CN101691737B - 一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁及其制备方法，该组合槽形梁包括一对位于该组合槽形梁两侧的波纹钢腹板(1)，浇筑在下翼缘钢板(3)周围的一期混凝土床板(5)、浇筑在上翼缘钢板(2)周围或与上翼缘钢板(2)通过剪力连接件(4)连接的二期混凝土(6)，波纹钢腹板(1)的上部与上翼缘钢板(2)相连接，波纹钢腹板(1)的下部与下翼缘钢板(3)相连接，形成横截面为槽形结构梁。该组合槽形梁解决了上述所述的普通预应力混凝土槽形梁板梁结合部位受力情况复杂、混凝土容易产生开裂；板梁结合部位配筋构造复杂、施工难度大；施工技术条件要求高；现场浇筑施工占地面积大、施工周期长等问题。

Description

一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁组合梁结构，尤其涉及一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁。

背景技术

槽形梁也称为U形梁，国外在20世纪中期就已开展了对预应力混凝土槽形梁的研究，最早应用预应力混凝土槽形梁的是英国1952年建造的罗什尔汉桥。此后，日本、前西德、澳大利亚相继在铁路桥梁中应用了槽形梁，修建了多座槽形梁桥。日本为适应立交桥的发展，增加净空、减少噪音，在二十世纪50年代以后陆续修建了多座槽形梁桥。在新干线的建造中，因为受建筑高度的限制，在许多路段都采用了槽形梁桥，如下拓桥、都计花民桥、第二平原桥等。目前跨度最大的槽形梁，是建于70年代的跨径为68m的第二丘里跨线桥。该桥位于新干线上，是和公路交叉的跨线桥。除简支梁桥外，国外还修建了槽形梁连续梁桥。在轨道交通工程中法国的里尔建造了双线跨度50m的预应力槽形梁；法国13号线在塞纳河上建筑了跨度85m、腹板为矩形、双层底板的槽形梁；智利的圣地亚哥地铁5号线建成双线槽形梁，并运行多年情况良好。日本已把槽形梁的设计计算方法纳入了日本国有铁路建筑物设计标准中，日本和前苏联还做了槽形梁的标准设计。近年来，比利时根据预弯梁结构已有的研究成果，研制了应用于高速铁路桥梁的预弯槽形梁结构。目前已将这种结构应用于横跨欧洲的高速铁路工程中。我国对槽形梁的研究虽起步较晚，但近年来发展非常迅速，有多座桥梁都采用了此种结构。国内最早进行槽形梁研究始于上世纪70年代末，1982年我国在京承(德)线怀柔车站附近建造了1孔20m跨径的双线铁路槽形梁。随后在铁路、轻轨等轨道交通桥梁以及公路桥梁中也多次采用了槽形梁结构，修建了一批简支梁和连续梁结构的槽形梁桥。上海的城铁建设过程中也进行过槽形梁的设计和试验研究。通过研究和实际应用，进一步明确了槽形梁建筑高度低、噪音小的特点，是一种非常适合于轨道交通桥梁的主梁结构形式。槽形梁是一种下承式的预应力混凝土桥梁，轨道铺设于槽形梁的中间道床板上，车辆行进时所需爬升高度远小于其他上承式主梁。另外，其两侧腹板自然形成连贯的隔音带，有效降低了车辆运行对环境产生的噪声污染。这种结构特点使其特别适合于轨道交通桥梁特别是平原地区的轨道交通桥梁。

槽形梁属于一种复杂的空间板梁组合结构，承受荷载时其主梁不但受弯且受扭，板梁结合部位受力情况复杂。预应力钢筋混凝土槽形梁在该位置由于受力情况复杂，混凝土容易产生开裂，使得该部位钢筋易受外界空气、水等介质接触并形成锈蚀，导致结构力学性能和耐久性削弱。在设计计算时需详尽分析局部的应力情况并配置合理的构造配筋。槽形梁对施工技术条件要求较高，对预应力筋的张拉工艺要求尤其严格。另外，目前现有槽形梁多采用现场浇筑的施工方法，施工过程中占地面积大、施工周期长，在城市桥梁建设中受到一定的限制。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁及制备方法，解决上述所述的普通预应力混凝土槽形梁板梁结合部位受力情况复杂、混凝土容易产生开裂；板梁结合部位配筋构造复杂、施工难度大；施工技术条件要求高；现场浇筑施工占地面积大、施工周期长等问题。

技术方案：本发明的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁包括一对位于该组合槽形梁两侧的波纹钢腹板，浇筑在下翼缘钢板周围的一期混凝土、浇筑在上翼缘钢板周围或与上翼缘钢板通过剪力连接件连接的二期混凝土，波纹钢腹板的上部与上翼缘钢板相连接，波纹钢腹板的下部与下翼缘钢板相连接，形成横截面为槽形的组合梁。

本发明的波纹钢腹板预弯组合槽形梁的制备方法包括如下步骤：

1).采用焊接将上翼缘钢板、下翼缘钢板与波纹钢腹板焊接成工形梁；

2).在上翼缘钢板和下翼缘钢板上焊接若干个剪力连接件；

3).在距工形梁两端1/4跨径位置施加竖向预弯力；

4).在下翼缘钢板周围放置纵向钢筋和箍筋并浇筑一期混凝土，形成一期混凝土床板；

5).待一期混凝土床板达到规定强度后，释放预弯力；

6).在上翼缘钢板周围放置纵向钢筋和箍筋并浇筑二期混泥土；待二期混凝土达到规定强度后，完成波钢腹板预弯组合梁制造。

有益效果：根据上述方案，本发明提供一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，以改进传统预应力混凝土槽形梁梁板结合部受力情况复杂、混凝土容易产生开裂、配筋构造复杂等缺陷，同时也可一定程度上改善该结构施工时技术条件要求高、现场浇筑施工占地面积大、施工周期长等问题。本发明由带有波纹钢腹板的工形钢梁和包裹于工字钢梁下翼缘板外的钢筋混凝土床板和包裹于工字型钢梁上翼缘板外的钢筋混凝土板构成，可应用于桥梁工程中，特别是轨道交通桥梁中。由于波纹钢腹板纵桥向刚度很小，在钢梁预弯时不会吸收预弯力，还可减小结构在收缩徐变作用下的预应力损失，因此其预应力效率高；由于波纹钢腹板抗屈曲强度高，因此在施工时无需在腹板处焊接横向或纵向加劲肋，也无需额外设置横桥向支顶装置，因此其施工简便，工期短；波纹钢腹板采用钢板轧制而成，可方便的根据设计要求制作成等截面或变截面高度的腹板；由于该结构预应力效率高、施工方便，其经济性也有所提高。波纹钢腹板预弯组合槽形梁在受到弯曲荷载作用时，弯矩主要由工字钢梁的上下翼缘板以及一期和二期混凝土承担，剪力主要由波纹钢腹板承担。预加于工字钢梁的预弯力可推迟梁体裂缝的出现，有利于充分发挥高强材料的特点。同时由于采用工字钢梁对结构施加预应力，与传统预应力混凝土结构相比避免了设置预应力管道、张拉预应力钢束、锚固及管道灌浆等施工过程，缩短施工周期。而且，波纹钢腹板良好的抗剪承载力避免了腹板裂缝，结构耐久性好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的横截面示意图；

图3是示意的俯视图；

图4是本发明的施工过程示意图；

图5是本发明的混凝土缘板的结构示意图；

图6是本发明的混凝土不包裹上翼缘钢板示意图；

图中有：波纹钢腹板1、上翼缘钢板2、下翼缘钢板3、剪力连接件4、一期混凝土5、二期混凝土6、纵向钢筋7、箍筋8、波纹钢腹板预弯组合槽形梁梁长L，L/4为波纹钢腹板预弯组合槽形梁1/4处。

具体实施方式

本发明提供一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，该组合槽形梁包括一对位于该组合槽形梁两侧的波纹钢腹板1，浇筑在下翼缘钢板3周围的一期混凝土5、浇筑在上翼缘钢板2周围或与上翼缘钢板2通过剪力连接件4连接的二期混凝土6，波纹钢腹板1的上部与上翼缘钢板2相连接，波纹钢腹板1的下部与下翼缘钢板3相连接，形成横截面为槽形结构梁。

下面结合附图说明具体对本发明进一步详细说明：

实施例1：一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，包括浇筑在下翼缘钢板3的一期混凝土5、与二期混凝土6连接的上翼缘钢板2，还包括波纹钢腹板1。

所述的二期混凝土6浇筑在上翼缘钢板2上。所述的二期混凝土6与上翼缘钢板2的六个端面连接。连接六个端面可以理解成二期混凝土6包裹上翼缘钢板2。在架设过程中采用二期混凝土6包裹上翼缘钢板2则需要制作模具先将上翼缘钢板2包裹，然后在浇筑二期混凝土6，待二期混凝土6达到规定强度后即可拆除模具，这样增加波钢腹板预弯组合梁的整体强度，但施工工艺较为复杂，建设成本较高。本发明所述的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，所述的上翼缘钢板2与下翼缘钢板3设置有剪力连接件4。

本发明所述的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，所述的工形梁结构为建筑高度不变的等高度梁。所述的工形梁结构通过改变波纹钢腹板高度形成变高度梁。

步骤如下：

1)采用焊接将上翼缘钢板2、下翼缘钢板3与波纹钢腹板1焊接成工形梁；

2)在上翼缘钢板2和下翼缘钢板3上焊接若干个剪力连接件4；

3)在工形梁距梁两端1/4跨径位置施加竖向预弯力；

4)在下翼缘钢板3周围放置纵向钢筋7和箍筋8并浇筑一期混凝土5；

5)待一期混凝土5达到规定强度后，释放预弯力；

6)在上翼缘钢板2周围放置纵向钢筋7和箍筋8并浇筑二期混泥土6；待二期混凝土6达到规定强度后，完成波钢腹板预弯组合梁架设。

波纹钢腹板1由平钢板轧制而成；将波纹钢腹板与上翼缘钢板2、下翼缘钢板3组成工形梁时，可选用企口双面焊接、高强螺栓等连接形式；剪力连接件4可选用栓钉连接件、钢筋连接件、PBL(开孔钢板)连接件等；一期混凝土5应选用不低于C40的混凝土，二期混凝土6应选用标号不低于C30的混凝土；纵向钢筋7和箍筋8均为构造钢筋，可采用R235(I级钢筋屈服强度235MPa)和HRB335(II级钢合金高强度)等钢材。

实施例2：一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，包括浇筑在下翼缘钢板3周围的一期混凝土5、连接在上翼缘钢板2的二期混凝土6，还包括波纹钢腹板1、波纹钢腹板1设置在浇筑在下翼缘钢板3的一期混凝土5与连接在上翼缘钢板2的二期混凝土6之间，三者形成槽形结构。

本发明所述的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，所述的二期混凝土6浇筑在上翼缘钢板2上。

本发明所述的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，所述的二期混凝土6与上翼缘钢板2上端面连接，则采用二期混凝土6不包裹上翼缘钢板2，只与上翼缘钢板2上的剪力连接件4连接。

采用二期混凝土6不包裹上翼缘钢板2，可将侧模板直接放置在上翼缘钢板2的剪力连接件的一面浇注二期混凝土，施工工艺简单成本较低。但由于未能完全包裹钢上翼缘板，暴露在空气中的钢板需要而外进行防锈蚀处理，且受压稳定性也有所降低。

本发明所述的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，所述的上翼缘钢板2与下翼缘钢板3设置有剪力连接件4。

本发明述的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，所述的槽形结构为建筑高度不变的等高度梁。

本发明所述的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁，所述的槽形结构通过改变波纹钢腹板高度形成变高度梁。

本发明所述的一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁的施工方法步骤如下：

1)采用焊接将上翼缘钢板2、下翼缘钢板3与波纹钢腹板1焊接成工形梁；

2)在上翼缘钢板2和下翼缘钢板3上焊接若干个剪力连接件4；

3)在工形梁距梁两端1/4跨径位置施加竖向预弯力；

4)在下翼缘钢板3周围放置纵向钢筋7和箍筋8并浇筑一期混凝土5；

5)待一期混凝土5达到规定强度后，释放预弯力；

6)在上翼缘钢板2周围放置纵向钢筋7和箍筋8并浇筑二期混泥土6；待二期混凝土6达到规定强度后，完成波钢腹板预弯组合梁架设。

波纹钢腹板1由平钢板轧制而成；将波纹钢腹板与上翼缘钢板2、下翼缘钢板3组成工形梁时，可选用企口双面焊接、高强螺栓等连接形式；剪力连接件4可选用栓钉连接件、钢筋连接件、PBL(开孔钢板)连接件等；一期混凝土5应选用不低于C40的混凝土，二期混凝土6应选用标号不低于C30的混凝土；纵向钢筋7和箍筋8均为构造钢筋，可采用R235(I级钢筋屈服强度235MPa)和HRB335(II级钢筋屈服强度335MPa)等构造钢筋常用的钢筋。波纹钢腹板的材料应选用Q345、Q390和Q420(低合金高强度)等钢材；上、下缘钢板可采用Q345、Q390和Q420(低合金高强度)等钢材。

Claims (1)

1.一种波纹钢腹板预弯组合槽形梁的制备方法，其特征在于该组合槽形梁包括一对位于该组合槽形梁两侧的波纹钢腹板(1)，浇筑在下翼缘钢板(3)周围的一期混凝土(5)、浇筑在上翼缘钢板(2)周围或与上翼缘钢板(2)通过剪力连接件(4)连接的二期混凝土(6)，波纹钢腹板(1)的上部与上翼缘钢板(2)相连接，波纹钢腹板(1)的下部与下翼缘钢板(3)相连接，形成横截面为槽形结构梁；该方法包括如下步骤：

1).采用焊接将上翼缘钢板(2)、下翼缘钢板(3)与波纹钢腹板(1)焊接成工形梁；

2).在上翼缘钢板(2)和下翼缘钢板(3)上焊接若干个剪力连接件(4)；

3).在距工形梁距梁两端1/4跨径位置施加竖向预弯力；

4).在下翼缘钢板(3)周围放置纵向钢筋和箍筋并浇筑一期混凝土(5)形成一期混凝土；

5).待一期混凝土达到规定强度后，释放预弯力；

6).在上翼缘钢板(2)周围放置纵向钢筋和箍筋并浇筑二期混泥土(6)；待二期混凝土(6)达到规定强度后，完成波钢腹板预弯组合槽形梁制造。

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