CN103306189A - 钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁及其施工方法 - Google Patents

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CN103306189A CN2013102803630A CN201310280363A CN103306189A CN 103306189 A CN103306189 A CN 103306189A CN 2013102803630 A CN2013102803630 A CN 2013102803630A CN 201310280363 A CN201310280363 A CN 201310280363A CN 103306189 A CN103306189 A CN 103306189A
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Abstract

本发明公开了一种钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,包括钢桁架和铺设在钢桁架上的桥面板;钢桁架包括并排排布的多个沿桥跨方向布置的纵向桁片和分别设置在纵向桁片的顶端和底端的且平行设置的两个水平联结系即上水平联结系和下水平联结系,纵向桁片的构件表面粘贴有FRP结构,且纵向桁片的左表面和右表面铺设有FRP结构形成腹板;上水平联结系的构件的表面粘贴有FRP结构,且上下表面铺设有FRP结构形成顶板;下水平联结系的构件的表面粘贴有FRP结构,且上下表面铺设有FRP结构形成底板;其中,FRP结构包括FRP方格布且其两个表面均粘贴有FRP短切毡。本发明还公开了一种钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的施工方法。

Description

钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁及其施工方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域,更具体地说,涉及一种钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,以及其施工方法。
背景技术
预应力混凝土简支T型梁桥是目前广泛采用的桥型,以30米至50米跨径最为多见,常采用现场预制,架桥机安装法施工。多跨时,现有技术常采用简支-结构连续或简支-桥面连续,这种结构主要缺陷表现在:
(1)预应力混凝土简支T型梁桥在现场预制,受到场地施工条件和环境温度的影响,施工质量离散性较大,施工管理难度大。
(2)混凝土结构早期抗拉强度低,当预应力管道偏离较大时,张拉时常在腹板、底板或马蹄处产生沿桥跨方向的多为纵向的裂缝,使得裂缝控制难度大。
(3)预应力混凝土简支T型梁桥常由多片T型梁组成,多片T型梁端部和中部均通过横向设置的横隔板相连,多片T型梁的桥面板由现浇混凝土纵缝相连,即每片T型梁的桥面板沿桥跨的方向设置,相邻的桥面板之间具有沿桥跨方向的纵向接缝。每片T型梁预制和安装偏差较大时,则横隔板横向对接偏差大,桥面板垂直高差大,降低了整体受力性能。且T型梁横隔板相连以及桥面板相连的施工多为高空作业,施工精度控制难度大。
(4)预制T型梁吊装重量大。30米至50米跨径每片梁吊装重量为80吨至150吨左右,吊装风险大,吊装费用高。
(5)预制T型梁抗扭能力不足,施工过程中的抗扭开裂风险大。
(6)预应力混凝土简支T型梁桥自重较大,使得跨越能力受限,跨度一般不超过50米。常用30米和40米。山区桥梁高墩较多时,施工难度大,高墩施工风险大,不经济。有些地区墩高达到100米以上,桥跨布置不合理,不美观。
(7)预应力混凝土结构预制件存梁时间受限,一般不超过6个月,需要较大的预制场地和人力物力。
(8)不易实现工厂化施工。
(9)位于纵坡和平曲线的桥梁在温度作用下常发生蠕动,产生支座剪切变形。
另外,钢桁架-混凝土桥面板叠合梁也是目前采用的桥型之一。钢桁采用栓结或焊接,钢桁和混凝土桥面板之间采用剪力键连接。这种结构主要缺陷表现在:
(1)钢结构构件的锈蚀问题突出,防锈蚀处理和养护成本较高。
(2)钢桁和混凝土桥面板之间剪力键易锈蚀,不易养护。
(3)混凝土桥面板防水问题难控制,会加剧剪力键易锈蚀或断裂,危机桥梁安全。
(4)钢桁架抗扭抗剪能力不足。
除此之外,现有技术预应力混凝土T梁桥主梁安装完成后续施工工作有以下特点:进行厚10厘米左右现浇调平混凝土施工、厚10厘米左右沥青混凝土铺装施工、人行道、栏杆或防撞护栏施工。
厚10厘米左右现浇调平混凝土、厚10厘米左右沥青混凝土铺装、人行道、栏杆或防撞护栏重量一般称为二期恒载。二期恒载一般采用混凝土材料,部分桥梁栏杆采用钢结构,自重均较大。
下表列出了二期恒载和公路设计车道荷载的比例关系。二期恒载一般为公路设计车道荷载的2倍左右,减小二期恒载的影响对提高通行能力意义重大。
Figure BDA00003463986500021
Figure BDA00003463986500031
综上所述,如何提供有效地解决钢结构构件易锈蚀,养护成本高的问题,是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种钢桁架预应力混凝土组合桥梁,其钢结构杆件不易锈蚀,养护成本较低。本发明的第二个目的在于提供一种钢桁架预应力混凝土组合桥梁的施工方法。
为了达到上述第一个目的,本发明提供如下技术方案:
一种钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,包括钢桁架和铺设在所述钢桁架上的桥面板;
所述钢桁架包括并排排布的多个沿桥跨方向布置的纵向桁片和分别设置在所述纵向桁片的顶端和底端的且平行设置的两个水平联结系即上水平联结系和下水平联结系,
所述纵向桁片的构件表面粘贴有FRP结构,且纵向桁片的左表面和右表面铺设有FRP结构形成腹板;所述上水平联结系的构件的表面粘贴有FRP结构,且上下表面铺设有FRP结构形成顶板;所述下水平联结系的构件的表面粘贴有FRP结构,且上下表面铺设有FRP结构形成底板;
其中,所述FRP结构包括FRP方格布且所述FRP方格布的两个表面均粘贴有FRP短切毡,所述FRP方格布和所述FRP短切毡间通过粘结剂粘贴固化形成所述FRP结构。
优选地,所述纵向桁片包括并排排布的沿桥跨方向的上弦杆、与所述上弦杆平行的且设置于所述上弦杆下方的下弦杆、与所述上弦杆和下弦杆均连接的且均垂直设置的直腹杆和与所述上弦杆和下弦杆均连接的且与所述直腹杆具有角度的斜腹杆。
优选地,所述上弦杆、下弦杆和直腹杆均为方钢管,所述斜腹杆为钢带;且所述直腹杆与上弦杆、下弦杆均通过焊接连接;所述纵向桁片的两个侧面均设置有所述斜腹杆,且所述纵向桁片的两侧的斜腹杆交叉布置且与所述直腹杆的夹角均为45°,交叉的两斜腹杆的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;位于所述纵向桁片同侧的斜腹杆相互平行,且所述纵向桁片的各部件的外侧面均在同一平面上。
优选地,还包括与所述下弦杆、上弦杆、直腹杆和斜腹杆均连接牢固的腹板加强肋,所述腹板加强肋包括多根平行于所述上弦杆和下弦杆的纵梁和多根平行于所述直腹杆的横梁,且所述横梁和纵梁均为截面为矩形或工字型的FRP梁。
优选地,所述上水平联结系包括并排排布的沿桥宽方向的多根上横杆,且每根上横杆两端均与上弦杆牢固连接,所述上水平联结系的上面和下面均设置有水平剪刀撑,
上水平联结系的上下两侧的水平剪刀撑交叉布置且与所述上横杆的夹角均为45°,交叉的两水平剪刀撑的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;
所述下水平联结系包括并排排布的沿桥宽方向的多根下横杆,且每根下横杆两端均与下弦杆牢固连接,所述下水平联结系的上面和下面均设置有水平剪刀撑,且所述下水平联结系的上下两侧的水平剪刀撑交叉布置且与所述下横杆的夹角均为45°,交叉的两水平剪刀撑的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;
所述下横杆和上横杆均为方钢管,所述水平剪刀撑具体为钢带。
优选地,所述上水平联结系的相邻的两上横杆之间设置有加强肋,相邻的两上弦杆之间设置有加强肋;所述下水平联结系的相邻的两下横杆之间设置有加强肋,相邻的两下弦杆之间设置有加强肋;且所述加强肋为截面为矩形或者工字型的FRP梁。
优选地,相邻的纵向桁片的对应的两个直腹杆形成的平面两侧还设置有横向剪刀撑,两侧的横向剪刀撑交叉设置且交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;
所述横向剪刀撑具体为钢带,且所述横向剪刀撑表面粘贴有所述FRP结构。
优选地,所述桥面板的数量为多块,且沿桥跨方向并排排布,且每块桥面板沿桥跨的宽度为2米,其长度与桥的宽度相同,每相邻的两桥面板之间具有2厘米的缝隙;
且所述上弦杆的上表面上焊接有剪力键,且所述剪力键表面粘贴有所述FRP结构,所述剪力键和桥面板的预埋钢板焊接。
优选地,所述桥面板周边采用环氧树脂胶压注饱满,所述桥面板上表面铺设有所述FRP结构。
一种钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的施工方法,包括步骤:
第一步:在工厂制作钢桁架,所述纵向桁片的长度为10米至15米,所述水平联结系的宽度为4至5米;且所述钢桁架横向至少包括2个纵向桁片;
第二步:在制作完成的钢桁架的所有杆件的表面上粘贴经过防腐处理的FRP结构;
第三步:安装加强肋和腹板加强肋,在加强肋和腹板加强肋上粘贴FRP板,即在纵向桁片和上下水平联结系的杆件之间的空隙处粘贴FRP板,在所述纵向桁片的左右两侧表面上铺设含有2至3层FRP方格布的FRP结构形成腹板;在钢桁架下弦杆和下水平联结系上下表面铺设含有2至3层FRP方格布的FRP结构形成底板,在钢桁架上弦杆和上水平联结系上下表面铺设FRP结构形成顶板;
第四步:预制混凝土桥面板,并完成所述桥面板的预应力张拉;
第五步:将加工完成的横向至少包括2个纵向桁片的钢桁架和混凝土桥面板运输至桥梁施工现场,现场组装多段所述钢桁架和水平联结系,并在接头处外包FRP结构;
第六步:架设钢桁架至设定位置;
第七步:安装桥面板,在钢桁架上表面和桥面板下表面涂刷环氧树脂胶,桥面板准确就位拧紧固定螺栓后焊接剪力键和桥面板预埋钢板;通过环氧树脂胶和剪力键将每块桥面板与钢桁架连成一体,在相邻桥面板板间预留2厘米的接缝,并在接缝中灌注环氧树脂胶,桥面板板周边环氧树脂胶压注饱满后,在桥面板上表面铺设含有1至2层FRP方格布的FRP结构;
第八步:在桥面板上表面涂刷专业环氧树脂胶,依次铺筑2层每层厚均为3~4厘米的沥青混凝土,沥青混凝土中的碎石直径为10~13毫米。
同现有预应力混凝土T梁桥结构和钢桁架-混凝土桥面板叠合桥梁结构相比,本发明主要有益效果是:
(1)钢桁架可实现工厂化制造,在工厂加工尺寸不超过宽3.5米×高5米×长15米左右单元,运输到现场组拼成吊装单元再安装,现场的工作大大减少,钢结构存梁时间不限制,大大提高了施工质量和施工效率。可实现桥梁工业化施工。
(2)和预应力混凝土T梁桥结构相比,本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的加强肋为FRP梁,FRP梁密度小,且钢结构外包FRP梁的强度高,截面可减小,钢桁架梁的自重比混凝土T梁大大减轻,跨越能力大大提高,跨径可达到80米。在山区可大大减少特高桥墩,增加了适应性,从而带来巨大经济性。
(3)和现有技术中的钢桁-混凝土桥面板叠合桥梁结构相比,本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的钢桁架的纵向桁片和水平联结系的表面包覆有FRP结构,并设置有FRP板,形成闭合箱型截面,在充分发挥钢桁架抗拉和混凝土抗压的同时,大大提高了桥梁的抗扭刚度和抗剪能力。
(4)与现有技术相比,本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,可整孔安装,大大提高了施工效率。
(5)与现有技术相比,本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其杆件表面粘贴FRP结构,解决了钢结构杆件锈蚀问题,可实现运营阶段免维护或少维护。
(6)与现有技术相比,本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,通过在剪力键的表面设置粘FRP结构和桥面板上铺设FRP结构,解决了剪力键的锈蚀问题。
(7)通过焊接在钢桁架上弦杆上的剪力键和桥面板预埋钢板的焊接连接,且通过在桥面板和钢桁架外包FRP结构形成的顶板间设置环氧树脂胶粘接连接,形成多方式连接结构,连接更可靠。
(8)桥面板间灌注环氧树脂胶和桥面板上铺设FRP结构增加了桥面板的牢固性和整体受力性能。
(9)桥面板间环氧树脂胶和桥面板上部设置的FRP结构,解决了桥面板的防水问题。
(10)桥面板采用了FRP结构后,二期恒载10厘米左右现浇调平混凝土施工和厚10厘米左右沥青混凝土铺装施工合计20厘米可厚减薄到6-8厘米。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的立面布置图;
图2为本发明实施例提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁平面布置图;
图3为图1中沿A-A的剖视图;
图4为图1中沿B-B的剖视图;
图5为图3中沿C-C的剖视图;
图6为图3中沿D-D的剖视图;
图7为图6的沿上弦杆上方的水平剖面;
图8为图6的沿上弦杆下方的水平剖面;
图9为钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁墩梁固结立面图;
图10为钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁墩梁固结平面图;
图11为图9中沿A-A的剖视图;
图12为图9中沿B-B的剖视图;
图13为图9中沿C-C的剖视图;
图14为墩梁固结跨平面图墩顶布置支座立面图;
图15为图14的A-A剖视图;
图16为墩梁固结跨平面图墩顶布置支座平面图;
附图中标记如下:
1-下弦杆、2-上弦杆、3-直腹杆、4-斜腹杆、5-下水平联结系、6-上水平联结系、7-横向剪刀撑、8-水平剪刀撑、9-底板、10-腹板、11-顶板、12-加强肋、13-腹板加强肋、14-桥面板、15-剪力键、16-桥墩、17-墩顶横隔板、18-支座、19-FRP结构。
具体实施方式
本发明的第一个目的在于提供一种钢桁架预应力混凝土组合桥梁,其钢结构杆件不易锈蚀,养护成本较低。本发明的第二个目的在于提供一种钢桁架预应力混凝土组合桥梁的施工方法。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4,本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,包括钢桁架和铺设在所述钢桁架上的桥面板14;
其中钢桁架包括并排排布的多个沿桥跨方向布置的纵向桁片和分别设置在所述纵向桁片的顶端和底端的且平行设置的两个水平联结系即上水平联结系6和下水平联结系5,纵向桁片的构件表面粘贴有FRP结构19,且纵向桁片的左表面和右表面铺设有FRP结构19形成腹板10;上水平联结系6的构件的表面粘贴有FRP结构19,且上下表面铺设有FRP结构19形成顶板11;下水平联结系5的构件的表面粘贴有FRP结构19,且上下表面铺设有FRP结构19形成底板9;
其中,FRP结构19包括FRP方格布且FRP方格布的两个表面均粘贴有FRP短切毡,FRP方格布和所述FRP短切毡间通过粘结剂粘贴固化形成所述FRP结构19。粘结剂可以为环氧树脂胶。在构件上进行设置FRP结构19时,首先在构件的表面上涂覆粘结剂,然后粘贴FRP短切毡,再涂覆粘结剂,再粘贴FRP方格布,再涂覆粘结剂,再粘贴FRP短切毡,重复进行。
其中FRP为Fiber Reinforced Polymer英文缩写,即纤维增强复合材料。当采用玻璃纤维时纤维增强复合材料称为GFRP(Glass FiberReinforced Polymer,常称玻璃钢),当采用碳纤维时纤维增强复合材料称为CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料),并且GFRP和CFRP统称为FRP。玻璃纤维抗拉强度1000MPa左右,环氧树脂胶抗拉强度60MPa左右,玻璃纤维和环氧树脂胶粘贴后形成的GFRP结构19强度可达到300MPa左右与钢结构的强度接近。
其中,纵向桁片可以包括并排排布的沿桥跨方向的上弦杆2、与上弦杆2平行的且设置于上弦杆2下方的下弦杆1、与上弦杆2和下弦杆1均连接的且均垂直设置的直腹杆3和与上弦杆2和下弦杆1均连接的且与直腹杆3具有角度的斜腹杆4。
其中,本发明中的包覆在构件表面的FRP结构19可以仅包括一层FRP方格布,并且一层FRP方格布两表面均设置有一层FRP短切毡,FRP方格布与FRP短切毡之间相互通过环氧树脂胶依次粘贴形成一个整体。铺设在表面的FRP结构19可以两层FRP方格布,并且两层FRP方格布之间和两层FRP方格布的远离对方的表面分别设置有一层FRP短切毡,FRP方格布与FRP短切毡之间相互通过环氧树脂胶依次粘贴形成一个整体。
需要说明的是,具有钢构件防腐、防锈和桥面防水的FRP结构19包含一层FRP方格布,具有增强强度的FRP结构19包括二层或更多层FRP方格布,具体可以由结构受力计算确定。
优选地,上弦杆2、下弦杆1和直腹杆3均为方钢管,斜腹杆4为钢带;且所述直腹杆3与上弦杆2、下弦杆1均通过焊接连接;所述纵向桁片的两个侧面均设置有所述斜腹杆4,且所述纵向桁片的两侧的斜腹杆4交叉布置且与所述直腹杆3的夹角均为45°,交叉的两斜腹杆4的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;位于纵向桁片同侧的斜腹杆4相互平行,且所述纵向桁片的各部件的外侧面均在同一平面上。其中,纵向桁片的同一侧的斜腹杆4相互平行,即单边平行设置。
进一步地,还包括与下弦杆1、上弦杆2、直腹杆3和斜腹杆4均连接牢固的腹板加强肋13,腹板加强肋13包括多根平行于上弦杆2和下弦杆1的纵梁和多根平行于所述直腹杆3的横梁,且横梁和纵梁均为截面为矩形或工字型的FRP梁。
腹板加强肋13上下可以粘贴FRP板布满腹板表面的孔洞。FRP板的厚度可以为5毫米,腹板加强肋13可以由壁厚不小于3毫米的,长度为65毫米宽度为65毫米的FRP方管制作,腹板加强肋13和FRP板的总厚度为30厘米,形成和纵向桁片厚度一致的孔洞填塞结构,保证了腹板的表面平整,使得表面铺设粘结的FRP结构19受力均匀。
上弦杆2、下弦杆1和直腹杆3可采用长度为50厘米的和宽度为30厘米厚度为20毫米钢板焊接制作成箱型截面,或为钢铁厂定型产品,其中所述箱型截面由钢铁厂热轧工艺制作大断面U型型材,在所述U型型材内设置焊接钢板加强肋,再采用一块钢板与设置有加强肋的U型型材焊接组成所述箱型截面。准确尺寸由桥梁结构受力需要计算确定。
斜腹杆4可以采用宽度为30厘米左右厚度为40毫米左右的钢带,准确尺寸由桥梁结构受力需要计算确定。
优选地,上水平联结系6包括并排排布的沿桥宽方向的多根上横杆,且每根上横杆两端均与上弦杆2牢固连接,上水平联结系6的上面和下面均设置有水平剪刀撑8,
上水平联结系6的上下两侧的水平剪刀撑8交叉布置且与所述上横杆的夹角均为45°,交叉的两水平剪刀撑8的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;
下水平联结系5包括并排排布的沿桥宽方向的多根下横杆,且每根下横杆两端均与下弦杆1牢固连接,下水平联结系5的上面和下面均设置有水平剪刀撑8,且所述下水平联结系5的上下两侧的水平剪刀撑8交叉布置且与所述下横杆的夹角均为45°,交叉的两水平剪刀撑8的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;
下横杆和上横杆可以均为方钢管,水平剪刀撑8可以具体为钢带。
其中,水平剪刀撑8可以为单边平行设置,即在同一平面上的剪刀撑按同一倾斜角设置,同时,另一侧平面的构件均与其对面的剪刀撑成约90度的角,保证了各区间交叉处均不需断开,施工方便。交叉处设置钢垫块将相交处焊接成一体。以上水平联结系6为例,上水平联结系6的上表面的水平剪刀撑8单边平行设置。
进一步的,上水平联结系6的相邻的两上横杆之间设置有加强肋12,并且相邻的两上弦杆2之间也设置有加强肋12;所述下水平联结系5的相邻的两下横杆之间设置有加强肋12,并且相邻的两下弦杆1之间也设置有加强肋12;且所述加强肋12为截面为矩形或者工字型的FRP梁。
下横杆和上横杆可采用长度为50厘米的和宽度为30厘米厚度为20毫米钢板焊接制作,或为钢铁厂定型产品,准确尺寸由桥梁结构受力需要计算确定。
加强肋12的厚度可以为20毫米左右,相邻的加强肋12的间距100厘米左右,准确尺寸由桥梁结构受力需要计算确定。
加强肋上下可以粘贴FRP板布满水平联结系表面的孔洞。FRP板的厚度可以为5毫米,加强肋可以由壁厚不小于3毫米的,长度为65毫米宽度为65毫米的FRP方管制作,加强肋和FRP板的总厚度为50厘米,形成和水平联结系厚度一致的孔洞填塞结构,保证了底板9或顶板11的表面平整,使得表面铺设粘结的FRP结构19受力均匀。相邻的加强肋12的间距100厘米左右,准确尺寸由桥梁结构受力需要计算确定。
相邻的纵向桁片的对应的两个直腹杆3形成的平面两侧还设置有横向剪刀撑7,两侧的横向剪刀撑交叉设置且交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;横向剪刀撑7具体为钢带,且表面粘贴有FRP结构。
其中,相邻的纵向桁片的对应的两个直腹杆3,即为相邻的纵向桁片的沿桥宽方向平行的两个直腹杆3。其中两个直腹杆3形成的平面两侧的剪刀撑可以相互成90°角。
水平剪刀撑8和横向剪刀撑7,可以采用宽度为30厘米左右厚度为40毫米左右的钢带,准确尺寸由桥梁结构受力需要计算确定。并且,水平剪刀撑8和横向剪刀撑7采用在水平联结系的一侧或者两个直腹杆3形成的平面的一侧的单侧设置的方法,保证了交叉处均不需断开,施工方便。
优选地,桥面板14的数量为多块,且沿桥跨方向并排排布,且每块桥面板14沿桥跨的宽度为2米,其长度与桥的宽度相同,每相邻的两桥面板14之间具有2厘米的缝隙;且上弦杆2的上表面上焊接有剪力键15,且剪力键15表面上粘贴有所述FRP结构19,剪力键15和桥面板14的预埋钢板焊接。
其中桥面板14周边采用环氧树脂胶压注饱满,所述桥面板14上表面铺设有FRP结构19。
桥面板14可以为厚度50厘米左右宽度200厘米左右,准确厚度尺寸由桥梁结构受力需要计算确定。桥面板14的长度与桥梁横向宽度一致,一般12米左右,桥面板14安装前完成预应力张拉,相邻的桥面板14间设置2厘米的接缝。在上弦杆2上表面焊接剪力键15,在剪力键15表面包覆FRP结构19做防水、防锈和防腐处理。在桥面板14相应位置预留剪力键15通过孔。在钢桁架上表面和桥面板14下表面涂刷环氧树脂胶,安装桥面板14准确就位拧紧固定压紧螺栓,焊接剪力键15和桥面板14预留钢板。在桥面板14板间2厘米的接缝中灌注环氧树脂胶,桥面板14周边环氧树脂胶压注饱满后,在桥面板14上表面铺设FRP结构19,将桥面板14纵向连成一体。
可以通过环氧树脂胶和剪力键15将每块桥面板14与钢桁架连成一体。多块的桥面板14通过环氧树脂胶灌注横向接缝及上铺设FRP结构19纵向连成一体。
本发明实施例提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁与桥墩16可以通过两种方式连接。第一种方式为墩梁固结。第二种方式为在桥墩16顶部和梁间设置支座18。
参见图9至图13所示为第一种方式,桥墩16顶部和梁固结。
参见图14至图16所示为第二种方式,在桥墩16顶部和梁间设置支座18。
在墩顶上方设置墩顶横隔板17。墩顶横隔板17采用钢筋混凝土结构,必要时其外表面粘贴一层FRP结构19,必要时在墩顶横隔板17上张拉竖向和横向预应力。为缩短工期墩顶横隔板17也可采用环氧混凝土结构。支座18设置在横向联结系的下横杆处钢桁架直腹杆3正下方。
当本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁为多跨时,采用简支-结构连续结构。完成第一跨桥面板14后再重复第一跨工序进行下一跨的施工。也可以先完成全桥多跨FRP-钢桁架复合结构箱梁的简支-结构连续工作,再安装桥面板14。上部结构和桥墩16间可设置支座18形成连续梁桥,中墩也可采用墩梁固结形成连续刚构桥。结构计算需根据加载过程不同进行调整。
本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,墩高大于40米时采用墩梁固结,30米至50米跨采用单薄壁墩,60米至80米跨采用双薄壁墩。平曲线半径较小时采用30米至50米跨,平曲线半径较大时采用60米至80米跨,桥墩16高度较小时采用30米至50米跨,桥墩16高度较大时采用60米至80米跨。采用单薄壁墩时,相邻两跨的接头设置在单薄壁墩顶前方第二个桁架节间处。采用双薄壁墩时相邻两跨的接头设置在两薄壁墩中间位置。双薄壁墩纵向间距一般为一个桁架节间距离4米左右。在墩梁固结薄壁墩顶设置的墩顶横隔板17,墩顶横隔板17和薄壁墩及箱梁连为一体。墩顶横隔板17的竖向预应力预埋在墩顶以下5米至8米左右的位置,采用钢绞线索。通过张拉竖向预应力,将钢桁架预应力混凝土桥面板14组合桥梁和桥墩16连成一体。竖向预应力穿过桥面板14,在桥面张拉锚固。
本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,除中墩外,其与墩高小于20米时,一般在墩顶设置支座18,墩高为20米至40米以下时应验算桥墩16受拉力,必要时在桥墩16张拉竖向预应力。伸缩缝处边桥墩16均设置支座18。并在桥墩16的墩顶设置墩顶横隔板17。
本发明提供的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁一联中的中间一个桥墩16须采用墩梁固结,如果墩高较矮时,桥墩16采用预应力结构,必要时在墩外贴一层FRP结构19。
本发明中的所有FRP结构19均可以体现做防腐处理。
本发明实施例中,还提供了一种钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的施工方法具体步骤如下:
S1:在工厂制作钢桁架,所述纵向桁片的长度为10米至15米,所述水平联结系的宽度为4至5米,所述钢桁架横向至少包括2个纵向桁片;
其中,在工厂制作钢桁架,30米至80米的桥梁,其钢桁架高度可以为3米至5米,钢桁架纵向节间距可以为3米至5米,2车道12米宽桥梁,设置4片纵向桁片,纵向桁片间距3米,在工厂按照钢结构施工方法完成钢桁架施工。当运输条件受限时,钢桁架纵向按10至15米,横向3.5米分段制作,并在工厂完成预拼装。当吊装条件受限时,将横向3.5米宽的两边钢桁架做为吊装单元制作,参见图3含2片纵向桁片,中间的2米的钢桁架下横杆、钢桁架上横杆、横向剪刀撑7和水平剪刀撑8在吊装单元完成后现场安装。当吊装条件不受限时,将横向3.5米宽的两边钢桁架做为运输单元在现场组拼后再整跨吊装。
S2:在制作完成的钢桁架的所有杆件的表面上粘贴FRP结构19;
其中,在工厂完成钢桁架所有杆件上外包粘贴一层FRP结构19做防水、防锈和防腐处理。分段制作时接头处待完成接头后外包粘贴一层FRP结构19。
S3:安装加强肋12和腹板加强肋13,在加强肋和腹板加强肋13上粘贴FRP板,即在纵向桁片和上下水平联结系的杆件之间的空隙处粘贴FRP板,在所述纵向桁片的左右两侧表面上铺设含有2至3层FRP方格布的FRP结构19形成腹板;在钢桁架下弦杆1和下水平联结系5上下表面铺设含有2至3层FRP方格布的FRP结构19形成底板,在钢桁架上弦杆2和上水平联结系6上下表面铺设FRP结构19形成顶板;
其中,在纵向桁片的左右两侧表面上铺设粘贴一层FRP结构19形成腹板。在钢桁架下弦杆1和下水平联结系5外表面两侧铺设粘贴一层FRP结构19形成底板9。在钢桁架上弦杆2和上水平联结系6外表面两侧铺设粘贴一层FRP结构19形成顶板11。底板9、腹板10和顶板11组成可在工厂制作的FRP-钢桁架复合结构箱梁,参见图4为单箱三室结构。分段制作时,将横向3.5米宽的两边钢桁架做为吊装单元制作FRP-钢桁架复合结构箱梁。分段制作时接头处50厘米待完成接头后粘贴一层FRP结构19。中间的2米钢桁架下横杆和上横杆、横向剪刀撑7和水平剪刀撑8在现场安装,再完成相应的外包FRP结构19工作。
S4:预制混凝土桥面板14,并完成混凝土桥面板14的预应力张拉。
S5:将加工完成的横向至少包括2个纵向桁片的钢桁架和混凝土桥面板14运输至桥梁施工现场,现场组装多段所述钢桁架和水平联结系,并在接头处外包FRP结构19。
构件运输与组拼包括:将单元或构件运输到现场,钢桁架纵向按10至15米横向3.5米分段制作时,现场纵横向组拼成整体,完成纵横向接头焊接、防腐和外包FRP结构19等工作。横向分幅吊装时,现场纵向组拼成整体,完成纵向接头焊接、防腐和外包FRP结构19等工作,有多座桥梁的公路上,在运输条件好的公路位置集中设置一个组拼工厂,用运梁车将吊装件运到现场安装。
S6:架设钢桁架至设定位置。
其中,整孔架设FRP-钢桁架复合结构箱梁就位。横向分幅吊装时,分幅吊装FRP-钢桁架复合结构箱梁就位,横向连接施工,完成横向接头焊接、防腐和外包FRP结构19等工作。
S7:安装桥面板14,在钢桁架上表面和桥面板14下表面涂刷环氧树脂胶,桥面板14准确就位拧紧固定螺栓后焊接剪力键15和桥面板14预埋钢板;通过环氧树脂胶和剪力键15将每块桥面板14与钢桁架连成一体,在相邻桥面板14板间预留2厘米的接缝,并在接缝中灌注环氧树脂胶,桥面板14板周边环氧树脂胶压注饱满后,在桥面板14上表面铺设含有1至2层FRP方格布的FRP结构19。
其中,安装预制桥面板14就位后,在FRP-钢桁架复合结构箱上表面和桥面板14下表面涂刷专业环氧树脂胶,桥面板14准确就位拧紧固定螺栓后焊接剪力键15和桥面板14预留钢板。通过环氧树脂胶和剪力键15将每块桥面板14与FRP-钢桁架复合结构箱连成一体。在桥面板14板间2厘米横向接缝中灌注FRP专业环氧树脂胶,压注饱满后,在桥面板14上表面铺设一层FRP结构19,将桥面板14纵向连成一体。
S8:在桥面板14上表面涂刷专业环氧树脂胶,依次铺筑2层每层厚均为3~4厘米的沥青混凝土,沥青混凝土中的碎石直径为10~13毫米。
当为多跨桥梁时,多跨桥梁连接及墩梁连接施工,多跨简支-结构连续桥梁施工时,完成一跨桥面板14后再进行下一跨的施工。也可以先完成全桥多跨钢桁架连续工作,再安装桥面板14。上部结构和桥墩16间可设置支座18形成连续梁桥,中墩也可采用墩梁固结形成连续刚构桥。结构计算需根据加载过程调整。
本实施例钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的所有构件均在工厂制造实现了桥梁工业化施工。运输和安装构件为FRP-钢桁骨架复合箱型结构,自重轻,跨越能力大大提高,减少特高桥墩16,增加了适应性,从而带来巨大经济性。钢桁架桁片和上下平联外包FRP结构,形成钢强性骨架FRP顶板、底板9和腹板组成闭合箱型截面,在充分发挥钢桁架抗拉和混凝土抗压的同时,大大提高了抗扭刚度和抗剪能力。纵横向整体性能大大提高。桥梁整孔安装,大大提高了施工效率。通过杆件外包FRP结构和结构外包FRP结构,彻底解决了钢结构杆件锈蚀问题,可实现运营阶段免维护或少维护。通过外包FRP结构和桥面上铺FRP结构,解决了剪力键15的锈蚀问题。FRP-钢桁骨架箱梁和预应力混凝土桥面板连接为剪力键15连接和其间环氧树脂胶的多方式界面连接,界面连接更可靠。桥面板间环氧树脂胶和桥面板上部设置的FRP结构增加了桥面板的整体性。桥面板间环氧树脂胶和桥面板上部设置的FRP结构,彻底解决了桥面板的防水问题。钢桁架斜腹杆4、钢桁架横向剪刀撑7和钢桁架水平剪刀撑8的2片构件均采用钢带,同侧设置一片的单边设置方法,保证了交叉处均不需断开,施工方便。钢桁架的主要受力的构件钢桁架下弦杆1、钢桁架上弦杆2、钢桁架直腹杆3、钢桁架下横联和钢桁架上横联采用箱型截面,尺寸相同,方便了施工。所述箱型截面由钢铁厂热轧工艺制作大断面U型型材,在所述U型型材内设置焊接钢板加强肋,再采用一块钢板与设置有加强肋的U型型材焊接组成所述箱型截面。和采用四块钢板焊接组成所述箱型截面工艺相比,减少了两道箱体焊缝,提高了钢桁架下弦杆1、钢桁架上弦杆2、钢桁架直腹杆3、下横杆和上横杆等杆件箱体尺寸精度,大大加快了施工进度,易于施工控制,减少焊接变形提高了施工质量。一联桥梁的中墩墩梁固结克服了位于纵坡和平曲线上桥梁的蠕动和支座18剪切变形。一联中部40米以上高墩采用墩梁固结节省了支座18。本实施例钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的以上优点克服了现有技术预应力混凝土简支T型梁桥和钢桁架-混凝土桥面板叠合梁的不足。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,包括钢桁架和铺设在所述钢桁架上的桥面板(14);
所述钢桁架包括并排排布的多个沿桥跨方向布置的纵向桁片和分别设置在所述纵向桁片的顶端和底端的且平行设置的两个水平联结系即上水平联结系(6)和下水平联结系(5),其特征在于,
所述纵向桁片的构件表面粘贴有FRP结构(19),且纵向桁片的左表面和右表面铺设有FRP结构(19)形成腹板(10);所述上水平联结系(6)的构件的表面粘贴有FRP结构(19),且上下表面铺设有FRP结构(19)形成顶板(11);所述下水平联结系(5)的构件的表面粘贴有FRP结构(19),且上下表面铺设有FRP结构(19)形成底板(9);
其中,所述FRP结构(19)包括FRP方格布且所述FRP方格布的两个表面均粘贴有FRP短切毡,所述FRP方格布和所述FRP短切毡间通过粘结剂粘贴固化形成所述FRP结构(19)。
2.根据权利要求1所述的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其特征在于,所述纵向桁片包括并排排布的沿桥跨方向的上弦杆(2)、与所述上弦杆(2)平行的且设置于所述上弦杆(2)下方的下弦杆(1)、与所述上弦杆(2)和下弦杆(1)均连接的且均垂直设置的直腹杆(3)和与所述上弦杆(2)和下弦杆(1)均连接的且与所述直腹杆(3)具有角度的斜腹杆(4)。
3.根据权利要求2所述的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其特征在于,所述上弦杆(2)、下弦杆(1)和直腹杆(3)均为方钢管,所述斜腹杆(4)为钢带;且所述直腹杆(3)与上弦杆(2)、下弦杆(1)均通过焊接连接;所述纵向桁片的两个侧面均设置有所述斜腹杆(4),且所述纵向桁片的两侧的斜腹杆(4)交叉布置且与所述直腹杆(3)的夹角均为45°,交叉的两斜腹杆(4)的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;位于所述纵向桁片同侧的斜腹杆(4)相互平行,且所述纵向桁片的各部件的外侧面均在同一平面上。
4.根据权利要求2所述的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其特征在于,还包括与所述下弦杆(1)、上弦杆(2)、直腹杆(3)和斜腹杆(4)均连接牢固的腹板加强肋(13),所述腹板加强肋(13)包括多根平行于所述上弦杆(2)和下弦杆(1)的纵梁和多根平行于所述直腹杆(3)的横梁,且所述横梁和纵梁均为截面为矩形或工字型的FRP梁。
5.根据权利要求2所述的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其特征在于,所述上水平联结系(6)包括并排排布的沿桥宽方向的多根上横杆,且每根上横杆的两端均与上弦杆(2)牢固连接,所述上水平联结系(6)的上面和下面均设置有水平剪刀撑(8),
上水平联结系(6)的上下两侧的水平剪刀撑(8)交叉布置且与所述上横杆的夹角均为45°,交叉的两水平剪刀撑(8)的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;
所述下水平联结系(5)包括并排排布的沿桥宽方向的多根下横杆,且每根下横杆两端均与下弦杆(1)牢固连接,所述下水平联结系(5)的上面和下面均设置有水平剪刀撑(8),且所述下水平联结系(5)的上下两侧的水平剪刀撑(8)交叉布置且与所述下横杆的夹角均为45°,交叉的两水平剪刀撑(8)的交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;
所述下横杆和上横杆均为方钢管,所述水平剪刀撑(8)具体为钢带。
6.根据权利要求5所述的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其特征在于,所述上水平联结系(6)的相邻的两上横杆之间设置有加强肋(12),相邻的两上弦杆(2)之间设置有加强肋(12);所述下水平联结系(5)的相邻的两下横杆之间设置有加强肋(12),相邻的两下弦杆(1)之间设置有加强肋(12);且所述加强肋(12)为截面为矩形或者工字型的FRP梁。
7.根据权利要求1所述的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其特征在于,相邻的纵向桁片的对应的两个直腹杆(3)形成的平面两侧还设置有横向剪刀撑(7),两侧的横向剪刀撑交叉设置且交叉处设置与两者均焊接相连的钢垫块;
所述横向剪刀撑(7)具体为钢带,且所述横向剪刀撑(7)表面粘贴有所述FRP结构(19)。
8.根据权利要求1所述的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其特征在于,所述桥面板(14)的数量为多块,且沿桥跨方向并排排布,且每块桥面板(14)沿桥跨的宽度为2米,其长度与桥的宽度相同,每相邻的两桥面板(14)之间具有2厘米的缝隙;
且所述上弦杆(2)的上表面上焊接有剪力键(15),且所述剪力键(15)表面粘贴有所述FRP结构(19),所述剪力键(15)和桥面板(14)的预埋钢板焊接。
9.根据权利要求8所述的钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁,其特征在于,所述桥面板(14)周边采用环氧树脂胶压注饱满,所述桥面板(14)上表面铺设有所述FRP结构(19)。
10.一种钢桁架预应力混凝土桥面板组合桥梁的施工方法,其特征在于,包括步骤:
第一步:在工厂制作钢桁架,所述纵向桁片的长度为10米至15米,所述水平联结系的宽度为4至5米;且所述钢桁架横向至少包括2个纵向桁片;
第二步:在制作完成的钢桁架的所有杆件的表面上粘贴所述FRP结构(19);
第三步:安装加强肋(12)和腹板加强肋(13),在加强肋(12)和腹板加强肋(13)上粘贴FRP板,即在纵向桁片和上下水平联结系的杆件之间的空隙处粘贴FRP板,在所述纵向桁片的左右两侧表面上铺设含有2至3层FRP方格布的FRP结构(19)形成腹板(10);在钢桁架下弦杆(1)和下水平联结系(5)上下表面铺设含有2至3层FRP方格布的FRP结构(19)形成底板(9),在钢桁架上弦杆(2)和上水平联结系(6)上下表面铺设FRP结构(19)形成顶板(11);
第四步:预制混凝土桥面板(14),并完成所述桥面板(14)的预应力张拉;
第五步:将加工完成的横向至少包括2个纵向桁片的钢桁架和混凝土桥面板(14)运输至桥梁施工现场,现场组装多段所述钢桁架和水平联结系,并在接头处外包FRP结构(19);
第六步:架设钢桁架至设定位置;
第七步:安装桥面板(14),在钢桁架上表面和桥面板(14)下表面涂刷环氧树脂胶,桥面板(14)准确就位拧紧固定螺栓后焊接剪力键(15)和桥面板(14)的预埋钢板;通过环氧树脂胶和剪力键(15)将每块桥面板(14)与钢桁架连成一体,在相邻桥面板(14)板间预留2厘米的接缝,并在接缝中灌注环氧树脂胶,桥面板(14)板周边环氧树脂胶压注饱满后,在桥面板(14)上表面铺设含有1至2层FRP方格布的FRP结构(19);
第八步:在桥面板(14)上表面涂刷专业环氧树脂胶,依次铺筑2层每层厚均为3~4厘米的沥青混凝土,沥青混凝土中的碎石直径为10~13毫米。
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