CN110847007A - 一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高性能材料的型钢‑混凝土组合梁负弯矩区结构，包括：钢梁，所述钢梁端部两两相邻对接处采用连接钢板及螺栓连接，该对接处称为负弯矩区；钢筋混凝土横梁，所述钢筋混凝土横梁呈包裹式固定在负弯矩区外部；还包括：高性能混凝土桥面板，所述高性能混凝土桥面板铺设在负弯矩区正上方，即铺设在位于负弯矩区的钢梁顶面之上和铺设在位于负弯矩区的钢筋混凝土横梁顶面之上；所述高性能混凝土桥面板保证完全覆盖住负弯矩区。本发明可降低主梁跨中的承载弯矩、降低结构对型钢规格要求、节约材料用量、拓宽桥梁跨径范围、提高结构刚度，具有整体性好、超载能力强、安全性高等优势。

Description

一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构

技术领域

本发明涉及钢-混组合结构桥梁技术领域，具体地说是一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构。

背景技术

目前我国正处在大力推广钢结构产业时代背景下，全钢结构在工业化上非常有利，但应用在中小跨径桥梁建设上的经济性不强。钢-混组合结构的承载能力高、耐久性强，且便于生产工业化、建造费用低、施工快速，同时解决钢材产能过剩问题。大量国内外经验表明，钢-混组合结构已成为公路交通领域产业化的重要发展方向。尤其热轧型钢组合梁的型钢采用热轧成型，与传统焊接拼装而成钢板梁相比，减少现场焊接工艺、避免焊缝质量、焊接残余应力、焊缝疲劳和焊接导致变形等问题，简化施工，可进一步降低桥梁建造费用、提高桥梁建设质效，具有良好的社会和经济效益。

由于要承受梁体转动和伸缩引起的变形、相邻桥孔支座弹性压缩不同步而引起的错动变形、支点负弯矩、反复荷载、大型运输车辆局部轮载、温度效应等作用的影响，易使负弯矩区段在桥梁投入不久后便出现开裂等问题，降低主梁抗弯刚度、增大主梁跨中挠度，且因开裂渗水而引起钢梁锈蚀问题，从而对桥梁工作性能和耐久性能带来非常不利影响。对于钢-混组合梁桥，由于同时受到钢-混凝土相互作用、连接构造工作性能等的影响，使负弯矩区结构力学行为更为复杂，阻碍了此类桥梁在工程中的推广应用。

申请号：201910557366.1，申请日：2019-06-25一种钢筋混凝土框架节点梁负弯矩装配钢结构及其加固方法，所述的装配钢结构，包括高强钢板带，角钢和楼板底部纵向钢带；钢筋混凝土框架节点包括竖向设置的框架柱，垂直框架柱水平设置的框架梁，以及分别垂直框架柱和框架梁水平设置在框架梁上的楼板；高强钢板带弯折呈直角贴合设置在楼板上面层和框架柱上，高强钢板带经螺杆分别与楼板和框架柱固定；角钢固定在高强钢板带的阴角处；角钢竖向肢经螺杆与高强钢板带和框架柱固定；楼板底部纵向钢带分别对称设置在框架梁两侧，且靠近框架梁贴合固定在楼板下面层；高强钢板带水平段经螺栓与楼板和楼板底部纵向钢带固定，阴角处经螺栓与角钢水平肢、楼板和楼板底部纵向钢带固定。

申请号：201910454074.5，申请日：2019-05-29公开了一种负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构及制备方法，在钢-混组合结构负弯矩区节段长度内采用UHPC桥面板，并在墩顶处焊接(栓接)相邻钢梁的上翼缘。对于钢-混简支桥面连续组合结构梁，本发明能明显提高负弯矩区组合梁的开裂荷载，且裂缝间距较小，明显抑制混凝土裂缝的发展，其优异的抗裂性能可有效解决负弯矩区的开裂问题。

申请号：201710170980.3，申请日：2017-03-21提供一种基于预应力钢板的混凝土梁负弯矩区加固结构，包括包覆于原柱体外围的柱钢板和覆盖在原梁体上方的梁钢板，所述的柱钢板与原柱体之间用填充料填充，所述的柱钢板上方穿过楼板处凿槽与梁钢板焊接，实现梁钢板在梁柱交接处的固定，所述的梁钢板在梁柱交接处的负弯矩区采用具有初张力的预应力钢板，利用预应力钢板对横梁负弯矩处施加预应力，抑制裂缝的开展，提高梁体的抗弯能力；所述的梁钢板通过粘结剂和螺栓与原梁体上表面连接固定。本发明利用预应力钢板在梁的上表面负弯矩区设置预应力，可以成倍提高构件在正常使用阶段的承载能力以及刚度，并可抑制裂缝开展甚至闭合裂缝，使梁构件的性能显著改善。

申请号：201810430805.8，申请日：2018-05-08公开了一种用于钢混组合梁负弯矩区的L形边槽超高性能混凝土桥面板及其纵向连接，包括：负弯矩区的L形边槽UHPC桥面板、带L形边槽的普通混凝土板、纵桥向的环状连接钢筋、湿接缝内填充的功能梯度混凝土。本发明利用UHPC材料抗拉强度高、高延性的特点，避免负弯矩区混凝土桥面板出现受拉开裂的问题，进而达到保证桥面板安全使用的目的。本发明的L形边槽、纵桥向的环状连接钢筋、湿接缝内填充的功能梯度混凝土，可以有效保证UHPC桥面板与相邻普通混凝土板在水平向的粘结性能良好，形成有效共同工作的整体。同时，本发明具有质量可控、施工方便的优点。

申请号：201721738136.8，申请日：2017-12-14公开了一种用于钢混组合连续梁负弯矩区的抗裂构造，包括位于负弯矩区段的钢梁和混凝土桥面板，钢梁的底板上填充有内衬混凝土层；钢梁的两腹板内侧同时填充有腹板内衬混凝土层，靠近钢梁顶板的两腹板内衬混凝土层相向延伸，与混凝土桥面板形成一体式结构，靠近钢梁底板的两腹板内衬混凝土层向下延伸与底板内衬混凝土层形成一体式结构；在两腹板内侧和底板内侧间隔焊接有多个栓钉。本发明的抗裂构造设计简单，施工方便，在钢梁底板、两腹板和顶板围成的区域内填充内衬混凝土层，使组合梁横截面上应力传递更流畅；由于负弯矩区主梁的剪力滞效应得到改善，全断面上应力分布更均匀，基本不存在钢梁局部受压失稳的问题。

申请号：201510030684.4，申请日：2015-01-21公开了一种用于钢-混组合梁负弯矩区的长寿命混凝土及其制备方法，涉及长寿命混凝土制备领域。长寿命混凝土按质量份计，包括456～520份胶凝材料、1748～1813份集料、0.80～1.50份仿钢纤维、2.05～2.86份增韧材料、4.10～5.72份减水剂和142～148份水；所述长寿命混凝土的28天d抗压强度≥69.0MPa、28d抗折强度≥7.0MPa、28d劈裂抗拉强度≥5.0MPa、28d弹性模量≥36.0GPa、56d氯离子扩散系数＜4.0×10-12m2/s、抗裂等级达到L-Ⅳ级、28d弯曲韧性指数I20≥8。长寿命混凝土的抗弯拉强度、弯曲韧性和抗裂性均较高，改变了混凝土易脆性，不仅结构耐久性好，使用寿命长，而且成本较低，便于大量使用。

申请号：201710254168.9 申请日：2017-04-18公开了一种先简支后连续钢混组合桥梁负弯矩区结构，该负弯矩区横桥向采用钢筋混凝土梁，纵桥向钢梁采用压剪式构造与混凝土横梁相连接。对于跨度小于30米桥梁的先简支后连续构造，采用本发明的负弯矩区处理模式，可以节省工厂制造费用，节省建设安装费用，节省施工时间，具有良好的经济效益。且本发明钢混组合负弯矩区传力路径简单明确，承载能力高，使得该类桥梁建设工厂化率高，现场安装工作量小，施工速度快，对于中小跨径钢混组合结构桥梁具有良好的经济和社会效益。

申请号：201910625094.4，申请日：2019-07-11涉及一种采用耐候波形钢腹板的钢-混凝土组合梁结构，属于桥梁钢-混组合结构领域，该结构由底部钢板、波形钢腹板、上翼缘钢板、横向加劲肋、栓钉连接件、剪力连接件、预制混凝土板和现浇混凝土组成。结构中混凝土由预制混凝土板和浇筑在腹板内部及上翼缘钢板顶面的现浇混凝土组成。混凝土通过栓钉连接件与腹板连接，通过剪力连接件与上翼缘钢板连接。该结构通过采用耐候波形钢腹板，并在腹板内侧灌注混凝土，既降低了钢混连接界面的剪力，又提高了结构的承载力，降低了负弯矩区混凝土所受的拉力，同时采用耐候钢板也降低了梁体涂装的成本，施工方便快捷。

以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，针对本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，可降低主梁跨中的承载弯矩、降低结构对型钢规格要求、节约材料用量、拓宽桥梁跨径范围、提高结构刚度，具有整体性好、超载能力强、安全性高等优势。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，包括：

钢梁，所述钢梁端部两两相邻对接处采用连接钢板及螺栓连接，该对接处称为负弯矩区；

钢筋混凝土横梁，所述钢筋混凝土横梁呈包裹式固定在负弯矩区外部；

还包括：

高性能混凝土桥面板，所述高性能混凝土桥面板铺设在负弯矩区正上方，即铺设在位于负弯矩区的钢梁顶面之上和铺设在位于负弯矩区的钢筋混凝土横梁顶面之上；所述高性能混凝土桥面板保证完全覆盖住负弯矩区。

进一步地，所述高性能混凝土桥面板中间铺设纵横加强筋框架。

进一步地，所述纵横加强筋框架由绑扎在一起的横桥向钢筋和绑扎纵桥向钢筋构成。

进一步地，还包括：

普通混凝土桥面板，所述普通混凝土桥面板位于钢梁顶面之上，且普通混凝土桥面板端面与高性能混凝土桥面板端面无缝贴合，且普通混凝土桥面板上表面与高性能混凝土桥面板上表面相平齐。

进一步地，还包括：

剪力钉，所述钢梁为热轧工字型钢，在工字型钢上翼缘板与桥面板结合面设置有剪力钉用于型钢与混凝土桥面板之间连接，以使两者形成共同变形和受力的组合截面。

进一步地，所述剪力钉包括：

加密剪力钉，所述加密剪力钉嵌入高性能混凝土桥面板内；

稀疏剪力钉，所述稀疏剪力钉嵌入普通混凝土桥面板内，所述稀疏剪力钉的布设间距大于加密剪力钉的间距。

进一步地，所述钢筋混凝土横梁内部设置穿梁加强筋框架。

进一步地，所述穿梁加强筋框架由纵向的矩形构造钢筋和横向穿梁钢筋绑扎构成，其中钢梁开设有能使穿梁钢筋穿过的钢筋孔。

进一步地，所述钢筋混凝土横梁端面贴合有横向端板，所述横向端板内侧面焊接焊钉，所述焊钉嵌入所述钢筋混凝土横梁内部；所述钢筋混凝土横梁底部支撑于支座上。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

采用连接钢板和螺栓将两片钢梁纵向连接，并通过钢梁端部构造与横桥向的钢筋混凝土横梁进行连接，负弯矩区桥面板采用高性能混凝土浇筑而成。钢梁为热轧工字型钢，在其上翼缘板与混凝土桥面板结合面设有剪力钉连接构造，用于型钢与混凝土桥面板之间连接，两片钢梁在负弯矩区连接处采用连接钢板和螺栓进行纵向连接。负弯矩区，在钢梁顶部设置剪力钉加密区段，并采用高性能混凝土浇筑负弯矩区桥面板，这样既可以充分发挥高性能混凝土延展性和超强抗拉性能优势，也可以降低对型钢规格要求，节约钢材用量。

负弯矩区结构，采用的是先简支后结构连续体系，在横梁下部中心设置支座。

可结合局部构造措施和现有高抗拉、延性好的高性能材料，进行钢-混组合梁负弯矩区抗裂性能优化设计，显著提高型钢-混组合梁的适用性、耐久性和可靠性，从而推进中小跨径钢结构桥梁技术进步和产业化发展，拓宽桥梁适用范围，提高桥梁品质和建造水平，降低桥梁总体建设成本，改善公路的运营状态。

附图说明

图1为本发明钢-混组合梁负弯矩区结构的立面示意图。

图2为图1沿A-A方向线的剖面示意图。

图3为图2沿B-B方向线的剖面示意图。

图4为图2沿C-C方向线的剖面示意图。

图5为图2沿D-D方向线的剖面示意图。

其中：a为负弯矩区现浇高性能混凝土的纵桥向长度范围，b为钢梁横向间距，c为端部横梁的宽度。

钢梁1；钢筋混凝土横梁2；高性能混凝土桥面板3；横向端板4；连接钢板5；螺栓6；焊钉7；钢筋孔8；构造钢筋9；横桥向钢筋10；纵桥向钢筋11；普通混凝土桥面板12；剪力钉13；剪力钉14；支座15；横向穿梁钢筋16。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：

一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，包括：

钢梁1，所述钢梁端部两两相邻对接处采用连接钢板5及螺栓6连接，该对接处称为负弯矩区；

钢筋混凝土横梁2，所述钢筋混凝土横梁呈包裹式固定在负弯矩区外部；以上属于公知技术。

还包括：

高性能混凝土桥面板3，所述高性能混凝土桥面板铺设在负弯矩区正上方，即铺设在位于负弯矩区的钢梁顶面之上和铺设在位于负弯矩区的钢筋混凝土横梁顶面之上；所述高性能混凝土桥面板保证完全覆盖住负弯矩区。

进一步地，所述高性能混凝土桥面板中间铺设纵横加强筋框架。

进一步地，所述纵横加强筋框架由绑扎在一起的横桥向钢筋10和绑扎纵桥向钢筋11构成。

进一步地，还包括：

普通混凝土桥面板12，所述普通混凝土桥面板位于钢梁顶面之上，且普通混凝土桥面板端面与高性能混凝土桥面板端面无缝贴合，且普通混凝土桥面板上表面与高性能混凝土桥面板上表面相平齐。

进一步地，还包括：

剪力钉，所述钢梁为热轧工字型钢，在工字型钢上翼缘板与桥面板结合面设置有剪力钉用于型钢与混凝土桥面板之间连接，以使两者形成共同变形和受力的组合截面。

进一步地，所述剪力钉包括：

加密剪力钉13，所述加密剪力钉嵌入高性能混凝土桥面板内；

稀疏剪力钉14，所述稀疏剪力钉嵌入普通混凝土桥面板内，所述稀疏剪力钉的布设间距大于加密剪力钉的间距。

进一步地，所述钢筋混凝土横梁内部设置穿梁加强筋框架。

进一步地，所述穿梁加强筋框架由纵向的矩形构造钢筋9和横向穿梁钢筋16绑扎构成，其中钢梁开设有能使穿梁钢筋穿过的钢筋孔8。

进一步地，所述钢筋混凝土横梁端面贴合有横向端板4，所述横向端板内侧面焊接焊钉7，所述焊钉嵌入所述钢筋混凝土横梁内部；所述钢筋混凝土横梁底部支撑于支座15上。

该结构采用连接钢板和螺栓将两片钢梁纵向连接，并通过钢梁端部构造与横桥向的钢筋混凝土横梁进行连接，负弯矩区桥面板采用高性能混凝土浇筑而成。采用这种负弯矩区的结构形式，可以合理配置支点刚度，降低跨中弯矩，提高负弯矩区的抗裂性能，降低对热轧型钢规格要求，增大型钢混凝土组合梁桥的桥跨适用范围。

一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，采用连接钢板5和螺栓6将两片钢梁1纵向连接，并通过钢梁1端部构造与横桥向的钢筋混凝土横梁2进行连接，负弯矩区桥面板采用高性能混凝土浇筑而成。

钢梁1为热轧工字型钢，在其上翼缘板与桥面板结合面设置有剪力钉13和14，用于型钢与高性能混凝土桥面板3、普通混凝土桥面板12之间进行连接，两片钢梁在负弯矩区连接处采用连接钢板5和螺栓6进行纵向连接。说明以下，高性能混凝土桥面板3中的高性能三个字是相对于普通混凝土桥面板12的普通来说的，即高性能混凝土桥面板3中的高性能混凝土延展性和抗拉性能比普通混凝土桥面板12中的普通混凝土优越。本领域技术人员对此是清楚的，就不再赘述具体的两种混凝土的生产工艺。另外，所谓的基于高性能材料是指的本发明中的所有材料均使用高性能材料，但这些高性能材料均为现有技术的材料，为已知材料。高性能材料本身属于公知技术。可以采用抗拉性能优越的混凝土专利技术，比如背景技术中的技术或者其他公开的现有优越的混凝土专利技术。

在负弯矩区钢梁1顶部设置剪力钉加密区段13，并采用高性能混凝土浇筑负弯矩区桥面板3，这样既可以充分发挥高性能混凝土延展性和超强抗拉性能优势，也可以降低对型钢规格要求，节约钢材用量。

端部构造包括焊接于距离钢梁1端部0.5米左右距离的横向端板4和钢梁端部腹板处预开的钢筋孔8，所述横向端板4上设置多个焊钉7，所述腹板处预开的钢筋孔8为热轧成型后预留，供横梁内横向穿梁钢筋16穿过。

所述负弯矩区结构，采用的是先简支后结构连续体系，在横梁下部中心设置支座15。

钢梁1采用热轧型钢，在距离钢梁1端部0.5米左右的位置焊接横向端板4，并在钢梁热轧成型时在端部腹板处预开钢筋孔8，在钢梁翼缘板顶焊接剪力钉13、14，在高性能混凝土桥面板3与钢梁1结合面处布设剪力钉加密区段13，较一般剪力钉区段14的变化是剪力钉纵向布设间距减小。现场施工时，采用普通混凝土浇筑跨中区域混凝土桥面板12，通过连接钢板5和螺栓6将两片钢梁1连接，绑扎构造钢筋9，横向穿梁钢筋16穿过钢梁端部腹板处预开孔8，实施负弯矩区钢筋混凝土横梁2，安装支座15，绑扎纵桥向钢筋11和横桥向钢筋10，负弯矩区段采用高强混凝土浇筑桥面板3。

本发明基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，可以合理配置支点刚度，降低跨中弯矩，提高负弯矩区的抗裂性能，降低对热轧型钢规格要求，增大型钢混凝土组合梁桥的桥跨适用范围，降低桥梁总体建设成本，减少桥梁后期养护费用，推动钢结构产业化发展。

本申请中凡是没有展开论述的零部件本身、本申请中的各零部件连接方式均属于本技术领域的公知技术，不再赘述。

在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，包括：

钢梁，所述钢梁端部两两相邻对接处采用连接钢板及螺栓连接，该对接处称为负弯矩区；

钢筋混凝土横梁，所述钢筋混凝土横梁呈包裹式固定在负弯矩区外部；

其特征在于，还包括：

高性能混凝土桥面板，所述高性能混凝土桥面板铺设在负弯矩区正上方，即铺设在位于负弯矩区的钢梁顶面之上和铺设在位于负弯矩区的钢筋混凝土横梁顶面之上；所述高性能混凝土桥面板保证完全覆盖住负弯矩区。

2.根据权利要求1所述的一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，其特征在于，所述高性能混凝土桥面板中间铺设纵横加强筋框架。

3.根据权利要求2所述的一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，其特征在于，所述纵横加强筋框架由绑扎在一起的横桥向钢筋和绑扎纵桥向钢筋构成。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，其特征在于，还包括：

普通混凝土桥面板，所述普通混凝土桥面板位于钢梁顶面之上，且普通混凝土桥面板端面与高性能混凝土桥面板端面无缝贴合，且普通混凝土桥面板上表面与高性能混凝土桥面板上表面相平齐。

5.根据权利要求4所述的一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，其特征在于，还包括：

剪力钉，所述钢梁为热轧工字型钢，在工字型钢上翼缘板与桥面板结合面设置有剪力钉用于型钢与混凝土桥面板之间连接，以使两者形成共同变形和受力的组合截面。

6.根据权利要求5所述的一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，其特征在于，所述剪力钉包括：

加密剪力钉，所述加密剪力钉嵌入高性能混凝土桥面板内；

稀疏剪力钉，所述稀疏剪力钉嵌入普通混凝土桥面板内，所述稀疏剪力钉的布设间距大于加密剪力钉的间距。

7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，其特征在于，所述钢筋混凝土横梁内部设置穿梁加强筋框架。

8.根据权利要求7所述的一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，其特征在于，所述穿梁加强筋框架由纵向的矩形构造钢筋和横向穿梁钢筋绑扎构成，其中钢梁开设有能使穿梁钢筋穿过的钢筋孔。

9.根据权利要求8所述的一种基于高性能材料的型钢-混凝土组合梁负弯矩区结构，其特征在于，所述钢筋混凝土横梁端面贴合有横向端板，所述横向端板内侧面焊接焊钉，所述焊钉嵌入所述钢筋混凝土横梁内部；所述钢筋混凝土横梁底部支撑于支座上。

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