CN109958050A - 一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的轻型模块化钢‑混组合小箱梁简支桥。本发明进一步提出采用超高性能加劲肋混凝土桥面板代替高性能混凝土实心桥面板，并与U型钢梁组合成轻型化的梁，目的在于提供工厂化预制、模块化施工外，最大限度地提高超高性能混凝土的利用效率、降低混凝土桥面板的预制重量，充分发挥超高性能加劲肋混凝土板的抗拉压性能，使其成为运输安装便捷、受力行为更为合理的桥梁。本发明除具备一般装配化桥梁的优势外，还具有结构受力更为合理、耐久性好，在降低上部结构重量的同时，进一步减轻下部结构墩台的重量及基础承载力的要求。

Description

一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体内容涉及一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥及其施工方法。

背景技术

多梁式钢-混凝土组合小箱梁桥是组合结构桥的一种类型，它是在钢结构、混凝土结构和薄壁箱梁结构基础上发展起来的一种新型梁格体系组合梁桥形式，在城市快速路网建设中有非常广泛的应用前景。目前在我国，多室钢-混小箱梁钢筋混凝土面板大多采用的是普通强度的混凝土，施工方法更多的也是采用现场浇筑。为此，本发明人曾在2015年就《一种模块化钢-混快速施工小箱梁桥及其施工方法》申请国家发明专利，2017年5.17中国知识产权局授予了该项发明专利(专利号201510365055.7)。在该项专利中，将高强混凝土材料引入到预制钢筋混凝土桥面板中，对结构质量的减轻、施工效率的提高以及结构长期使用性能的提升都具有重要意义；其次，引入工厂化的模块化施工技术，将每个梁单元模块在预制工厂预制及养护存放，待用时运送到桥梁现场，进行拼装连接或接缝的填充。此方法无需在施工现场搭设支架，可以最大限度降低桥梁施工对周围环境及交通的影响，并实现简支桥梁的快速施工和架设。

本发明在《一种模块化钢-混快速施工小箱梁桥及其施工方法》国家发明专利的基础上，进一步提出采用超高性能加劲肋混凝土桥面板代替高性能混凝土实心桥面板，并与U型钢梁组合成轻型化的梁，目的在于提供工厂化预制、模块化施工外，最大限度地提高超高性能混凝土的利用效率、降低混凝土桥面板的预制重量，充分发挥超高性能加劲肋混凝土板的抗拉压性能，使其成为运输安装便捷、受力行为更为合理的桥梁。本发明除具备一般装配化桥梁的优势外，还具有结构受力更为合理、耐久性好，在降低上部结构重量的同时，进一步减轻下部结构墩台的重量及基础承载力的要求。

发明内容

本发明提出了一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥及。本发明采用超高性能加劲肋混凝土桥面板代替高性能混凝土实心桥面板，进一步发挥超高性能混凝土加劲肋板抗压、拉性能，并与U型钢梁组合形成轻型钢-混组合梁，本发明提供以下技术方案：

一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥，包括纵钢主梁1、超高性能加劲肋混凝土桥面板2、横向加劲肋3、纵向加劲肋4、超高性能混凝土接缝5、钢横隔板锚固板6、钢横隔板7、U型钢筋8、托板9、高强螺栓10、群栓钉11、横向预应力束筋及管道12、普通钢筋13、剪力键14。

本发明与发明专利201510365055.7(一种简支模块化的钢-混组合小箱梁桥)设计不同的是：本专利采用的超高性能混凝土加劲肋桥面板2，通过在每块桥面板沿纵向布设若干道纵向加劲肋4、沿横向布设若干道横向加劲肋3形成格子梁结构；同时，采用超高性能混凝土代替之前的高性能混凝土，相较于之前的实心高性能混凝土板，该结构进一步减轻了板重，充分发挥了超高性能混凝土的抗拉、抗压性能，结构形式更合理。以实例1中的组合桥为例，若采用传统实心截面混凝土桥面板则需123.75m³，而采用超高性能混凝土加劲肋桥面板2所需混凝土仅需88.74m³，减少了35.01m³(28.3％)，相应质量减轻70.02吨,大大减轻了桥面板质量，优化了结构设计。

超高性能混凝土加劲肋桥面板2由工厂进行分块预制，且于每隔一定间距的横向加劲肋3位置处需预留横向预应力筋管道12，便于后续横向预应力筋张拉，加强桥面横向联系；且超高性能混凝土加劲肋桥面板2每隔一定间距需对与托板9位置相对应的纵向加劲肋预留群栓钉11的剪力槽以便于后续灌浆施工，需注意的是，该预留的剪力槽应错开横向加劲肋3进行布置。

此外，由于本发明采用超高性能加劲肋混凝土桥面板2，其厚度进一步降低，故相应的布筋形式、板与板之间的连接构件也较于之前不同，本发明采用搭接预留U型钢筋8及于接缝处浇筑快硬早强的超高性能混凝土进行桥面板之间的横向有效连接，并用横向预应力束筋进一步加强横向联系；通过位于端部加宽横向加劲肋3的剪力键14的拼接实现桥面板的纵向有效连接。

所述的纵钢主梁1由钢底板和两块斜钢腹板组成，纵钢主梁的截面呈上宽下窄的梯形，下部宽为b_b,上部宽为b_t，其上下宽度比范围在1.0-1.4；纵钢主梁之间通过横隔板锚固板7、钢横隔板6连接，具体采用高强螺栓10进行有效连接；

所述的超高性能加劲肋混凝土桥面板2采用超高性能混凝土(抗压强度在120-150MPa，抗拉强度在8-10Mpa)进行预制，每块桥面板长为L_m,宽为b，高度为h_c(总高)，且沿桥面板布设若干条纵向加劲肋4、横向加劲肋3组成，且各块超高性能加劲肋混凝土桥面板2之间衔接部位均应设置带有剪力键14的加宽的横向加劲肋，加强纵向桥面连接；

所述的横向加劲肋3间距为L_h，宽度为b_h(等于或略小于托板宽度)，且端部加宽的横向加劲肋宽度为b_j，高度与桥面板保持一致，即h_c，从而进一步加强纵向桥面板连接；

所述的纵向加劲肋4按构造要求沿每块超高性能加劲肋混凝土桥面板2纵向至少需布置3～4道，其宽度为b_h，高度与桥面板保持一致，即h_c。其中与托板位置相对应的两道纵向加劲肋(即中间位置)间距为b_t(即纵钢主梁的上部宽度)，托板位置对应的纵向加劲肋(即中间位置)与翼板位置对应的纵向加劲肋(即侧边位置)的间距为b_c(即翼板长度)，且侧边纵向加劲肋宽度为0.5b_h；

所述的钢横隔板7分为箱内钢横隔板和箱外钢横隔板；沿桥跨方向每隔4-6m进行布设，以确保梁架设和运营时的稳定及协同工作；且钢横隔板的高度略小于纵钢主梁的高度；钢横隔板7与纵钢主梁1通过固定于主梁的锚固板6连接，锚固板锚固板6截面呈L型；钢横隔板6与锚固板7采用高强螺栓10连接；

所述的预埋U型钢筋8是实现各超高性能混凝土加劲肋桥面板2之间接缝的连接而预留的钢筋，并在桥面板U型钢筋8对接连接中应放置纵向受力的防腐环氧钢筋并绑扎固定，再在超高性能混凝土加劲肋桥面板2之间的浇筑超高性能混凝土企口湿接缝5，U型钢筋的布置采用加密布置的方式；

所述的托板9设置在纵钢主梁1与超高性能混凝土加劲肋桥面板2连接的位置，并将群栓钉10每隔一定间距(间距为Ls)焊接在托板上，托板的设置有助于预留孔中超高性能混凝土接缝5的浇筑。

所述的横向预应力束筋及管道12需根据上述超高性能接缝5浇筑完成并达到一定强度后进行张拉；

所述的剪力键14布置于纵向超高性能混凝土加劲肋桥面板2端部的加宽横向加劲肋3处，用于纵向桥面板的拼接。

一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥的施工方法，包括如下步骤：

步骤(1).纵钢主梁的预制；在预制纵钢主梁1时，完成托板9、群栓钉、箱内钢横隔板7、箱内钢横隔板锚固板6与纵钢主梁1的连接；

步骤(2).超高性能加劲肋混凝土桥面板预制；超高性能加劲肋混凝土桥面板2内所需的普通钢筋13，根据桥梁的受力要求按照规范要求进行配筋；同时，在超高性能加劲肋混凝土桥面板时，预留用于接缝的带U型钢筋8、横向预应力束筋管道12(位于横向加劲肋位置)以及群栓钉11的预留孔；

步骤(3).钢-混组合梁运输吊装；将已预制完成的纵钢主梁1、超高性能加劲肋混凝土桥面板2运输至桥址后，先将预制好的纵钢主梁架设在支承上，再在纵钢主梁上放置超高性能混凝土加劲肋桥面板2进行精确对位(特别是接缝和剪力键位置)；

步骤(4).横向连接；此阶段需对各块超高性能加劲肋混凝土桥面板2之间的接缝的预留U型钢筋8进行连接，且在其连接位置处穿入放置纵向受力的防腐环氧钢筋并绑扎固定，再在各块桥面板之间浇筑超高性能混凝土接缝5；同时对超高性能加劲肋混凝土桥面板2中群栓钉11的预留孔进行超高性能混凝土4进行浇筑；此外，还应将小箱梁间的外钢横隔板6进行连接拼装，加强横向联系；

步骤(5).横向预应力束筋张拉；待接缝处混凝土达到设计强度的80％后对横向预应力束筋12进行张拉；

步骤(6).桥面铺装及附属设施的施工；在完成步骤1-5后，对桥面进行铺装和附属设施的施工；桥面铺装采用沥青混凝土铺装层。

与现有技术相比，本发明优点除之前专利所述的预制率高、构件质量有保证、加快桥梁施工、充分发挥结构材料的强度、整体性好外，还有以下几点显著的优势：

1、采用带横向加劲肋3、纵向加劲肋4的超高性能加劲肋混凝土板2，较于实心桥面板，其重量进一步减轻，且连接位置处进行加宽处理；同时，可充分发挥超高性能加劲肋混凝土板的抗拉压性能，使其成为运输安装便捷、受力行为更为合理的桥梁。

2.通过在各个超高性能加劲肋混凝土板2横向连接位置处密布预留U型钢筋并进行超高性能混凝土浇筑，能实现桥面板的横向有效连接，形成协同受力体系。

3.通过在各个超高性能加劲肋混凝土板2纵向连接位置处布置加宽横向加劲肋3及剪力键14，一方面实现了桥面板的纵向有效连接，另一方面进一步加快了现场桥梁施工。

4.在超高性能混凝土加劲肋板2的横向加劲肋3位置处布设横向预应力束筋12，一方面加强了桥面横向联系，同时也提高了桥梁的整体性、耐久性。

5.纵钢主梁1、钢横隔板锚固板6、钢横隔板7之间采用高强螺栓10连接，便于现场拼接和后期维护。

6.本发明剪力连接采用群栓钉11，且相隔一定间距预留的剪力槽，该预留的剪力槽应错开横向加劲肋3进行布置。

附图说明

图1为本发明的桥梁平面图(左上为混凝土板布置图，右上为加劲肋布置图，左下为钢主梁布置图，右下为普通钢筋配筋图)；

图2为1/2跨单幅桥梁平面图；

图3为A-A剖面图；

图4为B-B剖面图；

图5为C-C剖面图；

图6为D-D剖面图；

图7为E-E剖面图；

图8为F-F剖面图；

图9为G-G剖面图；

图10为钢横隔板大样图。

图中，1-纵钢主梁，2-超高性能混凝土加劲肋桥面板，3-横向加劲肋，4-纵向加劲肋，5-超高性能混凝土接缝，6-钢横隔板锚固板，7-钢横隔板，8-预留U型钢筋，9-托板，10-高强螺栓，11-群栓钉，12-横向预应力束筋及管道，13-普通钢筋，14-剪力键。

具体实施方式

实施例1

如图1、2、3所示，本桥总长为30m，计算跨径为29.5m，采用5片模块化主梁，相邻两纵钢主梁1的间距为3.3m，整桥宽16.5m，满足二级公路双向4车道布置

如图1、2、3所示,每片纵钢主梁1下部宽b_b为1.2m，上部宽b_t为1.6m，上下部宽度比为1.33。钢主梁梁高h_s为1.8m，腹板厚16mm，底板厚度为20mm，托板9的厚度为20mm,宽度为25cm。钢横隔板7每隔4-6m进行布设，钢横隔板7厚度20mm，高度1.6m。纵钢主梁1间的超高性能混凝土接缝5，采用宽度为20cm的企口式接缝。

如图2，3、4、5、6所示，超高性能混凝土加劲肋桥面板2厚度h_c为25cm(上层厚10cm，下层厚15cm)，每片桥面板宽度b为3.3m，翼板长b_c为0.85m，整桥的桥面宽度为16.5m；横向加劲肋3宽度为20cm(端部宽度为45cm)，厚度为25cm，间距为1m。纵向加劲肋4宽度为20cm，厚度为25cm，间距为0.85m-1.6m。如图3、4、7、8所示，高强螺栓10采用GBT 5782-2000中的M48六角螺栓。

如图1，2、3、7所示，普通钢筋13采用HRB400级钢筋，钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋(GB13013-1991)和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1449-1998)的规定，外露钢筋采用环氧树脂涂层钢筋。纵向钢筋采用直径12钢筋，于超高性能混凝土加劲肋桥面板上层进行单层布置，于横向加劲肋、纵向加劲肋位置进行多层布置，箍筋采用直径8的钢筋进行布置。

本发明，可以在不封闭交通的前提下进行桥梁的快速施工。通过采用高性能材料以及预应力技术，减轻自重并提高桥梁的整体性和耐久性，能有效的延长桥梁的使用寿命。

Claims (6)

1.一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥，其特征在于包括纵钢主梁(1)、超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)、横向加劲肋(3)、纵向加劲肋(4)、超高性能混凝土接缝(5)、钢横隔板锚固板(6)、钢横隔板(7)、U型钢筋(8)、托板(9)、高强螺栓(10)、群栓钉(11)、横向预应力束筋及管道(12)、普通钢筋(13)、剪力键(14)；该小箱梁简支桥采用的超高性能混凝土加劲肋桥面板(2)，通过在每块超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)沿纵向布设多道纵向加劲肋(4)、沿横向布设多道横向加劲肋(3)形成格子梁结构，减轻了板重、充分发挥了超高性能混凝土的抗拉、抗压性能；

所述的超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)由工厂预制，且每隔一定间距的横向加劲肋(3)位置处需预留横向预应力筋管道(12)，便于后续横向预应力筋张拉，加强桥面横向联系；且超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)每隔一定间距需在纵向加劲肋(4)处预留群栓钉(11)的预留孔便于后续灌浆施工，且该预留孔错开横向加劲肋(3)进行布置。

2.如权利要求1所述的一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥，其特征在于为进一步增加横向整体性和刚度，每隔一定距离布置钢横隔板(7)用以连接各个纵钢主梁(1)。

3.如权利要求2所述的一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥，其特征在于通过搭接预留U型钢筋(8)及于接缝处浇筑快硬早强的超高性能混凝土进行桥面板之间的横向有效连接；通过位于端部加宽横向加劲肋(3)的剪力键(14)的拼接实现桥面板的纵向有效连接。

4.如权利要求3所述的一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥，其特征在于每隔一定距离布设横向预应力束筋及管道(12)，以增强桥梁横向联系及桥面板抗裂性。

5.如权利要求4所述的一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥，其特征在于所述的纵钢主梁(1)由钢底板和两块斜钢腹板组成，纵钢主梁的截面呈上宽下窄的梯形，下部宽为b_b,上部宽为b_t，其上下宽度比范围在1.0-1.4；纵钢主梁之间通过横隔板锚固板7、钢横隔板6连接，具体采用高强螺栓(10)进行有效连接；

所述的超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)长为L_m,宽为b，高度为h_c，且各块超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)之间衔接部位均应设置带有剪力键(14)的加宽的横向加劲肋，加强纵向桥面连接；

所述的横向加劲肋(3)间距为L_h，宽度为b_h，且端部加宽的横向加劲肋宽度为b_j，高度与桥面板保持一致，即h_c，从而进一步加强纵向桥面板连接；

所述的纵向加劲肋(4)按构造要求沿每块超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)纵向需布置3～4道，其宽度为b_h，高度与桥面板保持一致，即h_c；其中与托板位置相对应的两道纵向加劲肋间距为b_t，即纵钢主梁的上部宽度；托板位置对应的纵向加劲肋与翼板位置对应的纵向加劲肋的间距为b_c，即翼板长度，且侧边纵向加劲肋宽度为0.5b_h；

所述的钢横隔板(7)分为箱内钢横隔板和箱外钢横隔板；沿桥跨方向每隔4-6m进行布设，以确保梁架设和运营时的稳定及协同工作；且钢横隔板的高度小于纵钢主梁的高度；钢横隔板(7)与纵钢主梁(1)通过固定于主梁的锚固板(6)连接，锚固板(6)截面呈L型；钢横隔板与锚固板采用高强螺栓(10)连接；

所述的预埋U型钢筋(8)是实现各超高性能混凝土加劲肋桥面板(2)之间接缝的连接而预留的钢筋，并在桥面板U型钢筋(8)对接连接中应放置纵向受力的防腐环氧钢筋并绑扎固定，再在超高性能混凝土加劲肋桥面板(2)之间的浇筑超高性能混凝土企口湿接缝5，U型钢筋的布置采用加密布置的方式；

所述的托板(9)设置在纵钢主梁(1)与超高性能混凝土加劲肋桥面板(2)连接的位置，并将群栓钉10每隔间距为Ls焊接在托板上，托板的设置有助于预留孔中超高性能混凝土接缝(5)的浇筑。

6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种改进的轻型模块化钢-混组合小箱梁简支桥的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤(1).预制纵钢主梁：在预制纵钢主梁(1)时，完成托板(9)、群栓钉(11)、箱内钢横隔板(7)、箱内钢横隔板锚固板(6)与纵钢主梁(1)的连接；

步骤(2).超高性能加劲肋混凝土桥面板预制：超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)内所需的普通钢筋(13)，根据桥梁的受力要求按照规范要求进行配筋；同时在超高性能加劲肋混凝土桥面板预制时，预留用于接缝的带U型钢筋(8)、横向预应力束筋管道(12)(位于横向加劲肋位置)以及群栓钉(11)的预留孔；

步骤(3).钢-混组合梁运输吊装；将已预制完成的纵钢主梁(1)、超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)运输至桥址后，先将预制好的纵钢主梁架设在支承上，再在纵钢主梁上放置超高性能混凝土加劲肋桥面板(2)进行精确对位，特别是接缝和剪力键位置；

步骤(4).横向连接；此阶段需对各块超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)之间的接缝的预留U型钢筋(8)进行连接，且在其连接位置处穿入放置纵向受力的防腐环氧钢筋并绑扎固定，再在各块桥面板之间浇筑超高性能混凝土接缝(5)；同时对超高性能加劲肋混凝土桥面板(2)中群栓钉(11)的预留孔进行超高性能混凝土4进行浇筑；此外，还应将小箱梁间的外钢横隔板6进行连接拼装，加强横向联系；

步骤(5).横向预应力束筋张拉；待接缝处混凝土达到设计强度的80％后对横向预应力束筋12进行张拉；

步骤(6).桥面铺装及附属设施的施工；在完成步骤1-5后，对桥面进行铺装和附属设施的施工；桥面铺装采用沥青混凝土铺装层。