CN104131652A - 装配式rpc-钢-混凝土混合梁结构 - Google Patents

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陈彦羽
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Abstract

本发明涉及装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，包括预制混凝土桥面板(1)、RPC梁(2)和钢梁(3)(图1)。RPC梁(2)与钢梁(3)的腹板通过钢梁连接板(8)利用高强螺栓(6)连接，RPC梁(2)与钢梁(3)的上、下翼缘板通过钢板(7)和高强螺栓(6)连接；RPC梁(2)与钢梁(3)形成的主梁支承预制混凝土桥面板(1)，预制混凝土桥面板(1)通过混凝土湿接缝(9)连成整体，并在其中张拉纵向预应力筋(10)(图1)；钢梁(3)通过栓钉(4)、混凝土湿接缝(9)与预制混凝土桥面板(1)连接(图5)，RPC梁(2)通过普通螺栓(5)、混凝土湿接缝(9)与预制混凝土桥面板(1)连接。本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构能够解决传统钢-混凝土连续组合梁负弯矩混凝土面板开裂和钢梁失稳问题，并大幅提高桥梁跨越能力，具有大跨、轻质、装配施工、高韧性、施工快捷、节省建造成本等优点。

Description

装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构
技术领域
本发明涉及一种新型装配式组合结构，涉及预制混凝土桥面板与预制RPC梁、钢梁形成的混合结构形式以及其连接方式。
背景技术
钢筋混凝土结构已成为当今世界土木工程中最主要的结构形式，然而世界各国(包括我国)都有大量服役的普通钢筋混凝土连续桥梁存在许多严重的裂缝，直接地危及桥梁结构的安全性，虽然高性能混凝土在突飞猛进的发展，但是混凝土施工阶段出现的裂缝问题却有增无减的发生，这些裂缝快的在浇筑后数小时就出现，有的则在拆模后发现，在养护中发展，以后继续发展并且慢慢趋于稳定。同时，在桥梁运营后，不少混凝土梁出现了比较严重的开裂，典型裂缝是在边跨、跨中底板及支座附近腹板斜裂缝，超出设计许可的结构裂缝对箱梁桥耐久性和运营安全构成了威胁。除此之外，钢筋混凝土结构自重大，如中等跨度预应力混凝土梁式桥中，恒载作用效应将占结构总作用效应的60％以上，钢筋混凝土梁桥的跨径受到了严重的限制。
随后，钢-混凝土组合结构出现并受到广泛的应用，相对于钢筋混凝土结构，组合结构有很多的优点，比如上部结构高度较低、自重较轻、地震作用较小、施工费用低、施工速度快等等。钢-混凝土组合结构桥梁发展日渐成熟，对于适用于较大跨径的连续组合梁桥，跨中正弯矩区上部混凝土桥面板受压、下部的钢梁受拉，将钢材和混凝土具有各自不同的性能完美地组合在一起共同作用，能综合传统钢筋混凝土结构和钢结构的优势，但对于支点附近的负弯矩区，由于混凝土桥面板受拉、下部的钢梁受压，其受力较为不利，即负弯矩区钢梁的受压稳定性较差以及混凝土桥面板开裂成为钢-混凝土组合结构的主要病害，且随着时间的推移，负弯矩区可能出现以下两种情况：
(1)组合梁桥混凝土桥面板中产生的拉应力导致桥面开裂，影响结构的耐久性和使用性能，同时降低组合截面的轴向刚度和抗弯刚度。
(2)钢梁下翼缘受压导致局部失稳，由于部分钢板屈曲后退出工作，使构件的有效截面减小，会加速构件整体失稳而丧失承载能力。
从经济上来说，桥面板开裂造成桥面板的维护和更换费用十分巨大；更重要的是桥体失稳导致整体或部分桥梁坍塌不仅会造成长时间的交通中断，而且所产生的社会影响和经济损失更是无法估计。
对此，提出一种新型材料活性粉末混凝土(RPC)和一种装配式的混合结构，即将RPC预制成梁段替代负弯矩范围内混凝土梁段，而正弯矩区采用预制的钢梁段，在钢梁与RPC梁上铺设预制的混凝土面板，这三种不同材料预制成型采用装配的方式形成混合结构。这样能充分发挥钢材和RPC材料轻质、高强、耐久等优点，例如减轻结构自重，增大结构跨径，降低工程建设和使用的综合造价，同时能显著改善钢梁下翼缘受压稳定性能和混凝土桥面板以及负弯矩区混凝土的开裂，避免用厚钢板带来的施工操作困难等问题。20世纪90年代后，国外已有RPC材料应用于桥梁中，取得了较好的经济和社会效益。
但RPC材料存在以下不足：①由于RPC制作需要在热养护的条件下，所以现浇难度较大，只能采用工厂预制；②预制RPC梁段之间的连接方式，若采用普通混凝土湿接缝连接，造成连接段提前开裂，结构整体性差。因此开发受力合理，施工方便，连接可靠的RPC梁间连接方式是非常必要的。同时装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构的合理构造形式、连接方式、基本受力性能的开发和研究还未见诸各文献，严重制约了此类结构的广泛应用。
发明内容
本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提出一种新型的RPC材料与钢、混凝土组合的合理结构形式和连接方式。本发明提出的技术方案为：一种装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构及连接方式；梁的负弯矩区采用预制的RPC梁段，正弯矩区采用预制的钢梁段，在预制桥面板上预留孔洞与钢梁栓钉连接以及与RPC梁预埋螺栓连接；钢梁段与RPC梁段连接处：钢梁端腹板与外套钢板焊接，RPC梁与外套槽型钢板采用高强螺栓固定连接，而钢梁和RPC梁连接段上下端翼缘板采用搭接钢板和高强螺栓连接；同时RPC梁段上的预制混凝土面板里设置纵向预应力筋，三者形成整体共同受力。
与现有技术相比，本发明的优点就在于：
1、本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，可以解决混凝土梁开裂和负弯矩区钢梁失稳问题，同时极大地提高结构的跨越能力。
2、本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，RPC梁、钢梁以及混凝土面板均可在工厂预制，现场直接拼接成型，施工方便快捷。
3、本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，RPC具有重量轻、强度高、耐久性好、易于加工、施工快捷、养护费用低和可持续发展等优点。RPC、钢和混凝土结合形成的混合结构可提高结构跨径，减轻自重，具有更好的承载能力和耐久性能。
4、本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构通过合理的连接构造，RPC梁、钢梁和混凝土面板结合形成混合结构体系，其主要应用于新建桥梁、人行桥、活动桥以及桥梁的应急抢修和危桥改造重建等。
5、本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构具有很好的经济效益。通过合理设计，并综合工厂化加工、方便运输和安装、下部结构小和施工便捷等因素，其原始造价与钢-混凝土结构基本持平；但就其包括初始建设费、运营费、养护维修和更换费的全寿命周期成本来说，这种新型的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构更具有竞争力。
6、本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构具有很好的社会效益。施工时拼装快捷，无需大型吊装设备，对节能环保和可持续发展具有重大意义。
附图说明
图1本发明—装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构立面图；
图2本发明—装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构RPC梁-钢梁连接构造立面图；
图3本发明—装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构RPC梁-钢梁连接构造剖面图；
图4本发明—装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构预制混凝土预留孔洞湿接缝平面图；
图5本发明—装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构钢梁-混凝土面板断面图；
图6本发明—装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构RPC梁-混凝土面板断面图。
图例说明
1、预制混凝土桥面板
2、RPC梁
3、钢梁剪力钉连接
4、栓钉
5、普通螺栓
6、高强螺栓
7、钢板
8、钢梁连接板
9、混凝土湿接缝
10、纵向预应力筋
具体实施方式
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1到图6所示，本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，包括预制混凝土桥面板1、RPC梁2和钢梁3(图1)。RPC梁2与钢梁3的腹板通过钢梁连接板8利用高强螺栓6连接，RPC梁2与钢梁3的上、下翼缘板通过钢板7和高强螺栓6连接(图2和图3)；RPC梁2与钢梁3形成的主梁支承预制混凝土桥面板1，预制混凝土桥面板1通过混凝土湿接缝9连成整体(图4)，并在其中张拉纵向预应力10(图2)；钢梁3通过栓钉4、混凝土湿接缝9与预制混凝土桥面板1连接(图5)，RPC梁2通过普通螺栓5、混凝土湿接缝9与预制混凝土桥面板1连接(图6)。本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构能够解决传统钢-混凝土连续组合梁负弯矩混凝土面板开裂和钢梁失稳问题，并大幅提高桥梁跨越能力，具有大跨、轻质、装配施工、高韧性、施工快捷、节省建造成本等优点。
施工时，首先在工厂预制预留孔洞的混凝土桥面板单元、RPC梁单元和钢梁单元；RPC梁单元上预埋普通螺栓，钢梁单元上焊接栓钉；后将RPC梁与钢梁的腹板通过钢梁连接板利用高强螺栓连接，RPC梁与钢梁的上、下翼缘板通过钢板和高强螺栓连接拼装成整体；将预制混凝土桥面板铺设在RPC梁和钢梁拼装成型的梁上；在预留孔洞的混凝土面板张拉纵向预应力筋；最后在预留孔洞浇筑无收缩混凝土湿接缝。这样预制混凝土桥面板1、RPC梁2和钢梁3三者形成整体结构，最后铺装在其上的桥面铺装和附属设置，整个结构投入使用。

Claims (3)

1.一种装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，包括预制混凝土桥面板(1)、RPC梁(2)和钢梁(3)；其特征在于RPC梁(2)与钢梁(3)连接形成的主梁支承预制混凝土桥面板(1)，预制混凝土桥面板(1)通过栓钉(4)、普通螺栓(5)分别与钢梁(3)、RPC梁(2)连接形成混合梁结构，预制混凝土桥面板(1)通过混凝土湿接缝(9)连成整体，并在其负弯矩区张拉纵向预应力(10)。
2.根据权利要求1所述的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，其特征在于所述RPC梁(2)与钢梁(3)的连接方式，腹板通过钢梁(3)端部的钢梁连接板(8)利用高强螺栓(6)连接，RPC梁(2)与钢梁(3)的上、下翼缘板通过钢板(7)和高强螺栓(6)连接。
3.根据权利要求1所述的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，其特征在于所述RPC梁(2)与预制混凝土桥面板(1)的连接方式，RPC梁(2)通过普通螺栓(5)、混凝土湿接缝(9)与预制混凝土桥面板(1)连接。
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