波形腹板-分段预应钢管砼连续组合桥梁及施工方法

申请号 CN202210816275.7 申请日 2022-07-12 公开(公告)号 CN115748417A 公开(公告)日 2023-03-07
申请人 南京航空航天大学; 东南大学建筑设计研究院有限公司; 发明人 陈娟; 李秉南;
摘要 本 发明 提供了一种 波形 钢 腹板 ‑分段预应 力 钢管砼连续组合 桥梁 及施工方法,组合桥梁包括钢管砼‑波形钢腹板组合箱梁和预制 桥面 板结构;钢管砼‑波形钢腹板组合箱梁包括由两根钢管砼上 弦杆 和两根钢管砼下弦杆组成的倒梯形结构,上弦杆和下弦杆之间通过波形钢腹板连接,两根钢管砼上弦杆之间通过空钢管连接,两根钢管砼下弦杆之间通过钢板平联连接形成 哑铃 型截面;所述上弦杆和上部预制 混凝土 桥面板结构连接形成整体共同工作,按照受力状态,将桥梁划分为正弯矩区和负弯矩区分段预制。本发明生产出的连续组合桥梁受力合理、抗裂性能好、抗扭性能好、耐久性高、施工周期短,适应于大跨、宽幅桥梁,具有理想的受力性能、施工性能和综合经济指标。
权利要求

1.一种波形腹板‑分段预应钢管砼连续组合桥梁,包括钢管砼‑波形钢腹板箱梁和预制桥面板;钢管砼‑波形钢腹板箱梁包括由两根钢管砼上弦杆和两根钢管砼下弦杆组成的倒梯形结构,其特征在于:上弦杆和下弦杆之间通过波形钢腹板连接,两根上弦杆之间通过空钢管连接,两根下弦杆之间通过钢板平联连接;所述上弦杆上焊接有抗剪连接件,上弦杆通过抗剪连接件和上部预制混凝土桥面板连接形成整体共同工作,按照桥梁的受力状态,将桥梁划分为正弯矩区和负弯矩区,分段预制梁段,所述正弯矩区的上弦杆为普通钢管砼上弦杆,下弦杆为预应力钢管砼下弦杆;所述负弯矩区的上弦杆为预应力钢管砼上弦杆,下弦杆为普通钢管砼下弦杆,负弯矩区的下弦钢板平联中灌注有混凝土。
2.根据权利要求1所述的波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁,其特征在于:
所述的抗剪连接件为剪力钉群,预制桥面板结构上设置有与剪力钉群配合连接的剪力钉槽。
3.根据权利要求1所述的波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁,其特征在于:
所述的预应力钢管砼上弦杆和预应力钢管砼下弦杆中设置有预应力筋。
4.根据权利要求1所述的波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁,其特征在于:
所述的预制桥面板结构包括通过预制桥面板湿接缝连接的多预制桥面板。
5.根据权利要求1或4所述的波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁,其特征在于:所述的预制混凝土桥面板结构内配置有受力钢筋或预应力钢束和构造钢筋。
6.根据权利要求1所述的波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁,其特征在于:
所述的正弯矩区钢板平联内不灌混凝土,在负弯矩区钢板平联内灌注混凝土。
7.一种波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁的施工方法,其特征在于包括以下步骤:
1) 按照正、负弯矩区,工厂分段预制梁段钢结构部分;
2)在工厂内在所有上弦杆上方焊接抗剪钉群;
3)预制混凝土桥面板,桥面板预留剪力钉槽,位置和上弦杆剪力钉群对应;
4) 在工厂内分别在负弯矩区上弦和正弯矩区下弦采用先张法施加预应力;
5)将梁段运输到施工现场,在桥墩上将预制组合梁段安装到位并进行拼接;
6)在施工现场,按照负弯矩区下弦、下弦平联、正弯矩区上弦的顺序灌注混凝土,负弯矩区在底板的下弦钢管和钢板平联内均灌注混凝土,正弯矩区只在上弦的钢管内灌注混凝土;
7)铺设预制桥面板,浇筑剪力槽和板接缝。
8.根据权利要求7所述的波形钢腹板‑分段预应力钢管砼组合桥梁的施工方法,其特征在于:步骤4)所述的先张法施加预应力的施工顺序为施加预应力、灌注混凝土、松弛张拉力。
9.根据权利要求7所述的波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁的施工方法,其特征在于:步骤7)所述的浇筑剪力槽和板接缝的顺序为:正弯矩区剪力槽和板接缝、负弯矩区板接缝、负弯矩区剪力槽。

说明书全文

波形腹板‑分段预应钢管砼连续组合桥梁及施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及桥梁工程技术领域,具体是一种波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁及施工方法。

背景技术

[0002] 现代桥梁呈现跨径不断增大、桥型不断丰富、结构不断轻型化的发展趋势,同时对经济性、环保性、景观性也越来越重视。在这种背景下,传统桥梁结构往往不能满足需求。为此,对传统桥型进行改进和发展,优化结构受力、减轻结构自重、方便结构施工、增强结构耐久性、改善经济指标,发展高性能桥梁结构,形成具有自主知识产权的桥梁核心技术,对于推进我国桥梁事业的发展具有重要意义。
[0003] 减轻结构自重是桥梁技术革新的一个重要方向,波形钢腹板‑混凝土组合梁桥因此产生。波形腹板在受力上也有独特的优势,具有较高的面外刚度及抗剪强度,纵向刚度很小,可以提高预应力效率。此外,波形钢腹板组合梁桥还具有较强景观美感,可以适应现代桥梁的景观需求,因此在国内外得到了大量的应用。但是波形钢腹板‑混凝土组合梁桥在应用中仍存在一些问题:1)底板混凝土在正弯矩作用下容易过早开裂。
[0004] 2)承载力、抗扭刚度较混凝土箱梁有所下降。波形钢腹板在桥轴向的刚度非常小,基本上不能承受轴力和弯矩,因此桥梁受弯时只能考虑顶、底板的抗弯,受弯承载力下降为传统混凝土箱梁的75%左右,抗扭刚度下降更多,下降为30‑40%,抗剪刚度也有所下降。
[0005] 3)波形钢腹板‑混凝土底板连接处施工困难。在底板混凝土板浇筑时,波形钢腹板连接处的混凝土逆向浇筑,其工作性能与施工质量不易保证,影响结合部的受力性能。
[0006] 为了避免混凝土底板开裂,提高材料的使用效率,提高结构承载力和刚度,改善波形钢腹板与底板的连接性能,钢管砼被引入波形钢腹板组合梁,形成了一种新的结构体系——波形钢腹板‑钢管砼组合梁桥,并发展出多种桥型,包括波形钢腹板‑钢管砼弦杆组合梁、波形钢腹板‑预应力钢管砼组合箱梁。波形钢腹板‑钢管砼弦杆组合梁中钢管砼弦杆与钢管平联之间采用大量焊缝连接,疲劳是一个问题;截面抗扭刚度小,为了提高抗扭刚度,箱室内往往设置较多的抗扭K撑,施工复杂。而波形钢腹板‑预应力钢管砼组合箱梁底板采用扁平型钢管砼,套箍效应差,还需要在钢管内另外设置剪力连接件,施工较复杂。
[0007] 目前已有波形钢腹板‑钢管砼组合梁桥形式均适用于中小跨径、桥宽较小的情况,缺少满足现代工程大跨、宽幅需求的结构形式。本发明针对波形钢腹板组合梁桥在大跨、宽幅桥梁中应用的关键技术问题,对现有波形钢腹板‑钢管砼组合梁桥结构进行优化,结合预应力技术和工厂预制的生产工艺,提出一种分段预制、受力合理、施工简便、外形美观的大跨新型组合梁桥。

发明内容

[0008] 本发明为了解决现有技术的问题,提供了一种波形钢腹板‑分段预应力钢管砼组合桥梁及施工方法,受力合理、抗裂性能好、抗扭性能好、耐久性高、施工周期短,具有理想的受力性能、施工性能和综合经济指标,适应于现代桥梁大跨、宽幅的需求。
[0009] 本发明提供了一种波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁,包括钢管砼‑波形钢腹板组合箱梁和预制桥面板结构;钢管砼‑波形钢腹板组合箱梁包括由两根钢管砼上弦杆和两根钢管砼下弦杆组成的倒梯形结构,其中上弦杆和下弦杆之间通过波形钢腹板连接,两根上弦杆之间通过空钢管连接,两根下弦杆之间通过钢板平联连接形成哑铃型钢管砼截面;所述上弦杆上焊接有抗剪连接件, 上弦杆通过抗剪连接件和上部预制混凝土桥面板结构连接形成整体共同工作;按照桥梁的受力状态,将桥梁划分为正弯矩区和负弯矩区,分段预制梁段,所述正弯矩区的上弦杆为普通钢管砼上弦杆,下弦杆为预应力钢管砼下弦杆;所述负弯矩区的上弦杆为预应力钢管砼上弦杆,下弦杆为普通钢管砼下弦杆,负弯矩区的下弦钢板平联中灌注有混凝土。
[0010] 进一步改进,所述的抗剪连接件为剪力钉群,预制桥面板结构上设置有与剪力钉群配合连接的剪力钉槽。
[0011] 进一步改进,所述的预应力钢管砼上弦杆和预应力钢管砼下弦杆中设置有预应力筋。
[0012] 进一步改进,所述的预制桥面板结构包括通过预制桥面板湿接缝连接的多预制桥面板。
[0013] 进一步改进,所述的预制混凝土桥面板结构内配置有受力钢筋或预应力钢束和构造钢筋。
[0014] 进一步改进,所述的正弯矩区平联内不灌混凝土,负弯矩区平联内灌注混凝土。
[0015] 本发明还提供了一种波形钢腹板分段预应力‑钢管砼连续组合桥梁的施工方法,包括以下步骤:1) 按照正、负弯矩区,工厂分段预制梁段钢结构部分;
2)在工厂内在所有上弦杆上方焊接抗剪钉群;
3)预制混凝土桥面板,桥面板预留剪力钉槽,位置和上弦杆剪力钉群对应;
4) 在工厂内分别在负弯矩区上弦和正弯矩区下弦采用先张法施加预应力,施工顺序为:施加预应力、灌注混凝土、松弛张拉力;
5)将梁段运输到施工现场,在桥墩上将预制组合梁段安装到位并进行拼接;
6)在施工现场,按照负弯矩区下弦、负弯矩区下弦钢板平联、正弯矩区上弦的顺序灌注混凝土,负弯矩区在下弦钢管和钢板平联内均灌注混凝土,正弯矩区只在上弦的钢管内灌注混凝土;
7)铺设预制桥面板,浇筑剪力槽和板接缝,浇筑顺序为:正弯矩区剪力槽和板接缝‑负弯矩区板接缝‑负弯矩区剪力槽,通过最后浇筑负弯矩区剪力槽,结合上翼缘钢管混凝土内预应力,以减少负弯矩区预制板的拉应力。
[0016] 本发明有益效果在于:1、采用分段工厂预制,将连续梁划分为正弯矩梁段和负弯矩梁段,预制梁段长度小,方便生产、运输和安装。
[0017] 2、相对于现有钢管混凝土桁架组合梁桥:采用波形钢腹板代替钢管腹杆,避免了相贯节点破坏的问题,提高了预应力导入度,提高了结构的承载力和抗扭刚度,增加了结构的适应跨径。
[0018] 3、相对于现有波形钢腹板‑钢管混凝土组合梁桥: 采用分段预应力技术,可以优化结构内力,增加桥梁的跨越能力;负弯矩区上弦钢管内混凝土施加预应力,还可以减少预制桥面板的拉应力,预制桥面板内可不施加纵向预应力;此外,体内预应力较体外预应力耐久性好。 增加钢管砼上弦杆,提高了组合梁的承载力和刚度,施工期间截面承载力高、稳定性好,方便预制桥面板的架设。 采用哑铃型钢管砼底板,较单弦杆下弦,波形钢腹板与弦杆的焊接更易实现;较扁平钢管砼底板,套箍效应更好,不需要在管内另外设置剪力连接件,更有利于预应力的施加。 截面形式为封闭箱型,相对于底板采用钢桁式连接的结构,抗扭性能更好。
[0019] 4、采用预制桥面板,提高桥梁的工业化建造程度。采用预制桥面板,纵向湿接缝连接,桥面板和钢管砼上翼缘之间采用剪力钉槽群钉连接,结合组合梁上弦预应力,实现负弯矩区混凝土桥面板抗裂目的。附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021] 图1为波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合箱梁中不同区域采用不同预应力布置的示意图。
[0022] 图2为连续梁正、负弯矩区的划分示意图。
[0023] 图3为正弯矩区波形钢腹板‑分段预应力钢管砼组合箱梁的横断面图。
[0024] 图4为负弯矩区波形钢腹板‑分段预应力钢管砼组合箱梁的横断面图。
[0025] 图中标记为,1.预应力钢管砼上弦杆、2.预应力钢管砼下弦杆、3.普通钢管砼上弦杆、4.普通钢管砼下弦杆、5.波形钢腹板、6.不灌注混凝土的底板钢板平联、7.灌注混凝土的底板钢板平联、8.预制桥面板、9.剪力钉槽、10.预制桥面板湿接缝、11.剪力钉群、12.预应力筋。

具体实施方式

[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0027] 本发明所提供的波形钢腹板‑分段预应力钢管砼连续组合桥梁,包括预应力钢管砼上弦杆1、预应力钢管砼下弦杆2、普通钢管砼上弦杆3、普通钢管砼下弦杆4、波形钢腹板5、不灌注混凝土的底板钢板平联6、灌注混凝土的底板钢板平联7、预制桥面板8、剪力钉槽
9、预制桥面板湿接缝10,如图1和图2所示。
[0028] 两根上弦杆和两根下弦杆组成倒梯形结构,其中上弦杆和下弦杆之间通过波形钢腹板5连接,两根上弦杆之间通过空心钢管连接,两根下弦杆之间通过钢板平联连接;所述上弦杆上焊接有抗剪连接件, 上弦杆通过抗剪连接件和上部预制混凝土桥面板结构连接形成整体共同工作。
[0029] 所述组合桥梁按照受力特点分为正弯矩区和负弯矩区,所述正弯矩区的上弦杆为普通钢管砼上弦杆3,下弦杆为预应力钢管砼下弦杆2;所述负弯矩区的上弦杆为预应力钢管砼上弦杆1,下弦杆为普通钢管砼下弦杆4,负弯矩区的底板平联中灌注有混凝土,正弯矩区的底板平联中不灌注混凝土。
[0030] 为保证钢管砼桁架与混凝土桥面板形成组合作用,在预应力钢管砼上弦杆1和普通钢管砼上弦杆3上方焊接具有抗剪及抗拔作用的连接件,连接件可采用剪力钉群11,预制桥面板结构上设置有与剪力钉群11配合连接的剪力钉槽9。如图3和图4所示。在预制混凝土桥面板8内配置有一定数量的受力钢筋或预应力筋和构造钢筋。
[0031] 所述的预应力钢管砼上弦杆和预应力钢管砼下弦杆中设置有预应力筋12。
[0032] 本发明的施工工序为:(1)按照正、负弯矩区,工厂分段预制梁段钢结构部分;
(2)在工厂内在所有上弦杆上方焊接抗剪钉群11;
(3)预制混凝土桥面板,桥面板预留剪力钉槽9,位置和上弦杆剪力钉群11对应;
(4)在工厂内分别在负弯矩区上弦和正弯矩区下弦采用先张法施加预应力,施工顺序为:施加预应力、灌注混凝土、松弛张拉力;
(5)将梁段运输到施工现场,在桥墩上将预制组合梁段安装到位并进行拼接;
(6)在施工现场,按照负弯矩区下弦、负弯矩区下弦钢板平联、正弯矩区顶板上弦的顺序灌注混凝土,负弯矩区在下弦钢管和下弦钢板平联内均灌注混凝土,正弯矩区只在上弦钢管内灌注混凝土;
(7)铺设预制桥面板8,浇筑剪力槽9和板接缝10,浇筑顺序为:正弯矩区剪力槽和板接缝‑负弯矩区板接缝‑负弯矩区剪力槽,通过最后浇筑负弯矩区剪力槽,结合上弦钢管砼内预应力,以减少负弯矩区预制板的拉应力。
[0033] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于设备实施例而言,以上所述仅是本发明的优选实施方式,由于其基本相似于方法实施例,所以描述得比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,对于本技术领域的普通技术人员来说,可轻易想到的变化或替换,在不脱离本发明原理的前提下,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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