.88m,小桥梁(韩国),7.5 施工事例,Span 9.40m, Rise 3.40m, Length 8.08m,小桥梁(韩国),Span 10.5m, Rise 4.5m, Length 9m,7.6 施工事例,小桥梁(韩国)- Box Bridge,Span 3.8m, Rise 1.5m, Length 4m,7.7 施工事例,小桥梁(韩国)- Box Bridge,Span 7.8m, Rise
18、 2.3m, Length 34m,7.8 施工事例,防落石隧道(韩国),Span 8m, Rise 4m, Length 28m,7. 9 施工事例,排水管 (韩国),Span 2.25m, Rise 2.25m, Length 331m,7. 10 施工事例,7. 11 国外施工事例,小桥梁(美国 ALASKA 高速道路, 1950年代施工),7. 12 国外施工事例,小桥梁(Whitehorse Creek, Span : 24m, Rise : 12m),Span : 24m,Rise : 12m,1,000ton,7. 13 国外施工事例,桥梁 (Ontario, Span : 13.5m, Rise : 5.8m, Length : 25m),谢 谢,
