CN107326794A - 一种装配整体式预应力钢‑混凝土组合梁式桥 - Google Patents

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Abstract

发明提供一种装配整体式预应力钢‑混凝土组合梁式桥。该梁式桥包括预应力钢梁、预制支座预应力钢筋混凝土板、预制跨中钢筋混凝土板、墩柱、托梁、路面层。采用的预制支座预应力钢筋混凝土板可有效控制钢‑混凝土组合梁式桥负弯矩区混凝土板的开裂，且安装简单，施工方便。组合刚性抗剪连接件加工简单，可有效保证钢梁与预制混凝土板的连接性能。该梁式桥改善了传统钢‑混凝土组合梁式桥的施工工艺，提高桥面结构的装配程度，并优化其受力性能及连接构造。该梁式桥受力性能合理、耐久性优异、施工便捷，与传统钢‑混凝土梁式桥相比具有显著优势。

Description

一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥
技术领域
本发明涉及桥梁结构技术领域，特别涉及一种高装配率的新型预应力钢-混凝土组合梁式桥。
背景技术
钢-混凝土组合梁式桥可充分发挥钢材与混凝土各自的材料特性，且具有承载力高、刚度大、稳定性好和连接简单等优点，应用前景广阔。
但在实际工程应用中，钢-混凝土组合梁式桥也存在一些亟需解决的问题：
(1)传统钢-混凝土组合梁式桥的装配程度不高，施工效率较低；多跨连续桥中存在负弯矩区混凝土受拉宜开裂的问题，并引起路面层开裂，导致组合梁刚度和耐久性降低。
(2)钢-混凝土组合梁式桥的设计需要控制钢梁中的拉应力幅值，以满足桥梁结构在往复荷载作用下的疲劳要求；传统的构造措施和设计方法很难充分利用高强钢材的受拉强度，不利于高强钢材在梁式桥中的推广。
(3)钢-混凝土组合梁式桥中，若采用传统栓钉抗剪连接件，栓钉需密集布置，施工复杂；采用组合刚性抗剪连接件可有效降低连接件数量，但传统组合刚性抗剪连接件加工复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种可防止负弯矩区混凝土开裂的高装配率预应力钢-混凝土组合梁式桥以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥，包括纵向设置的两片预应力钢梁，以及墩柱和托梁。
所述墩柱向上与托梁连接。所述两片预应力钢梁通过支座架立在托梁上。
所述两片预应力钢梁平行布置且梁面相对。所述两片预应力钢梁顶部加盖钢筋混凝土桥面板。所述钢筋混凝土桥面板顶部铺设有路面层。
所述的预应力钢梁为工字钢梁、闭口式箱型钢梁或开口式箱型钢梁。在每个预应力钢梁跨中位置均布置有钢梁预应力钢索组件。每个钢梁预应力钢索组件包括钢梁预应力钢索、两个钢索支座和两个锚具。所述两个钢索支座固定在预应力钢梁的下翼缘板顶部。所述钢梁预应力钢索直线张拉，并通过锚具锚固在两个钢索支座之间。
所述钢筋混凝土桥面板包括多块独立的预制钢筋混凝土板和微膨胀混凝土。所述多块预制钢筋混凝土板沿着桥梁纵向顺次铺设在预应力钢梁上部。相邻两块预制钢筋混凝土板之间存在间隙。预应力钢梁梁顶在间隙处预设有组合刚性抗剪连接件。每块预制钢筋混凝土板中均预埋有若干预留外伸钢筋。相邻两块预制钢筋混凝土板通过预留外伸钢筋相互连接。相邻两块预制钢筋混凝土板之间的间隙中浇筑有微膨胀混凝土。
所述多块预制钢筋混凝土板中包括若干预制支座预应力钢筋混凝土板和若干预制跨中钢筋混凝土板。所述预制跨中钢筋混凝土板布置在桥梁跨中位置。所述预制支座预应力钢筋混凝土板布置在桥梁其余位置。
所述预制支座预应力钢筋混凝土板中还预埋有若干根预应力钢筋。所述预应力钢梁和预制支座预应力钢筋混凝土板的接触面处，预制支座预应力钢筋混凝土板设置有Y形预留孔Ⅰ，预应力钢梁梁顶预设有组合刚性抗剪连接件。所述组合刚性抗剪连接件插入Y形预留孔Ⅰ中。Y形预留孔Ⅰ采用微膨胀混凝土灌注密实。
所述预应力钢梁和预制跨中钢筋混凝土板的接触面处，预制跨中钢筋混凝土板设置有Y形预留孔Ⅱ，预应力钢梁梁顶预设有组合刚性抗剪连接件。所述组合刚性抗剪连接件插入Y形预留孔Ⅱ中。Y形预留孔Ⅱ采用微膨胀混凝土灌注密实。
进一步，所述预应力钢梁沿纵向分割为多节，相互拼接组成整体。相邻两节预应力钢梁的端部通过高强螺栓和/或焊缝拼接固定。
进一步，相邻两块预制钢筋混凝土板的外伸预留钢筋采用直螺纹套筒连接或焊接的方式连接。
进一步，所述组合刚性抗剪连接件包括抗掀起栓钉和刚性抗剪块。所述刚性抗剪块与预应力钢梁梁顶固定连接。所述抗掀起栓钉焊接在刚性抗剪块顶部。
进一步，所述Y形预留孔Ⅰ和Y形预留孔Ⅱ的平面形状为圆形或矩形。
本发明还公开一种关于上述装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥的施工方法，包括以下步骤：
1)吊装或现场施工墩柱、托梁等下部结构。
2)在工厂加工预应力钢梁、预制支座预应力钢筋混凝土板和预制跨中钢筋混凝土板。并张拉钢梁预应力钢索对预应力钢梁施加预应力。
3)吊装预应力钢梁。
4)吊装预制跨中钢筋混凝土板并定位，采用微膨胀混凝土灌注Y形预留孔Ⅱ。
5)吊装预制支座预应力钢筋混凝土板并定位，采用微膨胀混凝土灌注Y形预留孔Ⅰ。
6)通过预留外伸钢筋将相邻两块预制钢筋混凝土板固定连接。
7)采用微膨胀混凝土浇筑相邻两块预制钢筋混凝土板之间的间隙。
8)完成路面层施工。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A)可有效控制钢-混凝土组合梁式桥负弯矩区混凝土板的开裂，改善结构的使用性能和耐久性；
B)提高钢-混凝土组合梁式桥的中钢材抗拉强度的利用效率，有利于高强钢材在钢-混凝土组合梁式桥中的应用，节约材料，降低结构自重；
C)在保证连接性能的前提下，降低传统组合刚性抗剪连接件加工难度与成本；
D)改善传统钢-混凝土组合梁式桥的施工工艺，提高桥面结构的装配程度，并优化其受力性能，减轻结构自重和吊装重量，简化连接构造，提高施工效率。
附图说明
图1为梁式桥结构示意图；
图2为梁式桥俯视图；
图3为预制支座预应力钢筋混凝土板俯视图；
图4为预制跨中钢筋混凝土板俯视图；
图5为实施例1中Y形预留孔Ⅰ；
图6为实施例2中Y形预留孔Ⅰ；
图7为组合刚性抗剪连接件结构示意图。
图中：预应力钢梁1、预制支座应力钢筋混凝土板2、Y形预留孔Ⅰ201、预应力钢筋202、预预制跨中钢筋混凝土板3、Y形预留孔Ⅱ301、墩柱4、托梁5、路面层6、预留外伸钢筋9、组合刚性抗剪连接件10、抗掀起栓钉1001、刚性抗剪块1002、微膨胀混凝土11、支座12、钢梁预应力钢索16、钢索支座17、锚具18。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥，包括纵向设置的两片预应力钢梁1，以及墩柱4和托梁5。
参见图1和图2，所述墩柱4向上与托梁5连接。所述两片预应力钢梁1通过支座12架立在托梁5上。
所述两片预应力钢梁1平行布置且梁面相对。所述两片预应力钢梁1顶部加盖钢筋混凝土桥面板。所述钢筋混凝土桥面板顶部铺设有路面层6。
所述的预应力钢梁1为工字钢梁。所述预应力钢梁1沿纵向分割为多节，相互拼接组成整体。相邻两节预应力钢梁1的端部通过高强螺栓拼接固定。在每个预应力钢梁1跨中位置均布置有钢梁预应力钢索组件。每个钢梁预应力钢索组件包括钢梁预应力钢索16、两个钢索支座17和两个锚具18。所述两个钢索支座17固定在预应力钢梁1的下翼缘板顶部。所述钢梁预应力钢索16直线张拉，并通过锚具18锚固在两个钢索支座17之间。张拉钢梁预应力钢索16后，预应力钢梁1的下翼缘板中产生压应力，上翼缘板中产生拉应力。
所述钢筋混凝土桥面板包括多块独立的预制钢筋混凝土板和微膨胀混凝土11。所述多块预制钢筋混凝土板沿着桥梁纵向顺次铺设在预应力钢梁1上部。相邻两块预制钢筋混凝土板之间存在间隙，即后浇带。预应力钢梁1梁顶在间隙处预设有组合刚性抗剪连接件10。每块预制钢筋混凝土板中均预埋有纵横间隔布置的预留外伸钢筋9。相邻两块预制钢筋混凝土板通过预留外伸钢筋9相互焊接连接在一起。相邻两块预制钢筋混凝土板之间的间隙中浇筑有微膨胀混凝土11。
所述多块预制钢筋混凝土板中包括多块预制支座预应力钢筋混凝土板2和2块预制跨中钢筋混凝土板3。所述预制跨中钢筋混凝土板3布置在桥梁跨中位置。所述预制支座预应力钢筋混凝土板2布置在桥梁其余位置。
参见图1和图3，所述预制支座预应力钢筋混凝土板2中还预埋有6根预应力钢筋202。通过先张法张拉混凝土板，对预制支座预应力钢筋混凝土板2施加纵向的预压力。所述预应力钢梁1和预制支座预应力钢筋混凝土板2的接触面处，预制支座预应力钢筋混凝土板2设置有Y形预留孔Ⅰ201，预应力钢梁1梁顶预设有组合刚性抗剪连接件10。所述组合刚性抗剪连接件10插入Y形预留孔Ⅰ201中。Y形预留孔Ⅰ201采用微膨胀混凝土11灌注密实。参见图5，在本实施例中，所述Y形预留孔Ⅰ201的平面形状为矩形。
参见图1和图4，所述预应力钢梁1和预制跨中钢筋混凝土板3的接触面处，预制跨中钢筋混凝土板3设置有Y形预留孔Ⅱ301，预应力钢梁1梁顶预设有组合刚性抗剪连接件10。所述组合刚性抗剪连接件10插入Y形预留孔Ⅱ301中。Y形预留孔Ⅱ301采用微膨胀混凝土11灌注密实。
实施例2：
本实施例公开一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥，包括纵向设置的两片预应力钢梁1，以及墩柱4和托梁5。
所述墩柱4向上与托梁5连接。所述两片预应力钢梁1通过支座12架立在托梁5上。
所述两片预应力钢梁1平行布置且梁面相对。所述预应力钢梁1沿纵向分割为多节，相互拼接组成整体。相邻两节预应力钢梁1的端部通过对接焊缝拼接固定。所述两片预应力钢梁1顶部加盖钢筋混凝土桥面板。所述钢筋混凝土桥面板顶部铺设有路面层6。
所述的预应力钢梁1为开口式箱型钢梁。在每个预应力钢梁1跨中位置均布置有钢梁预应力钢索组件。每个钢梁预应力钢索组件包括钢梁预应力钢索16、两个钢索支座17和两个锚具18。所述两个钢索支座17固定在预应力钢梁1的下翼缘板顶部。所述钢梁预应力钢索16直线张拉，并通过锚具18锚固在两个钢索支座17之间。张拉钢梁预应力钢索16后，预应力钢梁1的下翼缘板中产生压应力，上翼缘板中产生拉应力。
所述钢筋混凝土桥面板包括多块独立的预制钢筋混凝土板和微膨胀混凝土11。所述多块预制钢筋混凝土板沿着桥梁纵向顺次铺设在预应力钢梁1上部。相邻两块预制钢筋混凝土板之间存在间隙，即后浇带。预应力钢梁1梁顶在间隙处预设有组合刚性抗剪连接件10。参见图7，所述组合刚性抗剪连接件10包括抗掀起栓钉1001和刚性抗剪块1002。所述刚性抗剪块1002与预应力钢梁1梁顶固定连接。所述抗掀起栓钉1001焊接在刚性抗剪块1002顶部。所述每块预制钢筋混凝土板中均预埋有纵横间隔布置的预留外伸钢筋9。相邻两块预制钢筋混凝土板的预留外伸钢筋9采用直螺纹套筒连接。相邻两块预制钢筋混凝土板通过预留外伸钢筋9相互连接。相邻两块预制钢筋混凝土板之间的间隙中浇筑有微膨胀混凝土11。
所述多块预制钢筋混凝土板中包括多块预制支座预应力钢筋混凝土板2和2块预制跨中钢筋混凝土板3。所述预制跨中钢筋混凝土板3布置在桥梁跨中位置。所述预制支座预应力钢筋混凝土板2布置在桥梁其余位置。
所述预制支座预应力钢筋混凝土板2中还预埋有6根预应力钢筋202。通过先张法张拉混凝土板，对预制支座预应力钢筋混凝土板2施加纵向的预压力。所述预应力钢梁1和预制支座预应力钢筋混凝土板2的接触面处，预制支座预应力钢筋混凝土板2设置有Y形预留孔Ⅰ201，预应力钢梁1梁顶预设有组合刚性抗剪连接件10。所述组合刚性抗剪连接件10插入Y形预留孔Ⅰ201中。Y形预留孔Ⅰ201采用微膨胀混凝土11灌注密实。参见图6，在本实施例中，所述Y形预留孔Ⅰ201的平面形状为圆形。
所述预应力钢梁1和预制跨中钢筋混凝土板3的接触面处，预制跨中钢筋混凝土板3设置有Y形预留孔Ⅱ301，预应力钢梁1梁顶预设有组合刚性抗剪连接件10。所述组合刚性抗剪连接件10插入Y形预留孔Ⅱ301中。Y形预留孔Ⅱ301采用微膨胀混凝土11灌注密实。
实施例3：
本实施例公开关于实施例1和实施例2任意一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥的施工方法，包括以下步骤：
1)吊装或现场施工墩柱4、托梁5等下部结构。
2)在工厂加工预制支座预应力钢筋混凝土板2和预制跨中钢筋混凝土板3。预应力钢梁1分节在工厂预制，在预应力钢梁1梁顶预设组合刚性抗剪连接件10，并张拉预应力钢索16对跨中段预应力钢梁1施加预应力。预应力钢梁1、预制支座预应力钢筋混凝土板2和预制跨中钢筋混凝土板3在工厂试拼合格后运往现场。
3)吊装预应力钢梁1，采用高强螺栓和/或对接焊缝连接相邻段预应力钢梁1。
4)吊装预制跨中钢筋混凝土板3并定位，采用微膨胀混凝土11灌注Y形预留孔Ⅱ301。
5)吊装预制支座预应力钢筋混凝土板2并定位，采用微膨胀混凝土11灌注Y形预留孔Ⅰ201。
6)通过预留外伸钢筋9将相邻两块预制钢筋混凝土板固定连接。
7)采用微膨胀混凝土11浇筑相邻两块预制钢筋混凝土板之间的间隙。
8)完成路面层6施工。

Claims (6)

1.一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥，其特征在于：包括纵向设置的两片预应力钢梁(1)，以及墩柱(4)和托梁(5)；
所述墩柱(4)向上与托梁(5)连接；所述两片预应力钢梁(1)通过支座(12)架立在托梁(5)上；
所述两片预应力钢梁(1)平行布置且梁面相对；所述两片预应力钢梁(1)顶部加盖钢筋混凝土桥面板；所述钢筋混凝土桥面板顶部铺设有路面层(6)；
所述的预应力钢梁(1)为工字钢梁、闭口式箱型钢梁或开口式箱型钢梁；在每个预应力钢梁(1)跨中位置均布置有钢梁预应力钢索组件；每个钢梁预应力钢索组件包括钢梁预应力钢索(16)、两个钢索支座(17)和两个锚具(18)；所述两个钢索支座(17)固定在预应力钢梁(1)的下翼缘板顶部；所述钢梁预应力钢索(16)直线张拉，并通过锚具(18)锚固在两个钢索支座(17)之间；
所述钢筋混凝土桥面板包括多块独立的预制钢筋混凝土板和微膨胀混凝土(11)；所述多块预制钢筋混凝土板沿着桥梁纵向顺次铺设在预应力钢梁(1)上部；相邻两块预制钢筋混凝土板之间存在间隙；预应力钢梁(1)梁顶在间隙处预设有组合刚性抗剪连接件(10)；每块预制钢筋混凝土板中均预埋有若干预留外伸钢筋(9)；相邻两块预制钢筋混凝土板通过预留外伸钢筋(9)相互连接；相邻两块预制钢筋混凝土板之间的间隙中浇筑有微膨胀混凝土(11)；
所述多块预制钢筋混凝土板中包括若干预制支座预应力钢筋混凝土板(2)和若干预制跨中钢筋混凝土板(3)。所述预制跨中钢筋混凝土板(3)布置在桥梁跨中位置；所述预制支座预应力钢筋混凝土板(2)布置在桥梁其余位置；
所述预制支座预应力钢筋混凝土板(2)中还预埋有若干根预应力钢筋(202)；所述预应力钢梁(1)和预制支座预应力钢筋混凝土板(2)的接触面处，预制支座预应力钢筋混凝土板(2)设置有Y形预留孔Ⅰ(201)，预应力钢梁(1)梁顶预设有组合刚性抗剪连接件(10)；所述组合刚性抗剪连接件(10)插入Y形预留孔Ⅰ(201)中；Y形预留孔Ⅰ(201)采用微膨胀混凝土(11)灌注密实；
所述预应力钢梁(1)和预制跨中钢筋混凝土板(3)的接触面处，预制跨中钢筋混凝土板(3)设置有Y形预留孔Ⅱ(301)，预应力钢梁(1)梁顶预设有组合刚性抗剪连接件(10)；所述组合刚性抗剪连接件(10)插入Y形预留孔Ⅱ(301)中；Y形预留孔Ⅱ(301)采用微膨胀混凝土(11)灌注密实。
2.根据权利要求1所述的一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥，其特征在于：所述预应力钢梁(1)沿纵向分割为多节，相互拼接组成整体；相邻两节预应力钢梁(1)的端部通过高强螺栓和/或焊缝拼接固定。
3.根据权利要求1或2所述的一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥，其特征在于：相邻两块预制钢筋混凝土板的外伸预留钢筋(9)采用直螺纹套筒连接或焊接的方式连接。
4.根据权利要求1～3所述的一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥，其特征在于：所述组合刚性抗剪连接件(10)包括抗掀起栓钉(1001)和刚性抗剪块(1002)；所述刚性抗剪块(1002)与预应力钢梁(1)梁顶固定连接；所述抗掀起栓钉(1001)焊接在刚性抗剪块(1002)顶部。
5.根据权利要求1或2所述的一种装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥，其特征在于：所述Y形预留孔Ⅰ(201)和Y形预留孔Ⅱ(301)的平面形状为圆形或矩形。
6.一种关于权利要求1所述装配整体式预应力钢-混凝土组合梁式桥的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)吊装或现场施工墩柱(4)、托梁(5)等下部结构；
2)在工厂加工预应力钢梁(1)、预制支座预应力钢筋混凝土板(2)和预制跨中钢筋混凝土板(3)；并张拉钢梁预应力钢索(16)对预应力钢梁(1)施加预应力；
3)吊装预应力钢梁(1)；
4)吊装预制跨中钢筋混凝土板(3)并定位，采用微膨胀混凝土(11)灌注Y形预留孔Ⅱ(301)；
5)吊装预制支座预应力钢筋混凝土板(2)并定位，采用微膨胀混凝土(11)灌注Y形预留孔Ⅰ(201)；
6)通过预留外伸钢筋(9)将相邻两块预制钢筋混凝土板固定连接；
7)采用微膨胀混凝土(11)浇筑相邻两块预制钢筋混凝土板之间的间隙；
8)完成路面层(6)施工。
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