CN106120532A - 一种新型预制装配式钢‑砼组合梁桥上部结构及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

一种新型预制装配式钢‑砼组合梁桥上部结构，包括钢主梁、横向连接钢梁、金属连接件和预制钢筋混凝土桥面板，所述钢主梁根据桥梁的形状进行排列，相邻的钢主梁的腹板之间通过横向连接钢梁连接，所述钢主梁的上翼缘设有所述金属连接件，所述预制钢筋混凝土桥面板铺设在所述钢主梁的上翼缘上，所述预制钢筋混凝土桥面板设有用于当待桥面板安装完毕后灌注灌浆材料的预留孔，所述金属连接件位于所述预留孔内。以及提供一种新型预制装配式钢‑砼组合梁桥上部结构的制作工艺。本发明能快速替换病害中小跨径混凝土梁桥，且结构安全性好、施工周期较短、成本较低、耐久性好。

Description

一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构及其制作工艺

技术领域

本发明涉及通过采用钢梁、预制钢筋混凝土板、金属抗剪件和现场黏结材料的装配式组合梁结构，尤其是一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构及其制作工艺。

背景技术

中小跨径混凝土结构桥梁经济性好，在我国桥梁建设中发挥了巨大作用。然而，我国中小跨径桥梁每4座中就有1座是存在不同程度病害的桥梁，这些病害桥需要进行修缮或重建，桥梁重建所耗费的人力、财力以及时间代价都是巨大的。经调查发现这些病害桥梁的下部结构往往还可以继续承载，只需对病害桥梁的上部结构进行更换即可，这样可以大大缓解现代城市交通的压力，节省我国的开支。

随着我国工业技术的发展，近年的钢材产量与质量有了很大的提高，钢材产量由1990年的6635万吨增加到2013年的10.67亿吨，达到全球产量的1/2，钢材的市场价格也已大幅下降。然而，小跨径纯钢桥往往会出现疲劳问题，钢桥面板在车辆荷载的作用下容易出现疲劳裂纹，钢桥面板在自然条件和车辆荷载应力作用下，容易出现腐蚀现象，会大幅削减钢桥面板的使用寿命。

组合梁结构主要指使用钢梁和钢筋混凝土桥面板组合而成的构件或体系，是一种更加合理的结构体系。组合结构桥梁的技术特点主要是通过钢板和砼桥面板组合后的力学性能、整体性能、抗震性能均超过了材料各自的性能，钢材和钢筋混凝土材料有机结合在一起，可以弥补各自材料的缺点。上世纪年代初，欧美国家就开始对组合梁进行了研究，并广泛应用于桥梁结构中；我国从上世纪年代开始在交通、冶金、电力、煤矿等系统研究并应用组合梁结构。钢-砼组合梁桥与钢结构的箱梁桥相比，不仅用钢量小而且抗火性较强，又有更好的稳定性；钢-砼组合梁桥与普通的钢筋混凝土箱梁相比，有较轻的自重、减缓地震力并且可以节约施工材料和节省施工流程等优点。钢-砼组合梁桥能充分发挥了钢梁和钢筋混凝土的优点，不仅可以用传统的施工方法，而且可以通过简单的施工工艺获得优良的结构性能达到明显的技术经济效益，十分适合我国目前提出的节能减排的政策。

发明内容

为了快速修复病害中小跨径钢筋混凝土梁桥上部结构，并为减小上部结构的重量和提高桥梁的耐久性，本发明提供一种快速替换中小跨径桥梁上部结构的现场施工周期较短、成本较低、整体稳定性良好的新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构及其制作工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构，包括钢主梁、横向连接钢梁、金属连接件和预制钢筋混凝土桥面板，所述钢主梁根据桥梁的形状进行排列，相邻的钢主梁的腹板之间通过横向连接钢梁连接，所述钢主梁的上翼缘设有所述金属连接件，所述预制钢筋混凝土桥面板铺设在所述钢主梁的上翼缘上，所述预制钢筋混凝土桥面板设有用于当待桥面板安装完毕后灌注灌浆材料的预留孔，所述金属连接件位于所述预留孔内。

进一步，所述钢筋混凝土桥面板沿桥宽方向拼接缝设置在钢主梁上。

再进一步，所述预制钢筋混凝土桥面板与钢主梁的上翼缘之间通过黏结材料层粘结。

更进一步，相邻的两两所述钢筋混凝土桥面板之间沿桥跨度方向采用凹凸形装置连接。

相邻的所述预制钢筋混凝土桥面板之间接缝处通过黏结材料层粘结。

所述预制钢筋混凝土桥面板数量在桥跨和桥宽方向有至少两个。可以根据设计需要确定数量。

一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构的制作工艺，所述制作工艺包括如下步骤：

第一步，根据桥梁形状，对钢主梁进行排列，对钢主梁与混凝土接触的表面应进行除油和除锈处理；

第二步，将横向连接钢梁分别设置于相邻钢主梁的腹板之间；

第三步，对钢主梁与混凝土接触的表面喷砂处理；

第四步，所述钢主梁的上翼缘设置金属抗剪件；

第五步，将预制好的桥面板进行安装，所述桥面板依据定位线依次安装，各板安装完毕后；

第七步，通过桥面板的预留孔灌注灌浆料；

第八步，待灌浆料达设计强度要求时，进行桥面处理，通车。

进一步，所述第五步中，所述钢筋混凝土桥面板沿桥宽方向拼接缝设置在钢主梁上。

再进一步，所述第五步中，所述钢主梁上翼缘涂抹8mm～30mm厚的黏结材料，在各板接缝处涂抹黏结材料；相邻的两两所述钢筋混凝土桥面板之间沿桥跨度方向采用凹凸形装置连接。

更进一步，所述第三步中，表面喷砂处理的方式：钢砂或刚玉作为磨料，在0.6-0.7MPa压力下处理使其表面粗糙度达到Sa2.5级。

本发明的技术构思为：中小跨径桥梁常出现上部结构病害严重，而下部结构仍可以继续承载的情况。在综合考虑快速替换已有病害上部结构和城市交通压力的基础上，本发明提供了一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构及其制作工艺。本发明结构的构件均在工厂进行预制，这样可以大大缩短病害桥梁上部结构替换的工期，并尽最大可能地缓解现代城市的交通压力；而组合梁桥可以大大减轻桥梁上部结构的质量，使原有桥墩在替换后上部结构及荷载作用下可以满足新规范的要求；混凝土桥面板可以有效缓减纯钢桥梁的疲劳问题和振动问题，且无须大面积的防腐工作。

本发明的有益效果主要表现在：

1、本发明中的一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构在用于替换现有病害中小跨径桥梁时，钢主梁在钢结构工厂预制，桥面板被拆分为若干块在施工现场或工厂进行支模、绑扎钢筋、混凝土浇筑以及养护等工作，这些工作可以在拆除病害桥梁时或之前就可以完成，在现场只有一定的拼装施工工作，现场施工工作十分简单方便，更加有利于桥梁上部结构的替换工作，现场的拼装和养护工期可以严格控制在7天以内，可以大大缓解现代城市的交通压力；

2、本发明中的一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构较钢筋混凝土桥梁结构自重轻，故在不改变桥梁上部结构高度的基础上，仍可沿用原有桥墩以及其基础，可以大大缩短工期，节约成本；

3、本发明中的一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构较纯钢结构桥梁，混凝土桥面板可以有效缓减纯钢桥梁的疲劳问题，无须大面积的防腐工作，并且可以减少大量的焊接工作，避免了由于焊接引起的残余变形和残余应力，提高了结构的承载能力、疲劳性能、局部稳定性和整体稳定性；

4、桥面板采用分块预制的方法，当整桥结构某块桥面板出现病害时，可以通过局部替换的方法修缮桥梁上部结构，这样病害桥梁可以达到边修缮边运营的效果，大大缓解现代城市的交通压力。

附图说明

图1为本发明的结构平面布置示意图；

图2为本发明结构A-A剖面图；

图3为本发明结构B-B断面图；

图4为本发明结构钢主梁示意图；

图5为本发明结构预制A型边板示意图。

图中：1钢主梁；21.预制A型边板；22.预制C型中板；23.预制B型边板；24.预制D型中板；3.金属连接件；4.桥面铺装；5.黏结材料；6.护栏；7.横向连接钢梁；8.安装槽；9.灌浆料；10.预留孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构，包括钢主梁1、横向连接钢梁7、金属连接件3和预制钢筋混凝土桥面板，所述钢主梁1根据桥梁的形状进行排列，相邻的钢主梁1的腹板之间通过横向连接钢梁7连接，所述钢主梁1的上翼缘设有所述金属连接件3，所述预制钢筋混凝土桥面板铺设在所述钢主梁1的上翼缘上，所述预制钢筋混凝土桥面板设有用于当待桥面板安装完毕后灌注灌浆材料的预留孔10，所述金属连接件3位于所述预留孔10内。

进一步，所述钢筋混凝土桥面板沿桥宽方向拼接缝设置在钢主梁1上。

再进一步，所述预制钢筋混凝土桥面板与钢主梁1的上翼缘之间通过黏结材料层粘结。

更进一步，相邻的两两所述钢筋混凝土桥面板之间沿桥跨度方向采用凹凸形装置连接。

相邻的所述预制钢筋混凝土桥面板之间接缝处通过黏结材料层粘结。

所述预制钢筋混凝土桥面板数量在桥跨和桥宽方向有至少两个。可以根据设计需要确定数量。

一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构的制作工艺，所述制作工艺包括如下步骤：

第一步，根据桥梁形状，对钢主梁1进行排列；对钢主梁1与混凝土接触的表面应进行除油和除锈处理；

第二步，将横向连接钢梁7分别设置于相邻钢主梁1的腹板之间；

第三步，对钢主梁1与混凝土接触的表面喷砂处理，钢砂或刚玉作为磨料，在0.6-0.7MPa压力下处理使其表面粗糙度达到Sa2.5级；

第四步，所述钢主梁1的上翼缘设置金属连接件3,；

第五步，所述钢主梁上翼缘涂抹8mm～30mm厚的黏结材料；

第六步，将预制好的预制A型边板21；预制C型中板22；预制B型边板23；预制D型中板24进行安装，所述桥面板依据定位线依次安装，各板安装完毕后，在各板接缝处涂抹黏结材料；

第七步，通过预留孔10灌注灌浆料9；

第八步，待黏结材料5及灌浆料9达设计强度后，进行桥面处理，通车。

本实施例中，桥跨径为10m，桥宽为10m，钢主梁1均采用Q345qC钢材，截面形式为工字形，截面尺寸为“工”360×250×16×12，间距为1500mm，长度10m，桥面板相对于两端桥两端的钢主梁1竖向中和轴有500mm的悬挑，悬挑部分作为护栏和人行道，桥墩位置在距离钢主梁1两端500mm处；横向连接钢梁梁7采用Q345qC钢材，尺寸为—300×10×3500；预制A型边板21；预制C型中板22；预制B型边板23；预制D型中板24采用C40混凝土；金属抗剪件3直径采用16mm的栓钉，栓钉长度为160mm，栓钉距离钢主梁翼缘边缘35mm，同排栓钉间的距离为60mm，各排栓钉间的间距为200mm；在预制A型边板21、预制C型中板22、预制B型边板23、预制D型中板24两端设置安装槽8；并在预制A型边板21、预制C型中板22、预制B型边板23、预制D型中板24与金属抗剪键对应部位设置一一对应的预留孔10，预留孔10的直径为30mm；灌浆料9采用快速凝结高强混凝土；黏结材料5采用快速黏结材料。首先，采用C40混凝土预制包含预留孔10和安装槽8的预制A型边板21、预制B型边板24、预制C型中板23、预制D型中板24；再加工钢主梁1和横向连接钢梁7；再通过焊接方式将金属抗剪键3全焊接在钢主梁1上；待预制A型边板21、预制C型中板22、预制B型边板23、预制D型中板24达到28天龄期时，将钢主梁1与预制A型边板21、预制C型中板22、预制B型边板23、预制D型中板24进行预拼装，并送往工地；在现场将黏结材料5均匀涂抹在钢主梁1上翼缘，后将钢主梁与预制A型边板21、预制C型中板22、预制B型边板23、预制D型中板24进行安装槽8要一一对应的正式拼装，再在预制A型边板21、预制C型中板22、预制B型边板23、预制D型中板24的预留预留孔10中灌注黏结材料9(环氧砂浆)。

本实施例的制作工艺，在加工厂，首先对钢主梁1(根据桥梁的进行排列，对钢主梁1与混凝土接触的表面应进行除油和除锈处理；再通过焊接工艺将横向连接钢梁7分别设置于各钢主梁1之间；在采用焊接工艺将金属抗剪件3分别焊接与钢主梁1上翼缘上，然后，对钢主梁1与混凝土接触的表面喷砂处理，钢砂(洛氏硬度＞62)或刚玉作为磨料，在0.6-0.7MPa压力下处理使其表面粗糙度达到Sa2.5级；抗剪件3直径采用16mm的栓钉，栓钉长度为160mm，栓钉距离钢主梁翼缘边缘35mm，同排栓钉间的距离为60mm，各排栓钉间的间距为250mm；在钢主梁1上翼缘均匀涂抹一定厚度的黏结材料5；将各预制A型边板21、预制C型中板22、预制B型边板23和预制D型中板24安装在钢主梁1上翼缘上；在预制A型边板21、预制C型中板22、预制B型边板23和预制D型中板24接缝处涂抹黏结材料5，在各预制桥面板上设置的对应抗剪件3预留孔10灌注灌浆材料9；最后，待黏结材料和灌浆材料达到一定强度(比如设计强度一半)，进行桥面处理，后通车。

Claims (10)

1.一种新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构，其特征在于：包括钢主梁、横向连接钢梁、金属连接件和预制钢筋混凝土桥面板，所述钢主梁根据桥梁的形状进行排列，相邻的钢主梁的腹板之间通过横向连接钢梁连接，所述钢主梁的上翼缘设有所述金属连接件，所述预制钢筋混凝土桥面板铺设在所述钢主梁的上翼缘上，所述预制钢筋混凝土桥面板设有用于待桥面板安装完毕后灌注灌浆材料的预留孔，所述金属连接件位于所述预留孔内。

2.如权利要求1所述的新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构，其特征在于：所述钢筋混凝土桥面板沿桥宽方向拼接缝设置在钢主梁上。

3.如权利要求1或2所述的新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构，其特征在于：所述预制钢筋混凝土桥面板与钢主梁的上翼缘之间通过黏结材料层粘结。

4.如权利要求1或2所述的新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构，其特征在于：相邻的两两所述钢筋混凝土桥面板之间沿桥跨度方向采用凹凸形装置连接。

5.如权利要求3所述的新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构，其特征在于：相邻的所述预制钢筋混凝土桥面板之间接缝处通过黏结材料层粘结。

6.如权利要求3所述的新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构，其特征在于：所述预制钢筋混凝土桥面板数量在桥跨和桥宽方向有至少两个。

7.一种如权利要求1所述的新型预制装配式钢-砼组合梁桥上部结构的制作工艺，其特征在于：所述制作工艺包括如下步骤：

第一步，根据桥梁形状，对钢主梁进行排列，对钢主梁与混凝土接触的表面应进行除油和除锈处理；

第二步，将横向连接钢梁分别设置于相邻钢主梁的腹板之间；

第三步，对钢主梁与混凝土接触的表面喷砂处理；

第四步，所述钢主梁的上翼缘设置金属抗剪件；

第五步，将预制好的桥面板进行安装，所述桥面板依据定位线依次安装，各板安装完毕后；

第七步，通过桥面板的预留孔灌注灌浆料；

第八步，待灌浆料达设计强度要求时，进行桥面处理，通车。

8.如权利要求7所述的制作工艺，其特征在于：所述第五步中，所述钢筋混凝土桥面板沿桥宽方向拼接缝设置在钢主梁上。

9.如权利要求7或8所述的制作工艺，其特征在于：所述第五步中，所述钢主梁上翼缘涂抹8mm～30mm厚的黏结材料，在各板接缝处涂抹黏结材料；相邻的两两所述钢筋混凝土桥面板之间沿桥跨度方向采用凹凸形装置连接。

10.如权利要求7或8所述的制作工艺，其特征在于：所述第三步中，表面喷砂处理的方式：钢砂或刚玉作为磨料，在0.6-0.7MPa压力下处理使其表面粗糙度达到Sa2.5级。