《波浪腹板鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》

T/CECSxxx-2021

中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)

波浪腹板鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程

TechnicalSpecificationforApplicationofSinusoidalWebStructures

(征求意見稿)

中國建筑工業(yè)出版社

1總則

1.0.1為規(guī)范波形鋼板結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中的應(yīng)用，做到安全適用、

技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便和確保工程質(zhì)量，制定本規(guī)程。

1.0.2本規(guī)程適用于由波形鋼板組成的結(jié)構(gòu)形式（包括波形腹板

鋼構(gòu)件、波形腹板鋼拱、波形腹板組合構(gòu)件、波形鋼板剪力墻、

波形鋼板管涵和波形鋼板深滲水井等）的設(shè)計、制作、安裝和驗

收。

1.0.3波形鋼板結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制作、安裝和驗收，除應(yīng)符合本規(guī)

程外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

【條文說明】由波形鋼板組成的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件多種多樣。

目前在工程建設(shè)中，波形腹板工形截面構(gòu)件應(yīng)用在門式剛架輕型

房屋鋼結(jié)構(gòu)及吊車梁中。除此以外，在房屋建筑中也開始應(yīng)用波

形腹板鋼拱及波形腹板組合柱，在民用高層建筑結(jié)構(gòu)中采用波形

鋼板剪力墻，在市政和交通工程中應(yīng)用波形腹板組合梁、波形鋼

板橋涵、管涵和管廊以及波形鋼板滲水井等。在使用本規(guī)程進(jìn)行

結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要注意建筑、公路、交通和市政工程中結(jié)構(gòu)可靠度

以及荷載作用計算和取值之間的差異，按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

·1·

2術(shù)語和符號

2.1術(shù)語

2.1.1波形鋼板steelcorrugated-plate

由平鋼板冷彎形成的鋼板，包括波浪形和波折形截面的鋼板。

2.1.2波形鋼板結(jié)構(gòu)steelcorrugated-platestructures

由波形鋼板作為組成部分的結(jié)構(gòu)，包括波形腹板鋼構(gòu)件、波

形腹板鋼拱、波形腹板組合構(gòu)件、波形鋼板剪力墻、波形鋼板管

涵和波形鋼板滲水井等結(jié)構(gòu)。

2.1.3波形腹板門式剛架portalframeofsteelmemberswith

corrugatedweb

采用波形腹板鋼構(gòu)件的門式剛架。

2.1.4波形腹板吊車梁cranebeamwithsteelcorrugatedweb

采用波形腹板的吊車梁。

2.1.5波形腹板鋼拱steelarcheswithcorrugatedweb

采用波形腹板的鋼拱。

2.1.6波形腹板組合梁和組合柱steel–concretecompositebeam

andcolumnwithsteelcorrugatedweb

采用波形腹板和混凝土翼板的組合梁和組合柱。

2.1.7波形鋼板管涵steelcorrugated-platepipeculvert

采用波形鋼板的管涵，包括采用波形鋼板的橋涵和管廊等結(jié)

構(gòu)。

2.1.8波形鋼板滲水井steelcorrugated-platefilterwell

由波形鋼板組成的滲水井。

2.2符號

2.2.1作用和作用效應(yīng)設(shè)計值

M——彎矩；

·2·

N——軸力；

P——集中荷載；

p——土壓力；

V——剪力；

2.2.2計算指標(biāo)

E——鋼材的彈性模量；

Ec——混凝土的彈性模量；

f——鋼材的抗拉、抗壓和抗彎強度設(shè)計值；

fc——混凝土的抗壓強度設(shè)計值；

fst——鋼筋的抗拉強度設(shè)計值；

fu——鋼材的抗拉強度最小值；

fv——鋼材的抗剪強度設(shè)計值；

b

fv——螺栓的抗剪強度設(shè)計值；

fy——鋼材的屈服強度；

G——鋼材的剪切模量；

b

Nt——螺栓的受拉承載力設(shè)計值；

b

Nv——螺栓的受剪承載力設(shè)計值；

b

Nc——螺栓的承壓承載力設(shè)計值；

——土的容重；變截面構(gòu)件的楔率；

——鋼材的泊松比；

——正壓力；

——剪壓力；

——正應(yīng)力幅；

——剪應(yīng)力幅；

[]——正應(yīng)力的容許應(yīng)力幅；

[]——剪應(yīng)力的容許應(yīng)力幅；

·3·

2.2.3幾何參數(shù)

A——截面積；

a——波形腹板的波幅；剪跨段的長度；

b、h——截面的寬度和高度；

Dh、Dv——管涵結(jié)構(gòu)的跨度和計算矢高的兩倍；

Dx、Dy——波形鋼板對強軸和弱軸的彎曲剛度常數(shù)；

H——管涵頂部以上的覆土總厚度；

Hs——波形鋼板的扭轉(zhuǎn)剛度常數(shù)；

It——截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩；

Ix、Iy——截面對x軸和y軸的慣性矩；

Iz1——單位長度波形板對中性軸的面外慣性矩；

Iω——截面的翹曲慣性矩；

ix、iy——構(gòu)件截面對x軸和y軸的回轉(zhuǎn)半徑；

K——約束剛度；

Kv——截面剪切剛度；

l——構(gòu)件的跨度；

l0x、l0y——構(gòu)件對x軸和y軸的計算長度；

q——波形腹板單個重復(fù)波的波長；

q0——波形鋼板過渡段的寬度；

q1——波形鋼板波峰段的寬度；

q2——波形鋼板過渡段的投影寬度；

q3——波形鋼板波谷段的寬度；

s——波形腹板單個重復(fù)波展開后的長度；

t——板件厚度；

Wx、Wy——對x軸和y軸的截面模量；

c——波形鋼板過渡段的傾角；

·4·

θ——夾角；套箍指標(biāo)；剛度常數(shù)比；

2.2.4計算參數(shù)及其他

kb——受剪彈性屈曲系數(shù)；

E——鋼與混凝土彈性模量的比值；

——非均勻波形影響系數(shù)；等效寬高比；

b——等效臨界彎矩系數(shù)；

m、t——等效彎矩系數(shù)；

0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；

RE——構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)；

x、y——對x軸和y軸的截面塑性發(fā)展系數(shù)；

——長細(xì)比；

——穩(wěn)定系數(shù)。

——螺栓分布折減系數(shù)。

·5·

3材料

3.1鋼材

3.1.1波形鋼板結(jié)構(gòu)的鋼材選用應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

計標(biāo)準(zhǔn)》GB50017、《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700和《低合金高強度

結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591的規(guī)定，且質(zhì)量等級不應(yīng)低于B級。

3.1.2處于外露環(huán)境，且對耐腐蝕有特殊要求或處于侵蝕性介質(zhì)

環(huán)境中的波形鋼板結(jié)構(gòu)，可采用Q235NH和Q345NH牌號的耐候

結(jié)構(gòu)鋼，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《耐候結(jié)構(gòu)鋼》GB/T4171

和《焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼》GB/T4172的規(guī)定。

3.1.3抗震結(jié)構(gòu)鋼材的力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑

抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011的規(guī)定。

3.1.4冷彎型材的力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎型鋼

結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018的規(guī)定。

3.2連接材料

3.2.1波形鋼板結(jié)構(gòu)中連接用螺栓的選用應(yīng)符合下列要求：

1波形鋼板結(jié)構(gòu)螺栓選用應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

計標(biāo)準(zhǔn)》GB50017的規(guī)定；

2波形鋼板結(jié)構(gòu)中對拉螺栓宜采用高強度材料制作的螺栓；

3承受反復(fù)荷載作用的波形鋼板結(jié)構(gòu)的對拉螺栓不應(yīng)采用

膨脹自鎖連接形式。

3.2.2焊接材料的選用應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》

GB50017和《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661的規(guī)定。

3.3混凝土

3.3.1波形鋼板結(jié)構(gòu)的混凝土選用應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土

結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010的規(guī)定。

·6·

3.3.2波形鋼板結(jié)構(gòu)中混凝土的選用應(yīng)符合下列規(guī)定：

1波形鋼板-混凝土組合構(gòu)件的混凝土強度等級不宜低于

C40，且不應(yīng)低于C30；

2內(nèi)填混凝土可采用普通混凝土或自密實混凝土。普通混凝

土的配合比設(shè)計、施工、質(zhì)量檢驗和驗收應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普

通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55的規(guī)定。自密實混凝土的配合

比設(shè)計、施工、質(zhì)量檢驗和驗收應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《自密實混

凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283的規(guī)定。

·7·

4基本規(guī)定

4.1波形鋼板結(jié)構(gòu)選型

4.1.1波形鋼板結(jié)構(gòu)在充分考慮其應(yīng)用范圍、工程類型以及荷載

作用情況等條件下，可采用下列結(jié)構(gòu)形式或構(gòu)件形式：

1波形腹板鋼構(gòu)件；

2波形腹板鋼拱；

3波形腹板組合構(gòu)件;

4波形鋼板剪力墻；

5波形鋼板橋涵、管涵和管廊等;

6波形鋼板滲水井。

【條文說明】本規(guī)程將由波形鋼板組成的結(jié)構(gòu)形式或構(gòu)件形

式統(tǒng)稱為波形鋼板結(jié)構(gòu)，包含波形腹板鋼梁(包含吊車梁)和鋼柱、

波形腹板組合梁和組合柱、波形腹板鋼拱、波形鋼板剪力墻、波

形鋼板橋涵、管涵和管廊及波形鋼板滲水井等多種形式。

4.1.2波形腹板門式剛架可采用波形腹板鋼梁和鋼柱。當(dāng)?shù)踯囶~

定起重量較大時，可采用波形腹板組合柱或格構(gòu)柱，宜采用波形

腹板吊車梁。波形腹板可采用波浪腹板或波折梯形腹板。

【條文說明】由于波形腹板工形截面梁柱構(gòu)件具有較高的承

載力效率，在工程設(shè)計中被廣泛應(yīng)用。門式剛架輕型房屋是設(shè)置

起重量不超過20t的輕中級工作制橋式吊車或懸掛式吊車的鋼結(jié)

構(gòu)單層房屋。可采用波形腹板工形截面梁柱構(gòu)件代替門式剛架輕

型房屋鋼結(jié)構(gòu)中的平腹板工形截面梁柱構(gòu)件。在重型工業(yè)廠房中，

當(dāng)?shù)踯囶~定起重量較大時，可采用波形腹板組合柱或格構(gòu)柱以及

波形腹板吊車梁。

4.1.3波形腹板吊車梁可采用單波形腹板工形截面或雙波形腹板

箱形截面（圖4.1.3），其設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：

·8·

1采用單波形腹板的吊車梁，其腹板厚度不應(yīng)小于2mm，

腹板與翼緣應(yīng)采用雙面焊縫連接。

2采用雙波形腹板的吊車梁，單個腹板厚度不宜小于2mm；

當(dāng)單個腹板厚度不大于6mm時，腹板與翼緣可采用單面焊縫連

接；當(dāng)單個腹板厚度大于6mm時，可采用兩個單波形腹板工形

截面并行對焊所形成的箱形截面，兩個單波形腹板工形截面應(yīng)采

用雙面焊縫連接。

1

(a)單波形腹板(b)雙波形腹板(c)兩個工形截面并行對焊

工形截面箱形截面形成的箱形截面

圖4.1.3波形腹板吊車梁的截面形式

1-焊縫

【條文說明】實踐證明，雙面焊縫的疲勞性能優(yōu)于單面焊縫

的疲勞性能，波浪腹板的疲勞性能優(yōu)于波折腹板的疲勞性能。考

慮到單波形腹板易于實現(xiàn)雙面焊縫連接，應(yīng)采用雙面焊縫連接。

當(dāng)腹板承受較大的剪力時，可采用雙波形腹板箱形截面梁。建議

通過兩個單波形腹板工形截面梁側(cè)向并行對焊組成箱形截面，便

于實現(xiàn)波形腹板的雙面焊縫連接。

4.1.4波形腹板組合構(gòu)件可用于框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、框

架-核心筒結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)。波形腹板組合梁可采用單波形

腹板工形截面鋼梁或雙波形腹板箱形截面鋼梁（圖4.1.4）。

·9·

11

(a)單波形腹板工形截面(b)雙波形腹板箱形截面

圖4.1.4波形鋼板組合梁的截面形式

1-混凝土

【條文說明】波形腹板組合梁由波形腹板梁鋼梁和混凝土板

組成。

4.1.5波形腹板組合柱可采用單波形腹板截面或雙波形腹板截面

（圖4.1.5）。

11

(a)單波形腹板截面(b)雙波形腹板截面

圖4.1.5波形鋼板組合柱的截面形式

1-鋼管混凝土

【條文說明】波形腹板組合柱由兩個矩形鋼管混凝土柱和波

·10·

形腹板組成。波形腹板組合梁和組合柱可用于建筑工程、市政工

程和公路工程等。單波形腹板工形截面的組合梁常用于樓面梁和

中小跨度橋梁工程，雙波形腹板箱形截面的組合梁常用于大跨度

結(jié)構(gòu)。波形鋼板組合柱常用于重型工業(yè)廠房或者多層多跨工業(yè)和

公共建筑。

波形鋼板組合梁和組合柱的抗剪性能優(yōu)越，壓彎承載力高，

整體穩(wěn)定承載力高，整體經(jīng)濟(jì)效益顯著。這是因為波形鋼板的受

剪屈曲荷載高，并且?guī)缀醪怀袚?dān)軸向荷載，所以抗剪性能優(yōu)越。

因為面外剛度大，波形腹板可以做得寬（高）而薄，使得梁柱截

面更加展開，整個截面的抗彎剛度大，所以構(gòu)件承載力設(shè)計一般

由截面強度控制。

4.1.6波形腹板鋼拱可采用弧形翼緣與弧形單波形腹板的工形截

面、弧形翼緣與弧形雙波形腹板的箱形截面或內(nèi)嵌混凝土的箱形

組合截面（圖4.1.6），翼緣可采用翼緣板或方鋼管。

2

1

(a)單波形腹板鋼拱

·11·

11

22

(b)單波形腹板工形截面(c)雙波形腹板箱形截面

3

11

4

2

(d)箱形組合截面(e)其他截面形式

圖4.1.6波形腹板鋼拱的截面形式

1-波形腹板；2-翼緣板；3-混凝土；4-方鋼管翼緣

【條文說明】波形腹板鋼拱由弧形翼緣（面外）和弧形波形

腹板（面內(nèi)）焊接組成，可用于建筑工程的屋蓋結(jié)構(gòu)以及市政和

公路橋梁等工程。波形腹板鋼拱具有平面內(nèi)承載力高及設(shè)計經(jīng)濟(jì)

等特點，主要用于建筑屋蓋結(jié)構(gòu)。雙波形腹板箱形截面組合拱承

載效率高，尤其適用于大跨度的公路橋梁工程。

因為在鋼拱加工制作過程中，在拱軸線以上波形腹板被拉伸，

在拱軸線以下波形腹板被縮短，所以波形腹板的上部波幅小于下

部波幅。

4.1.7波形鋼板剪力墻適用于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，可采用單層波形

鋼板墻和雙層波形鋼板墻（圖4.1.7）。波形鋼板墻的波形型式可

采用波浪波形和梯形波折波形。單層波形鋼板墻可設(shè)置加勁肋，

·12·

加勁肋可在兩面布置或單面布置，且宜與波形鋼板棱線垂直。雙

層波形鋼板墻可采用平行對扣（圖4.1.7b和c）或正交對扣（圖

4.1.7d）的連接形式。單層波形鋼板墻宜采用波峰和波谷寬度一致

的波折梯形鋼板，雙層波形鋼板墻宜采用波峰寬于波谷的波折梯

形鋼板。波形鋼板與邊緣框架構(gòu)件可直接焊接，或通過魚尾板焊

接連接，或通過魚尾板螺栓連接。

(a)單層波形鋼板墻(b)雙層波形鋼板墻（豎向布置）

(c)雙層波形鋼板墻（水平布置）(d)雙層波形鋼板墻（正交布置）

圖4.1.7波形鋼板墻的形式

【條文說明】波形鋼板墻多用于多高層建筑工程的抗側(cè)力結(jié)

構(gòu)或構(gòu)件。波形鋼板墻內(nèi)嵌于框架結(jié)構(gòu)，并與框架梁柱構(gòu)件連接

或通過魚尾板與框架梁柱構(gòu)件連接。

4.1.8波形鋼板橋涵、管涵和管廊可采用單層波形鋼板截面、對

稱雙層波形鋼板組合截面或非對稱雙層波形鋼板組合截面（圖

4.1.8）。

·13·

t

a

2q

(a)單層波形鋼板橋涵、管涵和管廊(b)單波形鋼板截面

q

q

a

2

d

d

t

a

t

2

12

12

(c)對稱雙層波形鋼板組合截面(d)非對稱雙層波形鋼板組合截面

圖4.1.8波形鋼板橋涵、管涵和管廊的截面形式

1-波形腹板；2-混凝土

【條文說明】波形鋼板橋涵、管涵和管廊的主要承力方向為

沿跨度方向（橫向）。近年來，波形鋼板橋涵、管涵和管廊的工程

應(yīng)用逐漸增多。本規(guī)程推薦了三種波形鋼板橋涵、管涵和管廊的

形式，即單波形鋼板截面、對稱雙層波形鋼板內(nèi)嵌混凝土組合截

面以及非對稱雙層波形鋼板內(nèi)嵌混凝土組合截面。

4.1.9波形鋼板柱面殼可用于滲水井和水管（圖4.1.9）。

·14·

2at

2R

q

(a)波形鋼板滲水井和水管(b)縱向剖面

圖4.1.9波形鋼板滲水井和水管的形式

【條文說明】波形鋼板柱面殼是由多塊弧形波形鋼板連接形

成的結(jié)構(gòu)。近年來，公路工程中的滲水井多采用波形鋼板滲水井，

由冷彎形成的弧形波形鋼板拼接組成。

4.2結(jié)構(gòu)承載能力和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計

4.2.1在持久設(shè)計狀況、短暫設(shè)計狀況下，波形鋼板結(jié)構(gòu)或構(gòu)件

的承載力應(yīng)符合下式規(guī)定：

0SRdd(4.2.1)

式中：0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對安全等級為一級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件

不小于1.1，對安全等級為二級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不小于

1.0；

Sd——作用組合的效應(yīng)設(shè)計值；

Rd——構(gòu)件承載力設(shè)計值。

4.2.2在地震設(shè)計狀況下，波形鋼板結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力應(yīng)符合

下式規(guī)定：

SRddRE(4.2.2)

式中：RE——構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)，組合構(gòu)件和鋼構(gòu)件應(yīng)

分別按表4.2.2-1和表4.4.2-2確定；當(dāng)僅計算豎

·15·

向地震作用組合時，各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力抗震

調(diào)整系數(shù)均應(yīng)采用1.0。

表4.2.2-1組合構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)

壓、彎承載力計算

受剪承載力、節(jié)點計算

鋼管混凝土柱波形鋼板-混凝土組合構(gòu)件

0.800.850.85

表4.2.2-2鋼構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)

強度驗算（波形鋼板、梁、柱、節(jié)點板件、螺栓、焊縫）穩(wěn)定驗算

0.750.80

4.2.3結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)驗算應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)

構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009的規(guī)定。

·16·

5結(jié)構(gòu)分析

5.1作用及作用效應(yīng)計算

5.1.1波形鋼板結(jié)構(gòu)的荷載及荷載效應(yīng)計算應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011、

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50017的規(guī)定執(zhí)行，波形鋼板管涵的荷載

及荷載效應(yīng)計算尚應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》

JTGD60的規(guī)定。

5.1.2對于波形腹板鋼拱，應(yīng)考慮風(fēng)荷載、雪荷載等可變荷載在

拱軸線平面內(nèi)的最不利分布作用，且應(yīng)考慮其可能在拱平面外產(chǎn)

生的不利作用。

【條文說明】近年來對鋼結(jié)構(gòu)的事故調(diào)查表明，鋼結(jié)構(gòu)由風(fēng)

荷載、雪荷載等可變荷載引發(fā)的工程事故增多，故本條提醒工程

設(shè)計人員要重視荷載的最不利分布形式，特別是局部雪荷載的堆

積作用。

5.1.3波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮土壓力和可變荷載的作用。

【條文說明】除了土壓力作用外，波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)的作用

計算還涉及到土傳遞車輛等可變荷載的復(fù)雜過程。

5.1.4土壓力在波形管涵結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的作用（圖5.1.4）應(yīng)按下列

公式計算：

ptsAfps(5.1.4-1)

pDHD0.11

shv(5.1.4-2)

式中：pts——縱向單位長度內(nèi)上部土體的總壓力（N/mm）；

ps——縱向單位長度內(nèi)上部填土自重產(chǎn)生的壓力

（N/mm）；

·17·

——土的容重，地下水位以下應(yīng)采用有效容重加上水

的密度，分層疊加（N/mm3）；

Dh——管涵結(jié)構(gòu)的跨度（mm）；

H——管涵頂部以上的覆土總厚度（mm）；

Dv——管涵計算矢高的兩倍（mm）；

Af——考慮兩側(cè)土體壓力傳遞后的土壓力放大系數(shù)，應(yīng)

按表5.1.4采用。

Dh

212

Hps

v

D3

0.5

圖5.1.4管涵上部土體自重產(chǎn)生的壓力

1-上部填土；2-測填土；3-管廊橫向

表5.1.4土壓力放大系數(shù)

Dh/Dv

H/Dh

≤0.60.81.01.21.4≥1.6

>3.01.621.401.201.101.051.02

3.01.621.401.251.181.081.02

2.01.621.401.251.181.081.02

1.81.611.401.251.181.081.02

1.61.601.391.241.171.081.02

1.41.591.381.221.151.081.02

1.21.551.341.201.121.071.02

·18·

1.01.531.301.191.101.051.02

0.81.551.311.191.111.061.03

0.61.651.341.201.121.071.04

0.41.821.401.231.151.101.05

≤0.22.281.601.281.201.151.10

5.1.5車輛可變荷載在波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的作用應(yīng)符合下

列規(guī)定：

1車道均布可變荷載應(yīng)按土體自重傳遞到拱頂?shù)膲毫τ嬎悖?/p>

2車輛荷載擴散到拱頂?shù)膲毫Γ▓D5.1.5）應(yīng)按下列公式計

算：

Gtd

tfmmA1+(5.1.5-1)

wltt

wttb1.2H(5.1.5-2)

laHtt(5.1.5-3)

AHm0.410.00050.1(5.1.5-4)

2

式中：t——車輛荷載擴散到拱頂?shù)膲毫Γ∟/mm）；

Gtd——設(shè)計車輛荷載的后軸軸重（N）；

wt——輪壓荷載沿管涵橫向擴散后的尺寸（mm）；

lt——輪壓荷載沿管涵縱向擴散后的尺寸（mm）；

mf——多車道折減系數(shù)，應(yīng)按表5.1.5采用；

Am——車輛荷載動力系數(shù)；

bt——當(dāng)前后相鄰輪壓擴散后重疊時，取沿管涵跨度方

向車輛承重輪之間的距離，包括車輪著地長度；

當(dāng)前后相鄰輪壓擴散后不重疊時，取車輪著地長

度；車輪著地寬度可取200mm，車輪著地長度可

取600mm（mm）；

·19·

at——當(dāng)左右相鄰輪壓擴散后重疊時，取沿管涵縱向車

輛承重輪之間的距離，包括車輪著地寬度；當(dāng)左

右相鄰輪壓擴散后不重疊時，取車輪著地長度

（mm）。

t

tt

(a)前后相鄰輪壓擴散后重疊

t

tt

(b)前后相鄰輪壓擴散后不重疊

圖5.1.5車輛荷載擴散圖

1-管廊；2-路面

表5.1.5多車道折減系數(shù)

車道數(shù)12345678

mf1.201.000.780.670.600.550.520.50

5.1.6當(dāng)波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)上部作用有其他類別的集中荷載時，

應(yīng)按式(5.1.5-1)計算其擴散到管涵上的分布壓力，取mf=1，Am=

·20·

0。

5.1.7當(dāng)波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度大于或等于7度時，

應(yīng)考慮豎向地震作用。沿管涵縱向單位長度內(nèi)的豎向地震作用標(biāo)

準(zhǔn)值應(yīng)按下式計算：

ppEvmaxeq0.65(5.1.7)

式中：pEv——縱向單位長度內(nèi)豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm）；

max——水平地震影響系數(shù)最大值，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建

筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011采用；

peq——縱向單位長度內(nèi)等效重力荷載代表值，土和結(jié)構(gòu)

的自重取標(biāo)準(zhǔn)值，可變荷載取標(biāo)準(zhǔn)值的50%

（N/mm）。

5.1.8波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)的荷載組合應(yīng)考慮車輛荷載可能的不利

位置，荷載分項系數(shù)應(yīng)按表5.1.8采用。

表5.1.8管涵的荷載及其分項系數(shù)

荷載分項系數(shù)

荷載分類荷載名稱

不利時有利時

結(jié)構(gòu)自重，回填土（含結(jié)構(gòu)功能回填

土）豎向壓力，結(jié)構(gòu)上部和影響范圍1.30.9

永久荷載

內(nèi)的設(shè)施及建筑物壓力

水壓力及浮力1.10

地面車輛荷載及動力作用，人群荷載，

綠化植物重量，施工荷載，含分層回

可變荷載填土側(cè)壓力，施工機具荷載，設(shè)備運1.50

輸及吊裝荷載，地面堆載，注漿引起

的附加荷載

偶然荷載地震作用1.30

人防荷載1.50

注：地震作用組合計算時，永久荷載分項系數(shù)取1.2；施工階段的承載力驗

算時，分項系數(shù)乘以0.9。

·21·

5.2彈性分析

5.2.1波形鋼板結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形分析可采用一階彈性分析。在

構(gòu)件細(xì)長或結(jié)構(gòu)剛度較小的情況下，宜采用二階彈性分析。

5.2.2波形腹板構(gòu)件在軸力、彎矩與剪力作用時，翼緣僅承擔(dān)軸

力與彎矩產(chǎn)生的截面法向應(yīng)力，腹板僅承擔(dān)截面剪力。

【條文說明】清華大學(xué)的研究成果表明，腹板波形的存在極

大地降低了腹板沿構(gòu)件軸向的剛度，使得波形腹板構(gòu)件在軸力與

彎矩作用下，上下翼緣承擔(dān)了幾乎全部軸向力，只有靠近翼緣的

小部分腹板上存在正應(yīng)力?？梢哉J(rèn)為，在軸力與彎矩作用下，僅

翼緣有效，腹板不承受任何軸向作用力，但截面剪力全部由波形

腹板承擔(dān)，且剪應(yīng)力沿腹板高度均勻分布。見《波折腹板工形構(gòu)

件截面承載力設(shè)計方法》，收錄于《建筑科學(xué)與工程學(xué)報》，2006

年第23卷第4期。

5.2.3波形鋼板結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形分析時，其結(jié)構(gòu)分析有限元模

型應(yīng)符合下列要求：

1結(jié)構(gòu)分析有限元模型應(yīng)能準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的受力性能、截

面組成、材料特性、邊界條件及荷載作用等；

2依據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的截面組成，結(jié)構(gòu)分析有限元模型中的

單元類型可采用平面應(yīng)力或平面應(yīng)變單元、梁單元、殼單元和實

體單元；

3對于波形腹板組合構(gòu)件，應(yīng)準(zhǔn)確處理波形鋼板與鋼管混

凝土構(gòu)件或者混凝土梁之間的內(nèi)力與變形協(xié)調(diào)。

5.2.4波形腹板工形截面構(gòu)件的等效剛度應(yīng)符合下列規(guī)定：

1波形腹板工形截面構(gòu)件可采用等效梁單元，其等效截面

剛度應(yīng)按下列公式計算：

1)截面彎曲剛度：

·22·

Ebth2

EIffw(5.2.4-1)

x2

Ebt3

EIff(5.2.4-2)

y6

2)截面剪切剛度：

qGht

Kww(5.2.4-3)

vs

3)截面扭轉(zhuǎn)剛度：

Ghtb(2)t33

GIwwff(5.2.4-4)

t3

4)截面翹曲剛度：

Ehtb()t23

EIwfff(5.2.4-5)

ω24

2波形腹板鋼拱可采用等效梁單元，其等效截面剪切剛度

Kv應(yīng)按下列公式計算：

q0

KGAvw(5.2.4-6)

s0

2

a

16300.9(5.2.4-7)

hw

3當(dāng)波形腹板采用波浪腹板且波形為正弦式時，其截面參

數(shù)可按下列公式計算：

2

aa

sq2.941.270.94(5.2.4-8)

qq

0.2502.35aq22

Ia2t(5.2.4-9)

z1w10.342aq22

4變截面構(gòu)件的等效剛度應(yīng)取單元兩節(jié)點對應(yīng)截面剛度的

平均值。

·23·

式中：E——鋼材的彈性模量（N/mm2）；

G——鋼材的剪切模量（N/mm2）；

4

Ix、Iy——截面對x軸和y軸的慣性矩（mm）；

4

It——截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩（mm）；

6

Iω——截面的翹曲慣性矩（mm）；

3

Iz1——單位長度波形板對中性軸的面外慣性矩（mm）；

2

Aw——腹板的毛截面積（mm）；

bf、tf——翼緣的寬度和厚度（mm）；

hw、tw——腹板的高度和厚度（mm）；

q——波形腹板單個重復(fù)波的波長（mm）；

s——波形腹板單個重復(fù)波展開后的長度（mm）；

a——波形腹板的波幅（mm）；

q0——拱截面波形腹板縱向中線處的單個重復(fù)波形的波

長（mm）；

s0——拱截面波形腹板縱向中線處的單個重復(fù)波形展開

后的長度（mm）；

——非均勻波形影響系數(shù)；

a——腹板上下兩端的波幅差（mm）。

【條文說明】在波形腹板工形截面承受壓彎荷載時，因為波

形特征，腹板幾乎不能承受正應(yīng)力，所以彎曲剛度計算忽略腹板

貢獻(xiàn)。在波浪腹板工形截面承受剪力時，剪力幾乎全部由腹板承

擔(dān)，且近似均勻分布，所以剪切剛度計算僅考慮腹板貢獻(xiàn)，并將

腹板剛度乘以qs的折減系數(shù)。波浪腹板工形截面扭轉(zhuǎn)剛度的計

算直接沿用平腹板工形截面的計算方法。在波浪腹板工形截面翹

曲剛度的推導(dǎo)過程中，假定腹板不產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力，因此得到的

翹曲慣性矩沿構(gòu)件軸線不變。

·24·

波形腹板工形截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩計算公式與平腹板工形截面

相同，均按式(1)計算：

33

Ihtbttwwff23(1)

波形腹板和平腹板工形截面的翹曲慣性矩計算存在一些差異。

從翹曲慣性矩的定義出發(fā)，對波形腹板梁的翹曲慣性矩進(jìn)行了推

導(dǎo)，結(jié)果如下：

對于圖1所示的任一腹板偏心的工形截面，其翹曲慣性矩按

式(2)計算：

23

*2hwbf2

Itabωtfxff21(2)

46

其中：

2btht

fwww

2bffwwtht

tf

tw

ax

Shw

ax

tf

b

f

圖1波形腹板構(gòu)件任一截面的尺寸

假設(shè)腹板波形不會導(dǎo)致腹板截面厚度的變化，那么對于波形

腹板的任意一小段截面，腹板偏離中心的距離為ax，均可由式(3)

計算出其翹曲慣性矩。對于整個波形腹板構(gòu)件，可以根據(jù)每一小

·25·

段截面的翹曲扭矩與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系通過積分求解出整體構(gòu)件的

翹曲扭矩與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，并由此得到構(gòu)件的平均翹曲慣性矩。

但由于積分過程十分復(fù)雜，這里近似地用各微段翹曲慣性矩的平

均值代替：

23

1qhb2

II*2dx=1wftabt(3)

ω0ωfff

q46

將式(3)的翹曲慣性矩代入到屈曲方程中，計算得到的屈曲荷

載與有限元結(jié)果十分接近，可用于精確計算波形腹板工形截面構(gòu)

件的彎扭屈曲荷載。

若直接假定腹板不產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力，則推導(dǎo)所得的翹曲慣性

矩為：

()htbt23

Iwfff(4)

ω24

對于常用構(gòu)件，發(fā)現(xiàn)式(3)中的后一項對計算結(jié)果影響很小，

可以忽略，式(4)和式(3)所得的計算結(jié)果誤差很小，因此采用式(4)

進(jìn)行簡化計算。

波形腹板鋼拱制作時，由于腹板在冷彎成弧形的過程中，其

中線以上的波折被拉伸（波長變大波幅變小），而中線以下的波折

被壓縮（波長變小波幅變大），因此沿截面高度方向的波折不再是

均勻的。研究表明，非均勻波形將降低截面的抗剪剛度，本條文

即考慮此因素對波形腹板鋼拱截面剪切剛度的影響。

5.2.5波形腹板鋼拱的結(jié)構(gòu)分析有限元模型應(yīng)符合下列規(guī)定：

1波形腹板工形截面構(gòu)件簡化分析時，可采用平腹板工形

截面的梁單元，按折減腹板彈性模量或折減腹板厚度的方法來處

理：

1)采用折減腹板彈性模量的方法時，對其彈性模量乘以

·26·

1×10?4或更小的折減系數(shù)；

2)采用折減腹板厚度的方法時，對其腹板厚度乘以1×10?4

或更小的折減系數(shù)；

3)應(yīng)修正截面剪切剛度，使其等于波浪腹板工形截面的剪

切剛度，截面的其他剛度常數(shù)可對等效截面直接積分計

算；

2波形腹板鋼拱簡化分析時，相鄰梁單元夾角不宜超過3°。

【條文說明】由于腹板波折和曲線拱軸的特點，波形腹板鋼

拱的殼單元模型建立和分析計算復(fù)雜耗時。當(dāng)只用于彈性內(nèi)力和

變形計算時，可采用簡化的梁單元模型，使用平腹板工形截面代

替波形腹板工形截面。梁單元簡化模型可采用多段直線，通過以

直代曲的方法逼近拱軸線，因此需要足夠的單元數(shù)目。分析表明，

當(dāng)相鄰梁單元的夾角不超過3°時，采用直梁單元模擬曲線鋼拱一

般能夠滿足計算精度的要求。

通過折減平腹板的彈性模量或厚度，來模擬波形腹板不承受

軸向力的特點。同時，平腹板梁單元的截面剪切剛度應(yīng)修正為波

形腹板工形截面的剪切剛度。

5.2.6波形鋼板墻簡化分析時，可等效為正交異性平鋼板墻，其

等效剛度常數(shù)應(yīng)按下列公式計算：

1當(dāng)采用單層波形鋼板時：

2

Etwaq2

Dqx1(5.2.6-1)

23cosb0c

qEt3

Dw(5.2.6-2)

ys1212

sEt3

Hw(5.2.6-3)

sq121

2當(dāng)采用平行對扣的雙層波形鋼板墻時：

·27·

E

Dqqt3242q3qta(5.2.6-4)

x6q13w01w

qEt3

Dw(5.2.6-5)

y22

qq001q261

q3

23qq01

2Et2

Haqqw2(5.2.6-6)

s12qs1

3當(dāng)采用正交對扣的雙層波形鋼板墻時：

22

3qqsqq01013

Etb3

DDw0(5.2.6-7)

xx12

121222

qqsqqs0101

3

22

tEtawwqq12

Hs1.82(5.2.6-8)

aqsb10

4單塊波形鋼板的剛度常數(shù)：

32

Eqqtqq13w0122

Dqqax101wt(5.2.6-9)

qs123

qEt3

Dw(5.2.6-10)

y1s1212

sEt3

Hw(5.2.6-11)

s1q121

式中：Dx、Dy——波形鋼板墻對強軸和弱軸的彎曲剛度常數(shù)

（N·mm）；

Hs——波形鋼板墻的扭轉(zhuǎn)剛度常數(shù)（N·mm）；

Dx1、Dy1——單塊波形鋼板對強軸和弱軸的彎曲剛度常

數(shù)（N·mm）；

Hs1——單塊波形鋼板的扭轉(zhuǎn)剛度常數(shù)（N·mm）；

·28·

——鋼材的泊松比，可取0.3；

q0——波形鋼板過渡段的寬度（mm）；

q1——波形鋼板波峰段的寬度（mm）；

q2——波形鋼板過渡段的投影寬度（mm）；

q3——波形鋼板波谷段的寬度（mm）；

c——波形鋼板過渡段的傾角。

【條文說明】原則上，應(yīng)采用殼單元精確分析波形鋼板墻，

但其計算比較復(fù)雜，計算成本高，不適合工程設(shè)計。因此，波形

鋼板墻可近似簡化成正交異形板。其中，假定雙層波形鋼板墻的

兩塊波形鋼板為一個整體，忽略了螺栓間距的影響。

5.2.7當(dāng)波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)采用明挖回填土施工方式時，波形鋼

板管涵結(jié)構(gòu)分析應(yīng)采用二維或三維有限元模型（圖5.2.7），且應(yīng)

符合下列規(guī)定：

1沿管涵縱向，模型尺寸不應(yīng)小于管涵結(jié)構(gòu)跨度的50%，

當(dāng)管涵內(nèi)部有集中荷載時，模型尺寸應(yīng)取為集中荷載作用點間距，

且集中荷載作用點位于模型中部；沿管涵橫向，管涵兩側(cè)填土應(yīng)

取1.5倍的管涵結(jié)構(gòu)跨度、計算矢高兩倍與管頂上部的覆土總厚

度之和的1.5倍兩者中的較大值，且不應(yīng)小于2500mm；管涵基

礎(chǔ)回填材料的高度不應(yīng)小于1000mm，管涵頂部填土高度應(yīng)按實

際情況取值；

·29·

x向約束

yx向約束

zx

約束全部自由度

(a)管頂填土未壓實時

z向約束

z向約束

x向約束

yx向約束

zx

約束全部自由度

(b)施工完成并投入使用

圖5.2.7波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)有限元模型

2應(yīng)準(zhǔn)確模擬原狀土和各層填土的幾何尺寸和物理性質(zhì)，

各參數(shù)的取值應(yīng)具有90%的保證率，泊松比應(yīng)取平均值3；

3應(yīng)準(zhǔn)確模擬回填過程，對管涵進(jìn)行分步加載，每步加載

應(yīng)模擬前一步壓實后回填土的土工性質(zhì)。加載步數(shù)不應(yīng)少于3步，

第1步為回填土從基坑底到起拱線，第2步為回填土到管頂，第

3步為回填土到地面；

4當(dāng)計算永久荷載作用下的內(nèi)力和變形時，應(yīng)考慮徐變的

影響并折減土體的變形模量；

·30·

5網(wǎng)格尺寸應(yīng)按波形鋼板管涵、管涵附近土體及遠(yuǎn)離管涵

土體的順序從小到大劃分；

6邊界條件應(yīng)根據(jù)不同施工進(jìn)度確定。對應(yīng)于管涵頂填土

未壓實的情況，有限元模型底面約束所有位移和轉(zhuǎn)角自由度，兩

側(cè)立面施加x向約束，其余面自由，頂面施加荷載；對應(yīng)于施工

完成并投入使用后的情況，有限元模型底面約束所有位移和轉(zhuǎn)角

自由度，兩側(cè)立面施加x向約束，前后立面施加z向約束，頂面

施加荷載。

【條文說明】模擬回填過程應(yīng)考慮加載過程中的不利情況，

包括回填土從基坑底到起拱線時的兩側(cè)擠壓上拱的情況，回填土

到管頂附近時的結(jié)構(gòu)受力最不利位置，以及回填土到地面的情況。

有限元網(wǎng)格劃分應(yīng)滿足精度要求，所以波形鋼板管涵的網(wǎng)格

劃分相比土體更為密集。

5.2.8當(dāng)波形鋼板管涵結(jié)構(gòu)用于既有工程的加固或涵洞，采用暗

挖的施工方式時，結(jié)構(gòu)分析有限元模型應(yīng)與實際結(jié)構(gòu)尺寸、邊界

條件、材料特性和場地條件等相符。

【條文說明】橋涵和管涵結(jié)構(gòu)可采用明挖土方和暗挖土方的

施工。明挖土方的施工要考慮結(jié)構(gòu)回填土施工過程對結(jié)構(gòu)成型內(nèi)

力和變形的影響，所以要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工過程一體化分析。

暗挖土方的施工過程很少涉及回填土施工對結(jié)構(gòu)成型內(nèi)力的影響，

往往在暗挖結(jié)構(gòu)成型后安裝波形鋼板橋涵和管涵，暗挖土方的施

工更多用于既有管涵的加固工程中。在加固工程中，結(jié)構(gòu)自重更

多應(yīng)由既有結(jié)構(gòu)承擔(dān)，而后續(xù)作用的可變荷載由既有結(jié)構(gòu)和新增

管涵結(jié)構(gòu)兩者共同承擔(dān)。

5.3彈塑性分析

5.3.1依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，波形鋼板結(jié)構(gòu)的彈塑性分析可采用靜

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力彈塑性分析法或彈塑性時程分析法。

5.3.2波形鋼板結(jié)構(gòu)彈塑性分析應(yīng)符合下列要求：

1應(yīng)預(yù)先設(shè)定結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的形狀、尺寸、邊界條件和材料

性能等；

2材料性能參數(shù)宜通過試驗分析并取平均值確定，也可按

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定；

3宜采用空間結(jié)構(gòu)計算模型，宜計入結(jié)