CN111809498A - 倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了倒槽形的钢‑混凝土桥面板的梁桥组合结构及其施工方法，其中，倒槽形的钢‑混凝土桥面板的梁桥组合结构包括：两个支撑结构；热轧H型钢梁组，具有多根热轧H型钢梁，热轧H型钢横架在两个支撑结构之间，热轧H型钢和支撑结构之间设有支座；多块桥面板，桥面板依次沿两个支撑结构连线的垂直方向平铺在相邻两根热轧H型钢梁后形成桥面；以及精轧螺纹钢钢筋，沿两个支撑结构连线的垂直方向穿过桥面板的预留孔后，将多个桥面板拼接。采用热轧H型钢梁代替常用钢板梁，热轧H型钢梁具有翼缘板宽、侧向刚度大、抗弯能力强、局部稳定性好、质量保证水准高等优势，在具有相同承载能力的情况下，比焊接“工”字钢节省钢材大约5‑10％。

Description

倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及中小跨径桥梁研究领域中的一种梁桥结构，特别是涉及一种倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构及其施工方法。

背景技术

我国的中小跨径桥梁目前已达70万座，其中以混凝土梁桥为主，因其造价低廉、维护方便，占中小跨径桥梁中的80％以上，总数约为60万座。这些梁桥相当一部分建造于1990年以前，经过20～50年的运营，这些混凝土梁桥产生了程度不同的病害，据调查，绝大部分病害主要集中在上部结构，普遍存在裂缝超限、钢筋锈蚀、混凝土性能退化、承载能力明显不足等问题，直接影响其安全使用。

由于中小跨径梁桥活恒比大，对超载车辆作用比较敏感，加上上世纪80年代前设计活载标准偏低，导致上述病害往往成为不可逆的损伤。根据交通运输部的不完全统计，处于V类(有安全隐患)、VI类(危桥)的中小跨径梁桥占比约为15％，总数大约在12～15万座，普遍存在使用时间长、设计标准低、加固维修价值意义不大的现象，已经成为交通运输网络中的致命威胁。对此，近20年来，工程界采取了粘贴碳纤维、粘贴钢板加固、体外预应力等方式对其进行加固补强，根据加固补强后的实际效果来看，这些工程措施并未有效消除中小跨径混凝土梁桥的安全隐患，一些加固改建的梁式桥不得不在使用一段时间后整体拆除。因此，桥梁建设者必须转换思路，从梁体的加固补强转变为梁体更换、从现场施工转变为工业化组装，以充分利用既有桥梁的下部结构，开发快速高效梁体更换技术、从而最大限度地减少对既有交通的影响，显然是一个迫切需要解决的问题，目前已经有了将桥面板进行横向切割的施工方法来解决这一问题，但是横向切割后仍然存在着装配性较差的缺点，纵向切割桥面板能更好的解决这一问题。传统钢-混凝土结合梁多数为一块混凝土板放置在工字梁的T型截面，通过翼板现浇混凝土湿接缝和横梁进行拼接。结构老化后或超载时，容易在湿接缝先出现开裂，并出现单梁受力现象，严重影响桥梁承载能力。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构及其施工方法，将桥面板放置在热轧H型钢梁的倒槽形截面，可以避免单梁受力情况。

根据本发明的第一方面实施例，提供倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构，包括：

两个支撑结构；

热轧H型钢梁组，所述热轧H型钢梁组具有多根热轧H型钢梁，热轧H型钢横架在两个支撑结构之间，热轧H型钢和支撑结构之间设有支座；

多块桥面板，桥面板依次沿两个支撑结构连线的垂直方向平铺在相邻两根热轧H型钢梁后形成桥面，桥面板通过固定件安装在热轧H型钢梁；以及

精轧螺纹钢钢筋，所述精轧螺纹钢钢筋沿两个支撑结构连线的垂直方向穿过桥面板的预留孔后，将多个桥面板拼接。

上述梁桥组合结构至少具有以下有益效果：本发明采用热轧H型钢梁代替常用钢板梁，与其相比，热轧H型钢梁具有翼缘板宽、侧向刚度大、抗弯能力强、局部稳定性好、质量保证水准高等优势，在具有相同承载能力的情况下，比焊接“工”字钢节省钢材大约5-10％；总体来讲，本发明可节省造价10％以上。与传统的混凝土梁桥相比，本发明在全桥不设置横梁，降低结构自重20％左右，也使现场施工工作量大大减小；在桥头两端通过设置精轧螺纹钢钢筋来对桥面板进行张拉来固定桥面板，增加桥面板的横向整体性，通过张拉预设在桥面板内的精轧螺纹钢钢筋，将分节拼装的桥面板联结成整体，改善了桥面板的受力性能；本组合结构具有自重小且现场装配施工工序简单的特点。本发明将桥面板放置在热轧H型钢梁的倒槽形截面，可以避免单梁受力情况。

根据本发明第一方面实施例所述的梁桥组合结构，所述固定件为螺栓、槽钢或PBL连接件。其中PBL连接件指的是Perfobond Leiste连接件。热轧H型钢梁和桥面板之间采用螺栓、槽钢或PBL连接件连接，避免剪力钉的现场焊接，增加结构的整体性能。

根据本发明第一方面实施例所述的梁桥组合结构，所述支撑结构为桥台和/或桥墩。其中，两个支撑结构可以为一个桥台和一个桥墩组成，两个支撑结构可以为两个桥台组合，两个支撑结构也可以为两个桥墩。

根据本发明第一方面实施例所述的梁桥组合结构，所述精轧螺纹钢钢筋的一端或两端设有板端锚头。精轧螺纹钢钢筋的一端通过板端锚头固定后，利用千斤顶对精轧螺纹钢钢筋施加预应力，精轧螺纹钢钢筋的另一端折弯固定或者通过板端锚头固定。

根据本发明第一方面实施例所述的梁桥组合结构，所述桥面的上端面铺设沥青硂铺装层。

根据本发明第一方面实施例所述的梁桥组合结构，所述热轧H型钢梁长度为5～25米。

根据本发明的第二方面实施例，提供倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构的施工方法，包括以下步骤：

1)在支撑结构上铺设支座，将热轧H型钢梁逐根吊装到两个支撑结构上，逐节吊装桥面板到热轧H型钢梁的上端面，沿两个支撑结构连线的垂直方向铺设桥面板，通过固定件将桥面板固定在热轧H型钢梁，桥面板形成桥面；

2)将精轧螺纹钢钢筋沿两个支撑结构连线的垂直方向穿过桥面板的预留孔后，张拉精轧螺纹钢钢筋，对桥面板施加4～5MPa的预应力。

上述施工方法至少具有以下有益效果：本发明采用热轧H型钢梁代替常用钢板梁，与其相比，热轧H型钢梁具有翼缘板宽、侧向刚度大、抗弯能力强、局部稳定性好、质量保证水准高等优势，在具有相同承载能力的情况下，比焊接“工”字钢节省钢材大约5-10％；总体来讲，本发明可节省造价10％以上。与传统的混凝土梁桥相比，本发明在全桥不设置横梁，降低结构自重20％左右，也使现场施工工作量大大减小；在桥头两端通过设置精轧螺纹钢钢筋来对桥面板进行张拉来固定桥面板，增加桥面板的横向整体性，通过张拉预设在桥面板内的精轧螺纹钢钢筋，将分节拼装的桥面板联结成整体，改善了桥面板的受力性能；本组合结构具有自重小且现场装配施工工序简单的特点。本发明将桥面板放置在热轧H型钢梁的倒槽形截面，可以避免单梁受力情况。

根据本发明第二方面实施例所述的施工方法，在步骤1)之前，采用混凝土和钢筋预制桥面板，在桥面板上预留供栏杆或者防护栏安装的预埋钢筋和供精轧螺纹钢钢筋穿过的预留孔。桥面板在预制完成后至少存放3个月，以便混凝土的收缩徐变基本发生完成。

根据本发明第二方面实施例所述的施工方法，在精轧螺纹钢钢筋一端安装板端锚头，通过千斤顶张拉精轧螺纹钢钢筋。

根据本发明第二方面实施例所述的施工方法，进行防水施工，安装桥面板前，应在热轧H型钢梁顶部涂抹环氧化学浆，使桥面板与热轧H型钢梁间密贴；铺设桥面沥青铺装前，应采用硫磺砂浆，对桥面板间的接缝以及固定件和桥面板的间隙进行灌浆处理。桥面板之间的缝隙处采用灌浆措施，提高了耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明实施例中组合梁的侧视图；

图2是本发明实施例施工过程的示意图一；

图3是本发明实施例施工过程的示意图二；

图4是本发明实施例施工过程的示意图三；

图5是本发明实施例施工过程的示意图四。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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元件必须具有特定的方位、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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图5，倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构，包括：

两个支撑结构15；

热轧H型钢梁组，所述热轧H型钢梁组具有多根热轧H型钢梁10，热轧H型钢横架在两个支撑结构15之间，热轧H型钢和支撑结构15之间设有支座；

多块桥面板12，桥面板12依次沿两个支撑结构15连线的垂直方向平铺在相邻两根热轧H型钢梁10后形成桥面，桥面板12通过固定件13安装在热轧H型钢梁10；以及

精轧螺纹钢钢筋16，所述精轧螺纹钢钢筋16沿两个支撑结构15连线的垂直方向穿过桥面板12的预留孔后，将多个桥面板12拼接。

本发明采用热轧H型钢梁10代替常用钢板梁，与其相比，热轧H型钢梁10具有翼缘板宽、侧向刚度大、抗弯能力强、局部稳定性好、质量保证水准高等优势，在具有相同承载能力的情况下，比焊接“工”字钢节省钢材大约5-10％；总体来讲，本发明可节省造价10％以上。与传统的混凝土梁桥相比，本发明在全桥不设置横梁，降低结构自重20％左右，也使现场施工工作量大大减小；在桥头两端通过设置精轧螺纹钢钢筋16来对桥面板12进行张拉来固定桥面板12，增加桥面板12的横向整体性，通过张拉预设在桥面板12内的精轧螺纹钢钢筋16，将分节拼装的桥面板12联结成整体，改善了桥面板12的受力性能；本组合结构具有自重小且现场装配施工工序简单的特点。本发明将桥面板12放置在热轧H型钢梁10的倒槽形截面，可以避免单梁受力情况。

在一些实施例中，所述固定件13为螺栓、槽钢或PBL连接件。其中PBL连接件指的是Perfobond Leiste连接件。热轧H型钢梁10和桥面板12之间采用螺栓、槽钢或PBL连接件连接，避免剪力钉的现场焊接，增加结构的整体性能。

在一些实施例中，所述支撑结构15为桥台和/或桥墩。其中，两个支撑结构15可以为一个桥台和一个桥墩组成，两个支撑结构15可以为两个桥台组合，两个支撑结构15也可以为两个桥墩。

在一些实施例中，所述精轧螺纹钢钢筋16的一端或两端设有板端锚头11。精轧螺纹钢钢筋16的一端通过板端锚头11固定后，利用千斤顶对精轧螺纹钢钢筋16施加预应力，精轧螺纹钢钢筋16的另一端折弯固定或者通过板端锚头11固定。

在一些实施例中，所述桥面的上端面铺设沥青硂铺装层14。

在一些实施例中，所述热轧H型钢梁10长度为5～25米。

如图2～图4所示，倒槽形的钢-混凝土桥面板12的梁桥组合结构的施工方法，包括以下步骤：

1)在支撑结构15上铺设支座，将热轧H型钢梁10逐根吊装到两个支撑结构15上，逐节吊装桥面板12到热轧H型钢梁10的上端面，沿两个支撑结构15连线的垂直方向铺设桥面板12，通过固定件13将桥面板12固定在热轧H型钢梁10，桥面板12形成桥面；

2)将精轧螺纹钢钢筋16沿两个支撑结构15连线的垂直方向穿过桥面板12的预留孔后，张拉精轧螺纹钢钢筋16，对桥面板12施加4～5MPa的预应力。

在一些实施例中，在步骤1)之前，采用混凝土和钢筋预制桥面板12，在桥面板12上预留供栏杆或者防护栏安装的预埋钢筋和供精轧螺纹钢钢筋16穿过的预留孔。桥面板12在预制完成后至少存放3个月，以便混凝土的收缩徐变基本发生完成。

在一些实施例中，在精轧螺纹钢钢筋16一端安装板端锚头11，通过千斤顶张拉精轧螺纹钢钢筋16。

在一些实施例中，进行防水施工，安装桥面板12前，应在热轧H型钢梁10顶部涂抹环氧化学浆，使桥面板12与热轧H型钢梁10间密贴；铺设桥面沥青铺装前，应采用硫磺砂浆，对桥面板12间的接缝以及固定件13和桥面板12的间隙进行灌浆处理。桥面板12之间的缝隙处采用灌浆措施，提高了耐久性。

以下以某乡道桥为例，说明快速安装中小跨径梁桥上部结构的组合梁的具体实施方案。

某乡道桥1跨13m的简支T梁桥，因超载车辆经常违规通行该桥，使其上部结构遭到严重损坏，不能继续工作，而下部结构基本完好，仍可继续使用，故需对该桥上部结构进行更换。

该桥桥长12.96m，计算跨径为12.6m，桥宽7.5m，横向布置为：2×3.5m行车道+2×0.25m栏杆，原设计荷载为汽车-20级。在使用功能不变的情况下，根据现行规范，将设计荷载改为公路-II级，并拟采用钢-混凝土装配式组合梁更换原上部结构。

(2)热轧H型钢梁

热轧H型钢梁10根据钢-混凝土组合结构高跨比的经验数据(h/L＝1/20～1/30)、以及型钢规格等基本因素，选择HN500×200型钢，其具体尺寸为500×200×10×16mm，高跨比为1/20，热轧H型钢梁10采Q345C，其抗拉、抗压和抗弯强度设计值f＝295MPa，抗剪强度设计值f_v＝＝170MPa。热轧H型钢梁10中心间距取1.5m，横向设置5片，热轧H型钢梁10按设计要求布设高强螺栓孔。

(3)桥面板

桥面板12为分节预制的钢筋混凝土桥面板。本实施案例中，桥面板12选用C50混凝土，钢筋混凝土桥面板厚度取为200mm、全宽为7.5m，横向配筋率为0.6％，配筋后的容重为ρ_c＝26.5×10³kN/m³，弹性模量为E_c＝3.45×10⁴MPa，轴心抗压强度标准值为32.4MPa，抗拉强度标准值为2.65MPa。考虑到安装和运输条件，桥面板14共分4个节段，每节长13m，中板宽1.5m，重量约为10.14t，边板宽2.25m，重量约为15.21t。桥面板12根据高强螺栓布置方式预留螺栓孔。

(4)联结方式

为提高梁体的整体性，热轧H型钢梁10与桥面板12通过高强螺栓进行连接。本实施案例中，选用直径26mm的高强螺栓作为剪力连接件，材料性能等级为10.9级，抗拉强度设计值为1100MPa。每片型钢顶端布置2列，横向间距为150mm、纵向间距为250mm，全桥共设置400个高强螺栓。

热轧H型钢梁10、桥面板12及高强螺栓安装完毕后，为增加梁体的整体性，每根精轧螺纹钢筋张拉3.39吨，以对桥面板12施加4.53MPa的预压应力。为提高耐久性，在铺设桥面沥青铺装前，应采用硫磺砂浆，对桥面板12间的接缝进行灌浆处理。

(5)结构验算

根据《钢-混凝土组合桥梁设计规范(GB50917-2013)》，对组合梁进行力学性能验算。根据铰接板梁法计算汽车荷载的横向分布系数，边梁受力最为不利，故选取边梁作为验算对象，分别对边梁进行极限承载能力(含抗弯承载力、抗剪承载力、剪力连接件强度)、正常使用阶段控制指标(挠度、型钢梁下缘应力、钢筋混凝土桥面板上缘应力)进行验算，验算结果见表1、表2。由表1、表2可知，该组合梁的力学性能指标均满足规范要求。

表1组合梁的承载力极限状态受力性能验算

表2组合梁的正常使用极限状态受力性能验算

(6)材料用量

在本例中，热轧H型钢梁10用钢量为5.824t、桥面板中的钢筋用量为0.188t，折合每平米桥面的用钢量约为0.05t；总混凝土用量为19.5m³，每平米桥面的混凝土用量约为0.2m³。由此可见，本发明具有材料用量省、现场工作量小、更换快捷方面的优势。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构，其特征在于，包括：

两个支撑结构；

热轧H型钢梁组，所述热轧H型钢梁组具有多根热轧H型钢梁，热轧H型钢横架在两个支撑结构之间，热轧H型钢和支撑结构之间设有支座；

多块桥面板，桥面板依次沿两个支撑结构连线的垂直方向平铺在相邻两根热轧H型钢梁后形成桥面，桥面板通过固定件安装在热轧H型钢梁；以及

精轧螺纹钢钢筋，所述精轧螺纹钢钢筋沿两个支撑结构连线的垂直方向穿过桥面板的预留孔后，将多个桥面板拼接。

2.根据权利要求1所述的倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构，其特征在于：所述固定件为螺栓、槽钢或PBL连接件。

3.根据权利要求1所述的倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构，其特征在于：所述支撑结构为桥台和/或桥墩。

4.根据权利要求1所述的倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构，其特征在于：所述精轧螺纹钢钢筋的一端或两端设有板端锚头。

5.根据权利要求1所述的倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构，其特征在于：所述桥面的上端面铺设沥青硂铺装层。

6.根据权利要求1所述的倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构，其特征在于：所述热轧H型钢梁长度为5～25米。

7.倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)在支撑结构上铺设支座，将热轧H型钢梁逐根吊装到两个支撑结构上，逐节吊装桥面板到热轧H型钢梁的上端面，沿两个支撑结构连线的垂直方向铺设桥面板，通过固定件将桥面板固定在热轧H型钢梁，桥面板形成桥面；

2)将精轧螺纹钢钢筋沿两个支撑结构连线的垂直方向穿过桥面板的预留孔后，张拉精轧螺纹钢钢筋，对桥面板施加4～5MPa的预应力。

8.根据权利要求7所述的倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构的施工方法，其特征在于：在步骤1)之前，采用混凝土和钢筋预制桥面板，在桥面板上预留供栏杆或者防护栏安装的预埋钢筋和供精轧螺纹钢钢筋穿过的预留孔。

9.根据权利要求7所述的倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构的施工方法，其特征在于：在精轧螺纹钢钢筋一端安装板端锚头，通过千斤顶张拉精轧螺纹钢钢筋。

10.根据权利要求7所述的倒槽形的钢-混凝土桥面板的梁桥组合结构的施工方法，其特征在于：进行防水施工，安装桥面板前，应在热轧H型钢梁顶部涂抹环氧化学浆，使桥面板与热轧H型钢梁间密贴；铺设桥面沥青铺装前，应采用硫磺砂浆，对桥面板间的接缝以及固定件和桥面板的间隙进行灌浆处理。

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