CN102535327A - 下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥及施工方法，钢桁架梁上弦杆和下弦杆均为空心结构；承受负弯矩的钢桁架梁上弦杆内部设有纵向预应力钢束，下弦杆内灌注混凝土，下弦杆之间现浇形成混凝土底板；承受正弯矩的钢桁架梁上弦杆内灌注混凝土，下弦杆之间形成固定连接形成钢桥面板，混凝土底板与钢桥面板形成桥面基础；本发明混凝土用量明显减少，由于桥面位于与下弦杆对应部位，使本发明具有较强的通用性，能够适用于通航高度与桥梁两端路面高度差具有矛盾的环境中，可根据环境需要降低并调整桥面高度，能保证桥下通航且使桥面与两端路面平缓对接，避免对两端路面进行较大的施工改造，大大节约施工成本。

Description

下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥及施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，特别涉及一种下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥及施工方法。

背景技术

连续刚构桥是在T形刚构和连续梁两种建桥技术基础上发展起来的，均属梁式桥体系，其构形简单，对V形河谷具有较好的适应性，其主梁为受弯构件，主梁体连续、梁墩固结，既保持连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持T型刚构桥不设支座、不需转换体系的优点，便于悬臂施工，具有很大的抗弯和抗扭刚度，能满足特大跨径桥梁的受力要求。结构整体性能好、抗震能力强、桥体简洁明快，具有较好的使用性能。连续刚构桥采用的分节段悬臂浇注或悬臂拼装施工方法，对施工场地要求较低，工艺成熟、安全性较高，因而得到广泛的使用。

但是常规混凝土连续刚构桥存诸多难以克服的缺点，主要表现在：随着桥梁跨径的增加，主梁自重显著增大，极大限制了混凝土连续刚构桥向更大跨径桥梁发展的可能性；施工期长、施工环节多，混凝土材料性能不稳定和弯曲预应力长束施工偏差难以避免，导致混凝土后期的收缩、徐变和预应力损失难以把握，易使桥梁的设计理想状态与成桥后实际状态存在明显偏差，从而产生结构裂缝和长期挠度过大等病害；为解决上述问题，申请号为200910104675.X的中国专利申请公开了一种钢桁-砼组合连续刚构桥，该桥梁下部结构同普通砼连续刚构桥形式相同，上部结构则是由钢桁架梁和预制桥道板组合而成的钢混组合结构，并适时分期施加适量预应力，充分发挥了钢和砼两者的材料优势，使主梁自重相对于常规预应力砼梁显著降低，下部结构尺寸及地基承载力要求相应降低，能够适用于特大跨径连续刚构桥的建设。已公开的钢桁-砼组合连续刚构桥属上承式桥梁，适用于桥梁建筑高度无严格限定的条件。

但是，对于桥梁建筑高度严格受限，且同时又要满足桥下通航净空要求的条件下，已公开的钢桁-砼组合连续刚构桥很难适于在此条件下的特大跨径桥梁结构建设。为此，迫切需要开发一种新型的连续刚构桥，要求具有钢桁-砼组合连续刚构桥的全部优点，即自重较轻，施工显著简化，施工质量易控，结构受力明确合理；同时，具有较强的通用性，能够适用于在给定桥面标高条件下易于满足桥下通航净空要求和桥梁建筑高度严格受限的双重要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥及施工方法，要求具有钢桁-砼组合连续刚构桥的全部优点，即自重较轻，施工方便，质量易控，结构受力明确合理；同时，能够适用于在给定桥面标高条件下易于满足桥下通航净空要求和桥梁建筑高度严格受限的双重要求。

本发明的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，包括主梁，所述主梁由纵向平行设置的钢桁架梁构成，钢桁架梁均设有上弦杆和下弦杆，相邻钢桁架梁的上弦杆之间以及下弦杆之间分别设有横向联系；

所述上弦杆和下弦杆均为空心结构；靠近桥墩承受负弯矩的主梁梁段中：钢桁架梁的上弦杆内部设有纵向预应力钢束，相邻钢桁架梁的下弦杆内和下弦杆之间现浇混凝土形成钢箱-混凝土组合结构；

相邻桥墩之间承受正弯矩的中跨主梁梁段中：钢桁架梁的上弦杆内灌注混凝土；相邻钢桁架梁的下弦杆之间采用钢桥面板固连；

混凝土底板与钢桥面板联结形成整体的桥面结构。

进一步，承受正弯矩的边跨主梁梁段中：钢桁架梁的上弦杆内灌注混凝土，相邻钢桁架梁的下弦杆之间的横向联系上铺设纵向可自由伸缩的先简支后连续的预应力混凝土桥道板；

进一步，内部设有纵向预应力钢束的上弦杆杆段内灌注混凝土；

进一步，混凝土底板与相邻钢桁架梁的下弦杆之间通过PBH剪力键连接；

进一步，相邻桥墩之间的钢桁架梁的上弦杆为由桥墩向中部逐渐变低的结构；桥墩外侧边跨的钢桁架梁的上弦杆为由桥墩向端部逐渐变低的结构；

进一步，混凝土底板厚度从桥墩沿主梁向两侧由厚逐渐变薄；上弦杆内的预应力钢束数量从桥墩沿主梁向两侧逐渐减少，所述下弦杆内和上弦杆内灌注的混凝土均为自密实微膨胀混凝土；

进一步，所述钢桁架梁上与桥墩对应的竖杆截面尺寸大于其它竖杆且其内灌注混凝土；

本发明还公开了一种下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥施工方法，包括以下步骤：

A.靠近桥墩承受负弯矩的主梁梁段的施工步骤如下：

A1.完成桥墩结构施工，在桥墩顶部固定安装联结墩顶钢桁架梁节段；

A2.将预制好的钢桁架梁节段分别由墩顶钢桁架梁节段两端沿桥跨方向依次对称悬臂拼装至设定的钢桁架梁悬臂长度；

A3.在钢桁架梁的上弦杆内通过张拉预应力钢束对上弦杆施加预压应力；

A4.在钢桁架梁的下弦杆内灌注混凝土，在相邻钢桁架梁的下弦杆之间现浇形成混凝土底板；

A5.按设定的钢桁架梁悬臂施工长度，依次重复A2至A4步骤继续沿跨长方向悬臂拼装施工预应力钢桁-砼组合梁，直至钢桁架梁悬臂施工至承受负弯矩作用结束的设定梁段。

B对承受正弯矩作用的主梁区段的施工步骤如下：

B1.完成步骤A5后，将预制好的钢桁架梁节段分别继续沿桥跨方向依次对称悬臂拼装至设定的钢桁架梁悬臂长度；

B2.桥墩之间钢桁架梁的相邻下弦杆之间固定连接设置钢桥面板；在远离桥墩边跨钢桁架梁的相邻下弦杆之间的横向联系上铺设纵向可自由伸缩的先简支后连续的预应力混凝土桥道板；

B3.重复B1至B2步骤，直至钢桁架梁合拢，对上弦杆内一次性灌注混凝土，

C.完成桥面铺装和其它辅助设施施工。

本发明的有益效果是：本发明的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥及施工方法，依据连续刚构桥主梁各部位的受力需要，采用钢桁架梁和砼相结合的组合结构，可适用于建筑高度和桥下净空均严格受限的大跨径桥梁；并在钢桁架梁的受拉上弦杆内根据受力情况设置预应力钢束，在受压上弦杆内灌注混凝土以提高其抗压承载能力；在受压下弦杆区段根据受力需要在下弦杆内及其之间灌注混凝土以提高其抗压承载能力，并在中跨跨中受拉下弦杆区段采用钢桥面板以有效减轻结构自重所产生的内力，在边跨受拉下弦杆之间的横向联系上铺设纵向可自由伸缩的先简支后连续的预应力混凝土桥道板以有效平衡中跨跨中结构自重所产生的内力；与现有的预应力砼连续刚构桥相比，充分发挥了钢材的抗拉优势和砼的抗压优势；避免了砼受拉开裂和收缩徐变引起长期挠度过大的病害隐患，长期结构性能更为可靠；使主梁自重显著降低，下部结构尺寸及地基承载力要求相应降低，能够适用于特大跨径连续刚构桥的建设；桥梁上部结构采用装配化施工，避免了常规预应力砼连续刚构桥需大吨位悬臂挂蓝、千百次的不同环境下的架立模板、钢筋绑扎、现浇砼、弯曲长预应力长束安装及张拉锚固等一系列庞大设备和复杂工艺，缩短工期，各施工环节和质量均易控制，桥梁受力明确，且施工安全快捷；由于采用下承式桥梁结构，行车道空间位于预应力钢桁-砼组合连续刚构桥的结构内，对建筑高度和桥下净空均严格受限的大跨径桥梁较其他桥型具有显著的技术和经济优势。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明桥梁主体结构示意图；

图2为本发明主梁边跨结构示意图；

图3为靠近桥墩承受负弯矩的主梁上弦杆内预应力钢束结构图；

图4为相邻桥墩之间承受正弯矩的主梁中跨梁段结构示意图；

图5为图3A处放大图；

图6为靠近桥墩承受负弯矩的钢桁架梁上弦杆横截面图；

图7为靠近中间桥墩承受负弯矩的主梁梁段横截面图；

图8为相邻桥墩之间中跨跨中承受正弯矩的主梁梁段横截面图；

图9为远离中间桥墩承受正弯矩的主梁边跨梁段横截面图；

图10为混凝土底板与下弦杆之间连接结构图。

具体实施方式

图1为本发明桥梁主体结构示意图，图2为本发明主梁边跨结构示意图，图3为靠近桥墩承受负弯矩的主梁上弦杆内预应力钢束结构图，图4为相邻桥墩之间承受正弯矩的主梁中跨梁段结构示意图，图5为图3A处放大图，图6为靠近桥墩承受负弯矩的钢桁架梁上弦杆横截面图，图7为靠近中间桥墩承受负弯矩的主梁梁段横截面图，图8为相邻桥墩之间中间跨中承受正弯矩的主梁梁段横截面图，图9为远离中间桥墩承受正弯矩的主梁边跨梁段横截面图，图10为混凝土底板与下弦杆之间连接结构图，本实施例的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，包括主梁，所述主梁由纵向平行设置的钢桁架梁1构成，钢桁架梁1均设有上弦杆2和下弦杆3，所述上弦杆2和下弦杆3之间固定连接设有竖杆5和斜杆4，相邻钢桁架梁1的上弦杆2之间以及下弦杆3之间分别设有横向联系，横向联系即是指上弦杆之间以及下弦杆之间固定连接的横向连接结构，以保证钢桁架梁之间的稳定连接结构；如图所示，下弦杆之间的横向联系14，图中没有表示上弦杆之间的横向联系，但根据说明书中的记载能够知道上弦杆2之间的横向联系的结构，可焊接或者其他连接结构，在此不再赘述。

所述上弦杆2和下弦杆3均为空心结构；靠近桥墩7承受负弯矩的主梁梁段a中：钢桁架梁1的上弦杆2内部设有纵向预应力钢束8，如图所示，预应力钢束8通过固定设置于上弦杆内的锚固板11以及锚固夹具12锚固并形成预应力；相邻钢桁架梁1的下弦杆3之间现浇形成混凝土底板15，相邻钢桁架梁1的下弦杆3内和下弦杆3之间现浇混凝土形成钢箱-混凝土组合结构，如图所示，于现在横向联系14上铺设预应力混凝土板16，然后在预应力混凝土板16上现浇形成混凝土底板15，也可以通过模板直接现浇形成；预应力钢束8能够增加上弦杆2的拉力承受能力，从而增加钢桁架梁1的承受负弯矩的能力；

相邻桥墩7之间承受正弯矩的主梁中跨跨中梁段b中：钢桁架梁1的上弦杆2内灌注混凝土9，增加上弦杆2的抗压能力；相邻钢桁架梁1的下弦杆3之间形成固定连接形成钢桥面板18，将下弦杆横向固结连接，相辅相成，共同承受所受拉力，因而，能够提高钢桁架梁1承受正弯矩的能力；

混凝土底板15与钢桥面板18形成桥面板，桥面铺装位于混凝土底板与钢桥面板上，使桥面位于主梁下部，降低桥面高度。

本实施例中，远离桥墩7的主梁边跨承受正弯矩梁段c中：钢桁架梁1的上弦杆2内灌注混凝土，结构与相邻桥墩7之间承受正弯矩的主梁中跨梁段b中的钢桁架梁1的上弦杆2内灌注混凝土9相同(参照图4)，相邻钢桁架梁1的下弦杆3之间的横向联系14(下弦杆之间的横向联系沿纵向并列设置多个，因而均用横向联系14表示)上滑动配合铺设预应力混凝土桥道板19，如图9所示，预应力混凝土桥道板19为空心预制桥道板，重量轻且较为坚固，通过活动支座20铺设于横向联系14上，活动支座20设置于横向联系14，预应力混凝土桥道板19直接置于支座20上，适合于边跨承受正弯矩的受力状况，符合下弦杆3受拉上弦杆2受压的受力分布。

本实施例中，内部设有纵向预应力钢束8的上弦杆2杆段内灌注混凝土10，如图5所示，利于保护预应力钢束8不受腐蚀等侵害，同时，具有一定的转换作用，能够使预应力束8的拉力均匀转换到上弦杆2上，保证上弦杆2的受力状态，进一步增加该段主梁的承力能力。

本实施例中，钢桥面板18下表面设有纵向加劲肋17，一般采用将纵向加劲肋17焊接于钢桥面板18下表面的结构，增加钢桥面板18承受拉力的能力，从而增加该段钢桁架梁1以致该段主梁承受正弯矩的能力，并且不需增加较重的重量。

本实施例中，混凝土底板15与相邻钢桁架梁1的下弦杆3之间通过PBH剪力键连接，如图所示，下弦杆与混凝土底板15相对应的外侧表面固定设有(焊接)纵向加劲肋21，纵向加劲肋21设有横向贯穿孔，混凝土底板15设有箍筋22且该箍筋22穿过纵向加劲肋21的横向贯穿孔，现浇混凝土底板15时将箍筋22及纵向加劲肋21浇注其中，形成PBH剪力键，实现稳固的连接结构。

本实施例中，相邻桥墩7之间的钢桁架梁1的上弦杆2为由桥墩向中部逐渐变低的结构，如图所示，并形成下弯的弧形结构，适合于主梁的受力结构分布，更好的根据力的分布设置承力结构，使桥梁主体重量轻，承力效果好；桥墩7外侧边跨的钢桁架梁1的上弦杆2为由桥墩向端部逐渐变低的结构.

本实施例中，混凝土底板15厚度从桥墩沿主梁向两侧由厚逐渐变薄；上弦杆2内的预应力钢束8数量从桥墩沿主梁向两侧逐渐减少，根据受力情况合理分配预应力以及混凝土厚度保证承受力稳定的同时还能减轻自重，利于进一步保证施工过程中增大悬臂拼装的跨径；所述下弦杆3内和上弦杆2内灌注的混凝土均为自密实微膨胀混凝土。

本实施例中，所述钢桁架梁1上与桥墩7对应的竖杆5(钢桁架梁上的竖杆为多个，本申请文件中均采用附图标记5)外包浇筑有混凝土砼6，增加桥墩7上部钢桁架梁段的承受压力的能力。

本实施例中，钢桥面板18向纵向两端延伸且延伸至混凝土底板15处，形成与混凝土底板15固结联结，形成整体连续的桥面板。

本发明还公开了一种下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥施工方法，包括以下步骤：

A.靠近桥墩7承受负弯矩的主梁梁段的施工步骤如下：

A1.完成桥墩7结构施工，在桥墩7顶部固定安装联结墩顶钢桁架梁1节段；

A2.将预制好的钢桁架梁1节段分别由墩顶钢桁架梁1节段两端沿桥跨方向依次对称悬臂拼装至设定的钢桁架梁悬臂长度；

A3.在钢桁架梁1的上弦杆2内设置预应力钢束对上弦杆2施加纵向预应力，根据钢桁架梁1的拼接施工进度，适时设置预应力钢束8；

A4.在相邻钢桁架梁1的下弦杆3之间现浇形成混凝土底板15，在钢桁架梁1的下弦杆3内灌注混凝土；

A5.按设定的钢桁架梁1悬臂施工长度，依次重复A2至A4步骤继续沿跨长方向悬臂拼装施工预应力钢桁-砼组合梁，直至钢桁架梁悬臂施工至承受负弯矩作用结束的设定梁段，完成该设定梁段后，可进行其他施工工序，比如，在上弦杆2内灌注混凝土9等，也可于整个钢桁架梁1合拢后再灌注混凝土。

B对承受正弯矩作用的主梁区段的施工步骤如下：

B1.完成步骤A5后，将预制好的钢桁架梁1节段分别继续沿桥跨方向依次对称悬臂拼装至设定的钢桁架梁1悬臂长度；

B2.桥墩7之间钢桁架梁1的相邻下弦杆3之间固定连接设置钢桥面板18，该固定连接采用焊接实现；在远离桥墩7边跨钢桁架梁的相邻下弦杆3之间的横向联系14上滑动配合铺设预应力混凝土桥道板19，首先在横向联系14上固定设置用于担住预应力混凝土桥道板19并可与其之间滑动的支座20；

B3.重复B1至B2步骤，直至钢桁架梁1合拢，对上弦杆2内一次性灌注混凝土9，

C.完成桥面铺装和其它辅助设施施工，并根据需要完成其他辅助工作，比如伸缩缝等。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：包括主梁，所述主梁由纵向平行设置的钢桁架梁构成，钢桁架梁均设有上弦杆和下弦杆，相邻钢桁架梁的上弦杆之间以及下弦杆之间分别设有横向联系；

所述上弦杆和下弦杆均为空心结构；靠近桥墩承受负弯矩的主梁梁段中：钢桁架梁的上弦杆内部设有纵向预应力钢束，相邻钢桁架梁的下弦杆内和下弦杆之间现浇混凝土形成钢箱-混凝土组合结构；

相邻桥墩之间承受正弯矩的中跨跨中主梁梁段：钢桁架梁的上弦杆内灌注混凝土；相邻钢桁架梁的下弦杆之间采用钢桥面板固连；

混凝土底板与钢桥面板联结形成整体的桥面结构。

2.根据权利要求1所述的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：承受正弯矩的边跨主梁梁段：钢桁架梁的上弦杆内灌注混凝土，相邻钢桁架梁的下弦杆之间的横向联系上铺设纵向可自由伸缩的先简支后连续的预应力混凝土桥道板。

3.根据权利要求2所述的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：内部设有纵向预应力钢束的上弦杆杆段内灌注混凝土。

4.根据权利要求3所述的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：混凝土底板与相邻钢桁架梁的下弦杆之间通过PBH剪力键连接。

5.根据权利要求4所述的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：相邻桥墩之间的钢桁架梁的上弦杆为由桥墩向中部逐渐变低的结构；桥墩外侧边跨的钢桁架梁的上弦杆为由桥墩向端部逐渐变低的结构。

6.根据权利要求5所述的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：混凝土底板厚度从桥墩沿主梁向两侧由厚逐渐变薄；上弦杆内的预应力钢束数量从桥墩沿主梁向两侧逐渐减少，所述下弦杆内和上弦杆内灌注的混凝土均为自密实微膨胀混凝土。 

7.根据权利要求6所述的下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：所述钢桁架梁上与桥墩对应的竖杆截面尺寸大于其它竖杆且其内灌注混凝土。

8.一种下承式预应力钢桁-砼组合连续刚构桥施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.靠近桥墩承受负弯矩的主梁梁段的施工步骤如下：

A1.完成桥墩结构施工，在桥墩顶部固定安装联结墩顶钢桁架梁节段；

A2.将预制好的钢桁架梁节段分别由墩顶钢桁架梁节段两端沿桥跨方向依次对称悬臂拼装至设定的钢桁架梁悬臂长度；

A3.在钢桁架梁的上弦杆内通过张拉预应力钢束对上弦杆施加预压应力；

A4.在钢桁架梁的下弦杆内灌注混凝土，在相邻钢桁架梁的下弦杆之间现浇形成混凝土底板；

A5.按设定的钢桁架梁悬臂施工长度，依次重复A2至A4步骤继续沿跨长方向悬臂拼装施工预应力钢桁-砼组合梁，直至钢桁架梁悬臂施工至承受负弯矩作用结束的设定梁段。

B对承受正弯矩作用的主梁区段的施工步骤如下：

B1.完成步骤A5后，将预制好的钢桁架梁节段分别继续沿桥跨方向依次对称悬臂拼装至设定的钢桁架梁悬臂长度；

B2.桥墩之间钢桁架梁的相邻下弦杆之间固定连接设置钢桥面板；在远离桥墩边跨钢桁架梁的相邻下弦杆之间的横向联系上铺设纵向可自由伸缩的先简支后连续的预应力混凝土桥道板；

B3.重复B1至B2步骤，直至钢桁架梁合拢，对上弦杆内一次性灌注混凝土，

C.完成桥面铺装和其它辅助设施施工。 

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