CN102561172A - 一种设置复合连接件的有格室混合梁结合部 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设置复合连接件的有格室混合梁结合部，涉及桥梁工程技术，用于大跨混合梁斜拉桥的主梁，其在钢箱梁端部设置填充混凝土的钢格室结构，在钢格室与混凝土相贴的顶板、底板和承压板设置焊钉连接件，在钢格室隔板上设置开孔板连接件(PBL连接件)，并与混凝土梁浇筑成一体。本发明在使用时，主梁为单箱单室、单箱多室或双箱单室横断面，并在钢格室内施加纵向预应力。本发明有效解决了大跨径混合梁斜拉桥主梁受力的问题，增加了结构安全性，避免了在钢格室内大量焊接焊钉连接件，极大提高了混合梁斜拉桥的适用跨径。

Description

一种设置复合连接件的有格室混合梁结合部

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体地说是一种用于大跨混合梁斜拉桥主梁的结合部结构。 

背景技术

混合梁斜拉桥是指斜拉桥的主梁沿梁的长度方向由混凝土梁和钢梁两种结构形式组成，并在混凝土梁和钢梁之间设置结合部构造，使其能够更好地共同受力的一种斜拉桥形式。 

用于混合梁斜拉桥主梁的结合部是由剪力连接件、承压板、预应力筋等组合在一起共同工作的结构。相对于钢箱梁斜拉桥或混凝土梁斜拉桥，混合梁斜拉桥通过对钢材和混凝土两种材料合理利用，其受力性能、跨越能力、经济性能等方面得到很大改善，在桥梁建设中得到越来越多的重视，特别是在对斜拉桥边中跨比要求高的地区。 

对于混合梁斜拉桥，目前常用的结合部构造主要分为无格室及有格室两种形式。有格室的构造形式依据承压板的位置有前承压板、后承压板及其前后承压板等形式。使用前承压板的桥梁有德国的Flehe桥，使用前后承压板的桥梁有日本的木曾川桥和揖斐川桥，其余主要是使用后承压板，如瑞典的Tjorn桥、日本的生口桥以及我国的混合梁数斜拉桥。无格室接合的构造形式依据承压板的位置有后承压板、顶底板与承压板的组合等方式。作为代表性的实例，法国的Normandie斜拉桥使用后承压板的接合方式。 

此外，混合梁结合部构造中的剪力连接件通常为焊钉连接件(栓钉)或开孔板连接件(PBL连接件)，然而，在现有的有格室混合梁结合部构造中，一般单独采用焊钉连接件或开孔板连接件，日本多多罗桥为在钢格室内部设置焊钉连接件的形式。而对于设置复合连接件的有格室混合梁结合部，目前在混合梁斜拉桥中尚未有应用报道。 

2008年，湖南省交通规划勘察设计院胡建华提出了一种应用于独塔自锚式悬索桥的主梁(中华人民共和国国家知识产权局发明专利，专利号：200720063731.6)，其中混合梁结合部处内部设有用来连接钢加劲梁和混凝土加劲梁的PBL连接件和栓钉，PBL连接件设置于钢加劲梁的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插有钢筋，栓钉装设于承压钢板上。该类型的混合梁结合部在自锚式悬索桥平胜大桥上得到应用，其为改善自锚式悬索桥整体性提供了一种有效措施，属于一种无格室混合梁结合部构造。 

对于承受更大轴力的混合梁斜拉桥主梁而言，采用现有的混合梁结合部构造形式及设计思路，将难以解决承压板过厚的问题，即使勉强解决，也将存在一定的安全风险。如何将有效地传递这更大轴力荷载尚存在以下技术难点： 

对于无格室-承压板类型，由于轴向力全部通过承压板传递，造成承压板过厚，如香港昂船洲大桥结合部承压板厚度已达到100mm，且还需要足够的承压面积；对于无格室-顶底板+承压板类型，虽然钢梁的顶板、底板和腹板伸入混凝土梁，并通过焊钉连接件结合，连接件可传递部分轴向力，但由于焊钉连接件的刚度和承载力均很有限，同时钢梁钢板下面的混凝土很难浇注密实，导致顶板连接件难以发挥作用，因而约70％的轴向力仍通过承压板传递，承压板厚度需求仍很大，如舟山桃天门大桥结合部承压板厚度就已达到80mm；对于有格室-后承压板类型，相比无格室-顶底板承压板类型，轴向力还能通过格室内的隔板等传递，但在目前的工程实践中，或者在格室隔板上开较大的混凝土连通孔，对荷载传递作用不大，如木曾川桥等，或者只在格室隔板上布置数量较少、刚度不大的连接件，如生口桥、多多罗桥等，这些措施并没有根本解决承压板传力比例太大、对承压板厚度要求过高的问题。因此，还需进一步研究符合更大跨径混合梁斜拉桥主梁受力、构造特点的新型混合梁结合部构造。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种设置复合连接件的有格室混合梁结合部，通过在钢格室顶板、底板、承压板上设置焊钉连接件和在格室隔板上设置 开孔板连接件传递轴力，能承受混合梁斜拉桥主梁截面更大的轴力，有效解决了大跨径混合梁斜拉桥主梁受力的问题，且避免了在钢格室内大量焊接焊钉连接件，具有更强的可操作性与可靠性，提高了混合梁斜拉桥的适用性。 

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是： 

一种设置复合连接件的有格室混合梁结合部，其包括两钢梁过渡段1、两钢格室2和混凝土梁过渡段3，两钢格室2位于钢梁过渡段1和混凝土梁过渡段3之间，两钢格室2内部填充混凝土4，外侧分别与一钢梁过渡段1固接，并以水平中心面上下对称设置； 

两纵向预应力钢束5分别上下水平穿过混凝土梁过渡段3，再上下水平穿过两钢格室2，并固接于两钢格室2外侧。 

所述的有格室混合梁结合部，其所述钢梁过渡段1，包括钢顶板6、U型加劲肋7、变高度加劲肋8和横隔板9；钢顶板6与钢主梁11水平高度一致，由钢主梁11水平延伸而成一体；U型加劲肋7上端与钢主梁11下表面固接，由钢主梁11向钢顶板6水平延伸；变高度加劲肋8为带加劲肋条的钢板，变高度加劲肋8横断面为“π”型或“T”型；π型变高度加劲肋8上端焊接在U型加劲肋7的底面上；“T”型变高度加劲肋8布置于U型加劲肋7两侧面的对称面上，上端固接于U型加劲肋7的底面上，或上端延U型加劲肋7两侧面的对称面伸入U型加劲肋7内部，再与钢顶板6、钢主梁11的下表面固接； 

横隔板9与钢主梁11的横隔板位置一致，横隔板9相互间间距取标准钢梁段横隔板间距的一半，并与钢主梁11焊接为一体； 

变高度加劲肋8高度变化坡度角10在4°～6°之间。 

所述的有格室混合梁结合部，其所述钢格室2，包括钢格室顶板12、钢隔板14、钢底板13及承压钢板15；钢梁过渡段1的钢顶板6水平延伸至钢格室2顶端构成钢格室顶板12；钢格室顶板12外侧垂直固接于承压钢板15上端；钢底板13与钢格室顶板12平行设置，承压钢板15下端固接于钢底板13外侧；钢格室顶板12、钢底板13及承压钢板15纵向两侧以两钢隔板14封闭，围成一内侧开口的腔体，为钢格室2； 

钢格室2高度为600～1000mm，且不超过梁钢主梁11梁高的1/3；长 度根据受力情况计算确定，为钢格室2高度的0.5～3倍； 

钢格室顶板12、钢底板13、承压钢板15的内侧面设置多个焊钉连接件16，在钢格室顶板12上有浇筑孔21、钢底板13上有压浆孔19，在钢底板13与承压钢板15交接处有出气孔20，以保证混凝土有效浇筑及钢格室角点混凝土密实； 

钢格室2外侧的承压钢板15外侧面与U型加劲肋7、变高度加劲肋8内侧固接，且变高度加劲肋8在承压钢板15连接处高度与钢格室2的高度一致。 

所述的有格室混合梁结合部，其所述两钢格室2以水平中心面上下对称设置，下面钢格室2的钢底板13位于上方。 

所述的有格室混合梁结合部，其所述钢隔板14，厚度为16～25mm，在钢隔板14上开孔并贯通钢筋形成开孔板连接件17，开孔直径为50～80mm；钢隔板14上还有连通孔18，以保证混凝土浇筑时在箱体内能够自由流动，且钢格室2内混凝土成为一体。 

所述的有格室混合梁结合部，其所述混凝土梁过渡段3，包括混凝土顶板22、混凝土底板23及混凝土横梁24；混凝土顶板22、混凝土底板23设置有倒角，并在混凝土顶板22、混凝土底板23的外侧部分别配置多根补强钢筋25，补强钢筋25分别与上下钢格室2的钢顶板12固接；混凝土横梁24伸入钢格室2内，与钢隔板14固接，钢格室内浇筑的混凝土4，与混凝土梁过渡段3成为一体，两束纵向预应力钢束5上下水平穿过钢格室2与混凝土梁过渡段3后，分别固接于两钢格室2的承压钢板15上，以保证钢主梁11与混凝土横梁24紧密结合，并相互连成整体；纵向预应力钢束5与U型加劲肋7的底面位于同一水平面上。 

所述的有格室混合梁结合部，其当钢格室2的钢隔板14内的混凝土，和混凝土梁过渡段3中的混凝土都达到至少70％强度时，方可张拉预应力钢束5。 

本发明相对于现有技术的主要优点为： 

采用设置复合连接件的有格室混合梁结合部，其格室内钢隔板上的开孔板连接件与顶、底板上的焊钉连接件共同将钢梁截面荷载有效、顺畅地传递到混凝土梁中，且使得格室隔板传力比例明显提高；同时在格室内设 置的焊钉连接件还提高了钢与混凝土间可能由于混凝土浇注不密实引起的脱空，并增加了安全储备。有效改善了荷载传递性态，解决了承压板厚度及承压面积过大的难题，增加了结构安全性。使混合梁结合部能承受混合梁斜拉桥主梁截面更大的轴力，有效解决了大跨径混合梁斜拉桥主梁受力的问题，且避免了在钢格室内大量焊接焊钉连接件，极大提高了混合梁斜拉桥的适用跨径。 

附图说明

图1为本发明一种设置复合连接件的有格室混合梁结合部示意图； 

图2为本发明中钢格室剖面示意图； 

图3为本发明中钢格室顶面示意图； 

图4a为本发明中设置“T”型变高度加劲肋的剖面示意图； 

图4b为本发明中设置“π”型变高度加劲肋的剖面示意图。 

标号说明： 

钢梁过渡段1、钢格室2、混凝土梁过渡段3、混凝土4、预应力钢束5、钢顶板6、U型加劲肋7、变高度加劲肋8、横隔板9、坡度角10、钢主梁11、钢顶板12、钢底板13、钢隔板14、承压钢板15、焊钉连接件16、PBL连接件17、连通孔18、压浆孔19、出气孔20、浇筑孔21、混凝土顶板22、混凝土底板23、混凝土横梁24、补强钢筋25。 

具体实施方式

请参见图1～4所示，为本发明的一种设置复合连接件的有格室混合梁结合部。由钢梁过渡段1、钢格室2和混凝土梁过渡段3构成，钢格室2内部填充混凝土4，位于钢梁过渡段1和混凝土梁过渡段3之间，纵向预应力钢束5穿过钢格室2置于承压钢板15上。钢梁过渡段1由钢顶板6、U型加劲肋7、变高度加劲肋8和横隔板9构成。钢格室2通过钢梁过渡段1与钢主梁11连接。钢顶板6与钢主梁11水平高度一致，由钢主梁11水平延伸而成一体，并水平延伸至钢格室2顶端构成钢格室顶板12；U型加劲肋7上端与钢主梁11下表面固接，由钢主梁11向钢顶板6水平延伸，U型加劲肋7内侧与承压钢板15外纵侧面焊接；变高度加劲肋8为带加劲肋条的钢板，变高度加劲肋8横断面为“π”型或“T”型。“T”型变高度 加劲肋8可布置于U型加劲肋7两侧面的对称面上，上端固接于U型加劲肋7的底面上，或上端延U型加劲肋7两侧面的对称面伸入U型加劲肋7内部，再与钢顶板6、钢主梁11的下表面固接。π型变高度加劲肋8一般上端焊接在U型加劲肋7的底面上。变高度加劲肋8内侧端延伸至承压钢板15外纵侧面，并焊接。变高度加劲肋8高度变化坡度角10宜在4°～6°之间，且在承压钢板15处高度与钢格室2的高度一致。横隔板9与钢主梁11的横隔板位置一致，并与钢主梁11焊接为一体，横隔板9相互间间距取为标准钢梁段横隔板间距的一半。 

钢格室2由钢顶板12、钢隔板14、钢底板13及承压钢板15构成。钢格室2高度一般采用600～1000mm，且不超过钢主梁11梁高的1/3。钢格室2长度根据受力计算确定，且不小于0.5倍的钢格室2高度，一般可取钢格室2高度的2～3倍。钢格室2内浇筑混凝土4，并与混凝土梁过渡段3成为一体。钢格室顶板12与钢梁过渡段钢顶板6保持位置一致，由钢主梁11延伸过来而成，并在钢格室顶板12内侧面上设置焊钉连接件16。在钢顶板12上开设浇筑孔21、钢底板13上有压浆孔19，在角点设置出气孔20，以保证混凝土有效浇筑及钢格室角点混凝土密实。钢隔板14设置在钢格室2内部，厚度为16～25mm，在钢隔板14上开孔，开孔直径为50～80mm，并贯通钢筋形成开孔板连接件PBL连接件17；在隔板14上设置连通孔18，以保证混凝土浇筑时在箱体内能够自由流动且钢格室2内混凝土成为一体。钢格室底板13设置在钢格室2底部，厚度与格室顶板12一致，并在其内侧设置焊钉连接件16。在钢格室底板13上开设压浆孔19，在钢格室底板角点设置出气孔20，以保证混凝土有效浇筑及钢格室角点混凝土密实。承压钢板15厚度为20～30mm，在内侧设置焊钉连接件16，承压钢板15设置在钢格室2外端部且外侧与U型加劲肋7、变高度加劲肋8焊接，并上端与钢顶板12固接，下端与钢底板13固接，钢隔板14设置在钢格室2内部，其上下端与钢顶板12、钢底板13焊接为一体，外侧与承压钢板15内侧焊接为一体，围成一内端有开口的钢格室2。 

钢梁过渡段1、钢格室2各为两个，上下以水平中心面对称设置，下方钢格室2的钢底板13位于上方。 

混凝土梁过渡段3由混凝土顶板22、混凝土底板23及混凝土横梁24 构成。混凝土顶板22、混凝土底板23设置有倒角，混凝土横梁24伸入钢格室2，与钢隔板14固接，并在混凝土顶板22、混凝土底板23的外侧部分别配置多根补强钢筋25，补强钢筋25分别与上下钢格室2的钢顶板12固接。两束纵向预应力钢束5上下水平穿过钢格室2与混凝土梁过渡段3后，分别固接于两钢格室2的承压钢板15上，以保证钢主梁11与混凝土横梁24紧密结合，并相互连成整体。纵向预应力钢束5与U型加劲肋7的底面位于同一水平面上。当钢格室2的钢隔板14内的混凝土，和混凝土梁过渡段3中的混凝土都达到至少70％强度时，方可张拉预应力钢束5。 

Claims (7)

1.一种设置复合连接件的有格室混合梁结合部，其特征在于，包括两钢梁过渡段(1)、两钢格室(2)和混凝土梁过渡段(3)，两钢格室(2)位于钢梁过渡段(1)和混凝土梁过渡段(3)之间，两钢格室(2)内部填充混凝土(4)，外侧分别与一钢梁过渡段(1)固接，并以水平中心面上下对称设置；

两纵向预应力钢束(5)分别上下水平穿过混凝土梁过渡段(3)，再上下水平穿过两钢格室(2)，并固接于两钢格室(2)外侧。

2.如权利要求1所述的有格室混合梁结合部，其特征在于，所述钢梁过渡段(1)，包括钢顶板(6)、U型加劲肋(7)、变高度加劲肋(8)和横隔板(9)；钢顶板(6)与钢主梁(11)水平高度一致，由钢主梁(11)水平延伸而成一体；U型加劲肋(7)上端与钢主梁(11)下表面固接，由钢主梁(11)向钢顶板(6)水平延伸；变高度加劲肋(8)为带加劲肋条的钢板，变高度加劲肋(8)横断面为“π”型或“T”型；π型变高度加劲肋(8)上端焊接在U型加劲肋(7)的底面上；“T”型变高度加劲肋(8)布置于U型加劲肋(7)两侧面的对称面上，上端固接于U型加劲肋(7)的底面上，或上端延U型加劲肋(7)两侧面的对称面伸入U型加劲肋(7)内部，再与钢顶板(6)、钢主梁(11)的下表面固接；

横隔板(9)与钢主梁(11)的横隔板位置一致，并与钢主梁(11)焊接为一体，横隔板(9)相互间间距取标准钢梁段横隔板间距的一半；变高度加劲肋(8)高度变化坡度角(10)在4°～6°之间。

3.如权利要求1所述的有格室混合梁结合部，其特征在于，所述钢格室(2)，包括钢格室顶板(12)、钢隔板(14)、钢底板(13)及承压钢板(15)；钢梁过渡段(1)的钢顶板(6)水平延伸至钢格室(2)顶端构成钢格室顶板(12)；钢格室顶板(12)外侧垂直固接于承压钢板(15)上端；钢底板(13)与钢格室顶板(12)平行设置，承压钢板(15)下端固接于钢底板(13)外侧；钢格室顶板(12)、钢底板(13)及承压钢板(15)纵向两侧以两钢隔板(14)封闭，围成一内侧开口的腔体，为钢格室(2)；

钢格室(2)高度为600～1000mm，且不超过钢主梁(11)梁高的1/3；长度根据受力情况计算确定，为钢格室(2)高度的0.5～3倍；

钢格室顶板(12)、钢底板(13)、承压钢板(15)的内侧面设置多个焊钉连接件(16)，在钢格室顶板(12)上有浇筑孔(21)、钢底板(13)上有压浆孔(19)，在钢底板(13)与承压钢板(15)交接处有出气孔(20)，以保证混凝土有效浇筑及钢格室角点混凝土密实；

钢格室(2)外侧的承压钢板(15)外侧面与U型加劲肋(7)、变高度加劲肋(8)内侧固接，且变高度加劲肋(8)在承压钢板(15)连接处高度与钢格室(2)的高度一致。

4.如权利要求1或3所述的有格室混合梁结合部，其特征在于，所述两钢格室(2)以水平中心面上下对称设置，下面钢格室(2)的钢底板(13)位于上方。

5.如权利要求3所述的有格室混合梁结合部，其特征在于，所述钢隔板(14)，厚度为16～25mm，在钢隔板(14)上开孔并贯通钢筋形成开孔板连接件(17)，开孔直径为50～80mm；钢隔板(14)上还有连通孔(18)，以保证混凝土浇筑时在箱体内能够自由流动，且钢格室(2)内混凝土成为一体。

6.如权利要求1所述的有格室混合梁结合部，其特征在于，所述混凝土梁过渡段(3)，包括混凝土顶板(22)、混凝土底板(23)及混凝土横梁(24)；混凝土顶板(22)、混凝土底板(23)设置有倒角，并在混凝土顶板(22)、混凝土底板(23)的外侧部分别配置多根补强钢筋(25)，补强钢筋(25)分别与上下钢格室(2)的钢顶板(12)固接；混凝土横梁(24)伸入钢格室(2)内，与钢隔板(14)固接，钢格室内浇筑的混凝土(4)，与混凝土梁过渡段(3)成为一体，两束纵向预应力钢束(5)上下水平穿过钢格室(2)与混凝土梁过渡段(3)后，分别固接于两钢格室(2)的承压钢板(15)上，以保证钢主梁(11)与混凝土横梁(24)紧密结合，并相互连成整体；纵向预应力钢束(5)与U型加劲肋(7)的底面位于同一水平面上。

7.如权利要求1或6所述的有格室混合梁结合部，其特征在于，当钢格室(2)的钢隔板(14)内的混凝土，和混凝土梁过渡段(3)中的混凝土都达到至少70％强度时，方可张拉预应力钢束(5)。

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