CN103774541A - 一种多片式组合梁桥上下部整体式结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多片式组合梁桥上下部整体式结构，它主要包括横梁、跨间主梁及跨间主梁与横梁之间的连接构造，其特征在于：跨间主梁采用多片式钢-混凝土组合钢板梁或多片式钢-混凝土组合钢箱梁，横梁以混凝土作为材料，跨间主梁的钢结构部分通过连接构造与横梁进行连接，跨间主梁的混凝土部分与横梁直接连接在一起。本发明的技术特点和效果为，1、横梁由常规的钢结构横梁改为混凝土横梁，造价降低；2、现场焊接工作量减少，施工方法常规、简便，降低了施工难度，施工质量容易控制；3、横梁与跨间主梁位于同一高程平面内，两者形成整体构造，不占用太多桥下净空，结构高度较小，桥梁景观好；4、后期养护工作量减少。

Description

一种多片式组合梁桥上下部整体式结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及桥梁的土建施工技术领域，具体地说是一种多片式组合梁桥上下部整体式结构及其施工方法。
背景技术
常规桥梁中梁桥占绝大多数，梁桥按结构体系分类，一般有简支体系、连续（刚构）体系。按建筑材料分类，一般有混凝土梁桥、钢结构梁桥、钢-混凝土组合结构梁桥。钢-混凝土组合结构按照断面不同又分为组合钢板梁、组合钢箱梁、波折腹板钢-混凝土组合梁等。为适应桥梁宽度较大的情况，多片式钢-混凝土组合钢板连续梁及多片式钢-混凝土组合钢箱连续梁由于单片梁吊装重量小，加工简便、施工迅速、跨越能力强等优点越来越有广泛应用的趋势。但在墩顶支点位置通常设置钢结构横梁或者混凝土盖梁，由此带来诸多问题。
采用钢结构横梁时，如图1所示，钢横梁11与跨间主梁12在同一高程平面内，设计为纵横梁共同受力模式。施工时先吊装钢横梁，后吊装跨间主梁，再将两者焊接成整体。该方案的优点是不占用太多桥下净空，结构高度小，相应桥梁景观较好，但是钢材用量较多，造价较高，且在支点附近焊缝密集，焊接残余应力大，存在大量工地焊缝，施焊条件差，焊缝质量难以保证，另外，钢结构横梁的涂装养护增加了后期费用及工作量。
采用混凝土盖梁时，如图2所示，虽然施工较为常规、简便，后期养护工作少，但是由于上部结构13支撑在下部结构的盖梁14之上，支点位置结构高度为上部结构梁高加下部结构盖梁高度，结构高度较高，桥梁景观相应变差，保证桥下净空时需要抬高桥面标高，从而增加桥梁长度并提高造价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多片式组合梁桥上下部整体式结构，它能够适应现代桥梁的结构受力要求，避免了上述两种既有常规做法的缺点，保留了两者的优点，在方便横梁施工的同时，降低结构高度，节省造价，减少后期养护。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多片式组合梁桥上下部整体式结构，它主要包括横梁、跨间主梁及跨间主梁与横梁之间的连接构造，其特征在于：跨间主梁采用多片式钢-混凝土组合钢板梁或多片式钢-混凝土组合钢箱梁，支点位置设置横梁，所述横梁以混凝土作为材料，横梁内设置有预应力钢束，跨间主梁的钢结构部分设置连接构造，跨间主梁的混凝土部分与横梁浇筑成一体，并使得上述横梁与所述连接构造连为一体。所述连接构造包括剪力键，跨间主梁的钢结构部分在横梁处断开并通过剪力件锚固于横梁。所述连接构造还包括预应力钢筋，所述预应力钢筋穿过横梁与两侧的跨间主梁钢结构连接。所述连接构造为钢结构，所述钢结构与两侧跨间主梁钢结构部分连接。所述剪力连接件可以采用圆柱头焊钉、开孔板剪力件等。
本发明的另一目的为一种多片式组合梁桥上下部整体式结构施工方法，它能够适应现代桥梁的结构受力要求，避免了上述两种既有常规做法的缺点，保留了两者的优点，在方便横梁施工的同时，降低结构高度，节省造价，减少后期养护。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种多片式组合梁桥上下部整体式结构施工方法，所述整体式结构包括横梁、跨间主梁，其特征在于该方法包括以下步骤：A、在支点两侧设置跨间主梁钢结构，所述支点包括边支点和中支点；B、浇筑桥面板和混凝土横梁，在所述支点位置浇筑混凝土横梁，使得所述混凝土横梁与跨间主梁上方的混凝土桥面板连为一体。
根据本发明的一个实施例，步骤B中，中支点浇筑混凝土横梁的具体步骤为：先浇注跨间主梁部分的混凝土桥面板，再将中支点附近混凝土桥面板与混凝土横梁一同浇注。根据本发明的另一实施例，步骤B中，中支点浇筑混凝土横梁的具体步骤为：先浇注下层中支点混凝土横梁，再浇注跨间主梁部分的混凝土桥面板，最后浇注中支点横梁附近混凝土桥面板。
根据本发明的第一实施例，所述跨间主梁钢结构在支点附近断开，在跨间主梁钢结构端部设置有剪力键，步骤B中，浇筑混凝土横梁使之与所述剪力键连为一体。根据本发明的第二实施例，所述跨间主梁钢结构在支点附近断开，在跨间主梁钢结构端部设置有剪力键，支点两侧的跨间主梁钢结构之间还连接有预应力钢筋，步骤B中，浇筑混凝土横梁使之与所述剪力键和预应力钢筋连为一体。根据本发明的第三实施例，所述支点位置也设置有钢结构，与两侧的跨间主梁钢结构连成一体，步骤B中，浇筑混凝土横梁使之与所述穿过支点的钢结构连为一体。
本发明通过上述方案特征构成的明显的技术特点，1、横梁由常规的钢结构横梁改为混凝土横梁，造价降低；2、现场焊接工作量减少，施工方法常规、简便，降低了施工难度，施工质量容易控制；3、横梁与跨间主梁位于同一高程平面内，两者形成整体构造，不占用太多桥下净空，结构高度较小，桥梁景观好；4、后期养护工作量减少。
附图说明
图1为现有技术的示意图一，其中图1a为立面图，图1b为图1a的A-A剖面图。
图2为现有技术的示意图二，其中图2a为立面图，图2b为图2a的B-B剖面图。
图3为本发明一实施例的结构示意图，其中图3a为立面图，图3b为图3a的C-C剖面图。
图4为本发明又一实施例的结构示意图，其中图4a为立面图，图4b为图4a的D-D剖面图。
图5为本发明另一实施例的结构示意图，其中图5a为立面图，图5b为图5a的E-E剖面图。
图6为本发明中横梁一实施例施工顺序示意图。
图7为本发明中横梁又一实施例施工顺序示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。
本发明为一种多片式组合梁桥上下部整体式结构，它主要包括横梁1、跨间主梁2以及跨间主梁与横梁的连接构造，横梁以混凝土作为材料，横梁1顶面即为桥梁顶面，跨间主梁包括钢结构部分以及设置在钢结构部分上方的混凝土桥面板，跨间主梁2的钢结构部分通过连接构造与横梁1进行连接，跨间主梁2的混凝土部分与横梁1直接连接在一起。即，跨间主梁2的混凝土桥面板5和横梁1的混凝土以及横梁1上方的混凝土桥面板浇筑成一体。图中4为横梁本身的预应力钢束。
跨间主梁2一般为多片式钢-混凝土组合钢板梁或多片式钢-混凝土组合钢箱梁，可根据受力需要采用简支或连续结构体系。
横梁1的断面为矩形、倒梯形或其它形式。采用混凝土作为建筑材料，同时与跨间主梁（包括钢结构及顶板混凝土即混凝土桥面板）连为整体，可根据受力需要采用普通钢筋混凝土或者预应力钢筋混凝土结构。
连接构造，当跨间结构跨径不同时，根据受力要求可采用不同的连接形式，以确保结构受力安全。当纵向跨径较小（小于20m）时，可将跨间主梁的钢结构部分在横梁处断开，在跨间主梁2端部仅设置剪力连接件3a连接横梁1。当跨间主梁跨径为20~40m之间时，还需要增加将预应力钢筋3b穿过横梁连接两侧跨间主梁的措施。当跨间主梁跨径进一步增大到大于60m时，中支点附近，跨间主梁的钢结构部分可以不断开，连续通过横梁，在并在所述通过横梁的钢结构3c中开孔以安置横梁本身的预应力钢束4以及普通钢筋。其中，剪力连接件可以采用圆柱头焊钉、开孔板剪力件等。
当跨径较小（小于20m）时，跨间主梁仅设置剪力连接件3a与横梁进行连接，由于断面靠上部分在顺桥向承受较大拉应力，断面靠下部分在顺桥向承受较大压应力，而整个断面的剪力件连接件共同承受断面剪力，因此，在剪力钉的分布上，断面靠上位置应较为密集，靠下位置可略微稀疏，在剪力件规格上，靠上位置优先选用抗拉能力较强的剪力件，如长度较长的焊钉剪力件等。
当跨径增大（20~40m之间），除设置剪力连接件外，还需增加将预应力钢筋3b穿过横梁连接两侧跨间主梁的措施。对于预应力措施，由于长度较短，优先选用锚头损失较小的精轧螺纹预应力粗钢筋以及可重复张拉的锚具，在预应力布置上，应主要集中于断面靠上部分以抵抗拉应力。当预应力粗钢筋布置集中，同一断面上无法完成锚具布置时，可以考虑将锚固位置设于不同断面以获得锚固空间。剪力钉要求与跨径较小时的布置及规格要求相同。
当跨径进一步增大时，跨间主梁的钢结构部分可以不断开，连续通过横梁，在并在该钢结构中开孔以安置横梁本身的预应力钢束以及普通钢筋。开孔直径应大于钢束或钢筋直径加上两倍的最大粗骨料直径，以加强钢梁与混凝土横梁的锚固，孔边与钢梁翼缘板的距离应大于5cm以保证钢梁腹板与翼缘板焊接的有效性。钢梁上翼缘板、下翼缘板及腹板均应连续通过横梁。可在钢梁腹板上布置一些剪力连接件，以保证横梁与连续穿过的钢梁进行有效连接。边横梁与跨间主梁的连接由于承受弯矩较小，可采取上述小跨径时的两种连接方式。
桥梁的施工方法仍可采用常规、成熟的工厂预制结合支架浇注法，即跨间主梁的钢结构部分在工厂预制。现场桥墩施工完成后，在立柱（即支点）两侧搭设支架吊装纵向跨间主梁的钢结构部分，现场连接形成整体，在支点位置搭设横梁支架、立模、绑扎钢筋，埋设横梁预应力钢束管道，浇注桥面板及混凝土横梁，张拉横梁预应力，铺设铺装，浇注防撞护栏，最终完成整个桥梁的施工。
其中，边横梁与附近混凝土桥面板可以一次浇注，为解决中支点附近桥面板顺桥向拉应力较大的问题，优选地，最后浇筑混凝土横梁上方的桥面板。中横梁可以采用如下两种施工方案：1、先浇注跨间主梁部分的混凝土桥面板5，预留中支点附近混凝土桥面板与混凝土横梁一同浇注（图6）；2、先浇注下层中支点混凝土横梁2，预留横梁的混凝土桥面板部分不浇注，再浇注跨间主梁部分的混凝土桥面板5，最后浇注中支点横梁附近混凝土桥面板6（图7）。
采用施工方案2时，横梁下层混凝土浇注完成以后便可以张拉横梁预应力并拆除所有桥下支架，此方案在有桥下车辆通行要求时做到对桥下空间影响最小化。
根据计算比较分析，预留中支点混凝土桥面板最后浇筑的长度为中支点中心线两侧各0.1~0.2倍跨径为宜，该施工方案可以减少成桥通车时中支点附近上缘混凝土的拉应力，由常规一次浇注混凝土方案的2Mpa减少至1Mpa左右，并且由于对混凝土进行分段浇注，可以降低收缩效应，减少最不利荷载组合下混凝土的收缩应力0.5Mpa左右，对于优化结构受力效果明显。
以常见的桥宽25m，跨径布置3×30m钢-混凝土组合钢板连续梁为例，断面如图3，全桥使用钢材236.25t，桥面板使用混凝土562.5m3，钢筋247.5t，横梁使用混凝土375m3，钢束11.25t，钢筋32t。相比常用的钢横梁方案减少横梁钢材约90t，减少焊缝约900m，其中施工难度较大的现场焊缝约230m，减少需要养护的防腐涂装面积580m2，该联梁总价减少约95万，折合为单价指标为420元/m2,相当于节省桥梁上部结构造价约14%。而相比于常见的采用混凝土盖梁的方案，可减少梁高1.5m，以相同的桥下通行净空计算，纵坡按照3%考虑，整个工程将减少桥梁面积2500m2，节省桥梁总造价约1500W。

Claims (10)

1.一种多片式组合梁桥上下部整体式结构，它主要包括横梁、跨间主梁及跨间主梁与横梁之间的连接构造，其特征在于：跨间主梁采用多片式钢-混凝土组合钢板梁或多片式钢-混凝土组合钢箱梁，支点位置设置横梁，所述横梁以混凝土作为材料，横梁内设置有预应力钢束，跨间主梁的钢结构部分设置连接构造，跨间主梁的混凝土部分与横梁浇筑成一体，并使得上述横梁与所述连接构造连为一体。
2.按权利要求1所述的一种多片式组合梁桥上下部整体式结构，其特征在于：所述连接构造包括剪力键，跨间主梁的钢结构部分在横梁处断开并通过剪力件锚固于横梁。
3.按权利要求1所述的一种多片式组合梁桥上下部整体式结构，其特征在于：所述连接构造还包括预应力钢筋，所述预应力钢筋穿过横梁与两侧的跨间主梁钢结构连接。
4.按权利要求1所述的一种多片式组合梁桥上下部整体式结构，其特征在于：所述连接构造为钢结构，所述钢结构与两侧跨间主梁钢结构部分连接，所述钢结构内开孔，孔内设置横梁本身的预应力钢束以及普通钢筋。
5.一种多片式组合梁桥上下部整体式结构施工方法，所述整体式结构包括横梁、跨间主梁，其特征在于该方法包括以下步骤：A、在支点两侧设置跨间主梁钢结构，所述支点包括边支点和中支点；B、浇筑桥面板和混凝土横梁，在所述支点位置浇筑混凝土横梁，使得所述混凝土横梁与跨间主梁上方的混凝土桥面板连为一体。
6.按权利要求5所述的施工方法，其特征在于：步骤B中，中支点浇筑混凝土横梁的具体步骤为：先浇注跨间主梁部分的混凝土桥面板，再将中支点附近混凝土桥面板与混凝土横梁一同浇注。
7.按权利要求5所述的施工方法，其特征在于：步骤B中，中支点浇筑混凝土横梁的具体步骤为：先浇注下层中支点混凝土横梁，再浇注跨间主梁部分的混凝土桥面板，最后浇注中支点横梁附近混凝土桥面板。
8.按权利要求5所述的施工方法，其特征在于：所述跨间主梁钢结构在支点附近断开，在跨间主梁钢结构端部设置有剪力键，步骤B中，浇筑混凝土横梁使之与所述剪力键连为一体。
9.按权利要求5所述的施工方法，其特征在于：所述跨间主梁钢结构在支点附近断开，在跨间主梁钢结构端部设置有剪力键，支点两侧的跨间主梁钢结构之间还连接有预应力钢筋，步骤B中，浇筑混凝土横梁使之与所述剪力键和预应力钢筋连为一体。
10.按权利要求5所述的施工方法，其特征在于：所述支点位置也设置有钢结构，与两侧的跨间主梁钢结构连成一体，步骤B中，浇筑混凝土横梁使之与所述穿过支点的钢结构连为一体。
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