CN109440625B - 钢混组合连续刚构钢桁梁桥 - Google Patents

钢混组合连续刚构钢桁梁桥 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种钢混组合连续刚构钢桁梁桥,包括钢桁架、主墩、过渡墩和桩基础,钢桁架包括主桁片和横向连接部;主桁片的数量为2片以上;横向连接部横桥向连接相邻的2片主桁片;其中,主桁片包括上弦杆、下弦杆,以及配置在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆;下弦杆和斜腹杆采用焊接箱形断面;下弦杆和斜腹杆内灌填混凝土;横向连接部包括混凝土板,混凝土板连接相邻的2个下弦杆。

Description

钢混组合连续刚构钢桁梁桥
技术领域
本公开涉及一种钢混组合连续刚构钢桁梁桥。
背景技术
混凝土材料被认为是耐久性好、价格低廉的优选结构材料,混凝土梁桥在我国经历了几十年的发展,我国中小跨径桥梁多采用预应力混凝土梁桥。由于交通运输部等国家和地方行政机构推行公路桥梁通用图纸设计,梁板预应力智能张拉技术的采用和集中预制的理念,连续刚构等大跨径混凝土桥梁悬臂浇筑施工技术的成熟等,促使混凝土桥梁成为高速公路建设的首选,数量上占据绝对优势。预应力混凝土连续刚构桥的上部结构一般为预应力混凝土连续刚构箱梁,下部结构为矩形空心墩、柱式墩桩基础。上部结构一般采用悬臂浇筑施工。预应力混凝土连续刚构桥的缺点主要有:结构自重大,跨越能力受到制约;悬臂浇筑,挂篮、模板等施工荷载大,设计时需要考虑施工荷载产生的额外应力,增加主体结构工程量;分段浇筑、养护、施加预应力,施工周期长;为了改善边主墩的受力,并兼顾到其他不利因素,在跨中合龙混凝土浇筑前,于合龙处设置千斤顶向主墩侧施加推力,施工过程难度加大;混凝土收缩、徐变影响大,其值也是不确定的,加上预应力施工不当或预应力损失,运营中常出现跨中下挠、主墩受较大弯矩等病害。还有一种混合梁连续刚构桥,主要在中跨设置一段钢梁,利用钢梁自重轻,平衡边跨受力,减小墩顶负弯矩,改善结构受力性能,但其缺点是钢梁与混凝土梁是锚固连接,钢混过渡段构造比较复杂、施工难度大。
发明内容
为了解决至少一个上述技术问题,本公开提供一种可应用于公路的新型结构形式—钢混组合连续刚构钢桁梁桥,充分发挥了钢桁梁整体刚度大、自重较轻、跨越能力较大,以及混凝土桥面板避免正交异性钢桥面板疲劳裂纹潜在风险的优势,且能有效缓解一般混凝土连续刚构桥成桥后主跨因混凝土收缩、徐变产生的较大弯矩及中跨下挠,在200m左右跨径区间具有很好的应用性。本公开通过以下技术方案实现:
根据本公开的一个方面,钢混组合连续刚构钢桁梁桥包括钢桁架、主墩、过渡墩和桩基础,
钢桁架包括主桁片和横向连接部;
主桁片的数量为2片以上;
横向连接部横桥向连接相邻的2片主桁片;
其中,主桁片包括上弦杆、下弦杆,以及配置在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆;
下弦杆和斜腹杆采用焊接箱形断面;
下弦杆和斜腹杆内灌填混凝土;
横向连接部包括混凝土板,混凝土板连接相邻的2个下弦杆。
根据本公开的至少一个实施方式,
主桁片还包括配置在上弦杆和下弦杆之间的竖腹杆,竖腹杆安装在过渡墩的顶端,竖直连接上弦杆和下弦杆;
斜腹杆安装在主墩的顶端,以及安装在主墩与过渡墩之间,斜接上弦杆和下弦杆,相邻的两个斜腹杆的同一端交汇于上弦杆或下弦杆上。
根据本公开的至少一个实施方式,
横向连接部包括上平联、下平联和横联;
其中,上平联包括横桥向连接相邻的2个上弦杆的上横梁,以及顺桥向与上横梁垂直连接的纵梁;
下平联包括横桥向连接相邻的2个下弦杆的下横梁,连接相邻的2个下横梁的下斜撑杆,以及混凝土板,其中混凝土板与下横梁以及下横梁之间的下斜撑杆连接;
横联包括端横联和中横联,端横联位于过渡墩的顶端,连接纵梁和下横梁的两端;中横联位于主墩的顶端,交叉连接上横梁的两端和下横梁的两端。
根据本公开的至少一个实施方式,
基于斜腹杆、上横梁和下横梁的安装位置,钢桁架沿顺桥向划分为多个节间;
每片主桁片上的三个相邻的斜腹杆为一组斜腹杆;
每个节间包括横桥向相邻的多组斜腹杆,与每组斜腹杆连接的上弦杆和下弦杆,以及相邻的多组斜腹杆之间的横向连接部。
根据本公开的至少一个实施方式,
主墩顶端及主墩顶端相邻区域的斜腹杆和下弦杆内灌填混凝土;
混凝土板配置在主墩顶端相邻区域内;
主墩顶端相邻区域是指,与主墩顶端上的节间相邻的至少两个节间内的区域。
根据本公开的至少一个实施方式,
上弦杆的上翼缘顶面、上横梁顶面和纵梁顶面分别设置剪力钉集束,剪力钉集束连接桥面板。
根据本公开的至少一个实施方式,
桥面板采用预制钢筋混凝土结构;
基于相邻的两个主桁片的间距和纵梁的位置,桥面板于横桥向分成多块,相邻两块桥面板之间设湿接缝;
基于相邻的两个主桁片的间距和纵梁的位置,桥面板于顺桥向分成多段,相邻两段桥面板之间设湿接缝;
桥面板预留与上弦杆、上横梁和纵梁上的剪力钉集束相对应的槽口;
湿接缝和槽口在桥面板安装后现场浇筑。
根据本公开的至少一个实施方式,
主桁片、上平联、下平联和横联采用工厂预制钢构件,现场安装;
下平联上的混凝土板采用钢筋混凝土结构。
根据本公开的至少一个实施方式,
上平联、下平联和横联均采用焊接工字型断面。
根据本公开的至少一个实施方式,
主桁片的桁高在顺桥向按照二次抛物线变化。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式,并与其说明一起用于解释本公开的原理,其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解,并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本公开的至少一个实施方式的钢混组合连续刚构钢桁梁桥的立面结构示意图。
图2是根据本公开的至少一个实施方式的钢混组合连续刚构钢桁梁桥的横截面结构示意图。
图3是根据本公开的至少一个实施方式的钢混组合连续刚构钢桁梁桥的杆件内灌填混凝土范围示意图。
图4是根据本公开的至少一个实施方式的钢混组合连续刚构钢桁梁桥的下平联混凝土板分布范围示意图。
图5是根据本公开的至少一个实施方式的钢混组合连续刚构钢桁梁桥的钢桁架横向连接部示意图。
图6是根据本公开的至少一个实施方式的钢混组合连续刚构钢桁梁桥的上弦杆上翼缘顶面剪力钉布置示意图。
图7是根据本公开的至少一个实施方式的钢混组合连续刚构钢桁梁桥的桥面板块划分平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容,而非对本公开的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
在本公开的一个可选实施方式中,钢混组合连续刚构钢桁梁桥的上部结构采用钢桁架与混凝土桥面板的组合构造,这种钢混组合连续刚构桁梁的新型结构形式,可以充分发挥钢桁梁整体刚度大、自重较轻的特点,使桥梁跨越能力更大。钢混组合连续刚构钢桁梁桥的下部结构为空心墩构造,基础为桩基础。具体的,如图1和2所示,钢混组合连续刚构钢桁梁桥包括钢桁架1、钢筋混凝土桥面板2、主墩3、过渡墩4和桩基础5。其中,钢桁架1的桁高在顺桥向按二次抛物线变化。
钢桁架1包括主桁片和横向连接部。其中,主桁片的数量为2片以上。优选的,钢桁架1包括2片主桁片,即双主桁片。每一主桁片均由上弦杆6、下弦杆7,以及配置在上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆8和竖腹杆9组成。斜腹杆8安装在主墩3的顶端,以及安装在主墩3与过渡墩4之间,斜接上弦杆6和下弦杆7,相邻的两个斜腹杆8的同一端交汇于上弦杆6或下弦杆7上。竖腹杆9安装在过渡墩4的顶端,竖直连接上弦杆6和下弦杆7。上弦杆6、下弦杆7、斜腹杆8和竖腹杆9均可以采用焊接箱形断面。为了加强钢桁架1整体的稳定,每个主墩3墩顶及附近区域的下弦杆7和斜腹杆8内可以灌填自密实微膨胀混凝土,如图3所示,黑色填充区域即为灌填混凝土的区域。
优选的,上述附近区域或者说主墩墩顶的相邻区域,可以根据钢桁架1的节间来进行限定。如图3-5所示,基于斜腹杆8、上横梁10和下横梁11的安装位置,可以将钢桁架1沿顺桥向划分为多个节间。每个节间包括每片主桁片上的三个相邻的斜腹杆8。将每片主桁片上的三个相邻的斜腹杆看作一组斜腹杆,那么,采用双主桁片的钢桁架的每个节间就包括横桥向相邻的两组斜腹杆。除此之外,每个节间还包括与每组斜腹杆连接的部分上弦杆和部分下弦杆,以及两组相邻的斜腹杆之间的横向连接部。因此,灌填混凝土的区域可以是在每个主墩3墩顶的节间内的下弦杆7和斜腹杆8内,以及与主墩3顶端上的节间相邻的至少两个节间内的下弦杆7和斜腹杆8内。例如,在每个主墩3墩顶的一个节间内的下弦杆7和斜腹杆8内灌填混凝土,以及在与主墩3墩顶上的节间相邻的左右各三个节间内的下弦杆7和斜腹杆8内灌填混凝土。
在本公开的一个可选实施方式中,横向连接部用于横桥向连接相邻的2片主桁片,例如横桥向连接双主桁片。横向连接部主要包括上平联、下平联和横联。双主桁片间通过上平联、下平联及横联连接,共同构成钢桁架1。
在本公开的一个可选实施方式中,如图4所示,上平联可以由上横梁10和纵梁12构成。上横梁10横桥向连接双主桁片的上弦杆6,同时承担部分混凝土桥面板及汽车荷载。纵梁12顺桥向与上横梁10垂直连接。下平联包括下横梁11、下斜撑杆13和下平联混凝土板。下横梁11横桥向连接双主桁片的下弦杆7。下斜撑杆13连接相邻的两个下横梁11,例如两个相邻的下横梁11之间通过两个下斜撑杆13连接,每个下斜撑杆13分别连接一个下横梁11的一端及相邻的另一个下横梁11的中部。下平联上的混凝土板为现浇钢筋混凝土结构,可以与主桁架通过剪力钉连接,在悬臂拼装期间浇筑,可以显著提高钢桁梁的整体稳定性。具体的,下平联混凝土板连接下弦杆7、下横梁11以及下横梁11之间的下斜撑杆13。下平联混凝土板可以设置在与主墩顶端上的节间相邻的至少两个节间的下平面上,例如,混凝土板设置在与主墩墩顶节间相邻的左右各两个节间内的下平面上,如图4中右侧黑色线条圈框的部分即为其中一块混凝土板。横联主要由端横联14和中横联15组成。端横联14可以配置在过渡墩4的顶端,通过端横联14将纵梁12与下横梁11的两端连接。中横联15可以配置在主墩3的顶端,通过中横联15交叉连接上横梁10的两端和下横梁11的两端,如图5所示。
在本公开的一个可选实施方式中,上平联、下平联及横联均可以采用焊接工字形断面。上弦杆6的上翼缘顶面、上横梁10顶面和纵梁12顶面可以配置剪力钉群16(剪力钉集束16),用于后续安装桥面板,如图6所示。
在本公开的一个可选实施方式中,桥面板2采用预制钢筋混凝土结构。基于相邻的两个主桁片的间距和纵梁的位置,桥面板可以于横桥向分成多块,于顺桥向分成多段。相邻两块桥面板之间以及相邻两段桥面板之间可以设置湿接缝。桥面板预留与上弦杆6、上横梁10和纵梁12上的剪力钉集束16相对应的槽口。
优选的,基于双主桁片的间距和纵梁12的位置,可以将桥面板2于横桥向分为2块,于顺桥向分为多段,如图7所示。相邻两块板之间,以及相邻的各段桥面板之间设湿接缝17。预制桥面板2预留与上弦杆6、上横梁10和纵梁12上的剪力钉集束16对应的槽口18。槽口18内的钢筋布置、相邻板块之间的钢筋布置相互错开。两块桥面板的连接处设置伸缩缝。预制桥面板2安装后,采用UHPC微膨胀混凝土现浇湿接缝17和槽口18。
在本公开中,钢混组合连续刚构钢桁梁桥采用钢混组合连续刚构桁梁的上部结构,代替预应力混凝土箱梁或者T梁,减轻了主梁的自重,增加了主梁的刚度。钢桁梁作为主要受力结构,其中的钢构件可以在工厂预制,单独运输,运输到现场后根据施工条件灵活选取杆件吊装、桁片吊装或者节段吊装等安装方案,现场装配,从而适应不同地区,尤其是山区、峡谷等西部、西南部地区的桥梁安装施工条件。另外,在主桁架的下弦杆7、斜撑杆13等箱型杆件内部,可以通过填筑混凝土的方法增加受压杆件整体稳定性,以适应大吨位桥面吊机安装施工工况,也可以在同等施工方法和施工荷载作用下减弱钢构件截面、节省材料。在近主墩附近的几个钢桁梁节间的下平面内可以设置混凝土板,混凝土板与主桁架通过剪力钉连接,将下横梁11、下斜撑杆13包含在内,在悬臂拼装期间的某时刻进行浇筑,以提高钢桁梁整体稳定性,改善横向连接杆件的内力。本公开的钢混组合连续刚构钢桁梁桥采用预制的、现场装配安装施工的钢筋混凝土桥面板,这种轻型非预应力结构可以简化结构构造和制造施工,同时可以避免使用正交异性钢桥面板产生疲劳裂纹的潜在风险。钢混组合连续刚构桁梁的新型结构形式,使得混凝土用量降低,符合国家大力推行钢桥发展的策略。桥型新颖、景观效果好。综上所述,本公开的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,通过标准化设计,工厂化制造,模块化运输,以及装配化架设,有助于实现工程全寿命周期内的高品质,满足工程经济性与结构受力的要求。本公开设计理念先进,内容充实合理,适用范围明确,具有较强的实用性和可操作性。
本领域的技术人员应当理解,上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开,而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言,在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型,并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种钢混组合连续刚构钢桁梁桥,包括钢桁架、主墩、过渡墩和桩基础,其特征在于,
所述钢桁架包括主桁片和横向连接部;
所述主桁片的数量为2片以上;
所述横向连接部横桥向连接相邻的2片主桁片;
其中,所述主桁片包括上弦杆、下弦杆,以及配置在所述上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆;
所述下弦杆和斜腹杆采用焊接箱形断面;
所述下弦杆和斜腹杆内灌填混凝土;
所述横向连接部包括混凝土板,所述混凝土板连接相邻的2个下弦杆。
2.根据权利要求1所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
所述主桁片还包括配置在所述上弦杆和下弦杆之间的竖腹杆,所述竖腹杆安装在所述过渡墩的顶端,竖直连接所述上弦杆和下弦杆;
所述斜腹杆安装在所述主墩的顶端,以及安装在所述主墩与所述过渡墩之间,斜接所述上弦杆和下弦杆,相邻的两个斜腹杆的同一端交汇于所述上弦杆或下弦杆上。
3.根据权利要求1或2所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
所述横向连接部包括上平联、下平联和横联;
其中,所述上平联包括横桥向连接相邻的2个所述上弦杆的上横梁,以及顺桥向与所述上横梁垂直连接的纵梁;
所述下平联包括横桥向连接相邻的2个所述下弦杆的下横梁,连接相邻的2个所述下横梁的下斜撑杆,以及所述混凝土板,其中所述混凝土板与所述下横梁以及下横梁之间的下斜撑杆连接;
所述横联包括端横联和中横联,所述端横联位于所述过渡墩的顶端,连接纵梁和下横梁的两端;所述中横联位于所述主墩的顶端,交叉连接所述上横梁的两端和下横梁的两端。
4.根据权利要求3所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
基于所述斜腹杆、上横梁和下横梁的安装位置,所述钢桁架沿顺桥向划分为多个节间;
每片主桁片上的三个相邻的斜腹杆为一组斜腹杆;
每个节间包括横桥向相邻的多组斜腹杆,与每组斜腹杆连接的上弦杆和下弦杆,以及相邻的多组斜腹杆之间的横向连接部。
5.根据权利要求4所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
所述主墩顶端及主墩顶端相邻区域的所述斜腹杆和下弦杆内灌填混凝土;
所述混凝土板配置在所述主墩顶端相邻区域内;
所述主墩顶端相邻区域是指,与所述主墩顶端上的节间相邻的至少两个节间内的区域。
6.根据权利要求4或5所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
所述上弦杆的上翼缘顶面、所述上横梁顶面和所述纵梁顶面分别设置剪力钉集束,所述剪力钉集束连接桥面板。
7.根据权利要求6所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
所述桥面板采用预制钢筋混凝土结构;
基于相邻的两个所述主桁片的间距和所述纵梁的位置,所述桥面板于横桥向分成多块,相邻两块所述桥面板之间设湿接缝;
基于相邻的两个所述主桁片的间距和所述纵梁的位置,所述桥面板于顺桥向分成多段,相邻两段桥面板之间设湿接缝;
所述桥面板预留与所述上弦杆、上横梁和纵梁上的剪力钉集束相对应的槽口;
所述湿接缝和所述槽口在所述桥面板安装后现场浇筑。
8.根据权利要求7所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
所述主桁片、上平联、下平联和横联采用工厂预制钢构件,现场安装;
所述下平联上的混凝土板采用钢筋混凝土结构。
9.根据权利要求7或8所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
所述上平联、下平联和横联均采用焊接工字型断面。
10.根据权利要求1至2、4至5、7至8中任一项所述的钢混组合连续刚构钢桁梁桥,其特征在于,
所述主桁片的桁高在顺桥向按照二次抛物线变化。
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