CN115595887A - 一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁、钢箱及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁、钢箱及制作方法，盖梁包括钢箱、预应力束和混凝土，钢箱包括顶板、底板、波折形腹板和封闭板，混凝土密实填充于钢箱内，预应力束设于混凝土内；钢箱制作方法包括顶板、底板、波折形腹板和封闭板组合焊接为箱体结构，盖梁制作方法包括钢箱制作方法，还包括向钢箱内灌注混凝土，穿入预应力束等。本发明引入波折形腹板：提高了盖梁竖向承载刚度和承载能力；提高了面外刚度，提高混凝土强度；省去现有加劲肋，减少焊接工作量；减小钢箱对预应力的抵消，预应力能够有效施加于混凝土，极大提高预应力作用效应；盖梁还有较好韧性和抗震性能、材料用量少、结构轻量化的特点，满足超大跨径桥梁及施工要求。

Description

一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁、钢箱及制作方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种波折腹板预应力钢箱混凝土强劲盖梁及其制作方法。

背景技术

目前，公路改扩建项目逐年增多，为满足交通量需求，桥梁宽度不断加宽、向着双向8车道、10车道发展；同时，受跨线、跨河、行洪及环保要求等边界约束，桥梁下部的盖梁跨径越来越大，逐步突破30m甚至40m跨径级。随跨径级的突破，桥梁上部主梁榀数骤增、荷载水平极大，对下部盖梁的承载强度、刚度及稳定性都提出了更严苛的要求，超大跨盖梁结构体系设计与施工可借鉴经验匮乏。

桥梁工程建设中，通常采用混凝土盖梁和钢结构盖梁。混凝土盖梁自重大、承载能力不足、耐久性差、抗震性能差，已无法满足超大跨盖梁的受力性能需求；同时，其制作过程需要经历钢筋绑扎、立模浇筑、养护、预应力张放、拆模等复杂工序，存在环境干扰大、支架模板消耗大、施工场地占用多、工期较长、成本较高等问题。钢结构盖梁局部稳定问题突出，为提高局部稳定的构造加劲板较多，材料消耗大、焊缝多、质量控制困难、建设与养护成本高，拆成散件运输的构件容易变形，现场还原组拼难度大。因此，目前的盖梁不能兼顾，亟待探索一种结构承载能力强、刚度和稳定性较高、便于装配化快速施工且对环境干扰小的新型超大跨盖梁结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述超大跨径盖梁的承载能力、刚度、稳定性不足的问题，提供一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁、钢箱及制作方法，能够充分发挥混凝土抗压强度高、钢材弯拉强度高和韧性好的双重优势，显著提高盖梁的承载能力和刚度，有效降低局部失稳风险，具有较好的韧性和抗震性能，同时还具有材料用量少、结构轻量化的特点，能够满足超大跨径盖梁的桥梁及施工要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，其包括钢箱、预应力束和混凝土，钢箱包括由钢材质制成的：波折形腹板，两个波折形腹板垂直于钢箱顶部和底部且位于钢箱两侧，波折形腹板具有周期性重复布设的折痕，折痕垂直于波折形腹板的纵向，周期性重复布设的折痕在折痕腹板上形成了靠近钢箱内侧的波谷段和靠近钢箱外侧的波峰段，在盖梁纵向方向，所有波峰段的顶部与支座支承中心线对齐；钢箱为封闭结构且内部具有空腔，混凝土密实填充于空腔，多根预应力束预埋于混凝土内且预置有拉应力。

通过钢箱、混凝土和预应力束的结合，显著提高了盖梁的承载能力、刚度、稳定性和混凝土强度；通过混凝土对钢箱各部件提供单侧支撑，有效降低钢箱局部失稳风险，通过混凝土置于钢箱内及钢箱的封闭结构，能够将混凝土完全封闭在内，防止外界地水、气、盐等侵入箱内混凝土，提升了盖梁结构的耐久性和全寿命周期内性能；通过波折形腹板，其竖向刚度大，提高了盖梁的抗剪承载力，且波折形腹板面外刚度大，对混凝土的侧向约束效应强，使混凝土的抗压强度成倍提高，且波折形腹板纵向刚度弱，轴向类似于“手风琴”伸缩，不会对预应力造成抵消，使预应力能够大部分施加于混凝土，能够显著增强有效预应力的作用，且波折形腹板的波折形状与混凝土接触面积更大、咬合摩擦效果更好，极大降低了钢箱与混凝土的脱空或滑移风险，使钢箱和混凝土能够更好地协同变形，共同参与受力；通过波峰段对齐支座中心线的设置，能够提供足够的支撑刚度，避免支撑处钢箱顶部受压失稳，抗失稳能力强，减少了钢箱顶部宽度，并无需设置现有的任何支撑加劲肋，节省了大量材料消耗和焊接工作量；通过预应力束能够进一步提高盖梁的承载能力和刚度，韧性和抗震性能好，预应力束能够提高混凝土开裂荷载，延迟结构开裂。相较于传统钢筋混凝土盖梁和预应力混凝土盖梁，传统混凝土盖梁达到极限承载力后丧失承载能力，韧性差，本发明的盖梁结构能够充分发挥混凝土抗压强度高、钢材弯拉强度高和韧性好的双重优势，能够显著提高盖梁的承载能力和刚度，达到极限承载能力后还能继续承载变形，而结构不会整体垮塌，具有较好的韧性和抗震性能，地震即使受损也不会丧失承载能力；同时盖梁还具有材料用量少、结构轻量化的特点，盖梁重量仅为传统预应力混凝土盖梁的1/10～1/8，能够满足超大跨径盖梁的桥梁要求。

在本发明较佳的实施方案中，上述波折形腹板包括多个腹板单元和连接组件，位于盖梁跨中区域的腹板单元的厚度小于位于盖梁两端的腹板单元的厚度，相邻腹板单元之间通过连接组件对接；腹板单元的面外刚度大，相较于平板形腹板，腹板单元对内部混凝土的侧向约束效应更强，使混凝土抗压强度成倍提高；通过将每个波折形腹板沿盖梁纵向分段设计为多个腹板单元，在盖梁两端的波形腹板厚度更大、跨中区域厚度更小的设置，能够满足桥墩顶部盖梁的较大抗剪需求，节约材料用量。

在本发明较佳的实施方案中，上述腹板单元还具有斜撑段，波峰段、波谷段和斜撑段分别呈长条型板状，波峰段的两侧边分别连接有斜撑段并形成外张槽口状结构，波谷段的两侧边分别连接有斜撑段并形成外张槽口状结构，波峰段平行于波谷段，波峰段、波谷段和两个斜撑段周期性重复设置形成腹板单元；通过波峰段、波谷段和斜撑段的设置，波折形腹板能够形成周期性重复的波折形结构，在钢箱两侧提供支撑，通过波峰段和波谷段，增强了波折形腹板的面外刚度。

在本发明较佳的实施方案中，上述连接组件包括内加劲连接板、外加劲连接板和连接件，相邻腹板单元的对接处为对接段，对接段为部分宽度的波峰段或部分宽度的波谷段，相邻两个对接段对接作为波峰段或波谷段，外加劲连接板的内侧与外张槽口状结构相互匹配，外加劲连接板的内侧紧贴对接处的一侧，内加劲连接板置于相邻腹板单元的对接处的另一侧且与相邻对接段位置正对，外加劲连接板的中部与相邻对接段位置正对，外加劲连接板的两侧部分与相邻对接段连接的斜撑段紧贴，对接段、内加劲连接板和外加劲连接板分别设有位置对应的用于穿过连接件的连接孔，内加劲连接板、相邻对接段和外加劲连接板通过连接件固定；采用连接组件的优势在于：一是采用焊接和高强螺栓连接相结合，腹板单元之间先焊接，再加上内加劲连接板、外加劲连接板一起把对接段夹住，对对接段这个较薄弱接触线处进行了加强，双重连接方式保证连接牢靠；二是高强螺栓摩擦型连接是依靠高强螺栓的紧固，在被连接件之间产生摩擦阻力来传递剪力，而本发明是双面摩擦型高强螺栓连接，对接段的波折形腹板两侧受到内加劲连接板、外加劲连接板的双面摩擦，其连接效应是单面摩擦型的两倍，连接处承受竖向剪力时，受力更安全可靠；三是内加劲连接板、外加劲连接板将波形腹板对接段夹紧并封闭，可以防止箱内混凝土从缝隙溢出。

在本发明较佳的实施方案中，上述多根预应力束呈弧形弯曲状态且弯向钢箱底部，不同根预应力束的弯曲弧度不同，所有根预应力束产生的弯矩之和M_p用于完全或部分抵消外荷载作用下的弯矩理论M_s值；通过预应力束能够将预应力传递给混凝土，与钢箱、混凝土一起形成组合，共同参与受力；原混凝土抗拉强度低，采用预应力束后，预应力大小和分布正好能将外荷载作用产生的拉应力抵消，使得盖梁结构在荷载下不开裂或延迟开裂，即使产生裂缝，裂缝宽度也更小，进一步提高盖梁的承载能力，提高后期运营过程中的耐久性，形成强劲的盖梁结构，适用于超30m、40m跨径级的场景。

在本发明较佳的实施方案中，上述钢箱内还设有波纹管和定位钢筋模块，波纹管用于置入预应力束，波纹管通过定位钢筋模块固定至波折形腹板，多个定位钢筋模块间隔布置，波纹管呈弧形弯曲状态，每个定位钢筋模块包括一组横向钢筋和多组竖向钢筋，横向钢筋的两端分别连接钢箱两侧的波折形腹板，一组横向钢筋为两根且分别用于卡在波纹管的顶和底，每组竖向钢筋为两根且分别用于卡在不同根波纹管的两侧；通过波纹管便于置入预应力束，以施加预应力，通过定位钢筋模块便于对波纹管的弯曲形状进行固定，保持与设计的预应力束弯曲曲线形状一致，通过定位钢筋模块能够对钢箱形成横向加劲支撑，加强钢箱的抗扭刚度，使其在运输、安装过程中稳定结构，无需设置额外的稳定措施来控制结构运输和施工过程的变形，在混凝土灌注过程中，也能够对拉波折形腹板，减小腹板单元面外变形，增强波折形腹板对钢箱内混凝土的侧向约束效应；定位钢筋模块取消了传统钢筋混凝土结构中复杂的钢筋网，波纹管的定位安装不再依靠钢筋骨架进行，能够根据波纹管的曲线和放样结果进行灵活调整和安装。

在本发明较佳的实施方案中，上述钢箱还包括顶板、底板和封闭板，顶板和/或底板还设有多个相互间隔的带孔加劲肋，顶板和底板分别为分节段的多段结构，不同节段的顶板和底板分别为非等厚度设置，顶板沿盖梁纵向连接在两个波折形腹板的顶部，底板沿盖梁纵向连接在两个波折形腹板的底部，封闭板设在钢箱的两端部，多根预应力束的两端分别固定在钢箱内混凝土两端部，封闭板设有贯穿两面的：波纹管伸出口、灌浆口和冒浆口，顶板、底板、两个波折形腹板和两个封闭板连接形成内部带空腔的箱体结构；通过顶板、底板和封闭板，与波折形腹板一起形成封闭结构，通过封闭板的设置，混凝土能够从钢箱一端至另一端自密实灌注和填充，灌注过程能够更加稳定地实施；通过波纹管伸出口便于设置波纹管，通过灌浆口便于向钢箱内灌注混凝土，通过冒浆口检验混凝土是否灌满钢箱，确保混凝土的灌注密实性，使混凝土紧密贴合钢箱，形成组合受力截面，通过带孔加劲肋的设置，能够避免顶板或底板局部失稳变形，带孔设置使混凝土能够灌注在孔内形成抗剪梢轴，使钢箱与空腔内混凝土紧固连接，确保钢箱与混凝土共同受力。

一种波折腹板预应力钢箱，其包括：顶板、底板、封闭板和两个波折形腹板，两个波折形腹板分别垂直连接在顶板底部和底板顶部，两个波折形腹板分别位于钢箱两侧，波折形腹板具有周期性重复布设的折痕，折痕垂直于波折形腹板的纵向，周期性重复布设的折痕在折痕腹板上形成了靠近钢箱内侧的波谷段和靠近钢箱外侧的波峰段，在盖梁纵向方向，所有波峰段的顶部与支座支承中心线对齐，封闭板设在钢箱的两端部，顶板、底板、两个波折形腹板和两个封闭板连接形成内部带空腔的箱体结构；通过钢箱提高盖梁结构的刚度和韧性，该盖梁的抗扭刚度较大，波折形腹板竖向抗剪刚度大，显著提高腹板抗剪刚度，波折形腹板纵向刚度弱，轴向类似于“手风琴”伸缩，不会对预应力造成抵消，使预应力能够大部分施加于混凝土，能够显著增强有效预应力的作用，同时波折形腹板的面外刚度强，提高了腹板本身的面外刚度；通过波峰段对齐支座中心线的设置，减少了钢箱顶部宽度，能够提供足够的支撑刚度，避免支撑处钢箱顶部受压失稳，由此无需设置现有的任何支撑加劲肋，节省了大量材料消耗和焊接工作量，同时还具有材料用量少、结构轻量化的特点，能够满足超大跨径盖梁的桥梁要求。

一种波折腹板预应力钢箱的制作方法，制作上述的钢箱，其制作方法包括以下步骤：

S1、根据截面受力情况和节省材料原则，加工顶板、底板和封闭板，将顶板和底板划分为若干节段，不同节段的顶板、不同节段的底板分别采用等厚度或不等厚度的钢板，焊接不同节段的顶板、不同节段的底板，最后在顶板底面和/或底板顶面焊接带孔加劲肋；

S2、采用钢板加工波折形腹板，将平面钢板按折痕弯折设置为带波峰段、波谷段和斜撑段的腹板单元，各腹板单元为波折形压型钢板，相邻段腹板单元之间先焊接对接，再采用连接组件连接；

S3、在S2获得的两个波折形腹板之间安装定位钢筋模块，先将波折形腹板按设计间距立式放置，根据设计的预应力束的弧形弯曲曲线确定多个定位钢筋模块的安装位置和间距，将横向钢筋的两端焊接在两个波折形腹板内侧，预留波纹管穿过位置并焊接竖向钢筋，完成定位钢筋模块的安装，再从波折形腹板一端的定位钢筋模块至另一端的定位钢筋模块穿入波纹管固定；

S4、将S3获得的波折形腹板和S1获得的顶板、底板进行焊接，组成两端开放的箱体结构，再在箱体结构的两端焊接封闭板，波纹管的的两端分别从封闭板的中部以上位置伸出，形成封闭式的钢箱；

其中，S1和S2的顺序可互换。

通过顶板和底板的分节段、变厚度设计，能够适应不同的桥梁场景，应用于常规跨径盖梁时，顶、底板厚度可采用等厚度设计，应用于超大跨径盖梁时，综合权衡受力需求和经济性；通过波折形腹板能够在混凝土浇筑后对混凝土进行侧向约束，使混凝土的抗压强度成倍提高，通过定位钢筋模块便于预应力束的安装，以方便施工时施加预应力，通过定位钢筋模块，钢箱的抗扭刚度大，使其在运输、安装过程中为稳定结构，无需设置额外的措施来控制结构运输与施工过程的变形，通过组合为箱体结构，为混凝土提供灌注空间，以形成钢箱和混凝土结合的结构，增强了盖梁的承载能力和刚度；制作方法简单、使用部件数量较少、焊接工作量较少，制作方法方便，能够提高各部件加工、制造、安装等工序的工厂化施工，有利于实现标准化生产，提高生产效率。

一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁的制作方法，其采用上述的钢箱的制作方法的步骤S1～S4，制作方法还包括以下步骤：

S5、从钢箱的一端封闭板的灌浆口灌注混凝土，混凝土在空腔内紧密压实，直至混凝土从钢箱的另一端封闭板冒浆口溢出时，停止灌注；

S6、待封闭箱体内混凝土达到设计强度后，将预应力束穿入对应的波纹管中并进行两端张拉，张拉预应力达到设计值后，采用锚具将预应力束固定在混凝土两端，再进行波纹管的管道压浆，最后浇筑预应力束两端的封锚混凝土；

S7、待封锚混凝土达到设计强度后，采用钢板将封闭板上的所有开孔进行焊接封闭，并涂刷防腐层。

该制作方法采用了顶板、底板、波折形腹板和封闭板形成封闭钢箱，在钢箱内安装波纹管定位钢筋模块并穿入波纹管，然后浇筑箱内自密实的混凝土，待混凝土达到设计强度后完成预应力束穿入和张拉锚固、波纹管压浆、封锚混凝土浇筑。波折形腹板作为混凝土灌注的支撑模板，能够实现无支架、无模板的自架设快速施工，施工过程中无需对混凝土振捣，降低对桥下交通及周围环境的干扰，避免传统盖梁的支架现浇施工带来的支架模板消耗高、场地占用多、环境干扰强等问题；将混凝土和钢箱结合，混凝土能够依靠自身重力和流动性均匀自密实填满钢箱，无需振捣，有效降低对环境地噪音污染，混凝土和钢箱接触面积更大、咬合摩擦效果更好，组合的结构能够更好地协同变形，共同参与受力，极大降低钢箱与混凝土的脱空与滑移风险；通过向钢箱内灌注混凝土，能够将混凝土和钢箱结合，混凝土能够依靠自身重力和流动性均匀自密实填满钢箱，无需振捣，有效降低对环境地噪音污染，混凝土和钢箱接触面积更大、咬合摩擦效果更好，组合的结构能够更好地协同变形，共同参与受力，极大降低钢箱与混凝土的脱空与滑移风险；同时混凝土对钢箱各部件提供单侧支撑，降低钢箱的局部失稳风险，钢箱及其两端封闭板的设置，能够将混凝土完全封闭在内，提升了盖梁结构的耐久性和生命周期的性能；该制作方法能够提高混凝土开裂荷载，延迟结构开裂，进一步提升盖梁的耐久性，增强了盖梁的承载能力和韧性，能够满足超大跨径盖梁的桥梁施工要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该盖梁，是波折形腹板的钢箱、自密实的混凝土、预应力束形成的组合结构，相较于传统钢筋混凝土盖梁和预应力混凝土盖梁，传统混凝土盖梁达到极限承载力后丧失承载能力，韧性差，而本发明的盖梁结构能够充分发挥混凝土抗压强度高、钢材弯拉强度高和韧性好的双重优势，能够显著提高盖梁的承载能力、和刚度，达到极限承载能力后还能继续承载变形，而结构不会整体垮塌，还具有较好的韧性和抗震性能，地震即使受损也不会丧失承载能力，且震后经过修改还可继续正常使用；同时盖梁还具有材料用量少、结构轻量化的特点，盖梁重量仅为传统预应力混凝土盖梁的1/10～1/8，能够满足超大跨径盖梁的桥梁要求。

2、该盖梁，引入波折形腹板作为钢箱两侧的腹板，通过波折形腹板能够取得多种效果：一是提高了盖梁竖向承载刚度和承载能力；二是提高了面外刚度，抗失稳能力强，使内部混凝土强度提高，且无需设置现有加劲肋，并减少了焊接工作量；三是盖梁轴向的类似手风琴构造，减小了钢箱对预应力的抵消作用，使大部分有效预应力能够施加在箱内混凝土上，使预应力束的作用放大，极大提高了预应力提高盖梁承载能力和韧性的作用效应。

3、该钢箱，通过波折形腹板和对齐支座中心线的设置，无需设置任何腹板加劲肋，也减小了顶板悬臂宽度，能够省去大量的材料和焊接工作量，能够在确保较高承载能力和刚度的情况下，节约成本；通过组合为箱体结构，为混凝土提供灌注空间，可对填充其中的混凝土提供较强的侧向约束效应，使混凝土抗压强度成倍提高；同时还具有材料用量少、结构轻量化的特点，能够满足超大跨径盖梁的桥梁要求。

4、该钢箱制作方法，将顶、底板分节段、变厚度设计，能够适应不同的桥梁场景，应用于常规跨径盖梁时，顶、底板厚度可采用等厚度设计，应用于超大跨径盖梁时，综合权衡受力需求和经济性；制作方法简单、使用部件数量较少、焊接工作量较少，制作方法方便，能够提高各部件加工、制造、安装等工序的工厂化施工，有利于实现标准化生产，提高生产效率。

5、该盖梁制作方法，通过波折形腹板作为混凝土灌注的支撑模板，能够实现无支架、无模板的自架设快速施工，降低对桥下交通及周围环境的干扰，避免传统盖梁的支架现浇施工带来的支架模板消耗高、场地占用多、环境干扰强等问题；能够将混凝土和钢箱结合，混凝土能够依靠自身重力和流动性均匀自密实填满钢箱，无需振捣，有效降低对环境地噪音污染，混凝土和钢箱接触面积更大、咬合摩擦效果更好，组合的结构能够更好地协同变形，共同参与受力，极大降低钢箱与混凝土的脱空与滑移风险；同时，能够提高混凝土开裂荷载，延迟结构开裂，进一步提升盖梁的耐久性，增强了盖梁的承载能力和韧性，能够满足超大跨径盖梁的桥梁施工要求。

附图说明

图1为本发明波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁的三维立体图；

图2为本发明波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁的立面图；

图3为本发明盖梁两端区域的横截面示意图；

图4为本发明盖梁一端封闭板示意图；

图5为本发明盖梁另一端封闭板示意图；

图6为本发明波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁的俯视图；

图7为本发明波折形腹板的局部立体图；

图8为本发明相邻腹板单元对接处的示意图；

图9为本发明连接组件的三维立体图；

图10为本发明盖梁跨中的横截面示意图；

图11为本发明定位钢筋模块的局部图；

图12为本发明波纹管布置图；

图13为实施例1中盖梁的截面形式示意图；

图14为实施例1中预应力混凝土盖梁的截面形式示意图；

图15为实施例1中纯钢结构盖梁的截面形式示意图；

图16为本发明波折腹板预应力钢箱的三维立体图；

图17为本发明波折腹板预应力钢箱的立面图；

图18为本发明波折腹板预应力钢箱的制作方法的步骤图；

图19为本发明波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁的制作方法的步骤图；

图中标记：100-钢箱；1-顶板；2-底板；3-波折形腹板；31-波峰段；32-波谷段；33-斜撑段；4-封闭板；401-波纹管伸出口；402-灌浆口；403-冒浆口；5-带孔加劲肋；6-连接组件；601-内加劲连接板；602-外加劲连接板；603-连接件；7-预应力束；8-混凝土；9-定位钢筋模块；901-横向钢筋；902-竖向钢筋；10-波纹管；11-支座；12-桥墩；13-对接焊缝。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

请参照图1，本实施例提供一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，盖梁横跨并连接在两端的桥墩12上，盖梁包括钢箱100、预应力束7和混凝土8，钢箱100包括由钢材质制成的：顶板1、底板2、波折形腹板3和封闭板4，封闭板4设有波纹管伸出口401、灌浆口402和冒浆口403，顶板1的底部设有带孔加劲肋5，波折形腹板3包括多个腹板单元，相邻腹板单元之间通过连接组件6固定，连接组件6包括内加劲连接板601、U形外加劲连接板602和连接件603，两个波折形腹板3之间设置定位钢筋模块9，定位钢筋模块9包括横向钢筋901和竖向钢筋902，横向钢筋901的两端将波折形腹板3的内侧固定，波纹管10设在钢箱100内，波纹管10从钢箱100一端至另一端弯曲布置，预应力束7置入波纹管10中，钢箱100内空腔用于填充混凝土8；相较于传统钢筋混凝土8盖梁和预应力混凝土8盖梁，该盖梁的整体结构钢箱100、混凝土8和预应力束7共同受力，能够充分发挥混凝土8抗压强度高、钢材弯拉强度高和韧性好的双重优势，能够显著提高盖梁的承载能力和刚度，具有较好的韧性和抗震性能，同时盖梁还具有材料用量少、结构轻量化的特点。

请参照图2，本实施例中，波折形腹板3位于钢箱100两侧，顶板1和底板2分别位于钢箱100的顶部和底部，而两个封闭板4分别位于钢箱100的两端，两个波折形腹板3垂直于顶板1和底板2，顶板1、底板2、两个波折形腹板3和两个封闭板4组合为箱体结构，其内部为用于灌注混凝土8的空腔；顶板1和底板2分别为分节段的多段结构，不同节段的顶板1和底板2分别为非等厚度设置，顶板1沿盖梁纵向连接在相间隔的两个波折形腹板3的顶部，底板2沿盖梁纵向连接在相间隔的两个波折形腹板3的底部，不同节段的顶板1之间、不同节段的底板2之间采用熔透焊缝连接；顶板1和底板2分别采用长条状的矩形平面钢板，顶板1和底板2的宽度根据支座11大小与抗震设计需要进行设计，顶板1和底板2的厚度根据钢箱100结构内力及应力水平进行选择，本实施例中，顶板1和底板2的厚度采用20～50mm，采用的厚度与截面受力情况有关，沿盖梁纵向方向，受力较小的节段采用厚度较小的钢板，顶板1、底板2的各分段位置也选择受力较小的截面处，具体顶板1和底板2尺寸根据盖梁跨径大小、承受的荷载水平，以结构抗弯承载力、挠度及钢箱100结构应力水平，以及考虑节段运输长度、节段吊装重量限制，满足相应规范要求来设计。

请参照图3，由于顶板1和底板2的平面钢板的面外刚度较弱，为避免顶板1、底板2局部失稳，顶板1和/或底板2还设有多个相互间隔的带孔加劲肋5，本实施例中，带孔加劲肋5设在顶板1的底部和底板2的顶部，带孔加劲肋5采用PBL带孔加劲肋5(剪力键带孔加劲肋5)，多个带孔加劲肋5为一组并沿盖梁横向间隔设置，不同组带孔加劲肋5沿盖梁纵向等距间隔，也可非等距间隔，带孔加劲肋5的数量根据两个波折形腹板3的间距确定，本实施例中2个带孔加劲肋5为一组；波折形腹板3的横向间距是指钢箱100两侧腹板单元的波谷之间的间距，两个波折形腹板3的波谷段32之间的横向间距大于顶板1厚度的80倍时，设置带孔加劲肋5，两个波折形腹板3横向间距越大，带孔加劲肋5数量越多，顶板1处带孔加劲肋5间距≤顶板1厚度的40倍，底板2处带孔加劲肋5间距≤底板2厚度的80倍，带孔加劲肋5的高度为100～200mm，圆形开孔直径为50～70mm；通过带孔加劲肋5的设置，能够避免顶板1或底板2局部失稳变形，带孔设置使混凝土8能够灌注在孔内形成抗剪梢轴，使钢箱100与空腔内混凝土8紧固连接，确保钢箱100与混凝土8共同受力。

请参照图4和图5，本实施例中，顶板1、底板2、两个波折形腹板3和两个封闭板4相互之间采用焊接连接，封闭板4设有贯穿两面的：波纹管伸出口401、灌浆口402和冒浆口403，封闭板4上开孔设置具体为：位于钢箱100一端的封闭板4设有波纹管伸出口401和灌浆口402，另一端的封闭板4设有波纹管伸出口401和冒浆口403，其中，灌浆口402位于封闭板4的靠下位置，冒浆口403位于封闭板4的靠上位置，波纹管伸出口401位于封闭板4的中部以上位置，波纹管伸出口401的开孔直径略大于波纹管10直径，波纹管伸出口401用于波纹管10两端伸出进行固定，且波纹管10预埋于混凝土8内；通过波纹管伸出口401便于设置波纹管10，通过灌浆口402便于向钢箱100内灌注混凝土8，通过冒浆口403检验混凝土8是否灌满钢箱100，确保混凝土8的灌注密实性，使混凝土8紧密贴合钢箱100，形成组合受力截面，因混凝土8密实填充于钢箱100的空腔内，设置封闭板4后，混凝土8能够从钢箱100一端至另一端自密实灌注和填充，灌注过程能够更加稳定地实施。

请参照图6，本实施例中，波折形腹板3包括依次连接和排布的多节段结构，每个节段结构为一个腹板单元，本实施例的每个腹板单元都采用钢板压制而成，形成压型钢板，该压型钢板厚度为8～24mm，不同节段的腹板单元厚度根据此节段截面的抗剪、抗局部屈曲需求确定；腹板单元具有周期性重复布设的折痕，折痕垂直于波折形腹板3的纵向，即折痕垂直于波折形腹板3的顶边与底边，通过折痕的设置，使得腹板的波折形状与混凝土8接触面积更大、咬合摩擦效果更好，极大降低了钢箱100与混凝土8的脱空或滑移风险，使钢箱100和混凝土8能够更好地协同变形，共同参与受力；相邻两根折痕为一组，周期性重复布设的折痕在折痕腹板上形成了靠近钢箱100内侧的波谷段32和靠近钢箱100外侧的波峰段31，每组折痕位于波峰段31两边与斜撑段33的连接边，或位于波谷段32两边与斜撑段33的连接边；相邻腹板单元之间是通过连接组件6连接并固定的，相邻腹板单元的对接处为对接段，对接段为部分宽度的波峰段31或部分宽度的波谷段32，相邻两个对接段对接作为波峰段31或波谷段32，即相邻两个对接段组合为一个波峰段31或一个波谷段32，本实施例中腹板单元的各对接处采用的宽度为1/2波峰段31，相邻两个腹板单元通过对接1/2波峰段31组合作为一个波峰段31。

本实施例中，钢箱100两侧的波折形腹板3分别包括3个腹板单元和两个连接组件6，在钢箱100的同侧，位于盖梁跨中区域的腹板单元的厚度小于位于盖梁两端的腹板单元的厚度，这样，不同腹板单元连接形成盖梁两端腹板单元较跨中区域腹板单元厚的结构；腹板单元的面外刚度大，相较于平板形腹板，腹板单元对内部混凝土8的侧向约束效应更强，可通过抗压强度来对比，对于圆形钢管混凝土8，业内一般认为钢管对管内混凝土8的抗压强度可提高1.8～2.5倍，将本实施例中的钢箱100的波折形腹板3改用平面钢板型腹板，钢箱100内灌注混凝土8，进行盖梁的静力试验，试验结果表明该平面钢板型腹板的钢箱100可提高混凝土8抗压强度1.4～2.0倍，而本发明采用腹板了波折形腹板3，相比于平面钢板型腹板，波折形腹板3对箱内混凝土8的侧面约束更强，能够提高混凝土8抗压强度2.0倍以上，使混凝土8抗压强度成倍提高，通过将每个波折形腹板3沿盖梁纵向分段设计为多个腹板单元，在盖梁两端的波形腹板3厚度更大、跨中区域厚度更小的设置，能够满足桥墩12顶部盖梁的较大抗剪需求，节约材料用量。

请参照图7，本实施例中，波峰段31、波谷段32和两个斜撑段33周期性重复设置形成腹板单元，波峰段31、波谷段32和斜撑段33分别呈长条型板状，其分别为钢板通过同侧弯折和异侧弯折形成，波峰段31的两侧边分别连接有斜撑段33并形成外张槽口状结构，波谷段32的两侧边分别连接有斜撑段33并形成外张槽口状结构，波峰段31平行于波谷段32，通过波峰段31、波谷段32和斜撑段33的设置，波折形腹板3能够形成周期性重复的波折形结构，在钢箱100两侧提供支撑，通过波峰段31和波谷段32，增强了波折形腹板3的面外刚度；波折形腹板3的形状主要依据结构受力，还需参考工厂的制作能力、运输尺寸、现场吊装和拼装要求，还需考虑经济性、景观性等条件来综合决定，波峰段31宽度的设计要根据力学计算，使盖梁整体稳定安全系数大于4，并不允许出现顶板1悬臂部分和腹板的屈曲失稳。在钢箱100纵向，多个波峰段31位于同一平面上，多个波谷段32位于同一平面上，在盖梁纵向方向，所有波峰段31的顶部与支座11支承中心线对齐，支座11的支承中心线为沿盖梁纵向方向的支座11上的中心线，确保波峰段31的顶部边缘位于支座11底部的支承中心线对应位置，同时波峰段31的顶部边缘两端与支承中心线方向上支座11的两边对齐，所有支座11支承中心线重合在一条直线上，所有波峰段31的顶部边缘也排布与该直线平行的直线上，通过上述对齐方式，减小了顶板1宽度，能够提供足够的支撑刚度，避免支撑处顶板1受压失稳，由此无需设置现有的任何支撑加劲肋，节省了大量材料消耗和焊接工作量。

请参照图6，本实施例采用上述中心线对齐方式，还省去了现有的腹板加劲肋结构，腹板加劲肋分为纵向加劲肋和横向加劲肋，对于钢结构桥梁而言，顶板1伸出腹板外的部分一般会在受压区域设置连续的纵向加劲肋钢板，还会在每个支座11的支承位置处，在盖梁箱梁两侧设置2-3个横向加劲肋，而本实施例减少了传统钢结构盖梁的大量加劲肋钢板材料消耗，也因此减少了纵向、横向加劲肋与顶板1、腹板连接处的焊接工作量，不再设置纵向加劲肋和横向加劲肋；其中，在钢箱100横截面上，顶板1悬出波折形腹板3太多，则会出现钢板局部屈曲风险，规范要求受压顶板1翼缘伸出波折形腹板3的宽度≤40cm，也不应大于受压钢板厚度的

f_y为钢材屈服强度，因此波折形腹板3增大了对顶板1的支撑范围，减小了顶板1悬出宽度，避免支撑处顶板1受压失稳，由此无需设置任何支撑加劲肋，节省了大量的材料消耗。

请参照图8和图9，本实施例连接组件6的内加劲连接板601和外加劲连接板602分别采用钢板或钢板压制而成，连接件603采用高强螺栓，内加劲连接板601为长条形的平面钢板，外加劲连接板602为具有两个平行且间隔的折痕，外加劲连接板602的两侧向其中部对折，其两侧折向其中部的同一侧，外加劲连接板602形成外张的槽口状结构，外加劲连接板602的两侧板面与其中部板面的夹角之间为钝角，其槽口状的凹面为其内侧、凸面为其外侧，外加劲连接板602的内侧与外张槽口状结构相互匹配，外加劲连接板602的内侧紧贴对接处的一侧，内加劲连接板601置于相邻腹板单元的对接处的另一侧且与相邻对接段位置正对，内加劲连接板601的宽度与波峰段31宽度相等，外加劲连接板602的中部与相邻对接段位置正对，外加劲连接板602的两侧部分与相邻对接段连接的斜撑段33紧贴，且外加劲连接板602的两侧部分尺寸覆盖对接处的两个斜撑段33，对接段、内加劲连接板601和外加劲连接板602分别设有位置对应的用于穿过连接件603的连接孔，本实施例中共设有8排2列共16个对应位置的连接孔，每个对接段设置1列8个连接孔，每个内加劲连接板601和每个外加劲连接板602的中部板面设置8排2列共16个连接孔，内加劲连接板601、相邻对接段和外加劲连接板602通过连接件603固定。

本实施例中，连接组件6中最重要的是连接件603的数量，对于高强螺栓的连接，螺栓间距满足现有规范要求即可，最重要的是其数量设计，其数量根据抗剪需求来设计，本实施例中螺栓数量n满足下列公式：

其中，Q为波折形腹板3连接处承受的剪力值，Q_n为单个高强螺栓的抗剪承载力。

Q_n的计算方式采用下列公式：

Q_n＝1.8μP_d (2)

其中，μ为波折形腹板3与内加劲连接板601、外加劲连接板602的摩擦系数，根据表面粗糙程度和涂漆情况可取μ为0.25～0.45；P_d为单个高强螺栓的锚固力，根据高强螺栓直径规格可取P_d为155MPa～355MPa。

本实施例采用了焊接和高强螺栓结合的方式，在相邻波折形腹板3的对接处形成环抱式加强，通过先焊接再在对接处两侧安装连接组件6的方式，实现不同腹板单元之间的稳固连接，首先，相邻腹板单元的对接段采用焊接，对接处为对接焊缝13，再安装连接组件6采用栓接，对接触处的对接焊缝13进行了加强，双重连接方式更牢靠，另外，高强螺栓依靠摩擦型受力方式，在安装处产生摩擦阻力来传递剪力，在内加劲连接板601和外加劲连接板602达到双面摩擦的效果，连接处承受竖向剪力更安全可靠，同时，连接组件6将连接处夹紧并形成封闭，防止了混凝土8从内溢出。

请参照图10，本实施例的钢箱100内还设有波纹管10和定位钢筋模块9，多个定位钢筋模块9沿波折形腹板3的内侧的一端至另一端间隔布置，在钢箱100的竖向截面上，设有3个上下排布的定位钢筋模块9，可采用等距布设也可采用非等距布设的方式，每个定位钢筋模块9包括一组横向钢筋901和多组竖向钢筋902，横向钢筋901的两端分别焊接在钢箱100两侧的波折形腹板3的内侧，可焊接在波峰段31、波谷段32或斜撑段33，一组横向钢筋901为两根间隔的钢筋且分别用于卡在波纹管10的顶和底，每组竖向钢筋902为两根间隔的钢筋且分别用于卡在不同根波纹管10的两侧，本实施例中，每组横向钢筋901共焊接有两组竖向钢筋902，该两组竖向钢筋902之间相互间隔，在钢箱100的同一竖向截面上共有三组横向钢筋901，每组的横向钢筋901和两组竖向钢筋902焊接形成的结构为钢筋网片，这样所有定位钢筋模块9的横向钢筋901与竖向钢筋902形成了波纹管10穿过的方形孔，同一竖向截面上共有上下三个钢筋网片，提供三排两列排布的6个方形孔，可供6根波纹管10穿入，波纹管10从对应的方形孔穿入保持预先设计的弯曲曲线形状。

请参照图11，定位钢筋模块9的横向钢筋901和竖向钢筋902在钢箱100内分布形成了钢筋骨架，但该钢筋骨架并不如现有的钢筋网，现有的钢筋网是呈立体网格状的，而本实施例的钢筋骨架仅在沿波纹管10的分布曲线上设置，大量减少了钢筋的用量；钢筋骨架作为波纹管10穿入的安装支架，根据设计要求波纹管10放样成曲线后将波纹管10绑扎在每个定位钢筋模块9上，通过定位钢筋模块9便于对波纹管10的弯曲形状进行固定，保持与设计的预应力束7弯曲曲线形状一致；定位钢筋模块9取消了传统钢筋混凝土8结构中复杂的钢筋网，波纹管10的定位安装不再依靠钢筋骨架进行，能够根据波纹管10的曲线和放样结果进行灵活调整和安装，定位钢筋模块9不仅可以实现波纹管10的曲线定位与固定，且可对钢箱100形成横向加劲支撑，加强钢箱100的抗扭刚度，使其在运输、安装过程中稳定结构，无需设置额外的稳定措施来控制结构运输和施工过程的变形，在混凝土8灌注过程中，也能够对拉波折形腹板3，减小腹板单元面外变形，增强波折形腹板3对钢箱100内混凝土8的侧向约束效应。

请参照图11和图12，本实施例中，波纹管10用于置入预应力束7，波纹管10呈弧形弯曲状态，其与预应力束7的设计弯曲曲线保持一致，本实施例的预应力束7采用多股扭在一起的钢筋，也可采用一根钢筋，还可采用其他韧性高强度的材质件，预应力束7是在混凝土8灌注并达到强度要求后穿入波纹管10内，并张拉锚固，预应力束7的两端分别固定在钢箱100内混凝土8两端部；预应力束7的数量和曲线形状根据盖梁受力情况进行设计，由于盖梁是受弯结构，其安全性由抗弯承载能力有关，要求盖梁各截面的抗弯承载能力要大于该截面所受到的弯矩，而盖梁的每个截面的抗弯承载力由3部分组成：钢箱100、自密实的混凝土8和预应力束7，预应力钢束数量越多、位置越靠下，对截面的抗弯承载力贡献越大，其预应力钢束数量和曲线参数根据盖梁纵向的受力分布来确定。本实施例的6根预应力束7通过波纹管10预埋于混凝土8内且预应力束7预置有预应力，共6根预应力束7在空间上呈上下3排左右2列排布；6根预应力束7呈弧形弯曲状态且弯向钢箱100底部，不同根预应力束7的弯曲弧度不同，其中，不同列的3排预应力束7弯曲状态保持一致，从上至下的3根预应力束7的弯曲程度依次减小，上层的预应力束7弯曲程度大于中间的预应力束7，中间的预应力束7弯曲程度大于下层的预应力束7弯曲程度，所有根预应力束7产生的弯矩之和M_p用于完全或部分抵消外荷载作用下的弯矩理论M_s值。预应力束7采用两端高中间低的曲线布设方式，预应力束7弯向钢箱100底部，预应力束7在竖直面上的高度变化，是根据盖梁的弯矩作用分布来设计的，简支结构在恒载作用下弯矩分布为曲线，通常，盖梁的弯矩受力图示呈现跨中区域弯矩大、两端区域弯矩小的曲线分布，即盖梁跨中区域的下缘拉应力大，上缘压应力大，两端区域的下缘拉应力小，上缘压应力小。

本实施例在设计预应力束7曲线时，预应力大小P和位置(偏心距e，即偏离于截面形心的距离)的设计应该使结构产生相反的弯矩(M_p＝P×e)来抵消外荷载作用下的弯矩M_s，对于每根预应力束7而言，其预应力大小基本是均匀的，即P是常量。当预应力大小确定后，主要通过调整预应力钢束的竖向位置使M_p抵消M_s，因此跨中区域的偏心距e应该设计大一些，即预应力束7更靠下，远离截面形心，两端区域的偏心距e应该设计小一些，即预应力钢束更靠近截面形心，预应力的偏心距e太大，即位置设置得太靠下，会出现盖梁截面的下缘压应力超限、上缘出现拉应力的风险。因此，预应力的数值和分布应该根据结构在外荷载作用下的受力分布来设计，使结构在正常使用荷载作用下任意位置不出现拉应力或拉应力不超过规范容许值。而每根预应力束7弯曲时，其中心处的位置是受限的，需设置多根预应力束7共同提供预应力，在结构工程中，采用“束界”(即钢束在竖向的设置范围界线)这一概念来考虑预应力束7的竖向位置，预应力钢束的竖向位置应该设置在上、下核心距之间，其中，截面上核心距定位为：截面下缘应力为0时，预加力位置至截面中性轴的距离；截面下核心距定位为：截面上缘应力为0时，预加力位置至截面中性轴的距离。通过预应力束7能够将预应力传递给混凝土8，与钢箱100、混凝土8一起形成组合，共同参与受力；原混凝土8抗拉强度低，采用预应力束7后，预应力大小和分布正好能将外荷载作用产生的拉应力抵消，使得盖梁结构在荷载下不开裂或延迟开裂，即使产生裂缝，裂缝宽度也更小，进一步提高盖梁的承载能力，提高后期运营过程中的耐久性，形成强劲的盖梁结构，适用于超30m、40m跨径级的场景。

该盖梁通过钢箱100提高盖梁结构的刚度和韧性，通过混凝土8对钢箱100各部件提供单侧支撑，有效降低钢箱100局部失稳风险，通过混凝土8置于钢箱100内，防止外界地水、气、盐等侵入箱内混凝土8，提升盖梁结构的耐久性和寿命周期内性能，通过预应力束7进一步提高承载能力和刚度；该盖梁的抗扭刚度较大，波折形腹板3竖向抗剪刚度大，显著提高腹板抗剪刚度，波折形腹板3纵向刚度弱，轴向类似于“手风琴”伸缩，不会对预应力造成抵消，使预应力能够大部分施加于混凝土8，能够显著增强有效预应力的作用，同时波折形腹板3的面外刚度强，提高了腹板本身的面外刚度。

为了定量评估本发明的盖梁的力学性能优势，本实施例以盖梁宽度同为2.4m、高度同为2.5m、跨径同为30m的本发明盖梁、预应力混凝土8盖梁和纯钢结构盖梁为例，进行承载力、刚度、材料消耗等技术经济指标对比，对比情况见下表：

在盖梁跨径、盖梁高度和宽度相同的情况下，本发明盖梁的承载能力是预应力混凝土8盖梁的6.1倍，是纯钢结构盖梁的1.28倍；结构刚度和预应力混凝土8盖梁相当，比纯钢结构盖梁提升33.9％；此外，与纯钢结构盖梁相比，钢结构应力降低17％，箱内混凝土8的对钢结构的支撑作用可减小结构局部变形，避免失稳，安全性更高。在材料用量方面，本发明盖梁合计重量205吨，相较于预应力混凝土8盖梁减重45％，轻量化的结构更适于施工时的吊装安装。经济性方面，预应力混凝土8盖梁最便宜，但因其承载能力严重不足而难以适用于超大跨径盖梁设计；本发明盖梁相较于纯钢结构盖梁节约成本21％。

实施例2

请参照图16和图17，本实施例提供一种波折腹板预应力钢箱，本实施例的钢箱100与实施例1中的钢箱100相同，不同之处在于钢箱100内未设置混凝土8和预应力束7，该钢箱100为工厂制作，用于在现场灌注混凝土8和设置预应力束7，钢箱100包括：顶板1、底板2、封闭板4和两个波折形腹板3，两个波折形腹板3分别垂直连接在顶板1底部和底板2顶部，两个波折形腹板3分别位于钢箱100两侧，波折形腹板3具有周期性重复布设的折痕，折痕垂直于波折形腹板3的纵向，周期性重复布设的折痕在折痕腹板上形成了靠近钢箱100内侧的波谷段32和靠近钢箱100外侧的波峰段31，在盖梁纵向方向，所有波峰段31的顶部边缘与支座11支承中心线对齐，封闭板4设在钢箱100的两端部，顶板1、底板2、两个波折形腹板3和两个封闭板4连接形成内部带空腔的箱体结构。

如上述的钢箱100说明，波折形腹板3、顶板1、底板2、封闭板4、定位钢筋模块9、波纹管10的设置和实施例1中完全相同，通过钢箱100提高了盖梁结构的刚度和韧性，该盖梁的抗扭刚度较大，波折形腹板3竖向抗剪刚度大，显著提高腹板抗剪刚度，同时波折形腹板3的面外刚度强，提高了腹板本身的面外刚度；通过对齐设置，能够提供足够的支撑刚度，避免支撑处顶板1受压失稳，由此无需设置现有的任何支撑加劲肋，也减小了顶板1宽度，节省了大量材料消耗和焊接工作量，同时还具有材料用量少、结构轻量化的特点。

实施例3

请参照图18，本实施例提供一种波折腹板预应力钢箱的制作方法，制作实施例1或实施例2中的钢箱100，制作方法包括以下步骤：

S1、根据截面受力情况和节省材料原则，加工顶板1、底板2和封闭板4，将顶板1和底板2划分为若干节段，不同节段的顶板1、不同节段的底板2分别采用等厚度或不等厚度的钢板，采用熔透焊缝连接不同节段的顶板1、不同节段的底板2，焊接时确保相邻节段的顶板1顶面齐平、底板2底面齐平，形成整体的顶板1和整体的底板2后，在顶板1底面和/或底板2顶面焊接带孔加劲肋5；通过顶板1和底板2的节段设置，能够适应不同的桥梁场景，应用于常规跨径盖梁时，顶、底板2厚度可采用等厚度设计，应用于超大跨径盖梁时，综合权衡受力需求和经济性，顶、底板2可采用分节段、变厚度设计。

S2、采用钢板加工波折形腹板3，将平面钢板按折痕弯折设置为带波峰段31、波谷段32和斜撑段33的腹板单元，波峰段31、波谷段32和斜撑段33的长度、波峰段31与波谷段32的间距等参数参照设计值，各腹板单元为波折形压型钢板，相邻段腹板单元之间先焊接对接，再采用连接组件6连接，连接组件6按内加劲连接板601、外加劲连接板602安装在对接处的两侧，最后拧紧连接件603进行锁紧和稳固连接；通过波折形腹板3能够在混凝土8浇筑后对混凝土8进行侧向约束，使混凝土8的抗压强度成倍提高。

S3、在S2获得的两个波折形腹板3之间安装定位钢筋模块9，先将波折形腹板3按设计间距立式放置，根据设计的预应力束7的弧形弯曲曲线确定多个定位钢筋模块9的安装位置和间距，放样定位，将横向钢筋901的两端焊接在两个波折形腹板3内侧，预留波纹管10穿过位置并焊接竖向钢筋902，完成定位钢筋模块9的安装，再从波折形腹板3一端的定位钢筋模块9至另一端的定位钢筋模块9穿入波纹管10固定；通过定位钢筋模块9便于预应力束7的安装，以方便施工时施加预应力，通过定位钢筋模块9，钢箱100的抗扭刚度大，使其在运输、安装过程中为稳定结构，无需设置额外的措施来控制结构运输与施工过程的变形。

S4、将S3获得的波折形腹板3和S1获得的顶板1、底板2进行焊接，采用熔透焊缝连接，组成两端开放的箱体结构，再在箱体结构的两端焊接封闭板4，波纹管10的的两端分别从封闭板4的中部以上位置伸出，形成封闭式的钢箱100；通过组合为箱体结构，为混凝土8提供灌注空间，以形成钢箱100和混凝土8结合的结构，增强了盖梁的承载能力和刚度；制作方法简单、使用部件数量较少、焊接工作量较少，制作方法方便，能够提高各部件加工、制造、灌注、安装等工序的工厂化施工，有利于实现标准化生产，提高生产效率。

实施例4

请参照图19，本实施例提供一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁的制作方法，其采用实施例3的钢箱100的制作方法的步骤S1～S3，该制作方法采用了顶板1、底板2、波折形腹板3和封闭板4制作形成钢箱100，在箱体内安装定位钢筋模块9并穿入波纹管10，除此之外，制作方法还包括以下步骤：

S5、从钢箱100的一端封闭板4的灌浆口402灌注混凝土8，混凝土8在空腔内紧密压实，直至混凝土8从钢箱100的另一端封闭板4冒浆口403溢出时，停止灌注，通过向钢箱100内灌注混凝土8，能够将混凝土8和钢箱100结合到一起，混凝土8能够依靠自身重力和流动性均匀自密实填满钢箱100，无需振捣，有效降低对环境地噪音污染。

S6、待封闭箱体内混凝土8达到设计强度后，将预应力束7穿入对应的波纹管10中并进行两端张拉，张拉预应力达到设计值后，采用锚具将预应力束7固定在混凝土8两端，采用的锚具尺寸应小于封闭板4的各开孔大小，锚具在钢箱100内的两端部进行锚固，再进行波纹管10的管道压浆，最后浇筑预应力束7两端的封锚混凝土8，封锚混凝土8将锚固埋入固定在封锚混凝土8内，此时预应力完全施加在混凝土8上；混凝土8浇筑在钢箱100内后，波折形腹板3与混凝土8的接触面积更大、咬合摩擦效果更好，极大降低了钢箱100与混凝土8的脱空与滑移风险，使钢箱100和混凝土8结合形成的结构能够更好地协同变形，共同参与受力，同时混凝土8能够对钢箱100的各部件提供支撑，降低钢箱100的局部失稳风险，同时钢箱100及其两端封闭板4的设置，能够将混凝土8完全封闭在内，提升了盖梁结构的耐久性和生命周期的性能；通过预应力束7的穿入，能够提高混凝土8开裂荷载，延迟结构开裂，进一步提升盖梁的耐久性，预应力束7也进一步增强了盖梁的承载能力和韧性。

S7、待封锚混凝土8达到设计强度后，采用钢板将封闭板4上的所有开孔进行焊接封闭，采用圆形钢板将所有开孔覆盖，并将圆形钢板焊接在封闭板4上，并涂刷防腐层；该制作方法通过在空腔内自密实填充混凝土8，待混凝土8达到设计强度后完成预应力穿束和张拉锚固、波纹管10压浆、封锚混凝土8浇筑；施工过程中无需对混凝土8振捣，避免传统盖梁的支架现浇施工带来的支架模板消耗高、场地占用多、环境干扰强等问题，可实现无支架、无模板、免振捣的快速自架设施工减少对桥位环境的干扰，且施工时能够实现无支架、无模板的自架设快速施工，降低对桥下交通及周围环境的干扰。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，其特征在于，包括钢箱、预应力束和混凝土，所述钢箱包括由钢材质制成的：波折形腹板，两个所述波折形腹板垂直于钢箱顶部和底部且位于钢箱两侧，所述波折形腹板具有周期性重复布设的折痕，所述折痕垂直于所述波折形腹板的纵向，周期性重复布设的折痕在折痕腹板上形成了靠近钢箱内侧的波谷段和靠近钢箱外侧的波峰段，在盖梁纵向方向，所有所述波峰段的顶部与支座支承中心线对齐；所述钢箱为封闭结构且内部具有空腔，所述混凝土密实填充于所述空腔，多根所述预应力束预埋于所述混凝土内且预置有拉应力。

2.根据权利要求1所述的波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，其特征在于，所述波折形腹板包括多个腹板单元和连接组件，位于盖梁跨中区域的所述腹板单元的厚度小于位于盖梁两端的所述腹板单元的厚度，相邻所述腹板单元之间通过连接组件对接。

3.根据权利要求2所述的波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，其特征在于，所述腹板单元还具有斜撑段，所述波峰段、所述波谷段和所述斜撑段分别呈长条型板状，所述波峰段的两侧边分别连接有所述斜撑段并形成外张槽口状结构，所述波谷段的两侧边分别连接有所述斜撑段并形成外张槽口状结构，所述波峰段平行于所述波谷段，所述波峰段、所述波谷段和两个所述斜撑段周期性重复设置形成所述腹板单元。

4.根据权利要求3所述的波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，其特征在于，所述连接组件包括内加劲连接板、外加劲连接板和连接件，所述相邻所述腹板单元的对接处为对接段，所述对接段为部分宽度的所述波峰段或部分宽度的所述波谷段，相邻两个所述对接段对接作为波峰段或波谷段，所述外加劲连接板的内侧与所述外张槽口状结构相互匹配，所述外加劲连接板的内侧紧贴所述对接处的一侧，所述内加劲连接板置于相邻所述腹板单元的对接处的另一侧且与相邻对接段位置正对，所述外加劲连接板的中部与相邻对接段位置正对，所述外加劲连接板的两侧部分与相邻所述对接段连接的斜撑段紧贴，所述对接段、所述内加劲连接板和所述外加劲连接板分别设有位置对应的用于穿过连接件的连接孔，所述内加劲连接板、相邻所述对接段和所述外加劲连接板通过所述连接件固定。

5.根据权利要求1所述的波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，其特征在于，多根所述预应力束呈弧形弯曲状态且弯向钢箱底部，不同根所述预应力束的弯曲弧度不同，所有根预应力束产生的弯矩之和M_p用于完全或部分抵消外荷载作用下的弯矩理论M_s值。

6.根据权利要求1所述的波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，其特征在于，所述钢箱内还设有波纹管和定位钢筋模块，所述波纹管用于置入所述预应力束，所述波纹管通过所述定位钢筋模块固定至所述波折形腹板，多个所述定位钢筋模块间隔布置，使得所述波纹管呈弧形弯曲形状，每个所述定位钢筋模块包括一组横向钢筋和多组竖向钢筋，所述横向钢筋的两端分别连接钢箱两侧的所述波折形腹板，一组所述横向钢筋为两根且分别用于卡在所述波纹管的顶和底，每组所述竖向钢筋为两根且分别用于卡在不同根所述波纹管的两侧。

7.根据权利要求6所述的波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁，其特征在于，所述钢箱还包括顶板、底板和封闭板，所述顶板和/或底板还设有多个相互间隔的带孔加劲肋，所述顶板和所述底板分别为分节段的多段结构，不同节段的顶板和底板分别为非等厚度设置，所述顶板沿盖梁纵向连接在两个所述波折形腹板的顶部，所述底板沿盖梁纵向连接在两个所述波折形腹板的底部，所述封闭板设在所述钢箱的两端部，多根所述预应力束的两端分别固定在钢箱内混凝土两端部，所述封闭板设有贯穿两面的：波纹管伸出口、灌浆口和冒浆口，所述顶板、底板、两个波折形腹板和两个封闭板连接形成内部带空腔的箱体结构。

8.一种波折腹板预应力钢箱，其特征在于，采用权利要求1所述的钢箱，其包括：顶板、底板、封闭板和两个波折形腹板，两个所述波折形腹板分别垂直连接在所述顶板底部和所述底板顶部，两个所述波折形腹板分别位于钢箱两侧，所述波折形腹板具有周期性重复布设的折痕，所述折痕垂直于所述波折形腹板的纵向，周期性重复布设的折痕在折痕腹板上形成了靠近钢箱内侧的波谷段和靠近钢箱外侧的波峰段，在盖梁纵向方向，所有所述波峰段的顶部与支座支承中心线对齐，所述封闭板设在所述钢箱的两端部，所述顶板、底板、两个波折形腹板和两个封闭板连接形成内部带空腔的箱体结构。

9.一种波折腹板预应力钢箱的制作方法，制作权利要求1-8任一所述的钢箱，其特征在于，制作方法包括以下步骤：

S1、根据截面受力情况和节省材料原则，加工顶板、底板和封闭板，将顶板和底板划分为若干节段，不同节段的顶板、不同节段的底板分别采用等厚度或不等厚度的钢板，焊接不同节段的顶板、不同节段的底板，最后在顶板底面和/或底板顶面焊接带孔加劲肋；

S2、采用钢板加工波折形腹板，将平面钢板按折痕弯折设置为带波峰段、波谷段和斜撑段的腹板单元，各腹板单元为波折形压型钢板，相邻段腹板单元之间先焊接对接，再采用连接组件连接；

S3、在S2获得的两个波折形腹板之间安装定位钢筋模块，先将波折形腹板按设计间距立式放置，根据设计的预应力束的弧形弯曲曲线确定多个定位钢筋模块的安装位置和间距，将横向钢筋的两端焊接在两个波折形腹板内侧，预留波纹管穿过位置并焊接竖向钢筋，完成定位钢筋模块的安装，再从波折形腹板一端的定位钢筋模块至另一端的定位钢筋模块穿入波纹管固定；

S4、将S3获得的波折形腹板和S1获得的顶板、底板进行焊接，组成两端开放的箱体结构，再在箱体结构的两端焊接封闭板，波纹管的的两端分别从封闭板的中部以上位置伸出，形成封闭式的钢箱；

其中，S1和S2的顺序可互换。

10.一种波折腹板预应力钢箱混凝土盖梁的制作方法，其特征在于，采用权利要求9的步骤S1～S4，制作方法还包括以下步骤：

S5、从钢箱的一端封闭板的灌浆口灌注混凝土，混凝土在空腔内紧密压实，直至混凝土从钢箱的另一端封闭板冒浆口溢出时，停止灌注；

S6、待封闭箱体内混凝土达到设计强度后，将预应力束穿入对应的波纹管中并进行两端张拉，张拉预应力达到设计值后，采用锚具将预应力束固定在混凝土两端，再进行波纹管的管道压浆，最后浇筑预应力束两端的封锚混凝土；

S7、待封锚混凝土达到设计强度后，采用钢板将封闭板上的所有开孔进行焊接封闭，并涂刷防腐层。

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