CN111979891A - 一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥及施工方法 - Google Patents

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姜磊
张之恒
龙辛
刘震北
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赵亚东
王献东
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥及施工方法,包括桥梁下部支撑结构、设置于桥梁下部支撑结构上的装配式矩形钢管混凝土主桁,装配式矩形钢管混凝土主桁上设置预制混凝土桥面板,装配式矩形钢管混凝土主桁包括装配式钢桁主梁,装配式钢桁主梁包括两个纵向并排布设的桁架,每个桁架包括上弦杆、下弦杆以及上弦杆和下弦杆之间的腹杆,桁架之间设置有多道横梁。本发明设计合理、使用效果良好,能够充分发挥钢材和混凝土各自的力学特性,钢主梁和预制混凝土桥面板都能实现装配化施工,施工速度快且造价低,可以实现钢桁主梁和桥面板的标准化、批量化生产。

Description

一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥及施工方法
技术领域
本发明属于桥梁施工技术领域,尤其是涉及一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥及施工方法。
背景技术
传统的钢混结构桥梁施工过程中,存在材料运输费用高、施工周期长、现场混凝土浇筑质量不易保证、施工成型的桥梁使用效果差等缺点,施工过程中存在桥梁施工速度慢、施工效率低、现场施工质量不可控等诸多问题,也不利于在紧急情况下进行桥梁的快速施工,传统的下承式钢桁梁桥存在桥面净空会受梁高限制的问题。因此,设计一种采用钢管混凝土桁架作为桥梁主要承重结构以提高材料利用率并减轻桥梁自重,同时通过对桥梁施工工艺进行简化调整能缩短施工工期、降低现场施工难度的新桥梁施工方案,设计一种在下承式钢桁梁桥基础上去除其上平联以降低梁高、节约材料、使桥面净空不再受限的新型桥型方案,显得尤其重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥及施工方法,其结构简单、桥面净空不受桁高限制且施工速度快,能充分发挥钢和混凝土两种材料的特点,钢桁结构以轴心受力为主,材料利用率高,受力性能好,工厂预制整体吊装的施工方法大大降低了现场施工的难度,提高了桥梁施工速度,降低了桥梁造价,可实现钢桁主梁和混凝土桥面板的标准化、模块化设计生产施工。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,包括桥梁下部支撑结构、设置于桥梁下部支撑结构上的装配式矩形钢管混凝土主桁,装配式矩形钢管混凝土主桁上设置预制混凝土桥面板,装配式矩形钢管混凝土主桁包括装配式钢桁主梁,装配式钢桁主梁包括两个纵向并排布设的桁架,每个桁架包括上弦杆、下弦杆以及上弦杆和下弦杆之间的腹杆,桁架之间设置有多道横梁。
本发明进一步的改进在于,装配式矩形钢管混凝土主桁由若干预制的桁架节段装配而成。
本发明进一步的改进在于,上弦杆和下弦杆是由多个弦杆节段拼接而成;预制混凝土桥面板是由各预制混凝土桥面板节段现场拼接而成。
本发明进一步的改进在于,所述横梁包括端横梁和中横梁,端横梁设置于纵向桁架端部,中横梁设置于纵向桁架中部。
本发明进一步的改进在于,所述中横梁为截面横向设置有多道加劲肋的工字钢。
本发明进一步的改进在于,上弦杆、下弦杆及端横梁均为PBL加劲型矩形钢管混凝土。
本发明进一步的改进在于,PBL加劲型矩形钢管混凝土是通过在矩形钢管混凝土内设置有多道PBL加劲板形成。
本发明进一步的改进在于,所述PBL加劲板为长条形开孔钢板。
本发明进一步的改进在于,所述腹杆为矩形空钢管。
一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥施工方法,包括以下步骤:
步骤一、对桥梁下部结构进行施工,获得多个主梁下部支撑结构;
步骤二、在主梁下部支撑结构上,将多个弦杆节段拼接形成上弦杆和下弦杆,上弦杆和下弦杆之间设置腹杆,形成桁架,将桁架纵向并排布设,在桁架之间设置横梁,获得装配式矩形钢管混凝土桁架;
步骤三、在装配式矩形钢管混凝土桁架上固定预制混凝土桥面板。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
本发明通过在桁架之间设置多道横梁,采用的半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥设计合理、施工速度快、材料利用率高、节约钢材、工业化程度高、施工方法灵活且各杆件易于修复更换有利环保。
进一步的,所采用的预制混凝土桥面板是由各预制混凝土桥面板节段现场拼接而成,各预制混凝土桥面板节段均为标准化设计施工,各预制混凝土桥面板节段均是提前在预制场进行生产加工,加工步骤标准、加工效率高、加工质量易于保证、降低了现场施工难度。
进一步的,所采用的矩形钢管混凝土桁架是由各桁架节段在现场装配而成,各桁架节段可在工厂或预制场提前预制安装,节段划分可根据现场运输吊装能力及现场地形等因素进行确定,各节段提前预制,节段加工质量易于得到保证、施工效率高、降低了现场施工难度、提高了施工速度。
进一步的,本发明所采用的半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥各主桁杆件之间采用焊接连接,连接可靠且装配方便,主桁架和预制混凝土桥面板之间采用横梁上剪力键连接,连接可靠且不易被人为破坏。
进一步的,本发明所采用的半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥使用效果良好、材料利用率高,具有以下优点:第一、矩形钢管混凝土桁架的力学性能良好,上弦杆和下弦杆均采用了PBL加劲型矩形钢管混凝土,腹杆采用了矩形空钢管,端横梁采用了PBL加劲型矩形钢管混凝土,中横梁采用了工字钢;第二、上弦杆、下弦杆和端横梁均设置了PBL加劲板,PBL加劲板的作用主要体现在提高了杆件的局部稳定性;提高了构件的轴压承载力;保证了构件的黏结,提高了结构的轴压和抗弯刚度;提高了节点刚度和承载力。同时PBL加劲板充当了钢材和混凝土中剪力件的作用,使钢管与混凝土有效连接成为整体,提高了钢和混凝土的组合作用。
进一步的,装配式矩形钢管混凝土主桁和预制混凝土桥面板之间是通过剪力键进行连接,对桁架节段进行预制加工时已经将剪力键固定在了各横梁上,现场施工只需要施工横桥向湿接缝即可,不仅施工简便、施工速度快且能有效提高钢主桁和混凝土桥面板之间连接的可靠性,使钢主桁和混凝土桥面板进行有效连接,整体性好。
进一步的,本发明所采用的施工方法简单、灵活多变、设计合理,矩形钢管混凝土主桁节段和预制混凝土桥面板节段提前在工厂预制,大大降低了现场施工的难度、简化了现场施工步骤、缩短了施工工期,大大提高了施工效率并降低了现场施工中的人工劳动强度且能很好的保证施工质量。现场只需将各矩形钢管混凝土主桁节段拼接为矩形钢管混凝土主桁,将主桁吊装就位,安装预制混凝土桥面板节段并施工各桥面板节段间的横桥向湿接缝和纵桥向湿接缝。并且,施工方法灵活,在不受场地限制的条件下,当跨径较小时可采用履带吊一次吊装到位,当跨径较大时可采用临时支架分段吊装就位;当建设场地下有交通线路时,可采用顶推施工;当跨越山谷或河流时,可采用吊装施工或顶推施工。本发明可实现桥梁的标准化、批量化设计生产,大大提高桥梁建设速度,易于保证施工质量,降低工程造价,使用性能良好,便于推广使用。
进一步的,所采用的矩形钢管混凝土桁架的上弦杆和下弦杆均采用了PBL加劲型矩形钢管混凝土,力学性能良好,设置为扁平形矩形钢管,极大的提高了半穿式钢桁梁结构的面外稳定性,桥梁的安全性得到了很好的提高。
本发明采用的半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥取消上平联,桁高不会受桥面净空影响,改善了桥梁各杆件的受力性能,在保证了桥梁安全性的前提下大大节约了钢材并减轻了自重,提高了材料利用率,克服了传统的钢桁梁桥主要分为上承式钢桁梁桥和下承式钢桁梁桥,在桥下净空受限时一般采用下承式钢桁梁桥,下承式钢桁梁桥由于设置有上平联,为保证桥上车辆通行因此桥面净空会受桁高限制的问题。本发明设计合理、施工速度快、材料利用率高、节约钢材且使用效果良好,能充分发挥钢材与混凝土材料各自的优势。桁高不受桥面净空限制,改善了受力性能,降低了桥梁造价。节段预制装配的施工方法有利于标准化、批量化生产应用,具有良好的前景。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥的立面结构示意图。
图2为本发明钢主桁部分和预制混凝土桥面板的纵桥向结构示意图。
图3为本发明半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥跨中横断面结构示意图。
图4为本发明半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥支点横断面结构示意图。
图5为本发明预制混凝土桥面板安装完成后的结构示意图。
图6为本发明PBL加劲型上弦杆和PBL加劲型下弦杆的结构示意图。
图7为本发明矩形空钢管腹杆的结构示意图。
图8为本发明工字钢中横梁的结构示意图。
图9为本发明PBL加劲型端横梁的结构示意图。
附图标记说明:
1—预制混凝土桥面板; 2—上弦杆; 3—下弦杆;
4—腹杆; 5—支撑结构; 6—横梁;
6-1—端横联; 6-2—中横梁; 7—剪力键;
8—PBL加劲板; 9—纵桥向湿接缝; 10—横桥向湿接缝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1-图9所示,一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,包括桥梁下部支撑结构5、支撑于支撑结构5上的装配式矩形钢管混凝土主桁和安装在所述矩形钢管混凝土主桁的横梁6上的预制混凝土桥面板1,所述桥梁下部的支撑结构5主要指的是桥梁两侧的桥台,所述桥梁下部的支撑结构5和装配式矩形钢管混凝土主桁之间是通过所述桥台上的桥梁支座进行传力;所述装配式矩形钢管混凝土主桁与所述预制混凝土桥面板1主要是通过横梁6上的剪力键7进行连接。
参见图2、图3、图4、图6和图7,所述矩形钢管混凝土组合桁架是由多个沿纵桥向布设的纵向桁架拼装而成,所述纵向桁架为两榀桁架横桥向并排布设而成,每个所述纵向桁架由上弦杆2、上弦杆2下方的下弦杆3、连接上弦杆2和下弦杆3之间的腹杆4组成;所述左右两榀纵向桁架之间是通过所述下弦杆3之间的横梁6进行连接,参见图8和图9,所述横梁6包括端横梁6-1和中横梁6-2,所述端横梁6-1为桥梁两侧桥台处的横梁,截面形式为PBL加劲型矩形钢管混凝土,所述中横梁6-2为桥梁中部的横梁,截面形式为工字钢;所述矩形钢管混凝土组合桁架是由多个桁架节段装配而成,所述上弦杆2和下弦杆3均是按照桁架节段从前至后拼接而成,所述上弦杆2和下弦杆3均为PBL加劲型矩形钢管混凝土,所述PBL加劲型矩形钢管混凝土由钢管混凝土结构和沿纵向布设的钢管混凝土结构内的PBL加劲板8组成。
下面为一个具体实施例。
本实施例中,所述主桁的下部支撑结构为桥台。
本实施例中,所述上弦杆2为PBL加劲型矩形钢管混凝土,所采用钢管的横截面结构和尺寸均相同。
本实施例中,所述下弦杆3为PBL加劲型矩形钢管混凝土,所采用钢管的横截面结构和尺寸均相同。
本实施例中,所述腹杆4均为矩形空钢管,所采用钢管的横截面结构和尺寸均相同。
本实施例中,所述横梁6包括中横梁6-2和位于两端的端横梁6-1,中横梁6-2设置于端横梁6-1之间。所述端横梁6-1为PBL加劲型矩形钢管混凝土,所述中横梁6-2为工字钢。
实际施工时,所述端横梁6-1布设在桥台正上方。
实际使用时,装配式矩形钢管混凝土主桁和桥面板之间是通过横梁6上的剪力键7进行连接,该剪力键7可以有效地防止钢主桁和混凝土桥面板之间的相对滑移,保证两者共同受力,充分发挥钢材和混凝土各自材料特点。
本实施例中,每个所述纵向桁架均为呈竖直向布设的平面桁架,每个所述纵向桁架包括一道所述的上弦杆2和一道所述上弦杆2下方的下弦杆3,所述上弦杆2和所述下弦杆3之间是通过腹杆4进行连接,所述腹杆4包括多根沿纵桥向从前至后布设的腹杆4杆件。
本实施例中,所述矩形钢管混凝土桁架中包括两榀横向并排布设的纵向桁架,因此所述矩形钢管混凝土桁架的上弦杆2和下弦杆3的数量均为两道。
本实施例中,所述下弦杆3之间是通过所述横梁6进行连接,所述横梁6均是沿桥梁纵向从前至后按照节点位置进行连接布设,所述横梁6又可分为端横梁6-1和中横梁6-2,所述端横梁6-1为PBL加劲型矩形钢管混凝土,所述中横梁6-2为工字钢。
如图3所示,各端横梁6-1和中横梁6-2上均设置有多组剪力键7,所述剪力键7通过横桥向湿接缝9与混凝土桥面板连接,保证了混凝土桥面板和钢主桁成为一个整体共同受力。
所述剪力键7是在横梁6上横向并排布设,每道所述横梁6上均布设有多组所述剪力键7,每组所述剪力键7是由多个竖直向布设的剪力钉组成,所述剪力钉是通过焊接固定在横梁6上,每组所述剪力键7中的多个所述剪力钉为多排多列布设。每组剪力键7中的剪力钉是在混凝土桥面板的湿接缝处采用混凝土进行现浇。
本实施例中,所述矩形钢管混凝土包括矩形钢管和浇筑于所述矩形钢管内的混凝土结构,PBL加劲型矩形钢管混凝土是在所述矩形钢管混凝土的基础上将PBL加劲板8焊接于矩形钢管的内壁上,在矩形钢管的四侧内壁上均垂直布设有PBL加劲板8,矩形钢管每侧内壁中部均设置有一道所述PBL加劲板8,各PBL加劲板8之间为对称布置。
实际施工时,可根据具体需要,对所述矩形钢管混凝土主桁的上弦杆2和下弦杆3的尺寸和厚度分别进行相应调整。对PBL加劲型矩形钢管混凝土的截面尺寸也可进行适当调整,对矩形钢管混凝土中PBL加劲板8的数量也可进行相应调整。
参见图5,所述预制混凝土桥面板1是由多个预制混凝土桥面板节段拼装而成,在各预制混凝土桥面板节段间是通过现浇混凝土湿接缝进行连接,横向相邻桥面板节段之间通过纵桥向湿接缝9进行连接,纵向相邻桥面板节段之间通过横桥向湿接缝10进行连接,在现浇湿接缝内仅布置有普通钢筋。
实际使用时,所述预制混凝土桥面板节段的纵桥向长度为3~5m。
本实施例中,所述预制混凝土桥面板节段的纵桥向长度为4m,实际预制时,应根据半穿式钢桁梁桥的横梁6纵桥向间距确定预制混凝土桥面板节段的长度。
本实施例中,各预制混凝土桥面板节段间是通过现浇混凝土湿接缝进行连接,各混凝土湿接缝均设置在横梁6上部,纵桥向湿接缝9和横桥向湿接缝10中均设置有钢筋。
实际施工时,所述装配式钢桁主梁跨径为10m~60m。
实际施工过程中,可根据具体需要,对装配式钢桁主梁跨径进行调整,相应的也可对半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁的各杆件尺寸进行调整,也可对钢桁梁桁高及主桁间距进行相应的调整。
本实施例中,所述上弦杆2所采用的PBL加劲型矩形钢管混凝土的横截面尺寸为600mm×400mm,所述上弦杆矩形钢管内壁共布设了四道PBL加劲板8,在纵向全长范围内均填充有混凝土。
本实施例中,所述下弦杆3所采用的PBL加劲型矩形钢管混凝土的横截面尺寸为600mm×400mm,所述下弦杆矩形钢管内壁共布设了四道PBL加劲板8,在纵向全长范围内均填充有混凝土。
本实施例中,所述腹杆4所采用的矩形空钢管尺寸为600mm×300mm,矩形钢管内不填充混凝土。
本实施例中,所述端横梁6-1所采用的PBL加劲型矩形钢管混凝土的横截面尺寸为600mm×300mm,所述端横梁矩形钢管内壁共布设了四道PBL加劲板8,在横向全长范围内均填充有混凝土。
本实施例中,所述中横梁6-2所采用的工字钢截面尺寸为300mm×300mm×12mm,所述中横梁6-2在横桥向等间距设置有加劲肋,相邻两加劲肋之间的间距为300mm。
实际使用过程中,对所述上弦杆2、所述下弦杆3的截面尺寸均可进行适当调整,对中横梁6-2和端横梁6-1的截面尺寸也可根据需要进行适当调整。
所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥施工方法,包括以下步骤:
步骤一、桥梁下部支撑结构5施工:对桥梁下部结构进行施工,获得施工完成的多个所述主梁下部支撑结构。
步骤一中所述桥梁下部支撑结构5为钢筋混凝土结构。
步骤一在进行桥梁下部支撑结构5施工前,应对桩基础和桥台进行设计,并完成浇筑及养护施工过程。
步骤二、装配式主桁拼装架设:将各主桁杆件在工厂进行预制拼接形成钢桁架节段,所述钢桁架节段大小由实际运输能力决定,在施工现场空地进行所述钢桁架节段的焊接拼装形成钢桁架整体,可在下部支撑一侧采用吊装施工法,获得施工成型的所述矩形钢管混凝土桁架。
步骤二中对装配式主桁进行拼装架设,根据实际情况,既可以在预制场地完成全钢主桁的预制装配,进行装配式钢主桁整体吊装;也可以进行模块化施工,分段预制并分段吊装到位后再进行各主桁节段的装配连接;若实际施工场地允许,也可以采用顶推施工法将钢主桁顶推到位。
步骤二中进行装配式主桁拼装架设前,应在预制场或工地已完成了矩形钢管混凝土桁架各节段的预制,再在施工现场对矩形钢管混凝土桁架节段进行现场拼装架设形成矩形钢管混凝土桁架整体。
在对矩形钢管混凝土桁架节段进行预制时,已经完成了钢主桁横梁6上剪力钉的固定安装。
在吊装预制混凝土桥面板节段前,应在预制场完成了混凝土桥面板节段的预制,在现浇混凝土湿接缝前完成了湿接缝中钢筋的布置。
步骤三、预制混凝土桥面板1安装:在步骤二所述的矩形钢管混凝土组合桁架上安装预制混凝土桥面板1,通过横梁6和横梁6上的剪力键7将预制混凝土桥面板1固定于矩形钢管混凝土桁架上。
步骤三在进行预制混凝土桥面板1施工时,应分别将预制混凝土桥面板1搭设在相邻横梁6上,再在横梁6上完成相邻纵向预制混凝土桥面板1间横桥向湿接缝10的施工步骤,纵桥向湿接缝9采用临时模板施工。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效的结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,包括桥梁下部支撑结构(5)、设置于桥梁下部支撑结构(5)上的装配式矩形钢管混凝土主桁,装配式矩形钢管混凝土主桁上设置预制混凝土桥面板(1),装配式矩形钢管混凝土主桁包括装配式钢桁主梁,装配式钢桁主梁包括两个纵向并排布设的桁架,每个桁架包括上弦杆(2)、下弦杆(3)以及上弦杆(2)和下弦杆(3)之间的腹杆(4),桁架之间设置有多道横梁(6)。
2.根据权利要求1所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,装配式矩形钢管混凝土主桁由若干预制的桁架节段装配而成。
3.根据权利要求1所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,上弦杆(2)和下弦杆(3)是由多个弦杆节段拼接而成;预制混凝土桥面板是由各预制混凝土桥面板节段现场拼接而成。
4.根据权利要求1所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,所述横梁(6)包括端横梁(6-1)和中横梁(6-2),端横梁(6-1)设置于纵向桁架端部,中横梁(6-2)设置于纵向桁架中部。
5.根据权利要求1所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,所述中横梁(6-2)为截面横向设置有多道加劲肋的工字钢。
6.根据权利要求5所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,上弦杆(2)、下弦杆(3)及端横梁(6-1)均为PBL加劲型矩形钢管混凝土。
7.根据权利要求6所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,PBL加劲型矩形钢管混凝土是通过在矩形钢管混凝土内设置有多道PBL加劲板(8)形成。
8.根据权利要求7所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,所述PBL加劲板(8)为长条形开孔钢板。
9.根据权利要求1所述的一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥,其特征在于,所述腹杆(4)为矩形空钢管。
10.一种半穿式矩形钢管混凝土组合桁梁桥施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、对桥梁下部结构进行施工,获得多个主梁下部支撑结构(5);
步骤二、在主梁下部支撑结构上,将多个弦杆节段拼接形成上弦杆(2)和下弦杆(3),上弦杆(2)和下弦杆(3)之间设置腹杆(4),形成桁架,将桁架纵向并排布设,在桁架之间设置横梁(6),获得装配式矩形钢管混凝土桁架;
步骤三、在装配式矩形钢管混凝土桁架上固定预制混凝土桥面板。
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