CN108374326A - 一种组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，该构造由工字钢主梁与横梁形成箱形格室，通过在箱形格室腹板内侧设置开孔板连接件并贯穿钢筋以及浇筑混凝土，实现墩梁固结。为了保证主梁承担的荷载能够有效地传给桥墩，本发明在箱形格室钢主梁和横梁腹板内侧均设置开孔板连接件，采用开孔板贯穿普通钢筋后浇筑混凝土的方式抵抗墩梁固结部位的剪力、轴力及弯矩；同时本发明将钢板梁与混凝土桥墩之间通过开孔板连接，构造简单、受力合理且传力可靠，能满足正常使用与承载极限状态下的各类要求，在减轻自重的情况下提高桥梁的跨越能力，施工方便快捷，并有效解决现有混凝土刚构桥长期荷载作用下腹板混凝土开裂和跨中下挠、抗震性能差等突出问题。

Description

一种组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造。

背景技术

随着我国经济的快速发展，桥梁建设的使用需求、技术标准不断提高，桥梁设计理念更加注重桥梁的行车舒适性、耐久性、施工便利性等。刚构桥具有桥下净空大、节省支座、造型美观、桥面平顺性好和抗震性能高等优点，是适用于跨越深阔河谷的优良桥梁结构形式。刚构桥将墩-梁固结后，在竖向荷载作用下，主梁端部将产生负弯矩，从而可减小跨中正弯矩，梁跨中截面相比其它梁式桥型可相应减小，增大跨越能力。相对于梁式桥，刚构桥可以有效避免强震下发生落梁破坏，但是随着大跨度预应力混凝土连续刚构桥的大量修建，在施工、使用、运营维护过程中也暴露出一些问题，其中腹板混凝土开裂和跨中下挠等问题尤为突出，持续得不到有效解决。

组合梁桥在梁体受拉区采用钢结构，因而对避免或控制混凝土的开裂具有明显优势，同时钢材不存在混凝土材料的收缩与徐变问题，可以有效地解决跨中梁体下挠问题。采用刚构形式使墩梁固结，结合部钢梁-混凝土共同承受墩顶负弯矩，削弱负弯矩峰值，避免了传统组合梁桥下翼缘板易失稳的问题，改善组合梁桥负弯矩区的受力性能。

传统的组合梁桥墩梁固结方式主要为粘结型、胶结型、摩擦型。其中，粘结型是依靠水泥砂浆的自然粘结作用把钢板与混凝土接合在一起，为了扩大两者间的接合面积，需要在钢板上设置凸起部，在增加钢板压延制造难度的同时，凸起部的应力集中现象还会降低钢材的疲劳强度。胶结型是指利用环氧树脂等有机材料把钢板与混凝土组合在一起的一种连接方式，由于环氧树脂等有机材料一般很难渗透到混凝土内部，因此钢板与混凝土间抗分离能力较弱。摩擦型是采用高强螺栓对结合面施加压力，通过接触面的摩擦力进行连接，但是由于混凝土在高轴力作用下，会产生收缩徐变效应，随着时间推移，大大降低连接强度。

因此，设计一种受力明确、方便加工、传力直接的钢板组合梁桥墩梁固结构造，是组合刚构桥应用于实际工程的关键。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，其将钢板梁与混凝土桥墩之间通过开孔钢板连接，构造简单、受力合理且传力可靠，能满足正常使用与承载极限状态下的各类要求，在减轻自重的情况下提高桥梁的跨越能力，并有效解决现有混凝土刚构桥长期荷载作用下腹板混凝土开裂和跨中下挠、现有钢板连续梁支座后期维护成本高、悬臂施工工序繁琐、抗震性能差等突出问题。

一种组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，包括主梁和横梁，相邻两排主梁之间左右分别垂直架设有两段横梁，从而形成一箱形格室；所述主梁和横梁均包括有上翼缘板、下翼缘板以及焊接于上下翼缘板间的腹板，从而形成工字型结构；主梁腹板两侧以及横梁腹板内侧均焊接有多排开孔板，开孔板上对应的通孔内贯穿有钢筋，所述箱形格室内浇筑有桥墩混凝土，使得桥墩与主梁通过开孔板处的钢筋混凝土固结。

进一步地，所述主梁下翼缘板上位于主梁腹板两侧分别焊接有加劲肋板，防止主梁下翼缘板在墩梁交界位置应力集中和屈曲。

进一步地，所述主梁腹板两侧靠近中间位置处分别焊接有加劲肋板。

进一步地，所述横梁通过焊接或螺栓连接于相邻两排主梁之间。

进一步地，桥墩钢筋深入所述箱形格室内，通过浇筑混凝土形成墩梁固结构造。

进一步地，所述箱形格室的高度为主梁梁高的0.5～0.7倍，能够保证后期检测养护的空间。

进一步地，所述横梁腹板上的开孔板开有双排通孔，所述主梁腹板上的开孔板开有单排通孔。

进一步地，所述主梁腹板以及横梁腹板上的开孔板采取中间疏两端密的排布形式，能够更合理地抵抗纵桥向弯矩与剪力。

本发明墩梁固结构造中主梁包括纵桥向弯矩、纵桥向剪力、横桥向弯矩、横桥向剪力、轴力，其中纵桥向弯矩和剪力从工字型钢主梁传递到横隔板处，进而通过纵桥向开孔板与贯穿钢筋传递至核心混凝土与桥墩钢筋处，即桥墩上；横桥向弯矩和剪力从工字型钢主梁传递到横桥向开孔板与贯穿钢筋，进而传递至核心混凝土与桥墩钢筋处，轴力主要通过钢板及混凝土轴向承压来抵抗。因此，本发明墩梁固结构造具有以下有益技术效果：

(1)本发明结构通过在墩梁固结处主梁与横梁上设置开设有若干通孔的开孔钢板，并且开孔钢板上贯穿普通钢筋，将钢板组合梁与混凝土桥墩之间开孔钢板进行连接，在满足强度、刚度要求的前提下自重较轻，降低基础的要求，减小了墩-梁结合部的内力并提高其跨越能力。

(2)本发明采用刚构形式使墩梁固结，解决了传统连续组合梁桥中，负弯矩区混凝土桥面板受拉开裂和钢梁下翼缘板受压失稳问题，避免了在负弯矩区桥面板布置大量的预应力束，并在负弯矩区钢梁底板上焊接加劲肋或增加底板厚度的复杂施工工艺；结合部钢梁-混凝土共同承受墩顶负弯矩，削弱负弯矩峰值，避免下翼缘板失稳，大大改善负弯矩区的受力性能。

(3)本发明结构延性高，抗震性能好；组合梁结构含有钢梁构件，钢材延性高，与墩柱固结后，结构整体性及延性可显著增强；墩梁固结的构造防止主梁在地震水平力作用下落梁倾覆；上部结构自重较小，地震作用下，墩柱承受的水平作用力较小，对抗震十分有利。

(4)本发明适合工厂化制造，环境影响小；组合刚构桥包括钢梁和混凝土面板在内的大量构件可在工厂内预制，减少了现场作业量，并具有施工精度高、施工速度快等优点，能够显著降低对周边环境的影响，尤其适用于对现场施工具有严格要求的跨河、跨湖、跨海大桥。

(5)本发明结构具有良好的抗裂性能，混凝土刚构桥为防止混凝土开裂而普遍采用预应力技术，甚至在纵向、横向、竖向均需要张拉预应力，导致构造和施工复杂，容易造成梁体和节点位置发生开裂而影响结构的耐久性；组合刚构桥由于梁体或墩柱受拉区采用钢结构，因而对避免或控制混凝土的开裂具有明显优势。

(6)本发明具有较好的长期受力性能，对于组合刚构桥，由于钢结构不存在收缩和徐变，而通过优化施工顺序，混凝土在恒载作用下的应力水平较低，因此可在一定程度上抑制收缩徐变的不利影响，混凝土因徐变所导致的结构下挠问题将不再凸显。

附图说明

图1为本发明墩梁固结构造的结构示意图。

图2为本发明墩梁固结构造的平面示意图。

图3为本发明墩梁固结构造的立面示意图。

图4(a)为本发明墩梁固结构造中纵桥向开孔板示意图。

图4(b)为本发明墩梁固结构造中横桥向开孔板示意图。

图中：1-1—主梁上翼缘板，1-2—主梁腹板，1-3—主梁下翼缘板，1-4—主梁横向加劲肋板，1-5—主梁纵向加劲肋板，2-1—横梁上翼缘板，2-2—横梁腹板，2-3—横梁下翼缘板，3-1—纵桥向开孔板，3-2—横桥向开孔板，4—普通贯穿钢筋，5—固结处桥墩混凝土，6—桥墩钢筋。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1～图3所示，本发明组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造包括工字型钢主梁以及设置于钢主梁之间的横梁，钢主梁包含上翼缘板1-1、腹板1-2、下翼缘板1-3、横向加劲肋板1-4、纵向加劲肋板1-5；横梁包含上翼缘板2-1、腹板2-2、下翼缘板2-3；经过数值分析，主梁下翼缘板1-3与桥墩外缘接触处承受较大局部压力，因此为了防止钢板组合梁的下翼缘板1-3受压过大发生失稳和屈服，在主梁下翼缘板1-3设置纵向加劲肋板1-5；主梁腹板1-2与横梁腹板2-2内侧均设置开孔钢板，根据其在桥梁轴线上的位置，分为纵桥向开孔板3-1与横桥向开孔板3-2；纵桥向开孔板3-1与横桥向开孔板3-2上的通孔中均设置有贯穿钢筋4；桥墩混凝土浇筑于由钢主梁与横梁所形成的箱形格室内，二者之间通过开孔钢板连接。纵桥向开孔板3-1相对横梁腹板2-2垂直设置即沿纵桥向布设，多道贯穿钢筋4沿横桥向贯穿于开孔钢板的通孔中；横桥向开孔板3-2相对主梁腹板1-2垂直设置即沿横桥向布设，多道贯穿钢筋4沿纵桥向贯穿于开孔钢板的通孔中。

墩梁固结部位主梁包括纵桥向弯矩、纵桥向剪力、横桥向弯矩、横桥向剪力、轴力，其中纵桥向弯矩和剪力从工字型钢主梁传递到横隔板处，进而通过纵桥向开孔板3-1与贯穿钢筋4传递至核心混凝土与桥墩钢筋处，即桥墩上；横桥向弯矩和剪力从工字型钢主梁传递到横桥向开孔板3-2与贯穿钢筋4，进而传递至核心混凝土与桥墩钢筋处；轴力主要通过钢板及混凝土轴向承压来抵抗。

本实施方式中，横梁通过焊接设置在钢主梁上，形成箱形格室构造，箱形格室高度取为工字钢主梁梁高的0.5～0.7倍来保证后期检测养护的空间，桥墩钢筋6伸入格室内，并浇筑混凝土形成墩梁固结构造。横梁的上翼缘板2-1、腹板2-2与下翼缘板2-3之间通过焊接连接，纵桥向开孔板3-1和横桥向开孔板3-2通过焊接分别设置在横梁腹板2-2和主梁腹板1-2上；纵向加劲肋板1-5通过焊接设置在主梁下翼缘板1-3上，设置区域超过墩梁交界位置不小于1m，以防止主梁下翼缘板在墩梁交界位置应力集中和屈曲。

纵桥向开孔板3-1横桥方向间距设置为中间疏，两端密的形式来更合理地抵抗纵桥向弯矩与剪力，如图4(a)所示，纵桥向开孔板3-1上设置的是双排开孔；横桥向开孔板3-2纵桥方向间距设置为中间疏，两端密的形式来更合理地抵抗纵桥向弯矩与剪力，如图4(b)所示，横桥向开孔板3-2上设置的是单排开孔，本实施方式通过纵桥向开孔板3-1相对横桥向开孔板3-2设置更多开孔和贯穿钢筋4，使得结构更符合受力特征。

本实施方式中，每块横梁腹板2-2上纵桥向开孔板3-1沿横桥向为九排，实际施工时，可以根据具体要求，对纵向开孔板3-1沿横桥向排数进行相应的调整。中间的主梁腹板1-2上横桥向开孔板3-2沿纵桥向为二十排，即在腹板两侧布置；两边的主梁腹板1-2上横桥向开孔板3-2沿纵桥向为十排，即在腹板一侧布置；实际施工时，可以根据具体要求，对横桥向开孔板3-2沿纵桥向进行相应的调整。

本实施方式中，纵桥向开孔板3-1沿纵桥向设置两列通孔且每列通孔数量为十四个，实际施工时，可以根据具体要求，对纵桥向开孔板3-1的通孔列数和通孔数量进行相应的调整。横桥向开孔板3-2沿横桥向设置一列通孔且通孔数量为十四个，实际施工时，可以根据具体要求，对横桥向开孔板3-2的通孔列数和通孔数量进行相应的调整。

实际施工过程中，先在工厂将主梁的上翼缘板1-1、腹板1-2、下翼缘板1-3、横向加劲肋板1-4、纵向加劲肋板1-5焊接成形；再将横梁的上翼缘板2-1、腹板2-2、下翼缘板2-3焊接或栓接在主梁的端部；进而将一道或多道纵桥向开孔板3-1焊接在主梁腹板1-2上，将一道或多道横桥向开孔板3-2焊接在横梁腹板1-2上；随后将以上钢构件吊装到位，在完成贯穿钢筋的布设、普通钢筋的绑扎和模板的搭设后，现场浇筑墩梁固结处的混凝土。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，包括主梁和横梁，其特征在于：相邻两排主梁之间左右分别垂直架设有两段横梁，从而形成一箱形格室；所述主梁和横梁均包括有上翼缘板、下翼缘板以及焊接于上下翼缘板间的腹板，从而形成工字型结构；主梁腹板两侧以及横梁腹板内侧均焊接有多排开孔板，开孔板上对应的通孔内贯穿有钢筋，所述箱形格室内浇筑有桥墩混凝土，使得桥墩与主梁通过开孔板处的钢筋混凝土固结。

2.根据权利要求1所述的组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，其特征在于：所述主梁下翼缘板上位于主梁腹板两侧分别焊接有加劲肋板。

3.根据权利要求1所述的组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，其特征在于：所述主梁腹板两侧靠近中间位置处分别焊接有加劲肋板。

4.根据权利要求1所述的组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，其特征在于：所述横梁通过焊接或螺栓连接于相邻两排主梁之间。

5.根据权利要求1所述的组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，其特征在于：桥墩钢筋深入所述箱形格室内，通过浇筑混凝土形成墩梁固结构造。

6.根据权利要求1所述的组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，其特征在于：所述箱形格室的高度为主梁梁高的0.5～0.7倍。

7.根据权利要求1所述的组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，其特征在于：所述横梁腹板上的开孔板开有双排通孔，所述主梁腹板上的开孔板开有单排通孔。

8.根据权利要求1所述的组合刚构钢板梁桥墩梁固结构造，其特征在于：所述主梁腹板以及横梁腹板上的开孔板采取中间疏两端密的排布形式。