一种城市轨道交通波纹钢-混凝土U型组合梁及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202111643930.5 | 申请日 | 2021-12-29 | 公开(公告)号 | CN114232462B | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 刘发起; 王玉银; 刘昌永; 闫豪峰; | ||||
| 摘要 | 一种城市轨道交通波纹 钢 ‑ 混凝土 U型组合梁及其施工方法，本 发明 涉及城市轨道交通 桥梁 用钢‑混凝土组合梁技术领域。本发明为了解决为了现有的U型梁结构受 力 不够合理施工难度大，U形梁断面不规则结构繁复，槽型梁的抗扭 刚度 和横向抗弯刚度小， 腹板 混凝土竖向受拉的问题。本发明包括 底板 、腹板、贯通 钢筋 、接合钢筋和翼缘，所述U型组合梁的底板和腹板均由外侧波纹钢板、内侧波纹钢板及两者间填充的混凝土层构成，所述外侧波纹钢板和内侧波纹钢板上端埋进翼缘，总体构成U型组合梁。本发明用于城市轨道交通建设。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种城市轨道交通波纹钢‑混凝土U型组合梁，其包括底板(1)、腹板(2)、贯通钢筋(8)、接合钢筋(9)和翼缘(3)，其特征在于：所述U型组合梁的底板(1)和腹板(2)均由外侧波纹钢板(5)、内侧波纹钢板(6)及两者间填充的混凝土层(7)构成，所述外侧波纹钢板(5)和内侧波纹钢板(6)上端埋进翼缘(3)，总体构成U型组合梁。 |
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| 说明书全文 | 一种城市轨道交通波纹钢‑混凝土U型组合梁及其施工方法技术领域背景技术[0002] 目前城市轨道混凝土桥梁及钢混组合结构的槽型梁桥梁的预制装配化施工技术还不够成熟，实际应用过程中存在问题，比如：工厂化程度不高，现场作业量仍较大，单梁宽度小，主梁数目多，纵向接缝多，钢混组合结构桥梁需焊接大量的剪力钉才能有效地传递剪力并抵御混凝土和钢梁之间的掀起力。施工难度大，槽型梁中的U形梁断面不规则，扭转刚度小，结构繁复，需要复杂工程机械，需要在运输、预制和安装方面采取有效措施，槽型梁的抗扭刚度和横向抗弯刚度小，主梁弯扭耦合，梁板结合部位应力复杂，腹板混凝土竖向受拉，槽形截面中性轴偏低，预应力钢束偏心距小，对混凝土施加预应力效率低，都给槽型梁的应用和推广造成了较大困难。公知的U型梁，如公开号为CN101120140A、名称为“城市轨道交通U型梁”的中国专利申请，其为轨道交通单线U型梁，仅适用于城市轨道交通中等跨度30米左右的桥梁。在交叉渡线区段或者需要跨越较大节点时，现有的U型梁结构受力不够合理，所以无法满足要求，需要采用其它梁型，而采用其它梁型，又会影响景观，这就制约了U型梁的应用。 [0003] 波纹钢‑混凝土组合梁是近年来提出的新型组合梁，它是波纹钢‑混凝土组合结构在桥梁中的应用。文献号为CN112482661A的现有技术提出一种起波外包波纹钢‑混凝土组合梁及其施工方法和应用，文献中公开的起波外包波纹钢‑混凝土组合梁，包括钢骨架和波浪形混凝土，钢骨架包括端板、起波底板、波纹腹板、起波顶板，起波底板和起波顶板上具有若干倒U型波，提高了受力性能和抗震性。 [0004] 可看出，由于U型梁结构受力不够合理施工难度大，U型梁断面不规则结构繁复，槽型梁的抗扭刚度和横向抗弯刚度小，腹板混凝土竖向受拉强度低等问题，现有技术中没有将双U型或多U型的波纹钢‑混凝土组合梁应用于城市轨道交通。 发明内容[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中，U型梁结构受力不够合理施工难度大，U型梁断面不规则结构繁复，槽型梁的抗扭刚度和横向抗弯刚度小，腹板混凝土竖向受拉等问题，进而提出一种城市轨道交通波纹钢‑混凝土U型组合梁及其施工方法。 [0006] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种城市轨道交通波纹钢‑混凝土U型组合梁包括底板、腹板、贯通钢筋、接合钢筋和翼缘，所述U型组合梁的底板和腹板均由外侧波纹钢板、内侧波纹钢板及两者间填充的混凝土层构成，所述外侧波纹钢板和内侧波纹钢板上端埋进翼缘，总体构成U型组合梁。 [0007] 进一步地，所述外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的外形均为U型且波纹沿U形波纹钢板的长度方向横向排列，U型组合梁的截面方向布置有一组外侧波纹钢板和两组内侧波纹钢板，其中两组内侧波纹钢板的相对的一侧组成竖梁，各组U形波纹钢板间在长度方向均采用螺栓和焊接的方式连接。 [0008] 进一步地，所述外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的上部位置均开有通孔，外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的上缘均焊接有接合钢筋，所述通孔内布置有贯通钢筋，所述外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的边缘通过贯通钢筋、接合钢筋与翼缘连接。 [0009] 进一步地，所述波纹钢板上部的通孔位于相应波纹的波峰和波谷处，通孔内穿有贯通钢筋，形成抗剪连接件，所述通孔形状选择圆孔、椭圆孔或其他形状的开口或闭口的孔。 [0011] 进一步地，所述外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的波纹形状为锯齿状、圆形、椭圆形或梯形。 [0012] 进一步地，所述混凝土层的材料选用普通混凝土、高强混凝土或纤维混凝土。 [0014] 本发明为解决上述问题采取的另一种技术方案是：一种城市轨道交通波纹钢‑混凝土U型组合梁施工方法，包括以下步骤： [0015] 步骤一：按设计参数场外预制一组U型外侧波纹钢板和两组U型内侧波纹钢板，工厂预制加工外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的波纹和通孔，然后将各组间的波纹钢板通过螺栓或者焊接连接； [0016] 步骤二：安装贯通钢筋和接合钢筋，先将外侧波纹钢板和内侧波纹钢板间采用钢制定位架定位，然后在相邻外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的通孔里穿进贯通钢筋后焊接，在外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的上缘焊接接合钢筋； [0017] 步骤三：采用搅拌设备进行超高性能混凝土拌制，对外侧波纹钢板和内侧波纹钢板中间位置进行混凝土浇筑，然后在相邻的外侧波纹钢板和内侧波纹钢板上缘浇筑混凝土，形成混凝土翼缘； [0018] 步骤四：混凝土达到预设强度时，拆除固定外侧波纹钢板和内侧波纹钢板的钢制定位架，将预制好的U型组合梁进行整体施工或采用节段拼装施工。 [0019] 进一步地，所述步骤二中的接合钢筋分为两组，一组焊接在外侧波纹钢板或内侧波纹钢板的波纹波峰上，另一组焊接在外侧波纹钢板或内侧波纹钢板的波纹波谷上。 [0020] 本发明具有以下有益技术效果： [0021] 本发明相较于上承式梁，U型梁的建筑髙度很大程度上由道床板的横向跨度来决定，减少了自轨面到梁底的高度，増加了桥下净空，降低建筑高度，节省路基土方用量、减少占地面积、降低工程投资。本发明相较于其他下承式梁，结构断面利用率髙，可节约钢材、降低噪音、方便养护，抗震性能强，同时U型梁能够有效预防列车出轨及倾覆下落，保证了行车的舒适安全度；外观流畅且具有遮挡形，满足了景观效果。 [0022] 本发明波纹钢和U型梁结合可以提高抗扭刚度和横向抗弯刚度，与预应力钢筋共同受拉，预应力施工难度降低，双U型梁中间的竖梁提升腹板抗拉性能、整体的抗扭、横向抗弯，波纹钢作为模板方便加工，减少混凝土用量，减少预应力钢筋布置，下部布有钢板，吊装方便。 [0023] 本发明腹板可作为一部分声屏障使用，可以有效的阻隔轮轨噪音的传播，相比于箱型结构，U型梁能有效减少6～10db噪声；景观效果好，U梁可降低建筑高度，相同条件下U型梁的高度仅有箱梁的1/3左右且腹板采用折线设计，使结构体形在视觉上显得更加轻盈。腹板的存在还可以遮挡列车底部的道床和众多复杂的电缆通讯线路，仅仅显示出车体部分，整体视觉效果更加简洁美观；截面利用率高可以减少土建费用；集成性好，在U型梁的设计中，可以统筹安排，将各种电缆通讯线路、接触立柱、疏散平台等附属结构整合到腹板与翼缘结构上，提前预留孔洞与桥架，增强了各专业设计和施工的协调性，减少设计和施工时间；安全性高，U型梁两侧竖立的腹板起到防撞栏杆(墩)的效果，提高了结构可靠性，同时U型梁上翼缘可当成逃生通道与疏散平台相接，在突发情况下可快速分流乘客。 附图说明 [0024] 图1是发明的结构示意图； [0025] 图2是腹板与翼缘的连接结构示意图； [0026] 图3是波纹钢板上的通孔示意图； [0027] 图4是承轨台的布置结构示意图； [0028] 图中，1、底板，2、腹板，3、翼缘，4、竖梁、5、外侧波纹钢板，6、内侧波纹钢板，7、混凝土层，8、贯通钢筋，9、接合钢筋，10、承轨台，11、通孔。 具体实施方式[0030] 请参照图1至图4所示，所述一种城市轨道交通波纹钢‑混凝土U型组合梁包括底板1、腹板2、贯通钢筋8、接合钢筋9和翼缘3，所述U型组合梁的底板1和腹板2均由外侧波纹钢板5、内侧波纹钢板6及两者间填充的混凝土层7构成，所述外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6上端埋进翼缘3，总体构成U型组合梁。 [0031] 进一步，在一种较佳实施例中，所述外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的外形均为U型且波纹沿U形波纹钢板的长度方向横向排列，U型组合梁的截面方向布置有一组外侧波纹钢板5和两组内侧波纹钢板6，其中两组内侧波纹钢板6的相对的一侧组成竖梁4，各组U形波纹钢板间在长度方向均采用螺栓和焊接的方式连接；波纹钢‑混凝土U型组合梁也可由一组外侧波纹钢板5，两组以上内侧波纹钢板6和内部填充的混凝土层7组成，两组内侧波纹钢板6的相对的一侧组成竖梁4也为两组以上，底板上布置至少两组承轨台10，相邻承轨台10由竖梁4隔开。 [0032] 进一步，在一种较佳实施例中，所述外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的上部位置均开有通孔11，外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的上缘均焊接有接合钢筋9，所述通孔11内布置有贯通钢筋8，所述外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的边缘通过贯通钢筋8、接合钢筋9与翼缘3连接；所述接合钢筋9分为两组，一组焊接在外侧波纹钢板5或内侧波纹钢板6的波纹波峰上，另一组焊接在外侧波纹钢板5或内侧波纹钢板6的波纹波谷上，外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的上部以及通钢筋8、接合钢筋9均埋设在翼缘3内部。 [0033] 进一步，在一种较佳实施例中，所述波纹钢板上部的通孔位于相应波纹的波峰和波谷处，通孔内穿有贯通钢筋8，形成抗剪连接件，所述通孔11形状选择圆孔、椭圆孔或其他形状的开口或闭口的孔，通孔11的制作方法大多都是采用钻孔方法，通常采用冲孔设备加工。 [0034] 进一步，在一种较佳实施例中，所述外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6为镀锌波纹钢板或者纤维增强复合材料板。一般的镀锌波纹钢板结构的使用寿命可达75年甚至100年之久，使用期间无需定期维护即可满足运营要求；低碳环保，钢波纹管桥涵的施工减少了常规建材如水泥、砂石的用量，有利于环保；丰富的波形和截面形式，波纹钢板充分利用了钢材的可再加工能力，可以生产不同波形、壁厚的钢板，同时波纹钢管涵的截面形式也非常丰富，可适用于不同的地形地貌，满足不同的使用功能和强度要求；工厂标准化生产，波纹钢板可以在工厂集中预制，批量生产，生产过程不受环境影响，生产效率高、周期短，并可确保加工精度和产品质量。 [0035] 进一步，在一种较佳实施例中，所述外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的波纹形状为锯齿状、圆形、椭圆形或梯形，所述外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6均由一整块平钢板模压成波纹状再弯曲形成。 [0036] 进一步，在一种较佳实施例中，所述混凝土层7的材料选用普通混凝土、高强混凝土或纤维混凝土。普通混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材，混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌混凝土或混凝土拌合物。 [0037] 高强混凝土指的是强度等级为C60及其以上的混凝土，C100强度等级以上的混凝土称为超高强混凝土，它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强的混凝土。高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用，高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面。 [0038] 纤维混凝土，是纤维和水泥基料(水泥石、砂浆或混凝土)组成的复合材料的统称。水泥石、砂浆与混凝土的主要缺点是：抗拉强度低、极限延伸率小、性脆，加入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维，可以克服这些缺点。以水泥浆、砂浆或混凝土作基材，以纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料，称为纤维混凝土。纤维可控制基体混凝土裂纹的进一步发展，从而提高抗裂性。由于纤维的抗拉强度大、延伸率大，使混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击强度及延伸率和韧性得以提高。纤维混凝土的主要品种有石棉水泥、钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土及碳纤维混凝土、植物纤维混凝土和高弹模合成纤维混凝土等。 [0039] 进一步，在一种较佳实施例中，所述底板1上布置有至少两对承轨台10，沿底板1长度方向固定连接有供电装置、供电电缆支承体和通信信号电缆槽，所述腹板2上布置有防撞栏杆，所述翼缘3上布置有逃生通道与疏散平台相接。 [0040] 腹板可作为一部分声屏障使用，可以有效的阻隔轮轨噪音的传播，相比于箱型结构，U型梁能有效减少6～10db噪声；景观效果好，U梁可降低建筑高度，相同条件下U型梁的高度仅有箱梁的1/3左右且腹板采用折线设计，使结构体形在视觉上显得更加轻盈。腹板的存在还可以遮挡列车底部的道床和众多复杂的电缆通讯线路，仅仅显示出车体部分，整体视觉效果更加简洁美观；截面利用率高可以减少土建费用；集成性好，在U型梁的设计中，可以统筹安排，将各种电缆通讯线路、接触立柱、疏散平台等附属结构整合到腹板与翼缘结构上，提前预留孔洞与桥架，增强了各专业设计和施工的协调性，减少设计和施工时间；安全性高，U型梁两侧竖立的腹板起到防撞栏杆(墩)的效果，提高了结构可靠性，同时U型梁上翼缘可当成逃生通道与疏散平台相接，在突发情况下可快速分流乘客。 [0041] 进一步，在一种较佳实施例中，一种城市轨道交通城市轨道交通波纹钢‑混凝土U型组合梁施工方法，其特征在于，包括以下步骤： [0042] 步骤一：按设计参数场外预制一组U型外侧波纹钢板5和两组U型内侧波纹钢板6，工厂预制加工外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的波纹和通孔，然后将各组间的波纹钢板通过螺栓或者焊接连接； [0043] 步骤二：安装贯通钢筋8和接合钢筋9，先将外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6间采用钢制定位架定位，然后在相邻外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的通孔里穿进贯通钢筋8后焊接，在外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的上缘焊接接合钢筋9； [0044] 步骤三：采用搅拌设备进行超高性能混凝土拌制，对外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6中间位置进行混凝土浇筑，然后在相邻的外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板上缘浇筑混凝土，形成混凝土翼缘3； [0045] 步骤四：混凝土达到预设强度时，拆除固定外侧波纹钢板5和内侧波纹钢板6的钢制定位架，将预制好的U型组合梁进行整体施工或采用节段拼装施工。 [0046] 进一步，在一种较佳实施例中，所述步骤二中的接合钢筋9分为两组，一组焊接在外侧波纹钢板5或内侧波纹钢板6的波纹波峰上，另一组焊接在外侧波纹钢板5或内侧波纹钢板6的波纹波谷上。 [0047] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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