CN111764250A - 一种钢桁腹结合梁斜拉桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢桁腹结合梁斜拉桥，包括加劲梁、斜拉索、索塔、连接墩和辅助墩，加劲梁主要由两个边跨和中跨构成，每个边跨主要由钢桁腹双结合梁构成，中跨主要由钢桁腹单结合梁构成，钢桁腹双结合梁包括双结合梁上层混凝土板、双结合梁下层混凝土板和双结合梁钢腹杆，钢桁腹单结合梁包括单结合梁上层混凝土板、单结合梁下层钢弦杆和单结合梁钢腹杆；钢桁腹双结合梁、钢桁腹单结合梁均通过斜拉索与索塔相连；每个钢桁腹双结合梁均通过连接墩和辅助墩支撑，并且连接墩设置于加劲梁的端部，辅助墩位于连接墩和索塔之间。本发明受力明确、刚度大、整体性强、充分利用钢材和混凝土的材料性能、维养工作量小、经济性好，优化结构受力和工程设计。

Description

一种钢桁腹结合梁斜拉桥

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，更具体地，涉及一种钢桁腹结合梁斜拉桥。

背景技术

钢桁梁桥是将实腹的钢板梁桥按照一定规则空腹化的结构形式，结构整体上为梁的受力方式，即主要承受弯矩和剪力的结构，钢桁梁桥的主桁梁也即钢桁梁主要由上弦杆、下弦杆和钢腹杆组成。。

钢桁梁桥的上弦杆、下弦杆和钢腹杆的钢材的抗疲劳性能对于钢桁梁桥十分重要。钢桁梁桥承受的动荷载大小虽低于结构的名义承载能力，但由于结构中有微小的缺陷或集中应力，易产生塑性变形，从而萌生裂纹，随着外力循环次数的增加，微小的裂纹会逐渐扩展，最后导致钢桥的疲劳断裂。

钢桁腹结合梁是将钢桁梁的上弦或下弦替换为混凝土板，钢腹杆与混凝土板采用抗剪件连接以实现钢混结合。根据混凝土板的布置，钢桁腹结合梁分为单结合梁和双结合梁，仅上层布置混凝土板称为钢桁腹单结合梁，上层和下层均布置混凝土板称为钢桁腹双结合梁。钢腹杆结合梁的受力明确，与传统混凝土梁相比有效地减自重，提高了桥梁的跨越能力；与钢桁梁相比方便养护，显著降低工程造价；与组合梁相比具有更好的恒活载比例，行车舒适性好。钢桁腹结合梁的优势明显，但是并未见到钢桁腹结合梁应用在大跨度斜拉桥上，特别是未见应用在大跨度铁路斜拉桥上。而如果应用到大跨度斜拉桥上，需要保证中跨的竖向刚度、边跨的压重稳定性和跨越能力以及行车舒适性，这是目前存在的难点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钢桁腹结合梁斜拉桥，通过优化结构受力和工程设计，为斜拉桥提供一种新的梁型。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，包括加劲梁、斜拉索、索塔、连接墩和辅助墩，其中：

所述加劲梁主要由两个边跨及设置在这两个边跨之间的中跨构成，每个所述边跨主要由钢桁腹双结合梁构成，所述中跨主要由钢桁腹单结合梁构成，所述钢桁腹双结合梁包括双结合梁上层混凝土板、双结合梁下层混凝土板和双结合钢腹杆，所述双结合梁钢腹杆与所述双结合梁上层混凝土板采用焊钉及抗剪键连接，所述双结合梁钢腹杆与所述双结合梁下层混凝土板采用抗剪键连接，所述钢桁腹单结合梁包括单结合梁上层混凝土板、单结合梁下层钢弦杆和单结合梁钢腹杆，所述单结合梁钢腹杆与所述单结合梁上层混凝土板采用焊钉及抗剪键连接，所述单结合梁钢腹杆与单结合梁下层钢弦杆采用节点板连接，所述单结合梁下层钢弦杆靠近各边跨的端部分别插入对应位置的所述双结合梁下层混凝土板内，并且所述单结合梁下层钢弦杆与双结合梁下层混凝土板通过抗剪键连接；

所述钢桁腹双结合梁、钢桁腹单结合梁分别通过所述斜拉索与所述索塔相连，以通过斜拉索将所述钢桁腹双结合梁和钢桁腹单结合梁上的荷载传递到所述索塔上，所述钢桁腹双结合梁上的斜拉索锚固在双结合梁钢腹杆的上端，所述钢桁腹单结合梁上的斜拉索锚固在所述单结合梁钢腹杆的上端；

每个所述钢桁腹双结合梁均通过所述连接墩和辅助墩共同支撑，并且该连接墩设置于加劲梁的端部，该辅助墩位于所述连接墩和索塔之间。

优选地，根据加劲梁的布置和受力要求，所述辅助墩布置有多个。

优选地，所述钢桁腹单结合梁与钢桁腹双结合梁的接合处设于索塔靠近主跨的一侧。

优选地，根据加劲梁的布置和受力要求，所述边跨的双结合梁下层混凝土板的一部分采用钢弦杆替换，并且钢弦杆伸入双结合梁下层混凝土板的混凝土中实现连接。

优选地，所述钢桁腹双结合梁的双结合梁上层混凝土板和双结合梁下层混凝土板在连接墩、辅助墩和索塔处均进行加厚。

优选地，对于所述中跨的所述钢桁腹单结合梁而言，其中性轴在单结合梁混凝土板范围内。

优选地，对于所述中跨的所述钢桁腹单结合梁而言，其单结合梁上层混凝土板承受的纵向力占所述钢桁腹单结合梁承受的总纵向力的80％～90％。

优选地，对于所述钢桁腹单结合梁而言，在其横截面中，所述单结合梁下层钢弦杆截面面积为所述单结合梁上层混凝土板截面面积的10％～15％。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本斜拉桥的边跨采用钢桁腹双结合梁，钢桁腹双结合梁的上层混凝土板提供桥面结构，钢桁腹双结合梁的双结合梁下层混凝土板主要起到压重和对斜拉索的锚固作用，提高中跨的竖向刚度；斜拉桥的中跨采用钢桁腹单结合梁，钢桁腹单结合梁的单结合梁上层混凝土板主要提供桥面结构和承受纵向力，钢桁腹单结合梁的单结合梁下层钢弦杆可以在减轻自重的同时增强跨越能力，承受弯矩，提高钢桁腹单结合梁的刚度和增强行车舒适性，这些设计使得本斜拉桥特别适应于铁路桥梁。

2)本斜拉桥受力明确、刚度大、整体性强、充分利用钢材和混凝土的材料性能、维养工作量小、经济性好，优化了结构受力和工程设计，为斜拉桥提供一种新的梁型。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中沿A-A线的剖面图；

图3是图1中沿B-B线的剖面图；

图4是图3中的C向视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图4所示，一种钢桁腹结合梁斜拉桥，包括加劲梁、斜拉索3、索塔4、连接墩5和辅助墩6，其中：

所述加劲梁主要由两个边跨及设置在这两个边跨的中跨构成，每个所述边跨主要由钢桁腹双结合梁1构成，所述中跨主要由钢桁腹单结合梁2构成，所述钢桁腹双结合梁1包括双结合梁上层混凝土板11、双结合梁下层混凝土板12和双结合梁钢腹杆13，所述双结合梁钢腹杆13与所述双结合梁上层混凝土板11采用焊钉7及抗剪键8连接，所述双结合梁钢腹杆13与所述双结合梁下层混凝土板12采用抗剪键8连接，所述钢桁腹单结合梁2包括单结合梁上层混凝土板21、单结合梁下层钢弦杆22和单结合梁钢腹杆23，所述单结合梁钢腹杆23与单结合梁上层混凝土板21采用焊钉7及抗剪键8连接，所述单结合梁钢腹杆23与单结合梁下层钢弦杆22采用节点板连接，所述单结合梁下层钢弦杆22靠近各边跨的端部分别插入对应位置处的所述双结合梁下层混凝土板12内，并且单结合梁下层钢弦杆22与所述双结合梁下层混凝土板12通过抗剪键8连接；通过在每个边跨设置钢桁腹双结合梁1而中跨设置钢桁腹单结合梁2，可以在使桥梁实现边跨重而中跨轻的结构，两边的钢桁腹双结合梁1可以起到压重的作用，使得中间的中跨走车不晃。另外，由于混凝土结构的造价比钢的造价低，而且混凝土结构的受压性能好而钢的受拉性能好，因此中跨的上、下分别采用混凝土板和钢弦杆，可以满足中跨行车时桥梁的受拉和受压的性能要求。优选地，对于所述中跨的所述钢桁腹单结合梁2而言，该单结合梁上层混凝土板21承受的纵向力占所述钢桁腹单结合梁2承受的总纵向力的80％～90％，更优选占到87％，其中，纵向力是指沿着钢桁腹单结合梁2纵向的力。

所述钢桁腹双结合梁1、钢桁腹单结合梁2分别通过所述斜拉索3与所述索塔4相连，以通过斜拉索3将钢桁腹双结合梁1和钢桁腹单结合梁2上的荷载传递到索塔4上，所述钢桁腹双结合梁1上的斜拉索3锚固在双结合梁钢腹杆13的上端，所述钢桁腹单结合梁2上的斜拉索3锚固在钢腹杆的上端；此外，所述双结合梁钢腹杆13的上端和所述单结合梁钢腹杆23的上端均设置有锚箱9，以用于与斜拉索3相连。

每个所述钢桁腹双结合梁1均通过所述连接墩5和辅助墩6支撑，并且所述连接墩5设置于加劲梁的端部，所述辅助墩6位于所述连接墩5和索塔4之间。

进一步，根据桥跨布置和受力要求，所述辅助墩6布置有多个。

进一步，所述钢桁腹单结合梁2与钢桁腹双结合梁1的接合处设于索塔靠近主跨的一侧。

进一步，根据桥跨布置和受力要求，所述边跨的双结合梁下层混凝土板12的一部分采用钢弦杆替换，并且钢弦杆伸入双结合梁下层混凝土板12的混凝土中实现连接。

进一步，所述钢桁腹双结合梁1的双结合梁上层混凝土板11和双结合梁下层混凝土板12在连接墩、辅助墩和索塔处分别进行加厚。

进一步，对于所述中跨的所述钢桁腹单结合梁2而言，其中性轴在单结合梁混凝土板21上。

进一步，对于所述钢桁腹单结合梁2而言，在其横截面中，所述单结合梁下层钢弦杆22截面面积为所述单结合梁上层混凝土板21截面面积的10％～15％，更优选10％。

本发明的根据斜拉桥结构体系和钢桁腹结合梁的特点，设计了一种钢桁腹结合梁斜拉桥，将钢桁腹结合梁用在斜拉桥上，特别适用于铁路桥梁。本发明的斜拉桥的边跨采用钢桁腹双结合梁1，双结合梁上层混凝土板11提供桥面结构，双结合梁下层混凝土板12主要起到压重和对斜拉索3的锚固作用，提高中跨的竖向刚度；斜拉桥的中跨采用钢桁腹单结合梁2，单结合梁上层混凝土板21提供桥面结构和承受纵向力，钢桁减轻自重增强跨越能力，承受弯矩，提高梁的刚度增强行车舒适性。

本钢桁腹结合梁斜拉桥的受力明确、刚度大、整体性强、充分利用钢材和混凝土的材料性能、维养工作量小、经济性好，优化结构受力和工程设计，为斜拉桥提供一种新的梁型。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，包括加劲梁、斜拉索、索塔、连接墩和辅助墩，其中：

所述加劲梁主要由两个边跨及设置在这两个边跨之间的中跨构成，每个所述边跨主要由钢桁腹双结合梁构成，所述中跨主要由钢桁腹单结合梁构成，所述钢桁腹双结合梁包括双结合梁上层混凝土板、双结合梁下层混凝土板和双结合钢腹杆，所述双结合梁钢腹杆与所述双结合梁上层混凝土板采用焊钉及抗剪键连接，所述双结合梁钢腹杆与所述双结合梁下层混凝土板采用抗剪键连接，所述钢桁腹单结合梁包括单结合梁上层混凝土板、单结合梁下层钢弦杆和单结合梁钢腹杆，所述单结合梁钢腹杆与所述单结合梁上层混凝土板采用焊钉及抗剪键连接，所述单结合梁钢腹杆与单结合梁下层钢弦杆采用节点板连接，所述单结合梁下层钢弦杆靠近各边跨的端部分别插入对应位置的所述双结合梁下层混凝土板内，并且所述单结合梁下层钢弦杆与双结合梁下层混凝土板通过抗剪键连接；

所述钢桁腹双结合梁、钢桁腹单结合梁分别通过所述斜拉索与所述索塔相连，以通过斜拉索将所述钢桁腹双结合梁和钢桁腹单结合梁上的荷载传递到所述索塔上，所述钢桁腹双结合梁上的斜拉索锚固在双结合梁钢腹杆的上端，所述钢桁腹单结合梁上的斜拉索锚固在所述单结合梁钢腹杆的上端；

每个所述钢桁腹双结合梁均通过所述连接墩和辅助墩共同支撑，并且该连接墩设置于加劲梁的端部，该辅助墩位于所述连接墩和索塔之间。

2.根据权利要求1所述的一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，根据加劲梁的布置和受力要求，所述辅助墩布置有多个。

3.根据权利要求1所述的一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，所述钢桁腹单结合梁与钢桁腹双结合梁的接合处设于索塔靠近主跨的一侧。

4.根据权利要求1所述的一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，根据加劲梁的布置和受力要求，所述边跨的双结合梁下层混凝土板的一部分采用钢弦杆替换，并且钢弦杆伸入双结合梁下层混凝土板的混凝土中实现连接。

5.根据权利要求1所述的一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，所述钢桁腹双结合梁的双结合梁上层混凝土板和双结合梁下层混凝土板在连接墩、辅助墩和索塔处均进行加厚。

6.根据权利要求1所述的一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，对于所述中跨的所述钢桁腹单结合梁而言，其中性轴在单结合梁混凝土板上。

7.根据权利要求1所述的一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，对于所述中跨的所述钢桁腹单结合梁而言，其单结合梁上层混凝土板承受的纵向力占所述钢桁腹单结合梁承受的总纵向力的80％～90％。

8.根据权利要求1所述的一种钢桁腹结合梁斜拉桥，其特征在于，对于所述钢桁腹单结合梁而言，在其横截面中，所述单结合梁下层钢弦杆截面面积为所述单结合梁上层混凝土板截面面积的10％～15％。。

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