《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）——第一部分公鐵水《波紋鋼在青藏高原道路建養(yǎng)中的應(yīng)用研究與產(chǎn)業(yè)化》

1 項(xiàng)目名稱: 波紋鋼在青藏高原道路建養(yǎng)中的應(yīng)用研究與產(chǎn)業(yè)化

2 完成單位: 正平路橋建設(shè)股份有限公司、青海路拓工程設(shè)施制造集團(tuán)有限公司、 海東正平管廊設(shè)施制造有限公司、 青海省交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院

3 主要完成人: 甘迎新、 李元慶、 韓麗娟、梁俊偉、 宋方華、 李捷、 韓馨、 許江波

　　1項(xiàng)目背景

　　青藏高原地區(qū)預(yù)制混凝土運(yùn)輸困難,現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量則難以保證,凍融循環(huán)更會使混凝土的應(yīng)用效果大打折扣;鹽漬土地區(qū)腐蝕性極高,尤其是極端氣候與腐蝕的耦合作用,對于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)則是毀滅性打擊。波紋鋼構(gòu)件由冷軋成型的波形鋼連續(xù)拼接組成,為一種新型高效型材。經(jīng)過波折的鋼板具有獨(dú)特的受力特點(diǎn),其沿著波折方向具有極小的抗壓剛度,而垂直于波折方向則具有比相同厚度的平鋼板高得多的抗彎剛度,在青藏高原地區(qū)具有很好的適用性。

　　2技術(shù)概況

　　波紋鋼是冷彎型鋼的一種,通過對鋼板壓波增大鋼材的剛度,是高寒地區(qū)替代混凝土材料的產(chǎn)品。通過本項(xiàng)目的實(shí)施,建立系統(tǒng)、完善的波紋鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用理論體系,形成波紋鋼管(板)的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范體系、質(zhì)量監(jiān)控和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目的研究,對波紋鋼結(jié)構(gòu)在高寒區(qū)的應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo),豐富了波紋鋼產(chǎn)品線,對促進(jìn)波紋鋼管(板)推廣應(yīng)用具有重要作用。

　　項(xiàng)目以波紋鋼結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用為研究重點(diǎn),從波紋鋼結(jié)構(gòu)的材料特性、連接部位與構(gòu)造機(jī)理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、建造全過程試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀測、施工技術(shù)優(yōu)化等作了系列化研究。開展了個(gè)八個(gè)課題的研究。

　　3適用范圍

　　本課題研究設(shè)計(jì)的波紋鋼板橋、波紋鋼管涵、波紋鋼綜合管廊等研究技術(shù)主要在青海、西藏、四川、云南等青藏高原地區(qū)應(yīng)用。

　　4獲獎(jiǎng)情況

　　獲省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)5項(xiàng)。

　　(1)采用解析法、數(shù)值模擬及構(gòu)件試驗(yàn)系統(tǒng)地研究了波紋鋼材料的基本特性,優(yōu)化了鋼板厚度、波距、波高等參數(shù),并對其等效剛度折減系數(shù)與幾何外形系數(shù)進(jìn)行了修正。

　　(2)針對波紋鋼結(jié)構(gòu)裝配節(jié)點(diǎn)連接,通過模型及實(shí)際工程試驗(yàn),精細(xì)化有限元數(shù)值模擬等方法,研究并優(yōu)化了波紋鋼板(管)之間及波紋鋼與混凝土之間的連接構(gòu)造,提出了不同部位的標(biāo)準(zhǔn)化連接方法。

　　(3)針對覆土波紋鋼板(管)形結(jié)構(gòu),研究了波紋鋼-土耦合作用承載與變形機(jī)理,分析不同拱軸曲線、不同覆土條件下,通過局部襯板、應(yīng)力擴(kuò)散板、剛性路面等措施對結(jié)構(gòu)剛度的改進(jìn)與提升效果及應(yīng)用條件。

　　(4)首次在國內(nèi)建成了4座13m跨徑的波紋鋼板橋,從設(shè)計(jì)、構(gòu)件加工制造、安裝、施工全過程試驗(yàn)及運(yùn)營期監(jiān)測收集結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變等數(shù)據(jù),并編制了波紋鋼板橋設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量檢驗(yàn)的地方標(biāo)準(zhǔn)。

　　專題一:高寒區(qū)淺埋管、拱形波紋鋼結(jié)構(gòu)受力機(jī)理與變形控制方法研究(青海省科技廳2019-ZJ-7050)

　　高寒區(qū)淺埋地段,在淺埋松動土壓力和凍脹作用下,波紋鋼管、拱形結(jié)構(gòu)的承載條件勢必會發(fā)生一定的變化。本課題在理論分析、現(xiàn)場測試、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,研究高寒區(qū)淺埋波紋鋼管、拱形結(jié)構(gòu)受力機(jī)理與變形特性,提出一套有效的波紋鋼管、拱形結(jié)構(gòu)的變形控制方法。

　　專題二:裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)連接部位損傷機(jī)理與構(gòu)造優(yōu)化(青海省科技廳2018-ZJ-742)

　　本研究通過對螺栓連接損傷類型分析,從孔壁承壓破壞、螺桿剪切破壞和螺栓松動三個(gè)方面,研究了通過摩擦型高強(qiáng)螺栓及承壓型高強(qiáng)度螺栓連接特定厚度波紋鋼板的連接部位承載力。并通過螺栓群的計(jì)算分析了摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值、摩擦型高強(qiáng)螺栓群在力矩和軸力共同作用下的設(shè)計(jì)值及高強(qiáng)螺栓群壓彎作用下中和軸位置的強(qiáng)度,分析了中和軸的位置對螺栓群承載力計(jì)算的影響。

　　專題三:青海省中小跨徑(10m、13m)鋼波紋板橋梁關(guān)鍵技術(shù)研究(自立課題)

　　本課題基于數(shù)值計(jì)算分析,在填土高度、板材型號、拱形形狀、交角、跨度等不同因素下對波紋鋼板橋梁的受力和變形影響,設(shè)計(jì)波紋鋼板橋梁通用圖;通過參數(shù)敏感性的分析,以有限分析方法,研究不同設(shè)計(jì)參數(shù)對波紋鋼板橋梁受力貢獻(xiàn),重點(diǎn)解決了較大荷載作用下波紋鋼板橋梁變形大的問題,通過薄板鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造補(bǔ)強(qiáng)方法,對主要受力構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng),試驗(yàn)表明補(bǔ)強(qiáng)措施具有明顯的效果。

　　專題四:全裝配式波紋鋼板橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化與施工關(guān)鍵技術(shù)研究(青海省科技廳重點(diǎn)研發(fā)與轉(zhuǎn)化項(xiàng)目2020-SF-C35)

　　全裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)是一種新型全裝配式鋼結(jié)構(gòu)形式,旨在研究采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配替代混凝土現(xiàn)場澆筑工藝;研究采用預(yù)制混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)、預(yù)制沉入樁基礎(chǔ)對下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化;研究上部結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),通過預(yù)制加工、現(xiàn)場拼裝工藝的研究,對上部結(jié)構(gòu)和連接部位進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。

　　專題五:波紋鋼結(jié)構(gòu)地下綜合管廊成套技術(shù)研究(青海省工信廳-青海省重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目JC-2017-11)

　　本項(xiàng)目是國內(nèi)首次將波紋鋼板這種新型建筑材料實(shí)際應(yīng)用于大直徑(4郾0m)的城市地下綜合管廊,并從管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、波紋鋼產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化、管廊裝配化安裝工藝、波紋鋼防腐防火材料涂裝、施工期應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等多方面展開系列研究,形成波紋鋼結(jié)構(gòu)地下綜合管廊建設(shè)的成套技術(shù)。

　　專題六:高寒區(qū)大直徑波紋鋼管涵施工技術(shù)、專題七:現(xiàn)場原位拼裝波紋鋼板拱橋施工技術(shù)、專題八:波紋鋼擋土墻、擋雪墻快速建造工藝

　　研究青藏高原地區(qū)大直徑波紋鋼管涵、波紋鋼板拱橋、擋土墻、擋雪墻在施工過程中的技術(shù)優(yōu)化。

　　本課題研究設(shè)計(jì)的波紋鋼板橋、波紋鋼管涵、波紋鋼綜合管廊等研究技術(shù)已在青海、西藏、四川、云南等十余個(gè)省份進(jìn)行了應(yīng)用。近5年波紋鋼結(jié)構(gòu)已累計(jì)完成產(chǎn)值逾8億元,依托企業(yè)研發(fā)并推廣了以波紋鋼結(jié)構(gòu)為主要建材的波紋鋼板橋、地下綜合管廊、裝配式涵洞、隧道明洞、路基擋土墻等,引進(jìn)并推廣了鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)橋梁等裝配式結(jié)構(gòu)。在青海、西藏等地推廣建成40余座波紋鋼板橋梁,其中在青海建成4座13米跨徑的波紋鋼板橋梁,是國內(nèi)同類跨徑最大的橋梁;推廣4m以上直徑裝配式大直徑波紋鋼管涵60余道。

　　研發(fā)并推廣的波紋鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目平均節(jié)約工期70%,建設(shè)成本平均降低15%。

　　項(xiàng)目開展促進(jìn)波紋鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在青海地區(qū)的發(fā)展,將提供更多就業(yè)機(jī)會,每年新增稅收400萬元。開展波紋鋼結(jié)構(gòu)成套技術(shù)研究有利于促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展,有效解決部分鋼產(chǎn)能過剩問題,是對國家“供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革冶的積極響應(yīng)。

　　通過本項(xiàng)目的實(shí)施,建立系統(tǒng)、完善的波紋鋼結(jié)構(gòu)的理論研究、設(shè)計(jì)、施工規(guī)范體系、質(zhì)量監(jiān)控和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),因此本項(xiàng)目的研究,對波紋鋼結(jié)構(gòu)在高寒區(qū)的應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo),對促進(jìn)波紋鋼管(板)推廣應(yīng)用具有重要作用。