CN102943434A - 一种半装配式竹-混凝土组合桥梁 - Google Patents

一种半装配式竹-混凝土组合桥梁 Download PDF

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Abstract

一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,包括竹纵梁(1)、竹横梁(2)、竹面板(3)、现浇混凝土层(4)、横向预应力束(5)共同组成,其特征在于竹纵梁(1)顶面沿桥梁纵向间隔设有纵梁凹口(11)、竹横梁(2)顶面沿桥梁横向间隔设有横梁凹口(21)、竹面板(3)顶面沿桥梁横向间隔设有纵向凹槽(31),现浇混凝土层(4)浇筑于竹纵梁(1)、竹横梁(2)、竹面板(3)的顶部,纵梁凹口(11)、横梁凹口(21)内设有金属件(7),竹纵梁(1)顶面处现浇混凝土层(4)厚度h1不大于竹纵梁(1)高度h的1/3,横向预应力束(5)在竹横梁(2)内部、侧面或底面穿过,其两端张拉预应力并锚固于桥梁横向最外侧竹纵梁(1)的外侧面。本发明桥梁结构刚度大、延性好,所用材料绿色环保,结构构件标准化、装配化程度高,结构整体性好,能够充分发挥多种材料的优势,满足桥梁结构正常使用和耐久性的需求。

Description

—种半装配式竹-混凝土组合桥梁
技术领域
[0001] 本发明涉及一种组合结构桥梁,尤其是一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,属于土木建筑结构领域。
背景技术
[0002] 在当前发展低碳经济的大背景下,绿色、生态、环保、低碳的新型建筑结构材料是土木工程科技发展的必然方向。竹材最大的优势是绿色环保和原材料可再生,竹材的成材期一般为2〜4年(木材要20年)。据不完全统计,全国竹林面积约354万公顷(未包括台湾省),约占森林总面积的3%,蓄积量约8000万吨,年产竹材约800万吨以上。我国的竹子种类和竹林面积约占世界的1/4,竹材产量约占1/3,均居各国之首。 [0003] 现今的竹制品主要用于车箱底板、集装箱底板、家具、室内装饰、建筑模板及竹地板等领域,竹材作为结构的主要材料在土木工程领域的研究与应用目前处于初步阶段,已经开发了如竹结构住宅、竹材人行天桥及小跨径公路桥等。
[0004] 当前的中、小型普通桥梁,其上部结构主要有两种形式,一种为钢筋混凝土结构形式,另一种为钢结构或钢-混凝土组合结构,无论采用何种结构形式,每种结构形式在应用上都存在一定的局限性:
[0005] (I)对于钢筋混凝土结构,其自重大,施工养护周期长。
[0006] (2)对于钢结构或钢-混凝土组合结构,其主要承重部分为钢梁,钢材造价较高,耐腐蚀性较差,腐蚀作用会影响桥梁的正常使用,使得维护成本较高。
[0007] 另外,混凝土材料或钢材的生产本身存在高能耗与高污染。
[0008] 绿色、节能、环保的新型材料是土木建筑工程领域的发展方向。相比其它建筑材料,竹材在抗震、环保、舒适、工业化方面优势显著,而当前竹材制作的结构已经开始出现在桥梁建筑领域,如中国专利“ 200610031948. 9 ”号,公开了一种竹材桥梁,全桥由竹材构件组成,结构简单,施工方便,施工材料环保,但对于该类全竹结构桥梁来说,竹材用量大,截面刚度低,全桥整体性不足,相对来说,组合桥梁具有明显的优势之处。
发明内容
[0009] 本发明的目的是提供一种半装配式竹-混凝土组合桥梁:该种桥梁结构刚度大、延性好,所用材料绿色环保,结构构件标准化、装配化程度高,结构整体性好,能够充分发挥多种材料的优势,满足桥梁结构正常使用和耐久性的需求。
[0010] 本发明的技术方案为:一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,包括竹纵梁、竹横梁、竹面板、现浇混凝土层、横向预应力束共同组成,其特征在于竹纵梁顶面沿桥梁纵向间隔设有纵梁凹口、竹横梁顶面沿桥梁横向间隔设有横梁凹口,竹横梁与竹纵梁通过金属连接件连接,竹面板两端伸入竹纵梁顶部混凝土内,现浇混凝土层浇筑于竹纵梁、竹横梁、竹面板的顶部,并伸进纵梁凹口、横梁凹口及纵向凹槽内,纵梁凹口、横梁凹口内设有金属件,竹纵梁顶面处现浇混凝土层厚度hi不大于竹纵梁高度h的1/3,横向预应力束在竹横梁内部、侧面或底面穿过,其两端张拉预应力并锚固于桥梁横向最外侧竹纵梁的外侧面。
[0011] 在本发明结构中,现浇混凝土层通过纵梁凹口、横梁凹口分别与竹纵梁、竹横梁形成机械咬合,保证现浇混凝土层与竹纵梁、竹横梁的共同工作,纵梁凹口、横梁凹口为混凝土、竹材两种材料界面的结合提供了可靠的刚性连接,金属件为现浇混凝土层与竹纵梁、竹横梁之间提供辅助的柔性连接,刚性连接与柔性连接并济,保证了本发明结构混凝土与竹材界面足够的滑移刚度和滑移破坏的延性,同样,竹面板顶面沿桥梁横向间隔设有纵向凹槽可保证现浇混凝土层与竹面板之间的共同工作,本发明的关键点还在于竹纵梁顶面处现浇混凝土层厚度hi不大于竹纵梁高度h的1/3,以获得现浇混凝土层与竹纵梁组合截面在荷载作用下,中性轴位于现浇混凝土层底面以下,即保证混凝土材料全截面受压以避免混凝土下边缘承受拉应力而开裂,便于充分发挥混凝土优越的抗压性能和竹材较强的抗拉能力;横向预应力束在竹横梁内部、侧面或底面穿过,并张拉预应力锚固于桥梁横向最外侧竹纵梁的外侧面,通过横向预应力束将各片竹纵梁在横向连成整体,保证桥梁横向的整体工 作。
[0012] 所述的纵梁凹口、横梁凹口可采用矩形、三角形或倒梯形,并在凹口内设有金属件,金属件为金属筋或金属管制作,金属件下部分锚固于竹纵梁或竹横梁内,上部分浇筑于现浇混凝土层内。
[0013] 所述的横向预应力束可采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋或纤维筋的一种,横向预应力束设置于竹横梁内部时,竹横梁应预留内部孔洞。
[0014] 所述的竹纵梁和竹横梁之间的金属连接件由U型承托和固定板组成,U型承托的侧壁和固定板开设有螺栓空洞。金属连接件为竹纵梁、竹横梁之间提供了剪力和弯矩的传递,竹横梁端部置于U型承托内,固定板固定于竹纵梁侧面,金属连接件与竹横梁、竹纵梁的连接通过螺栓和结构胶实现。
[0015] 所述的现浇混凝土层在竹面板顶部处的厚度小于在竹纵梁顶部处的厚度,竹面板顶部混凝土的厚度根据桥面板的荷载确定,而竹纵梁顶部混凝土的厚度根据主梁的荷载确定,二者不受相互制约,现浇混凝土层内部设有纵向钢筋、横向钢筋,其主要作用为构造钢筋,防止混凝土的收缩裂缝和温度裂缝。
[0016] 本发明优点显著,具有以下有益效果:
[0017] (I)现浇混凝土填充在纵梁凹口和横梁凹口使得混凝土材料与竹材形成机械咬合,提供了的首要的刚性连接,同时凹口内设置的金属件提供了结合面的辅助的柔性连接,刚柔并济的连接保证了结构足够的刚度和延性。
[0018] (2)竹纵梁顶面处现浇混凝土厚度hi不大于竹纵梁高度h的1/3,可以保证现浇混凝土层全截面受压,以充分发挥混凝土材料优越的抗压性能,结合竹材良好的抗拉能力,两种材料优势互补。
[0019] (3)通过张拉横向预应力束,可以提高桥梁结构横向刚度,同时加强了竹纵梁及竹横梁之间的整体稳定性。
[0020] (4)桥面板采用竹面板和现浇混凝土层组合结构,刚度大、承载力高,竹面板上设有纵向凹槽可以保证竹面板与现浇混凝土层之间不发生界面滑移,界面连接构造简单,造价低廉。
[0021] (5)半装配式竹-混凝土组合桥梁自重轻,构件易于标准化,大部分构件都可以在工厂事先预制好,施工速度快、周期短。
[0022] (6)竹材属于可再生资源,成材周期短,来源广,在生产过程中能耗低、无污染,是一种理想的绿色环保建筑材料;
[0023] (7)竹材本身防霉防蛀、外形美观,具有很好的耐久性和耐腐蚀性,这使得竹-混凝土组合桥梁维护费用较低。
附图说明
[0024] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。
[0025] 图I是一种半装配式竹-混凝土组合桥梁的整体结构示意图;
[0026] 图2是在竹纵梁凹口处沿桥梁横向进行剖切的桥梁剖面示意图;
[0027] 图3是在竹横梁位置处沿竹横梁轴线方向的桥梁剖面示意图;·
[0028] 图4是竹面板的构造示意图;
[0029] 图5是现浇混凝土层中纵向钢筋和横向钢筋的布置示意图;
[0030] 图6是竹纵梁与竹横梁之间的金属连接件构造示意图;
[0031] 图7是竹纵梁凹口采用矩形形式示意图;
[0032] 图8是竹纵梁凹口采用三角形形式示意图;
[0033] 图9是竹纵梁凹口采用倒梯形形式示意图;
[0034] 图10是竹横梁凹口采用矩形形式示意图;
[0035] 图11是竹横梁凹口采用三角形形式示意图;
[0036] 图12是竹横梁凹口采用倒梯形形式示意图。
[0037] 在附图中,I为竹纵梁,11为纵梁凹口,2为竹横梁,21为横梁凹口,3为竹面板,31为竹面板3上的纵向凹槽,4为现浇混凝土层,41为现浇混凝土层4中的纵向钢筋,42为现浇混凝土层4中的横向钢筋,5为横向预应力束,6为竹纵梁I和竹横梁2间的金属连接件,61为金属连接件6中的U型承托,62为金属连接件6中的固定板,7为金属件。
具体实施方式
[0038] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0039] 如图I〜图12所示,一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,包括竹纵梁I、竹横梁2、竹面板3、现浇混凝土层4、横向预应力束5共同组成,其特征在于竹纵梁I顶面沿桥梁纵向间隔设有纵梁凹口 11、竹横梁2顶面沿桥梁横向间隔设有横梁凹口 21、竹面板3顶面沿桥梁横向间隔设有纵向凹槽31,竹横梁2与竹纵梁I通过金属连接件6连接,竹面板3两端伸入竹纵梁I顶部混凝土内,现浇混凝土层4浇筑于竹纵梁I、竹横梁2、竹面板3的顶部,并伸进纵梁凹口 11、横梁凹口 21及纵向凹槽31内,纵梁凹口 11、横梁凹口 21内设有金属件7,竹纵梁I顶面处现浇混凝土层4厚度hi不大于竹纵梁I高度h的1/3,横向预应力束5在竹横梁2内部、侧面或底面穿过,其两端张拉预应力并锚固于桥梁横向最外侧竹纵梁I的外侧面。
[0040] 具体实施中,竹纵梁I、竹横梁2、竹面板3、金属连接件6预先在工厂加工好,并按设计需要尺寸与数量预设纵梁凹口 11、横梁凹口 21及纵向凹槽31,纵梁凹口 11、横梁凹口21为矩形、三角形或倒梯形,将竹纵梁I、竹横梁2、竹面板3、金属连接件6运输至施工现场,进行拼装,竹横梁2与竹纵梁I之间以螺栓、结构胶通过金属连接件6实现连接,竹面板3按设计位置通过临时支撑撑起于竹纵梁I和竹横梁2之上,其底面与竹纵梁I和竹横梁2的顶面相隔预定距离,纵梁凹口 11、横梁凹口 21内设置金属件7,金属件7为金属筋或金属管制作,下部分通过钻孔、粘结胶锚固于竹纵梁I或竹横梁2内,上部伸出部分待后浇筑混凝土埋入现浇混凝土层4内,随后,对竹纵梁I顶 部侧面与竹面板3底面之间的空隙及梁端等进行模板支设,并在竹纵梁I、竹横梁2、竹面板3之上铺设并绑扎或焊接纵向钢筋41、横向钢筋42,浇筑现浇混凝土层4,待混凝土强度达到设计强度后,穿入横向预应力束5,并张拉锚固,横向预应力束5可采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋或纤维筋,如果横向预应力束5设置于竹横梁2内部时,竹横梁2应提前预留内部孔洞。
[0041] 所述的金属连接件6由U型承托61和固定板62组成,U型承托61的侧壁和固定板62开设有螺栓空洞。

Claims (6)

1. 一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,包括竹纵梁(I)、竹横梁(2)、竹面板(3)、现浇混凝土层(4)、横向预应力束(5)共同组成,其特征在于竹纵梁(I)顶面沿桥梁纵向间隔设有纵梁凹口(11)、竹横梁(2)顶面沿桥梁横向间隔设有横梁凹口(21)、竹面板(3)顶面沿桥梁横向间隔设有纵向凹槽(31),竹横梁(2)与竹纵梁(I)通过金属连接件(6)连接,竹面板(3)两端伸入竹纵梁(I)顶部混凝土内,现浇混凝土层(4)浇筑于竹纵梁(I)、竹横梁(2)、竹面板(3)的顶部,并伸进纵梁凹口(11)、横梁凹口(21)及纵向凹槽(31)内,纵梁凹口(11)、横梁凹口(21)内设有金属件(7),竹纵梁(I)顶面处现浇混凝土层(4)厚度hi不大于竹纵梁(I)高度h的1/3,横向预应力束(5)在竹横梁(2)内部、侧面或底面穿过,其两端张拉预应力并锚固于桥梁横向最外侧竹纵梁(I)的外侧面。
2.根据权利要求I所述的一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,其特征在于所述的金属件(7)为金属筋或金属管制作,下部分锚固于竹纵梁(I)或竹横梁(2)内,上部分浇筑于现浇混凝土层(4)内。
3.根据权利要求I所述的一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,其特征在于纵梁凹口(11)、横梁凹口(21)为矩形、三角形或倒梯形。
4.根据权利要求I所述的一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,其特征在于横向预应力束(5)可采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋或纤维筋的一种,横向预应力束(5)设置于竹横梁(2)内部时,竹横梁⑵应预留内部孔洞。
5.根据权利要求I所述的一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,其特征在于金属连接件(6)由U型承托(61)和固定板(62)组成,U型承托(61)的侧壁和固定板(62)开设有螺栓空洞。
6.根据权利要求I所述的一种半装配式竹-混凝土组合桥梁,其特征在于现浇混凝土层(4)在竹面板(3)顶部处的厚度小于在竹纵梁(I)顶部处的厚度,现浇混凝土层(4)内部设有纵向钢筋(41)、横向钢筋(42)。
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