波形鋼板拱橋在廣梧高速的實踐與應用

波形鋼板拱橋在廣梧高速的實踐與應用第1頁/共69頁一、工程概況第2頁/共69頁廣梧高速公路波形鋼板拱橋，位于第八合同段K66+265.5處，連接了縣道與村莊，主要作為行人、機耕等通行通道。設計跨度10米。第3頁/共69頁二、波形鋼板拱橋的研究開發(fā)背景（韓國平山SI株式會社）第4頁/共69頁2.1研究開發(fā)流程通過試驗施工驗證穩(wěn)定性荷載特性分析慣用式,電算解釋比較通過波形鋼板材料試驗驗證基準值抗壓試驗抗彎試驗土造模型試驗驗證波形鋼板設計技法電算解釋設計慣用式設計解釋技法開發(fā)第5頁/共69頁InstallCorrugatedMultiPlateChannelChannelBearingCapacityBearingCapacity混凝土

地基混凝土

地基軸力抵抗土壓抵抗土壓移動負荷/土砂負荷2.2

力學結(jié)構(gòu)圖解第6頁/共69頁2.3

截面形象RoundHori.EllipseVerticalEllipsePipe-ArchUnderpassPearArchLow-ProfileHigh-profile

PeararchBox-Bridge第7頁/共69頁公稱厚度

(mm)SeamStrength(tonf/m)Design

Seamstrength

(tonf/m)TypeATypeBTypeCTypeD3.297.8798.7188.01118.8879.404.5161.87165.10151.12165.77126.366.0225.40234.47214.66177.17180.55連接部抗壓強度設計比抗壓強度的約大1.2倍

連接部抗壓破壞類型:鋼板直壓破壞驗證設計連接部穩(wěn)定性2.4

波形鋼板連接部抗壓試驗第8頁/共69頁2.5

波形鋼板連接部抗彎試驗?試驗目的及內(nèi)容-

分不同連接部螺栓排列，分析抗彎性能-波形鋼板結(jié)構(gòu)物連接部抗彎性能評價-抗彎破壞類型分析?試驗方法及分析PP/2P/2d1d2q1

d1d2q1加力部底點部波形鋼板第9頁/共69頁?連接部彎度破壞類型.1?連接部彎度破壞類型.2龜裂發(fā)生2.6

連接部彎度破壞類型第10頁/共69頁公稱厚度

(mm)SeamStrength(tonf·m/m)Theoretical

Plasticmoment

(tonf·m/m)TypeATypeBTypeCTypeDTypeE3.22.262.272.122.492.321.524.53.433.513.303.733.442.166.05.154.865.145.164.452.89連接部抗彎強度比設計強度的約大

1.4倍驗證連接部彎度破壞類型驗證設計穩(wěn)定性2.7

連接部抗彎試驗結(jié)果第11頁/共69頁2.8

模型土造試驗(震動臺試驗)?試驗目的及內(nèi)容-波形鋼板結(jié)構(gòu)物抗震性能評價第12頁/共69頁2.9

抗震性能評價

開挖斜度1:1.2開挖斜度1:0.6開挖斜度1:0.0分不同開挖斜度評價波形鋼板結(jié)構(gòu)物的抗震性能第13頁/共69頁2.10

解釋應用軟件開發(fā)及改善通用軟件改善WinCande

波形鋼板基本設計

為了使用者方便改善專用軟件開發(fā)SOSTEEL第14頁/共69頁2.11

慣用軟件運用

3維解釋軟件驗證Pentagon3D波形鋼板結(jié)構(gòu)物抗震性能評價

反映現(xiàn)場條件的精密解釋通過同解釋反映抗震性能AFIMEX第15頁/共69頁三、廣梧高速公路波形鋼板拱橋方案比選第16頁/共69頁?

100%循環(huán)再利用(鋼鐵+土)?天然資源(土,石)使用最少化?環(huán)境破壞最少化“

環(huán)

境

”?

安全，事故最小化?

施工人員

最少化

?

施工期間

縮短?

經(jīng)濟的施工成本?維護費用少?100年以上耐久性“

經(jīng)濟性&耐久性

”

“

迅速&安全

”3.1

一般概況(優(yōu)點)第17頁/共69頁-韓國工程基準(2004年):鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物對比縮短35%的工期工種1個月2個月3個月備注打基礎R/C0.5-M波形鋼板0.5-M基礎工程R/C0.5-M波形鋼板0.5-M鋼筋加工及鋼板組裝R/C1.7-M波形鋼板0.3-M填土及加強R/C0.3-M波形鋼板0.7-M17%25%32%50%83%75%100%100%-結(jié)構(gòu)物長度:L=50m3.2工程進度表第18頁/共69頁33,400元20,500元工程費(費用/m)截面

R/CBox規(guī)格:4.500m×4.500m涵洞

波形鋼板寬:6.500m,高:3.250m概要鋼筋混凝土波形鋼板構(gòu)造物區(qū)分-韓國工程費基準(2004年):鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物相比最多可減少35%3.3施工費比較韓國第19頁/共69頁區(qū)分無筋混凝土結(jié)構(gòu)物波形鋼板結(jié)構(gòu)物條件

SPAN=5.500m,填土高度=10.8m截面形狀總工程費材料費721,484元安裝費109,950元結(jié)構(gòu)物費1,941,431元971,928元小計1,941,431元1,803,368元相對比率100%92.8%3.4施工費比較內(nèi)蒙古PyungsanSI@Copyright,Apr.2005第20頁/共69頁波形鋼板與空心板小橋比較表

主要項目內(nèi)容波形鋼板主要項目內(nèi)容空心板小橋1、大波形鋼板(m2)5341、上部結(jié)構(gòu)2、附屬材料C40砼(m3)92.7槽鋼墊板(m2)62.04普通鋼筋(kg)18112.5錨釘（塊）3042、下部結(jié)構(gòu)3、基礎（1）臺身、臺帽等C15砼(m3)17.668C30砼(m3)202.2C30砼(m3)179.322C25砼(m3)110普通鋼筋(kg)14139.171普通鋼筋(kg)31054.44、護墻（2）D120cm樁基C15砼(m3)9.12C25砼(m3)250.9C30砼(m3)133.540普通鋼筋(kg)22543.9普通鋼筋(kg)16324.835（3）搭板5、面壁C30砼(m3)88.3C30砼(m3)29.331普通鋼筋(kg)13375.6普通鋼筋(kg)7396.6436、工程總造價(萬元)155.573、工程總造價(萬元)121.17第21頁/共69頁四、廣梧高速公路波形鋼板拱橋設計第22頁/共69頁4．1、主要技術(shù)標準

1、橋梁設計荷載：公路－I級；2、橋梁寬度：24.5m（整體式路基寬度）；3、設計洪水頻率：1/100；4、地震動峰值加速度值：0.05g；5、地方路凈空要求：3.5m。第23頁/共69頁波形鋼板原材料的要求條件

化學成分機械特性P（%）S（%）鍍鋅附著量屈服強度抗拉強度延伸率g/m2MPaMPat≤55≤t≤16≤0.050≤0.050≥900≥285≥490≥19≥154．2、廣梧波形鋼板材料要求4.2.1鋼板波形鋼板原材料的要求條件第24頁/共69頁大波形規(guī)格表厚度t（mm）波谷P（mm）波谷深度d（mm）彎曲半徑r（mm）截面面積A（cm2/m）截面系數(shù)S（cm3/m）5.453811407669.18210.27

注：1、鋼板厚度以鍍鋅之前為準；

2、波谷P和波谷深度d的容許誤差為±3mm。第25頁/共69頁鋼板的螺栓孔間的間距

軸線方向搭接長度圓周方向搭接長度lg1g238mm38mm76mm4.2.2螺栓及其它鋼板的長度方向連接處的最小強度（直徑20mm螺栓標準）應不小于1667.2kN/m，連接處強度安全系數(shù)取3.0。第26頁/共69頁4．3設計要點1、本波形鋼板通道橋的地基承載力要求不小于255kPa。2、本波形鋼板通道橋采用混凝土基礎，混凝土采用C30砼。3、波形鋼板構(gòu)造物的結(jié)構(gòu)設計采用容許應力設計法，對于壓縮破壞和屈曲破壞的安全系數(shù)取3.0（施工階段）和2.0（運營階段）。4、波形鋼板設計時采用土-結(jié)構(gòu)聯(lián)合單元進行分析，并進行了施工階段仿真分析。5、設計荷載：1)恒載：波形鋼板上的填土和路面荷載

2）荷載：按公路-I級標準取值。6、鋼板的長度方向連接處的最小強度（直徑20mm螺栓標準）應不小于1667.2kN/m，連接處強度安全系數(shù)取3.0。7、若把厚度互不相同的鋼板按長度方向連接使用時，若薄鋼板的厚度小于3.1mm，則連接處折疊在一起的兩鋼板的厚度差不能超過1mm。還有一側(cè)的鋼板厚度是3.1～3.5mm時，兩鋼板的厚度差不能超過1.5mm。8、回填材料回填材料應選擇壓縮性小，耐久性強的碎石、沙礫、或其混合物等材料?；靥畈牧系淖畲罅讲荒艹^鋼板波谷深度d的1/2（即70mm）。回填斷面應該是：鋼板壁兩側(cè)大于1/2跨徑的區(qū)域。第27頁/共69頁五、廣梧高速公路波形鋼板拱橋施工第28頁/共69頁

交工

布設變形觀測點

面墻施工

臺背回填

同條件養(yǎng)護試件鋼板與螺栓防水處理臺身、臺帽模板安裝

搭設工作平臺

拼裝前三環(huán)鋼板

分塊吊裝鋼板預埋件安裝

整體吊裝前三環(huán)鋼板并鎖緊螺栓

換填砂

測量放樣

基礎砼鋼筋綁扎

基坑開挖臺身、臺帽混凝土澆筑

地基承載力檢測精確測量預埋件位置

現(xiàn)場檢查材料螺栓扭力達到設計要求求同條件養(yǎng)護試件

5.1

施工工藝流程圖3-1施工工藝流程圖第29頁/共69頁5.1.1地基處理及基礎混凝土澆筑（1）基底處理：本波形鋼板拱橋的地基承載力要求不小于255Kpa，基礎開挖后檢測地基承載力，采用沙礫平行換填、壓實，壓實度在90%以上。（2）臺身與上部構(gòu)造1）上部結(jié)構(gòu)的鋼板和橋臺混凝土預埋的槽鋼進行連接。槽鋼通過L型錨釘螺栓焊接在墻身鋼筋上，保證槽鋼傾斜5.65度。2）預埋的槽鋼不得有彎曲。兩個橋臺的槽鋼位置應保證平行對稱，不能錯位過大距離，不得大于15mm，否則會影響后續(xù)鋼板安裝工作。5.1地基處理及基礎混凝土澆筑第30頁/共69頁5.1.2工作平臺

采用φ48鋼管搭設支架平臺，支架寬度700cm，延橋向長度500cm，高度根據(jù)實際的波形鋼板安裝后的實際位置確定，搭設成中間高兩側(cè)底的工作平臺。第31頁/共69頁5.1.3

鋼板安裝

首先在地面上整體拼裝3環(huán)，采用整體吊裝的形式進行安裝。4張以上的鋼板不能折疊在同一處。拼裝底板時，以中心軸線和中點為基準定位第一環(huán)波紋鋼板，然后以此為起點向兩側(cè)延伸，直至兩端。第二環(huán)板疊在第一環(huán)板上面，對中連接孔、人工裝上螺栓、套上墊圈、旋上螺母，然后用套筒扳手預緊螺母。5.1.4

防水處理及端墻施工

（1）鋼板間夾縫防水是通過粘貼密封膠墊來實現(xiàn)的。（2）施工中端墻基礎與鋼板拱部基礎施工方式一致，保證承載力能滿足要求。端墻墻身鋼筋一次性綁扎，混凝土一次性澆筑。第32頁/共69頁5.2臺背回填及鋼板變形觀測分析

回填時不需要特殊的填土材料。一般土、碎石或礫、卵石與細礫土的混合料也都可以。在距波紋鋼板拱璧30cm范圍內(nèi)的填土不得有大邊尺寸超過7cm的石塊、混泥土塊、高塑性粘土塊或其他有害物質(zhì)。波形鋼板拱橋臺后填土應在兩側(cè)保持保持對稱且均勻的原則下分層壓實，壓實后每層厚度不得超過20cm，壓實度不得小于96％。在臺后距波形鋼板壁0.6m以內(nèi)，在沒有達到最小填土厚度前，禁止除壓實設備以外的重裝設備運行。壓實鋼板側(cè)面時，壓實設備于構(gòu)造物長度方向平行行駛，在達到最小填土厚度前，不能采用震動壓實。填土時，構(gòu)造物兩側(cè)對稱填筑，兩側(cè)的填土高度差小于一層填土厚度。第33頁/共69頁5.3防銹和除銹

一般波紋鋼板、螺栓、螺母和鉤栓等附件出廠時，已經(jīng)渡鋅或鍍鋁處理，其鍍鋅量達900g/m2。

5.4.1材料波形鋼板拱橋需采用以下材料：波形鋼板，槽鋼墊板，錨釘，C15砼，C30砼，普通鋼筋，無其它特需說明的材料。5.4材料與設備

第34頁/共69頁機具設備一覽表序號設備名稱規(guī)格、功率及容量單位數(shù)量1汽車吊NK200BE，20T臺22電焊機BX350，30kw、23KVA臺43鋼筋切斷機GQ40-1，4kw、6mm-40mm臺24鋼筋彎曲機GWJ40-A，3kw40mm臺25鋼筋調(diào)直機GT4-8，4kw臺16變壓器500KVA臺17發(fā)電機康明斯，200kw臺28強制式混凝土攪拌機（帶自動計量系統(tǒng)）JDY500C、500L臺29水泥砼拌和設備HZS75、750m3/h座210砼罐車6m3臺55.4.2設備第35頁/共69頁（1）波形鋼板構(gòu)造物在以下三種情況都要測量截面的形狀大小變化：①剛剛組裝完畢之后；②填土壓實的過程中；③剛剛施工完之后。（2）截面變形的測量可采用落錘式線尺測定法（參見圖1）或激光測距儀測定法（參見圖2）。落錘式線尺安裝截面和測定狀況5.5.1、波形鋼板截面測量第36頁/共69頁激光測距儀法結(jié)構(gòu)物截面測點的位置和測定形態(tài)第37頁/共69頁六、靜載試驗

第38頁/共69頁靜力荷載試驗采用等效荷載模擬的方法進行，即模擬在設計活荷作用下結(jié)構(gòu)控制截面的受力情況。

6.1試驗方法

6.2試驗工況

根據(jù)橋梁的特點，對橋梁進行偏載加載，選擇I-I截面附近跨中位置為控制截面，試驗工況為A-A截面正彎矩工況，A-A截面位置見第39頁/共69頁6.3觀測內(nèi)容（1）在各級荷載作用下試驗跨梁體跨中控制截面的撓度產(chǎn)生及恢復情況；（2）在各級荷載作用下試驗跨梁體跨中控制截面的應變分布及變化情況；（3）在各級荷載尤其是滿荷載作用下結(jié)構(gòu)整體性狀況

第40頁/共69頁4.1加載方式本次靜載試驗按照荷載等效模擬的方法進行逐級加載，并采用橫向偏載加載。為減少試驗環(huán)境影響，試驗選擇在環(huán)境溫度比較穩(wěn)定的夜間進行。本次試驗采用自重約為250kN的車輛加載。根據(jù)試驗工況截面的彎矩影響線計算結(jié)果及試驗加載車輛軸重情況確定試驗加載輪位?，F(xiàn)場實際加載車輛軸重見表6.1。車輛序號車牌號前軸重后軸重車輛總重1渝BG965866194.4260.42粵W0306170.4173.5243.9表6.1實際加載車輛重量（單位：kN）第41頁/共69頁6.5測試內(nèi)容與方法

6.5.1應變測點布置應變觀測采用振弦式應變計進行，在拱頂布設12個應變觀測點（見圖6.1），在拱腳布設2個應變觀測點（見圖6.2）。圖6.1II-II截面應變測點布置圖(單位：m)圖6.2III-III截面應變測點布置圖(單位：m)第42頁/共69頁6.5.2撓度測點布置撓度觀測采用張線式位移計進行，IV-IV及I-I斷面布置撓度觀測點共11個，具體布置見圖6.3～圖6.4所示。圖6.3IV-IV斷面撓度觀測點布置圖(單位：m)

圖6.4I-I斷面撓度觀測點布置圖(單位：m)

第43頁/共69頁)6.6.1撓度變形分析（1）撓度測量結(jié)果測點編號1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#初讀數(shù)0.00.00.00.00.00.00.0000.00.00.0第一級加載0.00.0-0.4-1.1-0.9-0.4-0.40.00.00.00.0正彎矩滿載0.0-0.9-1.3-2.7-1.3-0.9-0.40.00.00.00.0卸載0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0注：正值表示變形向上，負值表示變形向下。

6.6、試驗結(jié)果分析

表6.4撓度實際測量結(jié)果表（單位：mm）第44頁/共69頁（2）撓度校驗系數(shù)由表5可知，正彎矩工況滿載下，4#測點實測彈性撓度值最大，故作為撓度控制點，4#測點實測彈性撓度值為-2.7mm，理論撓度值為-4.3mm，校驗系數(shù)為0.63；試驗工況測點實測彈性撓度值理論計算撓度值校驗系數(shù)A-A截面正彎矩工況1#0.0-0.1-2#-0.9-2.3-3#-1.3-3.3-4#-2.7-4.30.635#-1.3-3.3-6#-0.9-2.1-7#-0.4-0.1-8#0.0-0.4-9#0.00-注：正值表示變形向上，負值表示變形向下。

表6.5實測彈性撓度值與理論計算值對比表（單位：mm）第45頁/共69頁)（3）殘余變形表6.4表明，試驗跨跨中截面相對殘余變形均為0，說明結(jié)構(gòu)恢復能力較好。

)測點編號1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#初讀數(shù)0.00.00.00.00.00.00.0000.00.00.0第一級加載0.00.0-0.4-1.1-0.9-0.4-0.40.00.00.00.0正彎矩滿載0.0-0.9-1.3-2.7-1.3-0.9-0.40.00.00.00.0卸載0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0注：正值表示變形向上，負值表示變形向下。

表6.4撓度實際測量結(jié)果表（單位：mm）第46頁/共69頁6.6.2應變分析

（1）應變測量結(jié)果表6.6為正彎矩試驗工況控制截面的實測應變值，圖15為5#應變測點應變值隨荷載效率系數(shù)變化曲線圖；圖15可知，各級加載情況下，5#測點實測應變小于理論計算應變，實測變化曲線圖線形與理論計算曲線線形比較接近。

測點編號一級加載正彎矩滿載卸載1#63112#123543#133434#-28-44-55#204246#-36-45-57#214048#-36-40-39#-34-38-210#2139411#2135312#1421213#-9-17114#5112表6.6應變實測結(jié)果表（單位：με）

注：正值表示拉應變，負值表示壓應變。

第47頁/共69頁)（2）應變校驗系數(shù)試驗工況測點實測彈性應變值理論計算應變值校驗系數(shù)A-A截面正彎矩工況3#31380.815#37520.717#38520.7310#35380.92注：正值表示拉應變，負值表示壓應變。

表6.7為正彎表7實測應變與理論值對比表（單位：με）

第48頁/共69頁（3）殘余應變表6表明，卸載后應變基本恢復至初始狀態(tài)，控制測點5#和7#的相對殘余應變均為11%，小于20%，結(jié)構(gòu)恢復能力較好。

)6.7、結(jié)論本次靜載試驗結(jié)果評價表見表8所示。荷載試驗工況內(nèi)容實測值規(guī)范要求是否滿足規(guī)范要求A-A截面正彎矩工況跨中撓度(mm)實測值-2.70.6~1.05是理論值-3.4校驗系數(shù)0.63截面應變（με）實測值370.6~1.05是理論值52校驗系數(shù)0.71表6.8靜載試驗結(jié)果對比評價表

第49頁/共69頁)1、以上的荷載試驗結(jié)果表明，本次試驗效率系數(shù)滿足規(guī)范規(guī)定的要求，試驗結(jié)果可用于結(jié)構(gòu)評定；2、該橋試驗工況的撓度和應變校驗系數(shù)均能夠滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》的要求，該通道橋承載能力及使用性能滿足設計荷載等級的要求；3、結(jié)構(gòu)在卸載后基本能夠恢復變形，相對殘余變形和相對殘余應變均小于20％，滿足規(guī)范的要求，結(jié)構(gòu)變形及應變恢復能力較好；4、橋梁外觀檢查表明，波紋鋼板及連接螺栓未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。第50頁/共69頁)附圖：

現(xiàn)場試驗工況滿載加載圖

第51頁/共69頁)現(xiàn)場應變測點布置

第52頁/共69頁)現(xiàn)場撓度測點布置

第53頁/共