CN104937172B - 大跨度波-桁组合结构桥梁 - Google Patents

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Abstract

一种大跨度波‑桁组合结构桥梁，包括桥墩，还包括组合式梁体，所述组合式梁体跨接支撑于桥墩之上，所述组合式梁体包括梁顶板、梁底板以及固接在梁顶板和梁底板之间的支撑结构，所述支撑结构包括波形腹板结构和钢桁腹梁结构，所述波形腹板结构与钢桁腹梁结构沿桥面道路延伸方向交错于梁顶板和梁底板之间。

Description

大跨度波-桁组合结构桥梁
技术领域
本发明涉及一种大跨度桥梁，尤其涉及一种大跨度波-桁组合结构桥梁结构。
背景技术
从目前国内外统计资料显示，传统的预应力混凝土刚构桥在跨径达到200m以上时，跨中下挠非常严重，在设计时为解决此问题往往增加梁高，但增加梁高带来的问题就是工程成本的增加。
为了使桥梁能满足强度要求又具有一定的经济性，后又提出了把腹板从传统的混凝土改为钢桁或波形钢腹板。通过计算发现面对桥梁跨度达200米以上时，根部高度一般有十几米，如果腹板全部用全波形钢腹板存在有两点问题:1、当根部梁高十几米时波形钢腹板局部稳定性较差，容易发生屈曲；2、波形钢腹板高度方向大于7米时需重新接板，这样就造成了工艺和施工难度。而如果腹板用全桁，通过方案比较，由于跨中梁高较低，如果继续平行布置，那钢桁腹使用效率较低，如果等距布置，同时保证受力角度，则桁杆较密集，并不经济，美观较差。
发明内容
本发明提供一种大跨度波-桁组合结构桥梁。
该大跨度波-桁组合结构桥梁包括桥墩，还包括：
组合式梁体，所述组合式梁体跨接支撑于桥墩之上，所述组合式梁体包括梁顶板、梁底板以及固接在梁顶板和梁底板之间的支撑结构，所述支撑结构包括波形腹板结构和钢桁腹梁结构，所述波形腹板结构与钢桁腹梁结构沿桥面道路延伸方向交错设置于梁顶板和梁底板之间。在建造同样长度的大跨度桥梁时，该波形腹板结构与钢桁腹梁结构沿桥面道路延伸方向交错设置可使得大桥较全桁结构造价更低，而其承压能力较全波形钢腹板结构更好。
作为所述大跨度波-桁组合结构桥梁的进一步改进，所述波形腹板结构和钢桁腹梁结构交错设置方式可采用以下结构：所述组合式梁体上所受弯矩为零的位置为弯矩零点，在位于相邻两个弯矩零点之间的正弯矩区域设置波形腹板结构，位于弯矩零点处和/或相邻两个弯矩零点之间的负弯矩区域设置钢桁腹梁结构。
或者所述波形腹板结构和钢桁腹梁结构交错设置方式也可采用以下结构为：所述组合式梁体上所受弯矩为零的位置为弯矩零点，在弯矩零点处以及位于相邻两个弯矩零点之间的正弯矩区域设置波形腹板结构，位于相邻两个弯矩零点之间的负弯矩区域设置钢桁腹梁结构。
更或者，所述波形腹板结构和钢桁腹梁结构交错设置方式还可采用以下结构：所述组合式梁体上所受弯矩为零的位置为弯矩零点，在弯矩零点处、位于相邻两个弯矩零点之间的正弯矩区域、以及负弯矩区域上弯矩绝对值小于或等于最大正弯矩绝对值的2-5％的区域内设置波形腹板结构，所述负弯矩区域上弯矩绝对值大于最大正弯矩绝对值的2-5％的区域内设置钢桁腹梁结构。
根据桥梁纵向弯矩图(请见图2)，在组合式梁体的弯矩零点处和位于相邻两个弯矩零点之间的正弯矩区域相对于相邻两个弯矩零点之间的负弯矩区域所受弯矩更小，在以上三种实施例中，将弯矩零点处和正弯矩区域中设置成波形腹板，或者至少该两个区域内的部分设置成波形腹板，而梁体其他区域则设置成承压能力更强的钢桁腹梁结构，由此与全桁结构相比，造价更低，而与全波形腹板结构相比，梁体承压能力更强。
作为所述大跨度波-桁组合结构桥梁的进一步改进，所述钢桁腹梁结构中钢桁与梁顶板和/或梁底板采用桁墩组合式整体节点结构固接，所述桁墩组合式整体节点结构包括：
桁管，所述桁管用于与梁顶板和/或梁底板固接的固定端的端口相对梁顶板和/或梁底板斜向设置；
预埋板，每个桁管的固定端固接有预埋板，所述预埋板的板平面与梁顶板和/或梁底板斜向设置；
剪力连接件，所述剪力连接件上开有钢筋孔，并与预埋钢板固接，所述剪力连接件下端为板体结构，所述板体结构伸入梁顶板和/或梁底板内固定；
以及抗剪力栓钉，所述抗剪力栓钉垂直固接在预埋板上。
该进一步地改进所提供的桁墩组合式整体节点结构，使得结构内节点为整体式，受力明确。PBL件抗剪承载力大，抗疲劳性能好；而且整体刚度好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁的一种实施方式的结构示意图；
图2是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁的另一种实施方式的结构示意图；
图3是图2所示结构中支座结构放大示意图；
图4是桥梁纵向弯矩分布示意图；
图5是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁的一种实施方式中钢桁腹梁结构横向截面图；
图6是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁的一种实施方式中波形腹板结构横向截面图；
图7是波形钢腹板通用断面图；
图8是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁实施方式中桁墩组合式整体节点结构实施例一装配图；
图9是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁实施方式中桁墩组合式整体节点结构实施例一中剪力连接件另一视角示意图；
图10是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁实施方式中桁墩组合式整体节点结构实施例二装配图；
图11是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁实施方式中桁墩组合式整体节点结构实施例三装配图；
图12是依据本发明的大跨度波-桁组合结构桥梁实施方式于斜拉式桥梁上的运用示意图。
具体实施方式
依据本申请的一种大跨度波-桁组合结构桥梁的实施方式可参考图1-11。
图1所示为大跨度波-桁组合结构桥梁的一种实施方式的结构示意，其中，大跨度波-桁组合结构桥梁包括桥墩21、22、23、24和组合式梁体。
其中桥墩22、23设置于河道1内。组合式梁体跨接支撑于桥墩21、22、23、24之上，该组合式梁体包括梁顶板25、梁底板26以及固接在梁顶板25和梁底板26之间的支撑结构，其中该梁顶板25和梁底板26为现有常用结构，如可采用混凝土顶板和混凝土底板。
支撑结构包括波形腹板结构27和钢桁腹梁结构28，该波形腹板结构27与钢桁腹梁结构28沿桥面道路延伸方向交错设置于梁顶板25和梁底板26之间。
其中桥梁与桥墩之间可采用如图1所示的固接钢构结构连接固定，也可采用如图2和3所示的支座结构22a固定。
在建造同样长度的大跨度桥梁时，该波形腹板结构27与钢桁腹梁结构28沿桥面道路延伸方向交错设置可使得大桥较全桁结构造价更低，而其承压能力较全波形钢腹板结构更好。
在上述发明构思的引导下，针对波形腹板结构27和钢桁腹梁结构28交错设置方式示例性提出三种具体方式。
请参考图4，根据计算得出桥梁纵向弯矩图(该计算方式为现有算法，这在桥梁领域为公知常识)，将组合式梁体上所受弯矩为零的位置设定为弯矩零点31，该桥梁纵向弯矩分布如图4所示，区域32为正弯矩区域，区域33为负弯矩区域，其中321所示为正弯矩最大值。
第一种方式，在位于相邻两个弯矩零点31之间的正弯矩区域32设置波形腹板结构27，位于弯矩零点31处和/或相邻两个弯矩零点31之间的负弯矩区域33设置钢桁腹梁结构28。
第二种方式，在弯矩零点31处以及位于相邻两个弯矩零点31之间的正弯矩区域32设置波形腹板结构27，位于相邻两个弯矩零点31之间的负弯矩区域33设置钢桁腹梁结构28。
第三种方式，在弯矩零点31处、位于相邻两个弯矩零点31之间的正弯矩区域32、以及负弯矩区域33上弯矩绝对值小于或等于最大正弯矩绝对值的2-5％的区域内设置波形腹板结构27，负弯矩区域33上弯矩绝对值大于最大正弯矩绝对值的2-5％的区域内设置钢桁腹梁结构28。也就是说，自弯矩零点31向负弯矩区域33延伸，如果该负弯矩区域33内某一位置其所受弯矩数值小于或等于最大正弯矩绝对值321的2-5％，例如最大正弯矩为A，则最大正弯矩绝对值的2-5％即为A乘以2-5％所得数值B，如该负弯矩区域33内某一位置其所受弯矩数值小于或等于该数值B，则该位置也设置钢桁腹梁结构28。
根据桥梁纵向弯矩图(请见图4)，在组合式梁体的弯矩零点31处和位于相邻两个弯矩零点31之间的正弯矩区域32相对于相邻两个弯矩零点31之间的负弯矩区域33所受弯矩更小，在以上三种实施例中，将弯矩零点31处和正弯矩区域32中设置成波形腹板，或者至少该两个区域内的部分设置成波形腹板，而梁体其他区域则设置成承压能力更强的钢桁腹梁结构28，由此与全桁结构相比，造价更低，而与全波形腹板结构27相比，梁体承压能力更强。
在本实施方式中，钢桁腹梁结构28横截面如图5所示，桁管281、282、283、284围合成M字形，其中282、284为横撑，在其他实施例中也可以省略。另外如图1所示，桁管的空间结构布局方式可以是斜撑平行不等间距N字型，另外也可以是等间距N字型、等间距三角形、斜撑平行不等间距三角形等结构。而波形腹板结构27横截面如图6所示，两波形钢腹板271、272并列设置。当然钢桁腹梁结构28和波形腹板结构27还可采用现有桥梁建造过程中所采用的波形钢腹板结构和钢桁腹梁结构28。其中，波形钢腹板横向间距根据箱宽决定，波形钢腹板纵向布局方式和间距根据中华人民共和国交通运输行业标准JT/T784-2010《组合结构桥梁用波形钢腹板》第4.3条规定选用，波形刚腹板的产品规格为：波形钢腹板通用断面图如图7所示，而波形钢腹板通用尺寸规格可见下表1。
表1常用波形钢腹板的几何尺寸单位为毫米
其中在现在的桥梁领域，尤其是钢桁腹领域，采用的节点主要是在顶、底板混凝土表面埋设水平预埋件，利用预埋件顶面钢板焊接钢管或钢梁。对此，该现有方式可运用在本实施方式中。
这里本实施方式也提供了另外的方案，即是钢桁腹梁结构中钢桁与梁顶板和/或梁底板采用桁墩组合式整体节点结构固接，该桁墩组合式整体节点结构包括：
桁管，该桁管用于与梁顶板和/或梁底板固接的固定端的端口相对梁顶板和/或梁底板斜向设置；
预埋板，每个桁管的固定端固接有预埋板，该预埋板的板平面与梁顶板和/或梁底板斜向设置；
剪力连接件，该剪力连接件上开有钢筋孔，并与预埋钢板固接，该剪力连接件下端为板体结构，该板体结构伸入梁顶板和/或梁底板内固定；
以及抗剪力栓钉，该抗剪力栓钉垂直固接在预埋板上。
基于该发明构思，这里也示例性提出三种具体实施方式。
实施例一
请参考图8，该实施例一包括两根桁管282、283(或称为钢管混凝土桁腹)、梁顶板25(或梁底板26)、内导管、预埋板、剪力连接件43、抗剪力栓钉、加劲板45和U形钢筋46。
两个桁管282、283固定端的端口呈“八”字形结构排布，其中预埋板设置于“八”字形结构中开口较小一端，每个桁管的固定端内都固接有内导管，通过内导管与预埋板固接，其中内导管起到辅助联接的作用。
该剪力连接件43可采用S-PBL剪力连接件43或T-PBL剪力连接件43。该剪力连接件43为板状，其上开有钢筋孔，并与预埋板(可为预埋钢板)固接。其下端伸入梁顶板25和/或梁底板26内固定。其中请参考图9，该剪力连接件43俯视为工字型结构。
该加劲板45与两个桁管282、283及其对应预埋板固定联接，用于提供进一步的加强作用，当然，在其他实施例中也可省略。
而该U形钢筋46一端抵接固定预埋板，U形钢筋下端伸入梁顶板25和/或梁底板26内固定，以提高承载能力，当然，在其他实施例中同样也可省略。
在本实施例一中，两个桁管282、283分别对应的预埋板相互独立设置或者预埋板相互联接成一体结构。
实施例二
请参考图10，在本实施例二中，其与实施例一的区别在于，两个桁管282、283通过螺栓直接固定于梁底板26上。
实施例三
请参考图11，本实施例三与实施例一的区别之处在于，本实施例三所提供的桁墩组合式整体节点结构中，省略掉实施例一中的加劲板45。
该进一步地改进所提供的桁墩组合式整体节点结构与原有结构相比，原有方式中：1、钢桁腹钢管与预埋件顶面存在倾角，焊接残余应力集中，受力较差；2、节点功能单一，仅为焊接节点；3、对于整体节点表面及焊缝处需要额外的涂装防腐保护措施，施工处理复杂，后期养护困难，造价较高；4、钢桁腹钢管埋入梁顶板25(或梁底板26)中的部分造成材料的浪费。
相比之下，本申请提供的桁墩组合式整体节点结构可以充分解决节点应力集中、功能单一、不需要额外的涂装防腐保护措施。该结构内节点为整体式，受力明确。PBL件抗剪承载力大，抗疲劳性能好；而且整体刚度好。
当然，本大跨度波-桁组合结构桥梁除了应用于图1所示桥梁，本大跨度波-桁组合结构桥梁也可应用于斜拉式桥梁之中，如图12所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，只是用于帮助理解本发明并不用以限制本发明。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。

Claims (10)

1.一种大跨度波-桁组合结构桥梁，其包括桥墩，其特征在于，还包括：
组合式梁体，所述组合式梁体跨接支撑于桥墩之上，所述组合式梁体包括梁顶板(25)、梁底板(26)以及固接在梁顶板(25)和梁底板(26)之间的支撑结构，所述支撑结构包括波形腹板结构(27)和钢桁腹梁结构(28)，所述波形腹板结构(27)与钢桁腹梁结构(28)沿桥面道路延伸方向交错设置于梁顶板(25)和梁底板(26)之间。
2.如权利要求1所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，所述波形腹板结构(27)和钢桁腹梁结构(28)交错设置方式为：所述组合式梁体上所受弯矩为零的位置为弯矩零点(31)，在位于相邻两个弯矩零点(31)之间的正弯矩区域(32)设置波形腹板结构(27)，位于弯矩零点(31)处和/或相邻两个弯矩零点(31)之间的负弯矩区域(33)设置钢桁腹梁结构(28)。
3.如权利要求1所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，所述波形腹板结构(27)和钢桁腹梁结构(28)交错设置方式为：所述组合式梁体上所受弯矩为零的位置为弯矩零点(31)，在弯矩零点(31)处以及位于相邻两个弯矩零点(31)之间的正弯矩区域(32)设置波形腹板结构(27)，位于相邻两个弯矩零点(31)之间的负弯矩区域(33)设置钢桁腹梁结构(28)。
4.如权利要求1所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，所述波形腹板结构(27)和钢桁腹梁结构(28)交错设置方式为：所述组合式梁体上所受弯矩为零的位置为弯矩零点(31)，在弯矩零点(31)处、位于相邻两个弯矩零点(31)之间的正弯矩区域(32)、以及负弯矩区域(33)上弯矩绝对值小于或等于最大正弯矩绝对值的2-5％的区域内设置波形腹板结构(27)，所述负弯矩区域(33)上弯矩绝对值大于最大正弯矩绝对值的2-5％的区域内设置钢桁腹梁结构(28)。
5.如权利要求1-4任一项所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，所述钢桁腹梁结构(28)中钢桁与梁顶板(25)和/或梁底板(26)采用桁墩组合式整体节点结构固接，所述桁墩组合式整体节点结构包括：
桁管(282、283)，所述桁管(282、283)用于与梁顶板(25)和/或梁底板(26)固接的固定端的端口相对梁顶板(25)和/或梁底板(26)斜向设置；
预埋板，每个桁管(282、283)的固定端固接有预埋板，所述预埋板的板平面与梁顶板(25)和/或梁底板(26)斜向设置；
剪力连接件(43)，所述剪力连接件(43)上开有钢筋孔，并与预埋板固接，所述剪力连接件(43)下端为板体结构，所述板体结构伸入梁顶板(25)和/或梁底板(26)内固定；
以及抗剪力栓钉，所述抗剪力栓钉垂直固接在预埋板上。
6.如权利要求5所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，所述桁墩组合式整体节点结构中，所述桁管(282、283)为两个，两个桁管(282、283)固定端的端口呈“八”字形结构排布，其中预埋板设置于所述“八”字形结构中开口较小一端。
7.如权利要求6所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，所述桁墩组合式整体节点结构还包括U形钢筋(46)，所述U形钢筋(46)一端抵接固定预埋板，所述U形钢筋(46)下端伸入梁顶板(25)和/或梁底板(26)内固定。
8.如权利要求7所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，同一桁墩组合式整体节点结构中，两个桁管(282、283)分别对应的预埋板相互独立或者两个桁管(282、283)分别对应的预埋板相互联接成一体结构。
9.如权利要求8所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，所述桁墩组合式整体节点结构还包括加劲板(45)，所述加劲板(45)与两个桁管(282、283)及其对应预埋板固定联接。
10.如权利要求5所述的大跨度波-桁组合结构桥梁，其特征在于，所述剪力连接件(43)为S-PBL剪力连接件或T-PBL剪力连接件。
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