CN102296526A - 一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系，它主要包括组合梁、混凝土梁、组合梁-混凝土梁结合段，组合梁与混凝土梁沿纵向通过组合梁-混凝土梁结合段联接在一起构成斜拉桥的混合主梁，混合主梁的梁端分别架设在设置于斜拉桥起终点的墩台上，混合主梁梁身架设在桥墩上，桥墩与桥塔联接，桥塔沿纵桥向两侧分别设置有斜拉索，一侧的斜拉索与混合主梁的组合梁联接并且另一侧的斜拉索与混合主梁的混凝土梁联接，组合梁为在钢梁顶面采用混凝土桥面板，钢梁与混凝土桥面板通过剪力栓钉联接为一体共同受力的梁结构。采用本体系主跨跨径大，采用自重较小的组合梁，边跨跨径小，采用自重较大的混凝土梁，有利于斜拉桥体系的自平衡。

Description

一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系

技术领域

本发明涉及一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系，特别涉及组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系中的组合梁、混凝土梁、组合梁-混凝土梁结合段的构造。

背景技术

斜拉桥作为一种拉索体系，受力合理、施工便捷，相比梁式桥、拱桥，斜拉桥具有更大的跨越能力。由于斜拉桥拉索的自锚特性，不需要像悬索桥那样巨大主缆锚碇，因此相比悬索桥具有更好的经济性，加之斜拉桥有良好的力学性能和经济指标，已成为大跨度桥梁最主要桥型之一，在跨径100～800m的范围内占据着优势，在跨径800～1100m特大跨径桥梁角逐竞争中，斜拉桥也扮演着重要角色，因此斜拉桥体系在跨越结构适用性上具有较强的竞争优势。

目前，斜拉桥体系按主梁材料不同可以划分为：钢梁斜拉桥、混凝土梁斜拉桥、组合梁斜拉桥及钢梁-混凝土梁混合梁斜拉桥。

钢梁斜拉桥：具有跨越能力强，施工周期短，造价高等特点，一般适用于较大跨径的斜拉桥。

混凝土梁斜拉桥：具有造价低、刚度大挠度小、抗风性能好等优点，其跨越能力不如钢梁斜拉桥，施工速度也较钢梁斜拉桥慢。

组合梁斜拉桥：组合梁是指在钢梁顶面用混凝土桥面板代替正交异性钢桥面板，钢梁与混凝土桥面板通过剪力栓钉联接为一体共同受力的梁结构。它除具有与钢梁共同的优缺点外，还能降低用钢量指标，且其刚度、抗风稳定性优于钢梁。

钢梁-混凝土梁混合梁斜拉桥：是指主跨全部或部分采用钢梁，边跨采用混凝土梁的一种斜拉桥体系。该种斜拉桥体系适用于边跨与主跨比值较小的情况。

迄今，我国已经建成的斜拉桥中，还没有组合梁-混凝土梁混合斜拉桥，所谓组合梁-混凝土梁混合斜拉桥是指，斜拉桥体系中的主梁由组合梁和混凝土梁两种主梁纵桥向通过组合梁-混凝土梁结合段联接在一起的混合斜拉桥。

发明内容

本发明的目的在于在原有的斜拉桥体系种类基础上，提供一种使结构设计、施工、维护更趋合理，在结构全寿命周期内具有较强的综合经济指标的一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系，它主要包括组合梁、混凝土梁、组合梁-混凝土梁结合段、桥墩、桥塔，斜拉索和墩台，所述的组合梁与混凝土梁沿纵向通过组合梁-混凝土梁结合段联接在一起构成斜拉桥的混合主梁，所述的混合主梁的梁端分别架设在设置于斜拉桥起终点的墩台上，所述的混合主梁梁身架设在桥墩上，所述的桥墩与桥塔联接，桥塔沿纵桥向两侧分别设置有斜拉索，一侧的斜拉索与混合主梁的组合梁联接并且另一侧的斜拉索与混合主梁的混凝土梁联接，所述的组合梁为在钢梁顶面用混凝土桥面板代替正交异性钢桥面板，钢梁与混凝土桥面板通过剪力栓钉联接为一体共同受力的梁结构，所述的组合梁-混凝土梁结合段包括闭合隔舱以及自组合梁向混凝土梁方向依次间隔焊接在组合梁内的横隔板和承压板，在所述的横隔板和承压板上均开有人孔，所述的闭合隔舱一端为开口端并且在其另一端设置有封堵板，所述闭合隔舱的开口端与承压板侧壁固定联接并且在承压板另一侧延伸至横隔板，所述的封堵板以及延伸过封堵板的闭合隔舱与混凝土梁相连，在所述的闭合隔舱和封堵板周围均浇筑有填充混凝土，其中位于闭合隔舱顶面的填充混凝土内设置有贯通组合梁与混凝土梁的预应力钢束，位于闭合隔舱底面的填充混凝土内设置有锚固在承压板上的精轧螺纹钢筋并且其另一端锚固在混凝土梁体内，位于闭合隔舱侧面的填充混凝土内设置有一端锚固于承压板并且其另一端锚固在混凝土梁体内的预应力钢束，所述横隔板、承压板、闭合隔舱以及封堵板与填充混凝土或混凝土梁的接触面上均连接有剪力栓钉，在横隔板的组合梁侧垂直焊接有多个π型加劲肋，所述的多个π型加劲肋底部与组合梁底板焊接，组合梁底板及组合梁左侧外腹板延伸过封堵板一段长度并包在混凝土梁外表面上，组合梁右侧外腹板延伸过封堵板一段长度并插入混凝土梁内，在组合梁右侧外腹板与混凝土梁相接位置设置有与组合梁右侧外腹板垂直并且外包于混凝土梁梁端横断面上的外包钢板，在所述的组合梁底板、组合梁左侧外腹板、组合梁右侧外腹板以及外包钢板与填充混凝土或混凝土梁的接触面上均联接有剪力栓钉。

本发明的优点在于：

(1)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥，具有较强的适用性，斜拉桥边跨与主跨比值较小时，若采用单一的主梁，桥塔两侧主梁自重不宜平衡，需要加大桥塔断面尺寸来抵抗桥塔两侧相差较大索拉力，造成材料的浪费。组合梁-混凝土梁混合斜拉桥，主跨跨径大，采用自重较小的组合梁，边跨跨径小，采用自重较大的混凝土梁，有利于斜拉桥体系的自平衡；

(2)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥，工程造价更加经济合理，该体系基本具有钢梁-混凝土梁混合梁斜拉桥的技术特点，同样适用于边跨与主跨比值较小的跨径组合情况，主跨由组合梁代替钢梁，充分利用了钢材良好的抗拉性能和钢筋混凝土较好的抗压性能，能够节省钢材用量，节约工程造价；

(3)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥，主梁采用组合梁和混凝土梁，这两种主梁均具有较大的抗弯刚度、抗扭刚度，受力性能较好；

(4)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥，组合梁的钢箱梁和混凝土桥面板均可在工厂预制，提高了结构的施工精确度，工程质量得以保证，主体结构工厂预制，不受气候制约，工期得以保证；

(5)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥的出现，丰富了斜拉桥结构体系种类，细分了斜拉桥结构体系的适用范围，使不同斜拉桥体系的针对性更强；

(6)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥中，组合梁-混凝土梁结合段的闭合隔舱断面尺寸的变化，横隔板断面上焊接的变高度π型加劲肋，可使两种材料的主梁刚度平顺过渡，解决了因刚度不同对结构受力、变形产生突变的影响；

(7)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥中，组合梁-混凝土梁结合段的组合梁混凝土桥面板与混凝土梁采用同种标号的混凝土同期浇筑，以及沿轴向贯穿于所述结合段设置有钢束和/或精轧螺纹钢筋，可使两种梁有效的结合在一起，抵抗活载产生的主梁挠度，提高行车舒适性；

(8)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥中，组合梁-混凝土梁结合段内设置的剪力栓钉，以及外包于混凝土梁侧面、底面、断面上的外包钢板，使结合段处混凝土防裂能力得到提高，使结构的可靠性、抗疲劳性和耐久性显著增强，使结构更具合理性。

(9)本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥中，组合梁-混凝土梁结合段内在承压板至横隔板之间的闭合隔舱外侧浇筑填充混凝土，在更有效的满足刚度过渡的基础上，能够避免锚固于承压板端部钢束、钢筋锚头由于外露而引起的锈蚀，提高结构在全寿命周期内的耐久性。

综上，组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系，结构形式新颖先进，施工方案切实可行，工程造价经济合理，弥补了以往单一主梁型式斜拉桥体系存在的缺点，从组合梁斜拉桥与混凝土梁斜拉桥中找到共同结合点，使结构设计、施工、维护更趋合理，并在结构全寿命周期内具有较强的综合经济指标，未来必将成为中国桥梁建设结构选型中的重要组成部分。

附图说明

图1是本发明的一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系的立面结构示意图；

图2是图1所示的斜拉桥体系中A-A部位断面示意图；

图3是图1所示的斜拉桥体系中B-B部位断面示意图；

图4是图1所示的斜拉桥体系中C-C部位断面示意图；

图5是图1所示的斜拉桥体系中结合段的立面结构示意图；

图6是图5所示的结合段的1-1部位断面示意图；

图7是图5所示的结合段的2-2部位断面示意图；

图8是图5所示的结合段的3-3部位断面示意图；

图9是图5所示的结合段的4-4部位断面示意图；

图10是图5所示的结合段的5-5部位断面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示本发明的一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系，它主要包括组合梁1、混凝土梁2、组合梁-混凝土梁结合段13、桥墩21、桥塔22、斜拉索23、墩台24等构件。所述的组合梁1和混凝土梁2沿纵向通过组合梁-混凝土梁结合段13联接在一起构成斜拉桥的混合主梁25。所述的混合主梁25的梁端分别架设在设置于斜拉桥起终点的墩台24上，所述的混合主梁25梁身架设在桥墩21上，所述的桥墩21与桥塔22联接，桥塔22沿纵桥向两侧分别设置斜拉索23，一侧的斜拉索23与混合主梁25的组合梁1联接，另一侧的斜拉索23与混合主梁25的混凝土梁2联接。图中26是结构中心线。

所述的组合梁1是指在钢梁顶面用混凝土桥面板代替正交异性钢桥面板，钢梁与混凝土桥面板通过剪力栓钉联接为一体共同受力的梁结构。其断面形式可以采用单箱或分离式双箱形式，每个箱可根据情况采用单室或多室形式。本实例中组合梁采用的是分离式双箱，每箱三室的断面形式，双箱之间通过横梁联接。所述的混凝土梁2为现有的常规结构，可采用钢筋混凝土箱梁或预应力混凝土箱梁，本实例中采用的是预应力混凝土箱梁。所述的组合梁-混凝土梁结合段13是指，组合梁与混凝土梁之间互相连接的一段范围内的梁结构(长度一般约4m)。它包括闭合隔舱3以及自组合梁1向混凝土梁2方向依次间隔焊接在组合梁内的横隔板4和承压板5，在所述的横隔板4和承压板5上均开有人孔14，所述的闭合隔舱3一端为开口端，另一端设置封堵板6，所述闭合隔舱3的开口端与承压板5侧壁固定联接并且在承压板5另一侧延伸至横隔板4，所述的封堵板6以及延伸过封堵板6的闭合隔舱3与混凝土梁2相连，延伸过封堵板6的闭合隔舱3长度优选的为0.4～0.6m，在所述的闭合隔舱3和封堵板6周围均浇筑有填充混凝土8，其中位于闭合隔舱3顶面的填充混凝土8内设置贯通组合梁1与混凝土梁2的预应力钢束9，位于闭合隔舱3底面的填充混凝土8内设置锚固在承压板5上的精轧螺纹钢筋10(图1中的15为精轧螺纹钢筋10的锚头处)。精轧螺纹钢筋10在施工过程中另一端锚固在混凝土梁2体内。位于闭合隔舱3侧面的填充混凝土8内设置锚固于承压板5的预应力钢束9，预应力钢束另一端在施工过程中锚固在混凝土梁2体内。在所述横隔板4、承压板5、闭合隔舱3以及封堵板6与填充混凝土或混凝土梁的接触面上均连接有剪力栓钉7，横隔板4的组合梁2侧垂直焊接多个π型加劲肋12，π型加劲肋12底部与组合梁底板17焊接，组合梁底板17及组合梁左侧外腹板18延伸过封堵板6一段长度并包在混凝土梁2外表面上，组合梁右侧外腹板19及闭合隔舱3延伸过封堵板6一段长度并插入混凝土梁2内，在组合梁右侧外腹板19与混凝土梁2相接位置设置有与组合梁右侧外腹板19垂直，并且外包于混凝土梁梁端20横断面上的外包钢板11，在所述的组合梁底板17、组合梁左侧外腹板18、组合梁右侧外腹板19以及外包钢板11与填充混凝土或混凝土梁的接触面上均联接有剪力栓钉7。优选的组合梁右侧外腹板19延伸过封堵板6插入混凝土梁2的长度为0.4-0.6m，优选的组合梁底板17、组合梁左侧外腹板18延伸过封堵板0.4～0.6m并外包于混凝土梁2外壁上。

本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系中的桥墩21采用变宽的重力式桥墩，桥塔22采用天鹅型桥塔，斜拉索23采用镀锌钢丝，墩台24采用U型桥台。桥墩21、桥塔22、墩台24可根据工程需要采取其它的结构形式。

本发明的组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系中，组合梁-混凝土梁结合段13的填充混凝土8应与组合梁混凝土桥面板16、混凝土梁2同期浇筑。

优选的所述的混凝土梁2为预应力混凝土箱梁，这样即可以通过预应力钢束的束形变化，来调整预应力混凝土箱梁的受力性能，又可以提高结构的耐久性。优选的所述的闭合隔舱3的断面可以为矩形，这样便于钢板加工以及填充混凝土8浇筑和振捣密实。优选的闭合隔舱3断面尺寸自组合梁1向混凝土梁2方向逐渐变小；这样可以保证组合梁与混凝土梁衔接段刚度的平顺过渡，有利于流畅的传递各种荷载产生的内力。

Claims (4)

1.一种组合梁-混凝土梁混合斜拉桥体系，其特征在于：它主要包括组合梁、混凝土梁、组合梁-混凝土梁结合段、桥墩、桥塔，斜拉索和墩台，所述的组合梁与混凝土梁沿纵向通过组合梁-混凝土梁结合段联接在一起构成斜拉桥的混合主梁，所述的混合主梁的梁端分别架设在设置于斜拉桥起终点的墩台上，所述的混合主梁梁身架设在桥墩上，所述的桥墩与桥塔联接，桥塔沿纵桥向两侧分别设置有斜拉索，一侧的斜拉索与混合主梁的组合梁联接并且另一侧的斜拉索与混合主梁的混凝土梁联接，所述的组合梁为在钢梁顶面用混凝土桥面板代替正交异性钢桥面板，钢梁与混凝土桥面板通过剪力栓钉联接为一体共同受力的梁结构，所述的组合梁-混凝土梁结合段包括闭合隔舱以及自组合梁向混凝土梁方向依次间隔焊接在组合梁内的横隔板和承压板，在所述的横隔板和承压板上均开有人孔，所述的闭合隔舱一端为开口端并且在其另一端设置有封堵板，所述闭合隔舱的开口端与承压板侧壁固定联接并且在承压板另一侧延伸至横隔板，所述的封堵板以及延伸过封堵板的闭合隔舱与混凝土梁相连，在所述的闭合隔舱和封堵板周围均浇筑有填充混凝土，其中位于闭合隔舱顶面的填充混凝土内设置有贯通组合梁与混凝土梁的预应力钢束，位于闭合隔舱底面的填充混凝土内设置有锚固在承压板上的精轧螺纹钢筋并且其另一端锚固在混凝土梁体内，位于闭合隔舱侧面的填充混凝土内设置有一端锚固于承压板并且其另一端锚固在混凝土梁体内的预应力钢束，所述横隔板、承压板、闭合隔舱以及封堵板与填充混凝土或混凝土梁的接触面上均连接有剪力栓钉，在横隔板的组合梁侧垂直焊接有多个π型加劲肋，所述的多个π型加劲肋底部与组合梁底板焊接，组合梁底板及组合梁左侧外腹板延伸过封堵板一段长度并包在混凝土梁外表面上，组合梁右侧外腹板延伸过封堵板一段长度并插入混凝土梁内，在组合梁右侧外腹板与混凝土梁相接位置设置有与组合梁右侧外腹板垂直并且外包于混凝土梁梁端横断面上的外包钢板，在所述的组合梁底板、组合梁左侧外腹板、组合梁右侧外腹板以及外包钢板与填充混凝土或混凝土梁的接触面上均联接有剪力栓钉。

2.根据权利要求1所述的组合梁-混凝土梁结合段的结构，其特征在于：所述的闭合隔舱断面尺寸自组合梁向混凝土梁方向逐渐变小。

3.根据权利要求1所述的组合梁-混凝土梁结合段的结构，其特征在于：所述的闭合隔舱及组合梁右侧外腹板延伸过封堵板插入混凝土梁的长度为0.4-0.6m，所述的组合梁底板、组合梁左侧外腹板延伸过封堵板0.4～0.6m并外包于混凝土梁外壁上。

4.根据权利要求1所述的组合梁-混凝土梁结合段的结构，在组合梁右侧外腹板与混凝土梁相接位置设置有与组合梁右侧外腹板垂直，并且外包于混凝土梁梁端横断面上的外包钢板。

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