CN106758743A - 一种改善钢混组合多箱连续梁桥负弯矩区受力性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善钢混组合多箱连续梁桥负弯矩区受力性能的方法；该方法组合连续梁桥由多个横向连接的分离式小箱梁组成，每个小箱梁上部为混凝土桥面板，下部为钢箱梁，二者以钢箱梁上翼缘的剪力连接件连接成整体；全桥在混凝土桥面板中配有普通受力钢筋和构造钢筋，在钢箱梁中设有普通横向及纵向加劲肋；负弯矩区混凝土桥面板纵向受力钢筋进行了加密，在架设钢箱梁、浇筑桥面板并预留孔洞后，通过孔洞在负弯矩区钢箱梁底板上浇混凝土，其标号与桥面板混凝土标号相同；本发明能增大钢箱梁底板抗压刚度，改善负弯矩区钢箱梁底板受压屈曲的不利受力情况。

Description

一种改善钢混组合多箱连续梁桥负弯矩区受力性能的方法

技术领域

本发明涉及钢-混组合分离式多箱连续梁桥负弯矩区的结构设计措施，该方法可以改善负弯矩区上缘混凝土板受拉开裂、下缘钢箱梁受压易屈曲的不利情况，具体涉及一种改善钢混组合多箱连续梁桥负弯矩区受力性能的方法。

背景技术

作为新兴桥梁结构形式，钢-混组合结构桥梁与混凝土桥和钢桥相比具有自重轻、刚度大等特点。其最大的优势在于能够充分结合钢材抗拉能力和混凝土抗压能力，使组合后的整体性能优于材料各自的性能，因而在国内得到越来越广泛地应用与推广。钢混组合分离式多箱连续梁桥(如图1)作为其中的一种结构形式，其抗弯、抗扭刚度都比较大，且单梁体量小，易于施工架设，能有效减少工程造价及工期，在中等跨径的桥梁中有着显著的经济及技术优势。但对于连续梁桥来说，在中间支点附近区域承受的弯矩为负弯矩，这将导致梁截面上缘产生拉应力，而下缘产生压应力，此时组合截面上部的混凝土桥面板处于受拉状态，下部的钢箱梁则处于受压状态。由于混凝土和钢材的材料特性，这种受力状态极容易导致混凝土板开裂、钢箱梁底板屈曲，因而影响了组合结构在连续梁中的广泛应用。

为了克服这一不利影响，设计中需要结合负弯矩区截面受力特点对这一区段进行特殊设计，避免出现上述问题而影响桥梁的使用性能。已有的通常方法是在桥面板增设预应力配筋或增加钢箱梁底板厚度和加劲肋数量，但采用这些方法施工工艺比较复杂，增加了工作量，延长了施工工期，对工程造价也有不利影响，其主要应用于80m及以上跨径的组合结构连续梁桥。

发明内容

针对现有技术背景，本发明为改善钢混组合分离式多箱连续梁桥负弯矩区混凝土受拉开裂、钢箱梁受压屈曲的情况，提出了一种改善钢混组合多箱连续梁桥负弯矩区受力性能的方法；该方法具体如下：

组合连续梁桥由多个横向连接的分离式小箱梁组成，每个小箱梁上部为混凝土桥面板，下部为钢箱梁，二者以钢箱梁上翼缘的剪力连接件连接成整体；全桥在混凝土桥面板中配有普通受力钢筋和构造钢筋，在钢箱梁中设有普通横向及纵向加劲肋；负弯矩区混凝土桥面板纵向受力钢筋进行了加密，在架设钢箱梁、浇筑桥面板并预留孔洞后，通过孔洞在负弯矩区钢箱梁底板上浇混凝土，其标号与桥面板混凝土标号相同；负弯矩区钢箱梁底板现浇混凝土的厚度计算以钢箱梁底板受压局部稳定为依据，按如下公式计算：

σ_cr为相邻横隔板间矩形钢箱梁底板的弹性稳定临界应力，f_y为钢箱梁钢材的屈服强度，K为弹性屈曲系数，χ为嵌固系数，ν为钢箱梁钢材泊松比，E_s为钢箱梁钢材弹性模量，b₀为钢箱梁受压翼缘板在两腹板之间的宽度，t为钢箱梁受压翼缘板换算厚度，具体数值按实际桥梁情况确定；其中：相邻横隔板间矩形钢箱梁底板单向均匀受压时其中m为该矩形钢箱梁底板平行于受力方向屈曲时的半波数，a为矩形钢箱梁底板非受荷边长度，b为受荷边长度。K的取值与板的尺寸比a/b及屈曲时的半波数m有关，一般四边简支板取K＝4；嵌固系数χ用以考虑非受荷纵边的实际支承情况，其范围为1.0≤χ≤1.7425，下界对应于两边简支，上界对应于两边固定；换算厚度t_s为钢箱梁底板厚度，t_c为负弯矩区钢箱梁底板现浇混凝土厚度，E_c为混凝土弹性模量。

所述的连接件为栓钉连接件，栓钉按照计算间距焊接在钢箱梁上翼缘，浇筑在混凝土桥面板中，传递混凝土板与钢箱梁之间的剪力。

有益效果：

按照上述设计措施建造钢混组合分离式多箱连续梁桥，能增大钢箱梁底板抗压刚度，改善负弯矩区钢箱梁底板受压屈曲的不利受力情况，同时与其他方法相比，其设计简单、变动不大，施工过程不复杂，不需要特殊的加工工艺，而且对施工工期和造价影响都不大。

附图说明：

图1为分离式多箱梁示意图。

图2标准箱梁截面图。

图3为负弯矩区箱梁截面设计。

图4为单梁栓钉连接件布置示意图。

具体实施方式：

如图1、图2、图3所示，一种改善钢混组合多箱连续梁桥负弯矩区受力性能的方法；该方法具体如下：

组合连续梁桥由多个横向连接的分离式小箱梁组成，每个小箱梁上部为混凝土桥面板，下部为钢箱梁，二者以钢箱梁上翼缘的剪力连接件连接成整体；全桥在混凝土桥面板中配有普通受力钢筋和构造钢筋，在钢箱梁中设有普通横向及纵向加劲肋；负弯矩区混凝土桥面板纵向受力钢筋进行了加密，在架设钢箱梁、浇筑桥面板并预留孔洞后，通过孔洞在负弯矩区钢箱梁底板上浇混凝土，其标号与桥面板混凝土标号相同；负弯矩区钢箱梁底板现浇混凝土的厚度计算以钢箱梁底板受压局部稳定为依据，按如下公式计算：

σ_cr为相邻横隔板间矩形钢箱梁底板的弹性稳定临界应力，f_y为钢箱梁钢材的屈服强度，K为弹性屈曲系数，χ为嵌固系数，ν为钢箱梁钢材泊松比，E_s为钢箱梁钢材弹性模量，b₀为钢箱梁受压翼缘板在两腹板之间的宽度，t为钢箱梁受压翼缘板换算厚度，具体数值按实际桥梁情况确定；其中：相邻横隔板间矩形钢箱梁底板单向均匀受压时其中m为该矩形钢箱梁底板平行于受力方向屈曲时的半波数，a为矩形钢箱梁底板非受荷边长度，b为受荷边长度。K的取值与板的尺寸比a/b及屈曲时的半波数m有关，一般四边简支板取K＝4；嵌固系数χ用以考虑非受荷纵边的实际支承情况，其范围为1.0≤χ≤1.7425，下界对应于两边简支，上界对应于两边固定；换算厚度t_s为钢箱梁底板厚度，t_c为负弯矩区钢箱梁底板现浇混凝土厚度，E_c为混凝土弹性模量；所述的连接件为栓钉连接件，栓钉按照计算间距焊接在钢箱梁上翼缘，浇筑在混凝土桥面板中，传递混凝土板与钢箱梁之间的剪力。

如图4所示，在负弯矩区，混凝土桥面板与钢箱梁通过钢箱梁上翼缘的栓钉连接成整体。预制钢箱梁在底板和腹板都设有纵向加劲肋，在腹板还设有横向加劲肋。施工时，先架设好钢箱梁，然后以钢箱梁为支架搭设模板，浇筑桥面板混凝土，使组合结构成为一个整体，最后通过预留孔浇筑钢箱梁底板上的混凝土用以增大底板的抗压刚度，改善负弯矩区截面的受力性能，浇筑厚度可通过公式计算确定。

Claims (2)

1.一种改善钢混组合多箱连续梁桥负弯矩区受力性能的方法，其特征在于，该方法具体如下：

组合连续梁桥由多个横向连接的分离式小箱梁组成，每个小箱梁上部为混凝土桥面板，下部为钢箱梁，二者以钢箱梁上翼缘的剪力连接件连接成整体；全桥在混凝土桥面板中配有普通受力钢筋和构造钢筋，在钢箱梁中设有普通横向及纵向加劲肋；负弯矩区混凝土桥面板纵向受力钢筋进行了加密，在架设钢箱梁、浇筑桥面板并预留孔洞后，通过孔洞在负弯矩区钢箱梁底板上浇混凝土，其标号与桥面板混凝土标号相同；

负弯矩区钢箱梁底板现浇混凝土的厚度计算以钢箱梁底板受压局部稳定为依据，按如下公式计算：

${\mathrm{\σ}}_{cr}=\frac{{\mathrm{\χK\π}}^2{E}_s}{12(1-{\mathrm{\ν}}^2)}{\left(\frac{t}{b_0}\right)}^2\≤f_y$

σ_cr为相邻横隔板间矩形钢箱梁底板的弹性稳定临界应力，f_y为钢箱梁钢材的屈服强度，K为弹性屈曲系数，χ为嵌固系数，ν为钢箱梁钢材泊松比，E_s为钢箱梁钢材弹性模量，b₀为钢箱梁受压翼缘板在两腹板之间的宽度，t为钢箱梁受压翼缘板换算厚度，具体数值按实际桥梁情况确定；其中：相邻横隔板间矩形钢箱梁底板单向均匀受压时其中m为该矩形钢箱梁底板平行于受力方向屈曲时的半波数，a为矩形钢箱梁底板非受荷边长度，b为受荷边长度；嵌固系数χ用以考虑非受荷纵边的实际支承情况，其范围为1.0≤χ≤1.7425，下界对应于两边简支，上界对应于两边固定；换算厚度t_s为钢箱梁底板厚度，t_c为负弯矩区钢箱梁底板现浇混凝土厚度，E_c为混凝土弹性模量。

2.根据权利要求1所述的一种改善钢混组合多箱连续梁桥负弯矩区受力性能的方法，其特征在于：所述的连接件为栓钉连接件，栓钉按照计算间距焊接在钢箱梁上翼缘，浇筑在混凝土桥面板中，传递混凝土板与钢箱梁之间的剪力。