1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的发展历史

1.1 国外发展历史

自20世纪30年代随着桥梁跨径的增大，减轻预应力混凝土自重，使其具有更大的跨越能力、更省材料、更具美观轻盈的视觉效果，一直是桥梁工程师们努力的目标。采用组合结构对普通的混凝土箱梁进行优化，比较直观的设想就是用加劲钢腹板取代混凝土腹板，同时在箱梁内施加预应力，形成预应力混凝土组合箱梁。

为减小腹板厚度，法国首先提出采用平面钢腹板来代替传统箱梁的混凝土腹板，并通过箱形截面内的体外力筋来施加预应力。法国的Ferte-Saint-Aubin桥是这种结构形式的典型代表。该桥为跨径38m的简支组合梁桥，单箱单室。这种钢-混凝土组合结构形式非常简单，但由于上、下翼板混凝土因徐变、收缩而产生的变形受到钢腹板的约束，使得上、下翼缘板里的预应力有向钢腹板转移的趋势，钢腹板吸收了20%~25%的预应力，这样不但降低了预应力使用效率，同时也要求在钢腹板上增设纵向或竖向的加劲肋来防止屈曲发生，从而增加了工程费用。

为解决由于钢腹板的约束作用而造成的截面预应力损失，1975年法国的Campenon Bernard公司提出了用波形钢腹板来代替平面钢腹板的设想。CB公司通过大量的有限元分析和模型试验研究，将此创意付诸实践，于1986年在法国建成了世界上第一座波形钢腹板预应力组合箱梁桥#8212;#8212;Cognac桥。该桥为单箱单室三跨连续梁桥，桥长105m,跨径31m 43m 31m。1988年,法国又修建了Maupre高架桥,为七跨三角形箱梁连续梁桥,该桥梁跨径为41.0m 47.3m 53.6m 50.4m 47.3m 44.1m 41.0m。随后法国又修建了Asterix桥、Dole桥，桥跨形式包括简支梁、连续梁，截面形式多为箱形,也有三角形。

20世纪末，日本从法国引进了波形钢腹板PC组合梁桥技术，并进行了全方位的研究。近些年，这种结构形式的桥梁在日本发展迅速。日本新泻县新泻土木事务所于1993年11月建成了日本第一座波形钢腹板组合箱梁桥#8212;#8212;新开桥。该桥位于新泻县新泻市内的东部干线排水路上,是双箱单室的简支梁，桥长31m，跨径30m,桥面净宽14m。

1996年3月日本又建造了一座5跨连续波形钢腹板组合梁桥#8212;#8212;银山御幸桥，该桥是日本第一座连续形式的波形钢腹板组合公路桥，桥长214.8m，跨径为

27.4m 3x45.5m 49.9m,桥面净宽8.5m。1996年11月~1999年7月，日本建造了三跨预应力连续刚构波形钢腹板箱梁桥一本谷桥。该桥长197.2m,跨径为44.0m 97.2m 56.0m，桥面净宽10.5m。接下来的几年内，日本又先后建成了日见桥、矢作川桥等一系列波形钢腹板组合梁桥。日本大量波形钢腹板组合梁桥的建设不仅拓宽了该类桥的试验范围，还发展了其设计和施工技术，取得了较为丰硕的成果。

另外，挪威、委内瑞拉、德国、韩国等国家也将这一新结构应用于桥梁建设中。

1.2 国内发展历史

我国对波形钢腹板组合箱梁桥的研究起步于20世纪90年代中期，主要对该种箱梁结构的抗弯、抗剪、扭转与畸变、波形钢腹板参数设计、屈曲特性、抗剪连接件分析等专题进行了研究,并取得了重要进展。2005年1月，我国建成第一座波形钢腹板PC组合连续箱粱人行桥#8212;#8212;长征桥。长征桥位于江苏省淮安市长征小学两侧，跨越里运河，桥长67m，跨径为18.5m 30m 18.5m，桥宽7m，采用单箱单室截面形式。目前，国内已建成该类桥梁已达二十多座。

近年来，公路桥梁建设取得了巨大的发展。波形钢腹板混凝土组合组合箱梁结构恰当地将钢、混凝土结合起来，提高了结构的稳定性、强度及材料的使用效率，且这种结构外形美观，抗震性能好，施工简便， 具有广阔的应用前景。

2 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构特点

波形钢腹板组合箱梁桥是一种新型的钢-混凝土组合结构，由混凝土顶底板、预应力筋和波形钢腹板三部分组成,是对传统的体外预应力混凝土桥梁的一种改进。

与传统的预应力混凝土腹板箱梁相比，波形钢腹板组合箱梁桥具有以下优点：

(1)自重降低，抗震性能好。腹板采用较轻的波形钢板,其桥梁自重与一般的预应力混凝土箱梁桥相比大为减轻，地震激励作用效果显著降低，抗震性能提高。

(2)节约建筑材料，改善经济指标。釆用波形钢腹板代替厚重的混凝土腹板，大幅度减轻了上部结构的自重，增大了桥梁的跨径并使下部结构的工程量减少，从而降低了工程总造价。

(3)改善结构性能，提髙预应力效率。波形钢腹板的纵向刚度很小，几乎不抵抗轴向力，因而在导人预应力时不受抵抗，预应力可以全部加载于上下混凝土翼板，从而有效提高了预应力效率。

(4)材料各尽其能，充分发挥其效率。混凝土翼板抗弯，波形腹板抗剪，几乎所有的弯矩与剪力分别由上下混凝土翼板和波形钢腹板承担，且各材料内的应力分别近似为均布图形，而非传统意义上的三角形，有利于材料发挥作用。

(5)增加了截面回转半径，提高了结构效率。波形钢腹板组合箱梁桥中的混凝土均集中在上下翼缘，回转半径几乎增加到最大值，大大提高了截面的结构效率。

(6)减少现场作业，加快施工进度。由于不需要混凝土腹板，相应地减少了钢筋和模板的拼装、拆除工作，且波形钢腹板可以工厂化生产，现场拼装，从而加快施工速度，缩短了工期。

(7)体外预应力筋可以替换，有利于桥梁的维修与补强。波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁往往采用体内、体外并用的混合式预应力筋布置方式。体内预应力筋是混凝土下翼板内的直线布筋，体外预应力筋通过设置的中间转向块向支座上方弯起。设计中，一般体内预应力筋承担梁体自重及顶推施工时的荷载,体外预应力筋承担后期恒载及活载的作用。这样，即使在长期运营后，体外预应力筋出现磨损或断裂时，也可在夜间停止运营对其进行更换。

(8)有效解决了混凝土箱梁腹板开裂的问题。

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁虽然具有以上诸多优点，但也有不足之处， 主要体现在如下几方面：

(1)混凝土翼缘厚度有所增加。一方面，因为翼缘外伸部分往往超过整个翼缘宽度的一半，主要是从稳定的角度考虑；另一方面，也因为波形钢腹板对截面抗弯几乎没有贡献。

(2)波形钢板造价较高。在这种新结构应用的初期，因为波形钢腹板的制作需要专门的轧制设备，所以制作成本较高。但随着波形板轧制设备的不断改进和制作工艺的进一步成熟，这一问题也正逐步得到解决。

(3)当波形钢板间采用焊接连接时，其竖向边缘焊接数量比平钢腹板稍有增加。

(4)波形钢板有较多的拐角,容易滞留泥沙等杂质，比平钢腹板易受腐蚀。

3 方案设计比选与方案确定

本次方案比选拟采用以下两种方案：预应力混凝土变截面连续箱梁桥和波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁。

3.1 预应力混凝土变截面连续箱梁桥

3.1.1 桥跨布置

大、中跨预应力混凝土连续梁桥为了减小边跨跨中正弯矩，宜采用不等跨布置，故本设计采用不等跨布置，并采用对称悬臂施工。边中跨比的选用与施工方法有关：悬臂施工变高度连续梁桥一般边中跨比为0.5-0.6，故本设计拟采用88m 156m 88m的桥跨布置。实际长度332m。

3.1.2 梁高

支点处梁高Hs取最大跨径Lm的1/15-1/20，最常用的是1/18Lm，悬臂施工取得大一些（悬臂施工引起更大的负弯矩），本设计拟取Hs=7.5m。跨中处梁高Hc一般为1.5-4.5m，也可取取最大跨径Lm的1/30-1/50，本设计拟取Hs=3.5m。

3.1.3 截面的选择及尺寸的拟定

本设计的连续梁的跨径超过40-60m，主梁拟采用单箱单室箱形截面。跨中拟取定梁高3.5m，室宽为8m，翼板悬出长度4.125m，底板厚度30cm，腹板厚度55cm，顶板厚度30cm，翼板近腹板处厚度为45cm，翼缘厚度为11cm；支点处拟取定梁高7.5m，室宽为8m，翼板悬出长度4m，底板厚度45cm，腹板厚度60cm，顶板厚度25cm，翼板近腹板处厚度为45cm，翼缘厚度为11cm。

3.2 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁

3.2.1 桥跨布置

边中跨比取0.6～0.8，本设计拟采用88m 156m 88m的桥跨布置。实际长度332m。

3.2.2 梁高的选择

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的高跨比在桥根部1/16～1/17.5跨中梁高常取为跨度的1/34～1/50，略高于预应力混凝土桥，本设计取跨中梁高为3.5m。

3.2.3 截面的选择及尺寸的拟定

主梁拟采用单箱单室箱形截面，跨中拟取定梁高3.5m，主梁箱梁顶面宽16.25m，梁底宽度为8.5m，两侧悬臂长度3.50m，跨中顶、底板厚度30cm，；支点处拟取定梁高7.8m，腹板厚度60cm，顶板厚度60cm。

方案	方案一	方案二
主梁形式	预应力混凝土变截面连续箱梁桥	波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁
方案特点	结构受力性能好，外形和谐，构造简单；但是工艺较复杂，对质量要求高，工期较长，所需材料较多，费用较大。	波形钢腹板减少了结构的重量，提高了结构的稳定性、强度及材料的使用效率，且这种结构外形美观，抗震性能好，施工简便。

在美观和造价的比较下，波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁造型美观，造价较低，施工简便，所以在同等跨度上该桥采用方案二更加合适。

参考文献

[1] 范立础.桥梁工程[M].人民交通出版社，2001.

[2] 王晓谋.基础工程[M].人民交通出版社，2006.

[3] 张树仁等.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理[M].人民交通出版社，2004.

[4] 盛洪飞.桥梁墩台与基础工程[M].人民交通出版社，2006.

[5] 周水兴，向中富.桥梁工程[M].人民交通出版社，2002.

[6] 邵旭东.桥梁工程[M].人民交通出版社，2004.

[7] 叶见曙.结构设计原理[M].人民交通出版社，2005.

[8] 赵明华.桥梁地基与基础[M].人民交通出版社，2004.

[9] 高冬光.桥涵水文[M].人民交通出版社，2003.

[10] 万水，汤意，王劲松.波形钢腹板PC组合箱梁结构特点分析与试验研究[J].南京理工大学学报，2004(5):498-501.

[11] 常兴文.波形钢腹板PC组合箱梁桥设计[J].公路工程与运输，2006(7):133-135.

[12] 马利斌，黄浩，唐国喜.大跨度波形钢腹板 PC 组合梁桥设计与分析[J].安徽建筑，2015(3):136-137.

[13] 代亮，王先前.东宝河波形钢腹板PC组合箱梁特大桥设计[J].广东土木与建筑，2013(11):47-50.

[14] 廖莲姣.东宝河新安大桥总体设计[J].城市道桥与防洪，2013(6):63-66.

[15] 李淑琴，陈建兵，万水，陈华利.我国几座波形钢腹板PC组合箱梁桥的设计与建造.工程力学,2009(6):115-118.

[16] 徐欣，乐绍松.波形钢腹板PC组合箱梁设计方法探讨[J].建材装饰，2013(6):288-289.

[17] 范静磊.波形钢腹板PC组合箱梁的发展及其在桥梁工程中的应用[J].中国市政工程，2014(8):62-65.

[18] 陈建兵，万水，孟文节，张伟平，金剑峰.波形钢腹板PC组合箱梁的应用与研究进展[J].黑龙江工程学院学报,2006(3):18-22.

[19] 陈海波，任红伟，宋建永.波形钢腹板预应力组合箱梁设计与施工[J].公路交通科技，2008(7):91-92.

[20] 王健.波形钢腹板PC箱梁桥的设计与工程实例分析[J].桥梁建设,2010(4):61-64.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

毕业设计主要内容

毕业设计主要包括以下几个内容：桥梁毕业设计的目的和意义，设计主要内容，设计时需解决的问题，设计的重点与难点，拟采用的途径和方法，毕业设计时间安排等。