CN110029569A - 一种波形钢腹板-桁式弦杆uhpc组合箱梁及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种波形钢腹板‑桁式弦杆UHPC组合箱梁，包括华夫式UHPC桥面板，华夫式UHPC桥面板的下方设有两根沿其长度方向延伸的钢管混凝土下弦杆，相邻钢管混凝土下弦杆之间经若干根桁式连接腹杆连接为一体，钢管混凝土下弦杆均经波形钢腹板与华夫式UHPC桥面板连接为一体以形成箱梁，箱梁内部设有中横隔板，箱梁两端部均设有端横隔板，端横隔板上均设有检修通口。该波形钢腹板‑桁式弦杆UHPC组合箱梁的结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁及其施工方法，涉及超高性能混凝土、桥梁工程和钢-混凝土组合结构领域。
背景技术
传统的钢腹杆PC组合箱梁以钢桁架杆件的轴向受力为主要特征，钢桁架结构具有刚度大、承载力高、外形美观等优点，是现代桥梁常用的结构形式之一。相比于传统的PC箱梁，其结构恒载效应占所有效应的比重可减低60%~80%，这大大提高了钢腹杆PC组合箱梁跨越能力和经济性能，同时减轻了下部结构的负载。但其在施工过程和运营过程中，存在两个主要问题：其一，底板混凝土浇筑较为麻烦，且腹杆与底板结合处浇筑空间小，混凝土浇筑质量得不到控制；其二，在外荷载作用下组合梁桥面板容易开裂，尤其是正弯矩区域，严重影响了结构的刚度、承载力和耐久性能。
基于上述问题，研究学者们在钢腹杆PC组合箱梁基础上提出采用钢管或钢管混凝土弦杆替代钢腹杆PC箱梁混凝土底板，形成钢管（钢管混凝土）组合梁的设计理念，具体的结构形式可以分为钢管组合桁梁、钢管混凝土组合桁梁和钢管混凝土-波形钢腹板组合梁三种。钢管组合桁梁结构具有自重轻，成本低，架设简便等优点，因此较多的运用于中小跨径桥梁工程中。将钢管组合桁梁的下弦钢管内填混凝土即可组成钢管混凝土组合桁梁。钢管混凝土组合桁梁由于下弦钢管内填混凝土，自重略有增加，但提高了弦杆节点的径向刚度，同时也提高了结构整体刚度和承载能力。但随着钢管混凝土组合桁梁的高度增大，节点构造和受力情况比较复杂，容易出现节点局部破坏控制结构整体承载力的不利情况，导致结构的承载力往往取决于节点承载力，使得组合效应和整体抗力无法充分发挥，承载能力低、变形性能差。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁及其施工方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁，包括华夫式UHPC桥面板，华夫式UHPC桥面板的下方设有两根沿其长度方向延伸的钢管混凝土下弦杆，相邻钢管混凝土下弦杆之间经若干根桁式连接腹杆连接为一体，钢管混凝土下弦杆均经波形钢腹板与华夫式UHPC桥面板连接为一体以形成箱梁，箱梁内部设有中横隔板，箱梁两端部均设有端横隔板，端横隔板上均设有检修通口。
优选的，所述钢管混凝土下弦杆与桁式连接腹杆均包括钢管，其中钢管混凝土下弦杆的钢管内部填充有普通强混凝土。
优选的，所述钢管混凝土下弦杆以华夫式UHPC桥面板的中心线为对称轴对称分布在华夫式UHPC桥面板的下方两侧；两块波形钢腹板以华夫式UHPC桥面板的中心线为对称轴对称分布在华夫式UHPC桥面板与钢管混凝土下弦杆之间。
优选的，所述波形钢腹板与华夫式UHPC桥面板的衔接处均设置有埋入式剪力件，所述埋入式剪力件均包括经锚固栓钉固定在波形钢腹板顶端两侧的条钢，条钢均沿华夫式UHPC桥面板的长度方向延伸，波形钢腹板在条钢的下方均沿长度方向均布有若干根贯通钢筋，若干根贯通钢筋与华夫式UHPC桥面板的钢筋绑扎或焊接为一体，浇筑时条钢、贯通钢筋均埋入华夫式UHPC桥面板。
优选的，所述波形钢腹板的底部与其同侧的钢管混凝土下弦杆焊接连接，若干根桁式连接腹杆与钢管混凝土下弦杆焊接连接。
优选的，所述中横隔板与端横隔板均位于华夫式UHPC桥面板、两波形钢腹板、两钢管混凝土下弦杆围成的空间内，并与华夫式UHPC桥面板、两波形钢腹板、两钢管混凝土下弦杆固设为一体。
一种波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁的施工方法，按以下步骤进行：（1）将钢管混凝土下弦杆与桁式连接腹杆的钢管焊接成形，然后进一步按照设计角度将波形钢腹板下端与钢管混凝土下弦杆的钢管焊接，待检查完焊缝质量后，填充钢管混凝土下弦杆的钢管的混凝土；（2）安装好华夫式UHPC桥面板的下部钢模板，将波形钢腹板的上端穿过钢模板定位，并使贯通钢筋与华夫式UHPC桥面板内部钢筋网连接；（3）绑扎端横隔板和中横隔板内的钢筋网，并在端横隔板位置预留检修通口，按顺序整体浇筑端横隔板、中横隔板、华夫式UHPC桥面板；（4）待UHPC强度达到设计强度30%后可拆除桥面板底部钢模板、端横隔板与中横隔板模板。
优选的，在步骤（2）中，钢模板采用压制型钢板，以便于浇筑时形成华夫式UHPC桥面板。
优选的，在步骤（3）中，波形钢腹板与桁式连接腹杆上均具有用以端横隔板和中横隔板内的钢筋网穿过的开孔，开孔位置周边钢筋网需要加密。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁的结构简单，在结构上中横隔板与端横隔板刚度大、承载力高可保证箱梁的整体性能，使其具有足够的抗扭刚度以减小整体扭转畸变效应；桥面板采用华夫式设计，承载效率较传统的矩形截面高，荷载分配能力好；利用UHPC材料优异的韧性与波形钢腹板协同变形，以达到吸收主梁的形变和延缓混凝土板开裂等问题，利用UHPC材料的耐久性能以达到降低养护成本，提高桥梁的使用寿命的目的，具有施工简单，施工周期短，可操作性高，应用性强，以及在现有桥梁领域易推广，适用范围广等优点。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的构造示意图。
图2为中横隔板内部构造图。
图3为端横隔板内部构造图。
图4为波形钢腹板两端连接构造图。
图5为埋入式剪力件构造图。
图6为支座构造图。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~6所示，一种波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁，包括华夫式UHPC桥面板1，华夫式UHPC桥面板的下方设有两根沿其长度方向延伸的钢管混凝土下弦杆2，相邻钢管混凝土下弦杆之间经若干根桁式连接腹杆3连接为一体，钢管混凝土下弦杆均经波形钢腹板13与华夫式UHPC桥面板连接为一体以形成箱梁，箱梁内部设有中横隔板4，箱梁两端部均设有端横隔板5，端横隔板上均设有检修通口6。
在本发明实施例中，在华夫式UHPC桥面板中，UHPC为超高性能混凝土（Ultra HighPerformance Concrete）的简称，系指抗压强度在150MPa以上，同时具有超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料的统称。其主要特征在于：组成材料颗粒的级配达到最佳的水泥基复合材料；水胶比小于0.25，含有较高比例的微细短钢纤维增强材料；抗压强度不低于150MPa；具有受拉状态的韧性，开裂后仍保持抗拉强度不低于7MPa；内部具有不连通孔结构，有很高的抵抗气、液体浸入能力，与传统混凝土和高性能混凝土（HPC）相比，耐久性大幅度提高。其中华夫式桥面板为现有技术，即桥面板的下表面具有若干个阵列式排布的凹腔7，其截面尺寸减小，有利于减轻结构自重，且耐久性能高便于后期维护，具有较高的跨越能力和经济性能。华夫式UHPC桥面板、中横隔板、端横隔板均采用现场浇筑UHPC的方式制作，由于UHPC板内含钢纤维，具有更好的变形性能，与所述的波形钢腹板能协同变形，且在地震作用下起到耗能作用。
在本发明实施例中，所述钢管混凝土下弦杆与桁式连接腹杆均包括钢管，其中钢管混凝土下弦杆的钢管内部填充有普通强混凝土8，桁式连接腹杆采用普通无缝空钢管，其规格满足无缝钢管的设计要求即可。
在本发明实施例中，所述钢管混凝土下弦杆以华夫式UHPC桥面板的中心线为对称轴对称分布在华夫式UHPC桥面板的下方两侧；两块波形钢腹板以华夫式UHPC桥面板的中心线为对称轴对称分布在华夫式UHPC桥面板与钢管混凝土下弦杆之间。
在本发明实施例中，所述波形钢腹板与华夫式UHPC桥面板的衔接处均设置有埋入式剪力件，避免结构发生局部节段破坏，所述埋入式剪力件均包括经锚固栓钉9固定在波形钢腹板顶端两侧的条钢10，条钢均沿华夫式UHPC桥面板的长度方向延伸，波形钢腹板在条钢的下方均沿长度方向均布有若干根贯通钢筋11，若干根贯通钢筋与华夫式UHPC桥面板的钢筋绑扎或焊接为一体，浇筑时条钢、贯通钢筋均埋入华夫式UHPC桥面板。
在本发明实施例中，所述波形钢腹板的底部与其同侧的钢管混凝土下弦杆焊接连接，若干根桁式连接腹杆与钢管混凝土下弦杆焊接连接，避免结构发生局部节段破坏。
在本发明实施例中，所述中横隔板与端横隔板均位于华夫式UHPC桥面板、两波形钢腹板、两钢管混凝土下弦杆围成的空间内，并与华夫式UHPC桥面板、两波形钢腹板、两钢管混凝土下弦杆固设为一体。
一种波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁的施工方法，按以下步骤进行：（1）将钢管混凝土下弦杆与桁式连接腹杆的钢管焊接成形，然后进一步按照设计角度将波形钢腹板下端与钢管混凝土下弦杆的钢管焊接，待检查完焊缝质量后，填充钢管混凝土下弦杆的钢管的混凝土，其规格满足钢管混凝土的设计要求即可；（2）安装好华夫式UHPC桥面板的下部钢模板，将波形钢腹板的上端穿过钢模板定位，并使贯通钢筋与华夫式UHPC桥面板内部钢筋网连接；（3）绑扎端横隔板和中横隔板内的钢筋网，并在端横隔板位置预留检修通口，按顺序整体浇筑端横隔板、中横隔板、华夫式UHPC桥面板；（4）待UHPC强度达到设计强度30%后可拆除桥面板底部钢模板、端横隔板与中横隔板模板；最终将所述波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁置于梁底钢座12上即可
在本发明实施例中，在步骤（2）中，钢模板采用压制型钢板，以便于浇筑时形成华夫式UHPC桥面板。
在本发明实施例中，在步骤（3）中，波形钢腹板与桁式连接腹杆上均具有用以端横隔板和中横隔板内的钢筋网穿过的开孔14，开孔位置周边钢筋网15需要加密。
本发明从设计、施工、养护阶段出发，在根本上解决了钢管混凝土组合桁梁节点局部破坏控制结构整体承载力的不利情况及常规混凝土桥面板与波形钢腹板不能协同变形的问题，即采用该种方法措施之后，将有效避免桁式节点局部失效及混凝土板开裂、整体受力性能差和养护成本高等缺点，并大幅减少养护时间及节省大量的人力与物力，同时提高了桥梁的使用寿命周期。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁及其施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁，其特征在于：包括华夫式UHPC桥面板，华夫式UHPC桥面板的下方设有两根沿其长度方向延伸的钢管混凝土下弦杆，相邻钢管混凝土下弦杆之间经若干根桁式连接腹杆连接为一体，钢管混凝土下弦杆均经波形钢腹板与华夫式UHPC桥面板连接为一体以形成箱梁，箱梁内部设有中横隔板，箱梁两端部均设有端横隔板，端横隔板上均设有检修通口。
2.根据权利要求1所述的波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁，其特征在于：所述钢管混凝土下弦杆与桁式连接腹杆均包括钢管，其中钢管混凝土下弦杆的钢管内部填充有普通强混凝土。
3.根据权利要求1所述的波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁，其特征在于：所述钢管混凝土下弦杆以华夫式UHPC桥面板的中心线为对称轴对称分布在华夫式UHPC桥面板的下方两侧；两块波形钢腹板以华夫式UHPC桥面板的中心线为对称轴对称分布在华夫式UHPC桥面板与钢管混凝土下弦杆之间。
4.根据权利要求1所述的波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁，其特征在于：所述波形钢腹板与华夫式UHPC桥面板的衔接处均设置有埋入式剪力件，所述埋入式剪力件均包括经锚固栓钉固定在波形钢腹板顶端两侧的条钢，条钢均沿华夫式UHPC桥面板的长度方向延伸，波形钢腹板在条钢的下方均沿长度方向均布有若干根贯通钢筋，若干根贯通钢筋与华夫式UHPC桥面板的钢筋绑扎或焊接为一体，浇筑时条钢、贯通钢筋均埋入华夫式UHPC桥面板。
5.根据权利要求1所述的波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁，其特征在于：所述波形钢腹板的底部与其同侧的钢管混凝土下弦杆焊接连接，若干根桁式连接腹杆与钢管混凝土下弦杆焊接连接。
6.根据权利要求1所述的波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁，其特征在于：所述中横隔板与端横隔板均位于华夫式UHPC桥面板、两波形钢腹板、两钢管混凝土下弦杆围成的空间内，并与华夫式UHPC桥面板、两波形钢腹板、两钢管混凝土下弦杆固设为一体。
7.一种如权利要求1-6所述的任一种波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁的施工方法，按以下步骤进行：（1）将钢管混凝土下弦杆与桁式连接腹杆的钢管焊接成形，然后进一步按照设计角度将波形钢腹板下端与钢管混凝土下弦杆的钢管焊接，待检查完焊缝质量后，填充钢管混凝土下弦杆的钢管的混凝土；（2）安装好华夫式UHPC桥面板的下部钢模板，将波形钢腹板的上端穿过钢模板定位，并使贯通钢筋与华夫式UHPC桥面板内部钢筋网连接；（3）绑扎端横隔板和中横隔板内的钢筋网，并在端横隔板位置预留检修通口，按顺序整体浇筑端横隔板、中横隔板、华夫式UHPC桥面板；（4）待UHPC强度达到设计强度30%后可拆除桥面板底部钢模板、端横隔板与中横隔板模板。
8.根据权利要求7所述的波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁的施工方法，其特征在于：在步骤（2）中，钢模板采用压制型钢板，以便于浇筑时形成华夫式UHPC桥面板。
9.根据权利要求7所述的波形钢腹板-桁式弦杆UHPC组合箱梁的施工方法，其特征在于：在步骤（3）中，波形钢腹板与桁式连接腹杆上均具有用以端横隔板和中横隔板内的钢筋网穿过的开孔，开孔位置周边钢筋网需要加密。
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