CN110886191A - 一种预应力混凝土-钢组合梁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力混凝土‑钢组合梁及其制备方法，包括混凝土桥面板、钢梁和预应力混凝土底板；钢梁为T型钢，钢梁上表面设置有多个栓钉；混凝土桥面板上设置有与栓钉对应的梯形台结构槽口；钢梁下缘连接压型钢板；压型钢板通过第一粘接层连接预应力混凝土底板；钢梁上表面除栓钉位置外设置有第二粘接层；槽口内充填现浇混凝土；本发明结构抗弯承载力强，整体刚度高，解决了梁体变形挠曲和易发生侧扭失稳的难题，并在一定程度上减少振动，降低噪声，利于列车的平稳行驶。

Description

一种预应力混凝土-钢组合梁及其制备方法

技术领域

本发明涉及桥梁结构技术领域，具体涉及一种预应力混凝土-钢组合梁及其制备方法。

背景技术

钢-混凝土组合梁可以充分发挥钢的受拉性能和混凝土的受压性能，但铁路桥梁常见的钢-混组合梁的结构形式由混凝土桥面板、工字钢梁和剪力键组成，混凝土桥面板通过栓钉或开孔钢板等机械型剪力键连接在工字钢的上翼缘。但由于组合梁下部钢梁刚度小，在负弯距作用下，易发生局部或整体失稳，而工字钢梁无法像箱型梁一样直接在箱内浇筑混凝土，施工不便。另一方面预应力筋设置在桥面板中只能防止桥面板开裂，对结构整体承载力的提升影响并不大，无法满足大跨度桥梁的要求，且体外预应力束在工字梁中也不易布置。此外，在轨道交通规划设计中往往受到地理环境、车站选位、最小曲线半径等因素的制约，常会出现轨道交通线路特别是城市轨道交通线路紧邻建筑物的情况，有时间距仅几米甚至穿楼而过，在轨道交通穿越城市时，为节约土地资源以及跨越城市道路常会采用高架结构，并且随着列车速度的不断提高，载客量逐渐加大，进一步加剧轨道交通振动和噪声污染。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题提供一种提高结构刚度和承载力，降低结构的振动与噪声污染的预应力混凝土-钢组合梁及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种预应力混凝土-钢组合梁，包括混凝土桥面板、钢梁和预应力混凝土底板；钢梁为T型钢，钢梁上表面设置有多个栓钉；混凝土桥面板上设置有与栓钉对应的梯形台结构槽口；钢梁下缘连接压型钢板；压型钢板通过第一粘接层连接预应力混凝土底板；钢梁上表面除栓钉位置外设置有第二粘接层；槽口内充填现浇混凝土。

进一步的，所述压型钢板上为波折结构，预应力混凝土底板表面与其配合。

进一步的，所述混凝土桥面板内埋设有第一钢筋网；预应力混凝土底板内埋设有第二钢筋网；第二钢筋网内设置有预应力筋。

进一步的，所述栓钉通过电弧螺柱焊接在钢梁上表面；栓钉长度不小于其杆径的四倍，两两栓钉之间沿梁轴线方向的间距不小于其杆径的五倍，且不小于100mm；两两栓钉垂直于梁轴线方向的间距不小于杆径的四倍。

进一步的，所述混凝土桥面板的厚度≥180mm，伸出钢梁中心线≥150mm，伸出钢梁上翼缘≥50mm。

进一步的，所述钢梁外表面设置有防腐层。

进一步的，所述钢梁的翼板厚度≥16mm，腹板厚度≥12mm；钢梁上翼板宽度≥250mm，不大于其厚度的24倍。

进一步的，所述第一粘接层和第二粘接层为环氧树脂结构胶，其厚度均为3～5mm，粗糙度为0.7～1.0mm。

一种预应力混凝土-钢组合梁的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：通过先张法制作预应力混凝土底板；上表面模板结构与压型钢板结构配合；

步骤2：将栓钉和压型钢板分别焊接在钢梁的上下缘；

步骤3：在预应力混凝土底板上表面涂第一粘接层，将下缘焊接有压型钢板的钢梁设置在第一粘接层上；

步骤4：预制混凝土桥面板，混凝土桥面板上预留槽口；

步骤5：在钢梁上表面涂第二粘接层，吊装混凝土桥面板并在预留的槽口处浇筑混凝土。

本发明的有益效果是：

（1）本发明在钢梁下缘添加压型钢板，提高了结构的抗弯承载力，同时增加了组合梁的整体刚度；充分发挥了钢梁、混凝土和预应力筋的优势，解决了梁体变形挠曲大和易发生侧扭失稳的难题；

（2）本发明中钢结构和混凝土结构中的粘接层解决了两种结构的连接问题，而且粘接层采用粘弹阻尼材料，在一定程度上具有减少振动，降低噪声的作用，利于列车的平稳行驶；

（3）本发明中混凝土桥面板和预应力混凝土底板中均采用焊接钢筋网，可以提高结构的抗剪强度，减少混凝土结构的开裂；

（4）本发明采用先张法预应力混凝土结构端部开裂，可以减少钢材的使用，混凝土桥面板和预应力混凝土底板均采用预制拼装方式，加快了施工进度。

附图说明

图1为本发明立面结构示意图。

图2为本发明侧面结构示意图。

图中：1-混凝土桥面板，2-栓钉，3-钢梁，401-第一粘接层，402-第二粘接层，5-预应力混凝土底板，6-预应力筋，7-压型钢板，8-槽口，9-第一钢筋网，10-第二钢筋网。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1和图2所示，一种预应力混凝土-钢组合梁，包括混凝土桥面板1、钢梁3和预应力混凝土底板5；钢梁3为T型钢，钢梁3上表面设置有多个栓钉2；混凝土桥面板1上设置有与栓钉2对应的梯形台结构槽口8；钢梁3下缘连接压型钢板7；压型钢板7通过第一粘接层401连接预应力混凝土底板5；钢梁3上表面除栓钉2位置外设置有第二粘接层402；槽口8内充填现浇混凝土。

压型钢板7上为波折结构，预应力混凝土底板5表面与其配合。混凝土桥面板1内埋设有第一钢筋网9；预应力混凝土底板5内埋设有第二钢筋网10；第二钢筋网10内设置有预应力筋6。混凝土桥面板1和预应力混凝土底板5均在工厂预制，现场进行拼装，混凝土桥面板1中需预留栓钉2的槽口8。钢梁3采用下缘焊接压型钢板7的T型钢。预应力混凝土底板5采用先张法在工厂预制，为增加粘接力，预应力混凝土底板5上表面浇筑成压型钢板7的波折形状，通过胶结剂粘接在钢梁下缘的压型钢板7上。钢梁3上翼缘设有栓钉2和第二粘接层402组合形成的混合剪力键。将混凝土桥面板1吊装在钢梁3上，在预留的槽口8中浇筑混凝土，使用钢梁3与混凝土桥面板1连成整体。

混凝土桥面板1过薄会使桥面刚度较低，不利于保护桥面铺装；混凝土桥面板1的厚度≥180mm，不设承托；伸出钢梁3中心线≥150mm，伸出钢梁3上翼缘≥50mm。混凝土桥面板1中的钢筋配置需符合现行有效的钢-混凝土组合桥梁设计规范，目前有效的设计规范是《GB50917-2013钢-混凝土结构桥梁设计规范》。

栓钉2通过电弧螺柱焊接在钢梁3上表面。为了保证栓钉2充分发挥其承载力并避免发生脆性破坏，栓钉2长度不应小于其杆径的四倍，两两栓钉2之间沿梁轴线方向的间距不小于其杆径的五倍，且不小于100mm；两两栓钉2垂直于梁轴线方向的间距不小于杆径的四倍。

为了提高耐久性，钢梁3外表面设置有防腐层。本发明优选钢梁3下缘焊接有压型钢板7的T型钢，其材质为Q235或Q345。T型钢的翼板厚度不小于16mm，腹板厚度≥12mm；钢梁3上翼板宽度≥250mm，不大于其厚度的24倍。

第一粘接层401和第二粘接层402为环氧树脂结构胶，其厚度均为3～5mm，粗糙度为0.7～1.0mm。

预应力混凝土底板5中的第二钢筋网10采用钢绞线或螺旋肋钢丝，并采取适当措施保证钢丝在混凝土中可靠的锚固。预应力钢绞线之间的净间距大于等于其公称直径的1.5倍，对于1×7钢绞线应大于等于25mm；预应力钢丝间净距大于等于15mm。对于单根预应力钢筋，其端部应设置长度不小于150mm的螺旋筋；对于多根预应力钢筋，在构建端部10倍预应力钢筋范围内，应设置3～5片钢筋网。此外，第一钢筋网9和第二钢筋网10中采用直径不小于12mm的闭合式箍筋，间距小于等于200mm。

压型钢板7的原板应采用冷轧、热轧板或钢带，压型钢板7板型的展开长度（基板宽度）宜符合600mm、1000mm或1200mm系列基本尺寸的要求，常用宽度尺寸宜为1000mm，基板钢材按屈服强度级别宜选用250级（MPa）与350级（MPa）结构级钢，基板厚度的公称厚度不宜小于0.8mm。

一种预应力混凝土-钢组合梁的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：通过先张法制作预应力混凝土底板5：制作并假设焊接第二钢筋网10，张拉预应力筋6，假设模板；浇筑混凝土，待混凝土凝结到一定强度后，剪断预应力筋6；上表面模板结构与压型钢板7结构配合；

步骤2：将栓钉2和压型钢板7分别焊接在钢梁3的上下缘；

步骤3：在预应力混凝土底板5上表面涂第一粘接层401，将下缘焊接有压型钢板7的钢梁3设置在第一粘接层401上；

步骤4：预制混凝土桥面板1，混凝土桥面板1上预留槽口8；

步骤5：在钢梁3上表面涂第二粘接层402，吊装混凝土桥面板1并在预留的槽口（8）处浇筑混凝土。

本发明在钢梁3下缘添加压型钢板7，提高了结构的抗弯承载力，同时增加了组合梁的整体刚度，充分发挥了钢梁、混凝土和预应力筋的优势；解决了梁体变形挠曲大和易发生侧扭失稳的难题，适用于对结构刚度要求高的铁路桥梁等，实现向大跨度桥梁的转变。钢结构和混凝土结构中设有粘接层不仅解决了两种结构的连接问题，并且胶结剂采用粘弹阻尼材料，在一定程度上具有减小振动，降低噪声的作用。有利于列车的平稳行驶，此外，钢梁下缘的压型钢板7与预应力混凝土底板5的波状连接增加了机械粘接力。混凝土桥面板1和混凝土底板5中均采用焊接钢筋网，可以提高结构的抗剪强度，减少混凝土结构的开裂，尤其是先张法预应力混凝土结构端部开裂，可以减少约25%的钢材，降低成本；混凝土桥面板1和预应力混凝土底板5均采用预制拼装的方式，加快了施工进度。

Claims (9)

1.一种预应力混凝土-钢组合梁，其特征在于，包括混凝土桥面板(1)、钢梁(3)和预应力混凝土底板(5)；钢梁(3)为T型钢，钢梁(3)上表面设置有多个栓钉(2)；混凝土桥面板(1)上设置有与栓钉(2)对应的梯形台结构槽口(8)；钢梁(3)下缘连接压型钢板(7)；压型钢板(7)通过第一粘接层(401)连接预应力混凝土底板(5)；钢梁(3)上表面除栓钉(2)位置外设置有第二粘接层(402)；槽口(8)内充填现浇混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土-钢组合梁，其特征在于，所述压型钢板(7)上为波折结构，预应力混凝土底板(5)表面与其配合。

3.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土-钢组合梁，其特征在于，所述混凝土桥面板(1)内埋设有第一钢筋网(9)；预应力混凝土底板(5)内埋设有第二钢筋网(10)；第二钢筋网(10)内设置有预应力筋(6)。

4.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土-钢组合梁，其特征在于，所述栓钉(2)通过电弧螺柱焊接在钢梁(3)上表面；栓钉(2)长度不小于其杆径的四倍，两两栓钉(2)之间沿梁轴线方向的间距不小于其杆径的五倍，且不小于100mm；两两栓钉(2)垂直于梁轴线方向的间距不小于杆径的四倍。

5.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土-钢组合梁，其特征在于，所述混凝土桥面板(1)的厚度≥180mm，伸出钢梁(3)中心线≥150mm，伸出钢梁(3)上翼缘≥50mm。

6.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土-钢组合梁，其特征在于，所述钢梁(3)外表面设置有防腐层。

7.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土-钢组合梁，其特征在于，所述钢梁(3)的翼板厚度≥16mm，腹板厚度≥12mm；钢梁(3)上翼板宽度≥250mm，不大于其厚度的24倍。

8.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土-钢组合梁，其特征在于，所述第一粘接层(401)和第二粘接层(402)为环氧树脂结构胶，其厚度均为3～5mm，粗糙度为0.7～1.0mm。

9.一种如权利要求1～8所述任一项预应力混凝土-钢组合梁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过先张法制作预应力混凝土底板(5)；上表面模板结构与压型钢板(7)结构配合；

步骤2：将栓钉(2)和压型钢板(7)分别焊接在钢梁(3)的上下缘；

步骤3：在预应力混凝土底板(5)上表面涂第一粘接层(401)，将下缘焊接有压型钢板(7)的钢梁(3)设置在第一粘接层(401)上；

步骤4：预制混凝土桥面板(1)，混凝土桥面板(1)上预留槽口(8)；

步骤5：在钢梁(3)上表面涂第二粘接层(402)，吊装混凝土桥面板(1)并在预留的槽口(8)处浇筑混凝土。

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