钢混组合梁桥的墩梁连接构造及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202311627091.7 | 申请日 | 2023-11-30 | 公开(公告)号 | CN117626782A | 公开(公告)日 | 2024-03-01 |
| 申请人 | 林同棪国际工程咨询(中国)有限公司; | 发明人 | 乔云强; 杨丁; 陈晓虎; 陈家勇; 邓宇; 卢干; 郑光琴; 刘林陇; 肖奎; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 钢 混组合梁桥的墩梁连接构造，包括钢结构横梁系统、钢管 混凝土 桥墩和钢 混叠 合梁系统，所述钢结构横梁系统、钢管混凝土桥墩和钢混叠合梁系统之间通过 现浇混凝土 固结形成钢混组合结构；解决了 现有技术 中钢混叠合 桥梁 采用盖梁+支座的结构形式整体受 力 性能不高、材料不节约、桥梁规模加大、维修养护代价大、耐久性差、桥下占用空间大、工期和 质量 不易控制、工业化建造程度低、景观效果差等问题，并具有施工简单、快捷、高效，质量容易控制的特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钢混组合梁桥的墩梁连接构造，其特征在于：包括钢结构横梁系统、钢管混凝土桥墩和钢混叠合梁系统，所述钢结构横梁系统、钢管混凝土桥墩和钢混叠合梁系统之间通过现浇混凝土固结形成钢混组合结构。 |
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| 说明书全文 | 钢混组合梁桥的墩梁连接构造及其施工方法技术领域[0001] 本发明涉及一种钢混组合梁桥的墩梁连接构造，具体涉及一种钢混组合梁桥的墩梁连接构造及其施工方法。 背景技术[0002] 多跨梁桥一般采用连续梁桥或连续刚构的结构形式，梁桥的桥墩和主梁之间的传力技术非常关键。连续梁桥是通过桥墩(或盖梁)与主梁之间设置支座实现传力，连续刚构是通过桥墩与主梁之间形成固结结构实现传力。由于连续刚构的整体结构性能更优，设计应优先采用桥墩与主梁固结的结构。由于钢混组合桥梁受力性能好、工业化建造程度高，工程应用越来越多。对于横桥向多片主梁的钢混叠合梁，现有技术采用连续梁结构，即上部的钢混叠合梁和下部的钢管混凝土桥墩(或混凝土桥墩)之间通过支座+盖梁的形式传力。现有钢混叠合桥梁采用盖梁+支座的结构形式，主要存在以下问题： [0003] 1、桥梁的上部和下部结构没有连接成一体，没有形成刚构受力，结构整体性差，受力性能没有得到充分发挥；2、支座+盖梁的高度大，对横桥向的桥下净空有要求的情况下，需要抬高桥面，将大幅增加桥梁规模，对于城市桥梁影响更大；3、支座容易损坏，有使用年限，养护维修费用高，更换麻烦，增加后期运营成本；4、在大纵坡、地震烈度高的地区，钢板组合梁桥的支座可能会发生较大错位和剪切破坏，甚至出现支座脱空现象或梁体倾覆事故；5、盖梁与桥墩组成带悬臂的框架，混凝土盖梁以受弯矩和剪力为主，混凝土材料结构效率低，需通过合理布置桥墩间距和张拉预应力来满足受力需要；6、盖梁下桥墩间距大，会占用更大的桥下空间，不利于用地控制；7、如盖梁采用现浇钢筋混凝土结构，施工风险大，质量控制难度大，工期较长；8、如盖梁采用预制钢筋混凝土结构，盖梁结构尺寸大，重量大，运输和安装的难度大，工业化程度低；9、盖梁在主梁和桥墩间尺寸大且突兀，景观效果差。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢混组合梁桥的墩梁连接构造及其施工方法，解决了现有技术中(钢混叠合桥梁采用盖梁+支座的结构形式)整体受力性能不高、材料不节约、桥梁规模加大、维修养护代价大、耐久性差、桥下占用空间大、工期和质量不易控制、工业化建造程度低，景观效果差等问题，并具有施工简单、快捷、高效，质量容易控制的特点。 [0006] 进一步，所述钢结构横梁系统具有多个由隔板间隔的箱室结构，所述钢管混凝土桥墩的墩顶钢管延伸至钢结构横梁系统的箱室结构内焊接，并通过现浇混凝土与钢结构横梁系统固结； [0007] 进一步，所述钢混叠合梁系统包括工字钢主梁和设置于工字钢主梁上的预制混凝土桥面板，所述工字钢主梁与预制混凝土桥面板之间设置有剪力钉群，所述工字钢主梁搭接于钢结构横梁系统的箱室结构，内并通过现浇混凝土与钢结构横梁系统固结； [0008] 进一步，所述钢结构横梁系统包括顶板、底板、底板加劲肋、腹板、侧封板和横隔板，所述腹板垂直连接于顶板和底板之间，所述侧封板与横隔板、腹板、底板组成沿腹板对称设置的混凝土填充箱室，所述混凝土填充箱室横桥向间隔设置有用于搭接工字钢主梁的安装槽，所述安装槽设置有用于搭接工字钢梁后罩设于安装槽上形成钢梁固结填充箱室的封板； [0009] 进一步，所述工字钢主梁端部向外延伸形成位于钢梁固结填充箱室内的剪力连接板，所述剪力连接板上分布有若干连接板剪力钉； [0010] 进一步，所述侧封板平行腹板设置，所述横隔板垂直连接腹板和侧封板，所述横隔板上设置有流通孔用于浇筑过程中混凝土的流通，所述加劲肋沿底板呈纵横交错设置； [0011] 进一步，所述墩顶钢管伸入混凝土填充箱室内1/2高度，所述墩顶钢管与底板、底板加劲肋以及腹板焊接； [0012] 进一步，所述钢管混凝土桥墩的墩顶钢管内径向设置有加劲板，所述加劲板焊接于钢管及钢结构横梁系统的腹板； [0013] 进一步，所述钢管混凝土桥墩包括两根钢管和纵向将两根钢管连接为一体的连接缀板，所述两根钢管和连接缀板内均填充混凝土，所述连接缀板从钢结构横梁系统的底板延伸至钢管混凝土桥墩墩底。 [0014] 本发明的钢混组合梁桥的墩梁连接构造的施工方法，包括以下步骤： [0015] S1,在已施工好的钢管混凝土桥墩上方，安装工厂加工好的钢结构横梁系统:通过钢管混凝土桥墩与钢结构横梁系统的墩顶钢管之间的对接焊缝使桥墩和横梁形成整体结构； [0016] S2，吊装工字钢主梁，放置在安装槽底板加劲肋上方，通过工字钢主梁与底板加劲肋之间的搭接实现桥跨之间的工字钢主梁处于简支约束状态； [0017] S3，焊接安装槽侧封板后浇筑混凝土至顶板位置； [0018] S4，架设预制混凝土桥面板，进行墩顶桥面板钢筋连接，预制混凝土桥面板通过集束式剪力钉与工字钢梁进行连接形成钢混组合梁； [0019] S5，安装墩顶桥面板现浇段的模板与钢筋，然后浇筑混凝土与预制混凝土桥面板顶部齐平，完成该结构施工。实现工字钢混组合梁与钢管凝土桥墩完全固结，使其达到连续刚构桥梁的受力状态。 [0020] 本发明的有益效果:本发明的钢混组合梁桥的墩梁连接构造及其施工方法，集成了钢结构横梁系统、钢管混凝土桥墩、钢混叠合梁系统等装配式桥梁结构组件，提高了结构和材料的使用效率，便于加工制造、构件运输和现场组装，解决了现有技术中钢混叠合桥梁采用盖梁+支座的结构形式整体受力性能不高、材料不节约、桥梁规模加大、维修养护代价大、耐久性差、桥下占用空间大、工期和质量不易控制、工业化建造程度低，景观效果差等问题。具有受力合理、安全可靠，耐久性好，节约材料、降低规模，有利于桥下空间利用和用地控制，易于加工、运输和安装，对复杂环境适用性强，工业化程度高、对环境影响小，造型美观等优点。 [0021] 本发明的钢混组合梁桥的墩梁连接构造，采用墩梁固结的形式，提高桥梁的整体刚度，墩梁固结位置受力合理、传力可靠；桥梁上下部结构形成一整体，增加桥跨结构的超静定次数，提高桥梁结构的整体抗震性能；采用钢混组合结构，充分发挥了钢材与混凝土两种材料的力学性能，提高结构效率；该墩梁连接构造具备半隐藏式特点，与主梁形成整体，造型美观，同时增加桥下净空，提升了桥梁的景观效果，且可采用预制拼装的施工方式，现场可实现无支架或少支架施工，保障施工品质。另外，施工时可利用自身结构钢板作为混凝土浇筑时的侧模，无需搭建额外的模板，施工流程更加简单，降低桥梁建设成本；省去了支座的使用，降低了桥梁建设成本的同时，还降低了桥梁运营成本。钢结构横梁系统、钢管混凝土桥墩和钢混叠合梁系统可采用标准化尺寸构件，预制工业化程度高，现场安装操作简单，有效减少现场作业量，缩短施工时间。附图说明 [0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： [0023] 图1为本发明的钢混组合梁桥的墩梁连接构造结构示意图； [0024] 图2为本发明的钢结构横梁系统结构示意图； [0025] 图3为图2的俯视图； [0026] 图4为本发明的钢混叠合梁系统结构示意图； [0027] 图5为本发明的工字钢主梁端部结构示意图； [0028] 图6为施工方法中步骤S1状态下的结构示意图； [0029] 图7为施工方法中步骤S2状态下的力流传递示意图； [0030] 图8为本发明的钢管混凝土桥墩结构示意图。 [0031] 其中，附图标记为：1‑钢结构横梁系统、2‑钢管混凝土桥墩、3‑钢混叠合梁系统、11‑顶板、12‑腹板、13‑底板、14‑底板加劲肋、15‑侧封板、16‑隔板、17‑隔板翼缘、18‑墩顶钢管、19‑桥墩加劲板、21‑连接缀板、22‑对接焊缝、31‑工字钢主梁、32‑剪力连接板、33‑连接板剪力钉、34‑剪力钉群、35‑预制混凝土桥面板、36‑槽口。 具体实施方式[0032] 本实施例的钢混组合梁桥的墩梁连接构造，包括钢结构横梁系统1、钢管混凝土桥墩2和钢混叠合梁系统3，所述钢结构横梁系统1、钢管混凝土桥墩2和钢混叠合梁系统3之间通过现浇混凝土固结形成钢混组合结构；钢管混凝土桥墩2支撑钢结构横梁系统1，钢结构横梁系统1支撑钢混叠合梁系统3，采用固结的形式，使桥梁上、下结构成为刚构体系，整体受力性能好，结构尺寸减小，材料用量降低，属于高性能结构。 [0033] 本实施例中，所述钢结构横梁系统1具有多个由隔板16间隔的箱室结构，所述钢管混凝土桥墩2的墩顶钢管18延伸至钢结构横梁系统1的箱室结构内焊接，并通过现浇混凝土与钢结构横梁系统1固结；墩顶钢管18伸入钢结构横梁系统1内与钢结构横梁系统1焊接固定，并通过现浇混凝土固结形成钢混组合结构的连接构造，使横梁与桥墩形成固结体系。 [0034] 本实施例中，所述钢混叠合梁系统3包括工字钢主梁31和设置于工字钢主梁31上的预制混凝土桥面板35，所述工字钢主梁31与预制混凝土桥面板35之间设置有剪力钉群34，所述工字钢主梁31搭接于钢结构横梁系统1的箱室结构内，并通过现浇混凝土与钢结构横梁系统1固结；所谓“剪力钉群”是指多个剪力钉以集束的方式组合在一起，在工字钢顶板 11上等间距均布若干个剪力钉群，在对应的预制混凝土桥面板35开设用于剪力钉群34穿过的槽口36，预制混凝土桥面板35支撑于工字钢主梁31上，现浇混凝土包含钢结构横梁系统1现浇部分以及墩顶桥面板35现浇段，在架设预制混凝土桥面板35过程中进行墩顶桥面板35钢筋连接，当预制混凝土桥面板35安装于工字钢主梁31后，在分布有剪力钉的槽口36内现浇混凝土，实现工字钢主梁31与预制混凝土桥面板35之间固结为一体，预制混凝土桥面板 35通过集束式剪力钉与工字钢梁进行连接形成钢混叠合梁。钢结构横梁系统1通过现浇混凝土，与工字钢主梁端部剪力连接板32融为一体，从而将桥梁上下部结构形成一整体，增加桥跨结构的超静定次数，提高桥梁结构的整体抗震性能。 [0035] 本实施例中，所述钢结构横梁系统1包括顶板11、腹板12、底板13、底板加劲肋14、侧封板15和隔板16，所述腹板12垂直连接于顶板11和底板13之间，所述侧封板15与隔板16、腹板12、底板13组成沿腹板12对称设置的混凝土填充箱室，所述混凝土填充箱室横桥向间隔设置有用于搭接工字钢主梁31的安装槽，所述安装槽设置有用于搭接工字钢梁后罩设于安装槽上形成钢梁固结填充箱室的封板；所述侧封板15平行腹板12设置，所述隔板16垂直连接腹板12和侧封板15，所述隔板16上设置有流通孔用于浇筑过程中混凝土的流通，所述底板加劲肋14沿底板13呈纵横交错设置；顶板11和底板13上下相对平行设置，腹板12两端垂直连接顶板11和底板13，侧封板15以平行于腹板12的方式垂直设置于底板13上，腹板12两侧均设置侧封板15，隔板16垂直连接底板13、侧封板15和腹板12形成多个沿横桥向分布的混凝土填充箱室，底板13的宽度大于顶板11，顶板11起到固定腹板12的作用，顶板11与侧封板15之间相对形成用于浇筑混凝土的灌注口，施工时通过箱室的开口端现场浇筑混凝土，隔板16的开孔有效保障了浇筑过程中混凝土的流通性。隔板16带有隔板翼缘17，隔板翼缘17与隔板16、顶板11和侧封板15焊接，起到对整体结构的加强作用。隔板16与腹板12、底板13、底板加劲肋14形成安装工字钢梁的安装槽，工字钢钢梁搭接于底板加劲肋14上，然后焊接安装槽范围侧封板15后即形成钢梁固结填充箱室，然后通过现浇混凝土与工字钢主梁31端部融为一体，节约了大量竖向空间。对横桥向的桥下净空有要求的情况下，桥梁规模大幅降低，如原桥面纵坡4％，降低1.5m桥面标高，桥梁长度减少75m。该构造使钢结构横梁系统1主要受力结构为“工”字型结构，上翼缘为单个顶板11，下翼缘由底板13和加劲肋14组成，更加符合悬臂状态下上翼缘受拉，下翼缘受压的受力状态，传力可靠、受力合理。顶板 11、底板13、底板加劲肋14、腹板12、侧封板15和隔板16均采用钢板，并采用焊接的方式连接固定。焊接安装槽范围侧封板15后第一次浇筑混凝土至顶板11位置，通过第一次现浇混凝土实现了钢结构横梁向钢混组合结构横梁结构形式的转变，以及钢结构横梁与工字钢主梁 31的初步固结，实现了工字钢主梁31由简支约束向固结约束的转换，大大提升了横梁的承载能力。 [0036] 本实施例中，所述工字钢主梁31端部向外延伸形成位于钢结构横梁混凝土填充箱室内的剪力连接板32，所述剪力连接板32上分布有若干连接板剪力钉33；剪力连接板32是为了设置连接板剪力钉33，当浇筑混凝土后，提高混凝土与工字钢主梁31间的连接性能； [0037] 本实施例中，所述墩顶钢管18伸入混凝土填充箱室内1/2高度，所述墩顶钢管18与底板13和底板加劲肋14以及腹板12焊接；所述钢管混凝土桥墩2的墩顶钢管18内径向设置有加劲板19，所述加劲板19焊接于钢管及钢结构横梁系统1的腹板12；钢结构横梁系统1的底板13设置加劲肋14以传递施工过程中钢结构自重荷载。钢结构横梁系统1的顶板11、腹板12、底板13和底板加劲肋14形成主要受力体系，共同提供横桥向的抗弯刚度。钢结构横梁系统1主要受力结构为“工”字型结构，上翼缘为单个顶板11，下翼缘由底板13和加劲肋14组成，更加符合悬臂状态下上翼缘受拉，下翼缘受压的受力状态，传力可靠、受力合理。该结构适用于大悬臂受力状态，横桥向桥墩2所占的桥下空间大幅减少，非常有利于桥下空间利用和用地控制。 [0038] 本实施例中，所述钢管混凝土桥墩2包括两根钢管和纵向将两根钢管连接为一体的连接缀板21，所述两根钢管和连接缀板21内均填充混凝土，所述连接缀板21从钢结构横梁系统1的底板13延伸至钢管混凝土桥墩2墩底。钢管混凝土桥墩2采用哑铃型截面，采用钢混组合结构，使其具有良好的承载能力和抗震性能。 [0039] 本实施例的钢混组合梁桥的墩梁连接构造的施工方法，包括以下步骤： [0040] S1,在已施工好的钢管混凝土桥墩2上方，安装工厂加工好的钢结构横梁系统1。通过钢管混凝土桥墩2与钢结构横梁系统1的墩顶钢管18之间的对接焊缝，使得桥墩和钢结构横梁形成整体结构； [0041] S2，吊装工字钢主梁31，放置在安装槽底板13加劲肋14上方。通过工字钢主梁31与底板13加劲肋14之间的搭接，实现桥跨之间的工字钢主梁31处于简支约束状态；工字钢主梁31自重荷载较轻，通过钢结构横梁系统传递给桥墩结构； [0042] S3，焊接安装槽侧封板15，第一次浇筑混凝土至顶板11位置，通过第一次现浇混凝土实现了钢结构横梁向钢混组合结构横梁结构形式的转变，以及横梁与工字钢主梁31的初步固结，实现了工字钢主梁31由简支约束向固结约束的转换，大大提升了横梁的承载能力，以及工字钢主梁31在桥面板35架设过程中的稳定性。盖梁隔板16的开孔有效保障了浇筑过程中混凝土的流通性； [0043] S4，架设预制混凝土桥面板35，进行墩顶桥面板35钢筋连接。预制混凝土桥面板35通过集束式剪力钉与工字钢梁31进行连接形成钢混组合梁； [0044] S5，安装墩顶桥面板35现浇段的模板与钢筋，第二次浇筑混凝土与预制混凝土桥面板35顶部齐平，完成该结构施工。实现工字钢混组合梁与钢管凝土桥墩完全固结，使其达到连续刚构桥梁的受力状态。 [0045] 本发明还公开一种钢混组合梁桥的墩梁连接构造，所述钢混组合梁桥具有上述墩梁连接构造；该钢混组合梁桥的墩梁连接构造具备以下的优势： [0046] 1、桥墩与主梁之间传力采用固结的形式，使桥梁上、下部结构成为刚构体系，整体受力性能好，结构尺寸减小，材料用量降低，属于高性能结构。 [0047] 2、钢结构横梁系统1通过现浇混凝土，与工字钢主梁31端部融为一体，节约了大量竖向空间。对横桥向的桥下净空有要求的情况下，桥梁规模大幅降低，如原桥面纵坡4％，降低1.5m桥面标高，桥梁长度减少75m。 [0048] 3、节省了大量支座，避免了支座在运营期间的病害和养护，降低桥梁维修养护成本。该结构便于后期养护，提高了桥梁耐久性。 [0049] 4、提高了桥梁整体刚度，抗灾能力增强，主梁在活载作用下的变形减小。 [0050] 5、钢结构横梁系统1主要受力结构为“工”字型结构，上翼缘为单个顶板1，下翼缘由底板3和加劲肋4组成，更加符合悬臂状态下上翼缘受拉，下翼缘受压的受力状态，传力可靠、受力合理。 [0051] 6、随着施工步骤变化，钢结构横梁与现浇混凝土组成了钢混组合结构，充分发挥了两种材料的优势，其受力性能进一步提升，受压的钢板得到混凝土的约束作用，避免了局部失稳。 [0052] 7、该结构适用于大悬臂受力状态，横桥向桥墩所占的桥下空间大幅减少，非常有利于桥下空间利用和用地控制。 [0053] 8、钢结构横梁系统1在工厂加工好后运输至现场，有利于质量和工期控制。 [0054] 9、钢结构横梁系统1尺寸小，重量轻，更加便于运输和吊装，工业化建造程度高。 [0055] 10、现浇混凝土施工不需要额外的支架和模板，墩顶钢管和钢结构横梁系统1的混凝土浇筑工艺相同，工序紧凑，现场施工简单、快捷、高效，质量容易控制，用简单工艺实现了高效结构。 [0056] 11、该结构外观表现为半隐藏式，与工字钢主梁和钢管混凝土桥墩形成了整体，造型美观，提升桥梁景观效果。 |
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