引言 在建立波形钢腹板组合梁的组合构件受力一致性理论的基础上， 推荐了几种可应用于工程项目的创新结构形式，供广大工程师开拓思路。 原理推导 2.1 基本假定 波形钢板在纵向轴力作用下，将发生较大的轴向变形，即波形钢板沿纵向的实际弹性模量Ex远小于钢材的初始弹性模量E0，这就是波形钢腹板的“褶皱效应”，将波形钢腹板沿轴向的实际弹性模量Ex称之为有效弹性模量。取在轴向力N作用下的一个波长的波形钢板进行计算，如图1所示。 图 1 波形钢板设计参数 对于1600型波形钢腹板，满足b=430mm，d=370mm，h=220mm，取t=12mm，带入式（3）中得到Ex=Es/723，由此可见波形钢腹板的轴向有效弹性模量相对于钢材自身的弹性模量很小。波形钢板的这种纵向承受轴向力和弯矩的能力较弱的特性称为褶皱效应。 基于波形钢板的褶皱效应，波形钢腹板组合箱梁有如下基本假定： （1）竖向剪力全部由波形钢腹板承担； （2）弯矩仅由顶、底板混凝土板承担，平均应变符合拟平截面假定。 2.1 组合构件受力一致性 2.2.1 公式推导 首先分析预制混凝土板在两种状态下的受力。这里约定应力符号受压为负，受拉为正。 1.第1状态：预制混凝土板，并张拉板内的预应力钢束。图2中施加的预应力为N。 图2 预制预应力混凝土板 此时，预制混凝土底板上的截面上应力为： 图3 工字形波形钢腹板组合梁 在底板施加总的预应力为N，对组合截面中性轴的弯矩为： 基于波形钢腹板的“褶皱效应”，可设定：t2=t3=0，t1=t4=t，h4=t4/2+h3，h1=t1/2+h2，则公式(5)~(8)可化简为： 对比式(4)和(16)可知，第1状态和第2状态时混凝土板的应力近似相等。这就意味着先期施加在预制底板的预应力，在组合成波形钢腹板组合梁后底板内力不会传递到顶板或波形钢腹板上，其大小基本保持不变。本文将波形钢腹板组合梁在与混凝土组合前后受力基本保持不变的性质称为波形钢腹板组合梁的组合构件受力一致性。 2.2.2 有限元验证 某简支波形钢腹板组合梁跨径32.430m，组合梁断面如图4所示。组合梁顶、底板混凝土采用C50，波形钢腹板为1600型，厚度12mm，材料为Q345qD钢材，梁底设置3束13-φs15.2体内预应力筋，张拉控制应力为1395MPa，扣除预应力损失后的平均有效应力为1260MPa。 图4 算例设计参数 利用ABAQUS 2016建立有限元模型，其中混凝土板采用C3D8R实体单元，波形钢腹板采用S4R板单元，预应力筋采用T3D3桁架单元。波形钢腹板和预应力筋采用“嵌入”方式与混凝土连接。仅考虑预应力荷载，不考虑结构自重及其他外荷载，组合梁有限元模型如下图所示。 图5 有限元模型 有限元结果与前文的理论结果进行对比，见表1。可见底板平均应力偏差在5%以内。顶板应力偏差相对值稍大，但考虑到顶板应力绝对值较小，因此实际结果偏差也不大。 表1 理论值与有限元结果对比 2.2.3 组合过程受力分析 在前文的基础上，对比直腹板组合工字梁和波形钢腹板组合工字梁在竖向组合过程中应力的变化，如表2。这里将预应力作为唯一考虑的外力，并规定应力的符号为受压为负，受拉为正。 表2 两类组合梁竖向组合过程应力分析 由表2的分析可知：1.对于直腹板组合梁来说，混凝土与钢梁组合后截面形心轴上移，导致二次张拉（后期施加）的预应力按平截面假定在全截面重分布，不同阶段施加的预应力产生叠加效应；2.对于波形钢腹板组合梁来说，二次预应力仅作用于混凝土顶底板，腹板褶皱效应阻断应力重分布，各阶段预应力贡献可简化为截面内力代数叠加。 创新结构体系 3.1 中等跨径装配式波形钢腹板组合梁 基于波形钢腹板组合梁特有的组合构件受力一致性原理，提出4种适用于中等跨径的装配式波形钢腹板组合梁结构，并以桥宽B=16.5 m、跨径30~60m的桥梁为例进行概念设计，如下图所示。其中，“一次钢束”指代在预制厂内张拉的钢束，“二次钢束”指代在施工现场张拉的钢束。 图6 装配式波形钢腹板组合箱梁概念设计图 4种新型装配式波形钢腹板组合箱梁在预应力形式、结构整体性和施工便易性等方面存在差别，具体对比如下表所示： 表3 结构特点对比表 3.2 负弯矩不开裂组合梁 日本专利《連続桁橋梁の中間支点部に、容易にプレストレスを導入すること》（JP32925899A）公开了一种创新钢混组合连续梁结构：在中支座区域采用波形钢腹板组合梁并施加预应力，该专利的核心思想也是利用波形钢腹板组合梁的组合构件受力一致性原理克服传统组合梁的负弯矩区桥面板开裂顽疾。结构示意图如下： 图7 负弯矩不开裂组合梁概念设计 结语 波形钢腹板褶皱效应所衍生的组合构件受力一致性，是此类组合梁结构的核心特性。基于此特性提出的几类创新结构形式，为提升工程结构性能提供了新的技术路径，具有潜在的工程应用价值。 
