CN113481826A - 一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，属于桥梁工程技术领域，包括：预制UHPC‑混凝土‑UHPC夹芯顶板、预制UHPC底板和两个对称设置的工字型波形钢腹板梁，预制UHPC‑混凝土‑UHPC夹芯顶和预制UHPC底板均设置于两个工字型波形钢腹板梁之间，预制UHPC‑混凝土‑UHPC夹芯顶板连接在工字型波形钢腹板梁的上部，预制UHPC底板连接在工字型波形钢腹板梁下部。本发明实现了组合梁全部构件的工厂预制化，大幅提高桥梁的施工速度与施工质量，同时利用UHPC材料抗拉强度高与施工性能好的特点，解决普通混凝土顶底板的易开裂问题。

Description

一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，更具体的说是涉及一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁。

背景技术

波形钢腹板混凝土组合箱梁桥是一种新颖高效的桥梁结构型式，它是由混凝土顶底板、波形钢腹板、体外体内预应力钢筋等组成。与传统的预应力混凝土箱梁桥比较，波形钢腹板组合箱梁桥具有以下几方面的优点：(1)与相同跨径混凝土梁相比，自重大约可以减轻20％～30％；(2)波形钢腹板纵向刚度几乎为零，大幅提高纵向预应力施加的效率，并减小徐变、收缩及温差等作用对混凝土顶底板的影响；(3)波形钢腹板与平腹板相比具有较高的抗剪强度与稳定性；(4)充分发挥混凝土与钢材各自的材料特性，波形钢腹板抗剪，混凝土顶底板承受弯矩；(5)波形钢腹板在工厂加工，易于保证加工质量。

虽然波形钢腹板混凝土组合梁桥具有上述诸多优点，但在实际工程应用中也发现了一些问题：(1)浇筑顶底板所用普通混凝土的抗拉强度低，波形钢腹板混凝土组合梁桥必须与纵向预应力钢束搭配使用来解决箱梁在正弯矩区的底板抗裂、在负弯矩区的顶板抗裂问题，与横向预应力钢束搭配使用来解决顶板(桥面板)的横向抗裂问题，横、纵向预应力施工耗时过久；(2)预制装配化程度低，混凝土顶底板需通过现场浇筑混凝土的方式施工，浇筑过程中需要中断桥梁下方交通，搭设模板和支架等，混凝土的浇筑质量难以保证，施工周期长，对环境影响大。

因此，如何提供采用超高性能混凝土增强的预制装配式波形钢腹板组合箱梁是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，实现了组合梁全部构件的工厂预制化，大幅提高桥梁的施工速度与施工质量，同时利用UHPC材料抗拉强度高与施工性能好的特点，解决普通混凝土顶底板的易开裂问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，包括：预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板、预制UHPC底板和两个对称设置的工字型波形钢腹板梁，其中，所述预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶和所述预制UHPC底板均设置于两个所述工字型波形钢腹板梁之间，所述预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板连接在所述工字型波形钢腹板梁的上部，所述预制UHPC底板连接在所述工字型波形钢腹板梁下部。

优选的，所述预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板包括上UHPC层、中间混凝土层和下UHPC层，所述上UHPC层位于所述下UHPC层的上方，所述中间混凝土层填充在所述上UHPC层与所述下UHPC层之间，且所述中间混凝土层内部设置有第一U形连接钢筋，所述第一U形连接钢筋的上下缘均部分嵌入上UHPC层与下UHPC层中。

优选的，预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板平行设置有多块，相邻所述预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板所述之间设置有夹芯顶板横向湿接缝，所述第一U形连接钢筋位于所述夹芯顶板横向湿接缝处。

优选的，上UHPC层上贯穿设置有夹芯顶板预留后浇孔。

优选的，两个对称设置的工字型波形钢腹板梁通过X形横联相连接。

优选的，所述工字型波形钢腹板梁包括波形钢腹板、上翼缘和下翼缘，其中，所述上翼缘平行设置在所述下翼缘的上方，所述波形钢腹板安装在所述上翼缘与所述下翼缘之间。

优选的，所述预制UHPC底板平行设置有多块，相邻所述预制UHPC底板之间设置有UHPC横向湿接缝。

优选的，所述预制UHPC底板两侧均与所述下翼缘相连接，且与所述波形钢腹板之间设置有纵向湿接缝。

优选的，所述预制UHPC底板的其中两端均连接有大头连接钢筋，另外两端均连接有第二U形连接钢筋，所述大头连接钢筋位于UHPC横向湿接缝处，所述第二U形连接钢筋位于纵向湿接缝处。

本发明的有益效果在于：

(1)采用预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板、预制UHPC底板以及工字型波形钢腹板梁分别在混凝土构件加工厂与钢结构加工厂预制，三种预制构件运输至施工现场后通过在后浇孔或湿接缝内灌注UHPC结合为整体，既保证了构件的加工质量，又节约了现场施工时间。

(2)预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板采用夹芯结构，由上至下由上UHPC层、中间混凝土层和下UHPC层三层组成，预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板的第一U形连接钢筋湿接缝与夹芯顶板上、下层处均采用抗拉强度远高于普通混凝土的UHPC材料，湿接缝采用UHPC解决在主梁承受负弯矩时顶板纵向受拉易开裂问题；夹芯顶板上、下层采用UHPC解决桥面板承受车轮荷载时顶、底面横向受拉易开裂的问题。

(3)预制顶、底板的横向湿接缝均采用UHPC材料浇筑，得益于UHPC与钢筋以及既有水泥基材料界面之间超强的粘结力，能够显著缩短预留湿接缝的宽度，减小现场浇筑湿接缝的工作量。

(4)与传统装配式工字钢-混凝土组合梁相比，本发明在下翼缘上方设置预制UHPC底板，将传统的开口截面组合梁转变为闭口截面组合梁，增大了主梁的抗弯与抗扭刚度；同时充分利用UHPC抗拉强度高的优点，无需在预制UHPC底板设置纵向预应力钢筋即可解决传统混凝土底板受拉受拉易开裂的问题；

(5)在工字型波形钢腹板梁运输至施工现场后，首先将其吊装至桥墩上方的预定位置，之后将其作为安装预制UHPC底板与UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板的支架，彻底解决了传统中小跨径波形钢腹板组合梁桥需搭设支架来浇筑底板与顶板的问题，大幅提升施工速度，节约施工成本。

(6)在工字型波形钢腹板梁架设完成后，首先将全部预制UHPC底板与UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板分别吊装至下翼缘上方与上翼缘上方，确保由工字型波形钢腹板梁独立承担预制UHPC底板与UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板的全部重量，充分发挥钢材抗拉强度高的优点，尽量减小预制UHPC底板与UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板的拉应力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板的结构示意图。

图3为预制UHPC底板的结构示意图。

图4为工字型波形钢腹板梁的结构示意图。

其中，图中：

1-预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板；2-夹芯顶板预留后浇孔；3-夹芯顶板横向湿接缝；4-波形钢腹板；5-上翼缘；6-下翼缘；7-预制UHPC底板；8-纵向湿接缝；9-UHPC横向湿接缝；10-X形横联；11-上UHPC层；12-中间混凝土层；13-下UHPC层；14-第一U形连接钢筋；15-大头连接钢筋；16-第二U形连接钢筋；17-集束式焊钉群；18-分布式焊钉。

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。

请参阅附图1，本发明提供了一种预制装配式波形钢腹板4组合箱梁，包括：预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1、预制UHPC底板7和两个对称设置的工字型波形钢腹板4梁，其中，预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶和预制UHPC底板7均设置于两个工字型波形钢腹板4梁之间，预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1连接在工字型波形钢腹板4梁的上部，预制UHPC底板7连接在工字型波形钢腹板4梁下部。

参阅附图2，预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1包括上UHPC层11、中间混凝土层12和下UHPC层13，上UHPC层11位于下UHPC层的上方，中间混凝土层12填充在上UHPC层11与下UHPC层之间，且中间混凝土层12内部设置有第一U形连接钢筋14。上UHPC层11上贯穿设置有夹芯顶板预留后浇孔2，通过夹芯顶板预留后浇孔2可向中间混凝土层12添加原料。

预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1平行设置有多块，相邻预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1之间设置有夹芯顶板横向湿接缝3，第一U形连接钢筋14位于夹芯顶板横向湿接缝3处，采用UHPC材料浇筑夹芯顶板横向湿接缝3，与第一U形连接钢筋14复合，从而大大提高各预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1之间的连接强度。

两个对称设置的工字型波形钢腹板4梁通过多道X形横联10相连接，多道X形横联10临时设置，从而保证工字型波形钢腹板4梁在施工过程中的稳定性。

参阅附图4，工字型波形钢腹板4梁包括波形钢腹板4、上翼缘5和下翼缘6，其中，上翼缘5平行设置在下翼缘6的上方，波形钢腹板4安装在上翼缘5与下翼缘6之间。上翼缘5的上方设置有集束式焊钉群17，通过集束式焊钉群17可实现上翼缘5与预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1之间的连接；下翼缘6的上方设置有分布式焊钉18，通过分布式焊钉18可实现预制UHPC底板7与下翼缘6的连接，且下翼缘6与预制UHPC底板7之间设置有纵向湿接缝8，采用UHPC材料浇筑纵向湿接缝8，来提高工字型波形钢腹板4梁与预制UHPC底板7之间的连接强度。

参阅附图3，预制UHPC底板7平行设置有多块，相邻预制UHPC底板7之间设置有UHPC横向湿接缝9。预制UHPC底板7的其中两端均连接有大头连接钢筋15，另外两端均连接有第二U形连接钢筋16，大头连接钢筋15位于UHPC横向湿接缝9处，第二U形连接钢筋16位于纵向湿接缝8处，采用UHPC材料浇筑纵向湿接缝8，来提高各块预制UHPC底板7之间的连接强度。

本发明的实施过程如下：

首先，在钢结构加工厂加工工字型波形钢腹板4梁，工字型波形钢腹板4梁通过汽车运输至施工现场，将各段工字型波形钢腹板4梁沿纵向拼接成整根钢主梁，采用汽车吊分别将拼接好两根钢主梁吊装至墩顶，在两根钢主梁之间临时设置多道X型横联以保证钢梁的稳定。

其次，在预制构件加工厂分块预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1与预制UHPC底板7，在预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1与预制UHPC底板7运输至现场后，采用吊车将预制UHPC底板7分块安装在下翼缘6上方，在各预制UHPC底板7之间留UHPC横向湿接缝9，安装浇筑UHPC横向湿接缝9用的模板。

然后，采用吊车将预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1安装在上翼缘5上方，各块预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1之间预留夹芯顶板横向湿接缝3；特别的，将墩顶、1/4与1/2跨长位置的预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1放置在相邻预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1上方，以确保所有预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1的重量都由工字型波形钢腹板4梁承担，并留有预制UHPC底板7的湿接缝施工用的由桥面到箱内的施工通道。

再采用UHPC材料浇筑预制UHPC底板7之间的UHPC横向湿接缝9以及预制UHPC底板7与工字型波形钢腹板4梁的下翼缘6之间的纵向湿接缝8，如有预制UHPC底板7体外预应力张拉需求，在湿接缝材料达到设计强度后完成张拉。

然后，在预制UHPC底板7的湿接缝材料达到设计强度后，将墩顶、1/4与1/2跨长位置的预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1移动至预定位置，安装浇筑夹芯顶板横向湿接缝3用的模板，采用UHPC材料浇筑夹芯顶板横向湿接缝3与抗剪连接件预留槽。

最后，在预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板1浇注UHPC材料达到设计强度后，施工桥面铺装与护栏。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，包括：预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板、预制UHPC底板和两个对称设置的工字型波形钢腹板梁，其中，所述预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶和所述预制UHPC底板均设置于两个所述工字型波形钢腹板梁之间，所述预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板连接在所述工字型波形钢腹板梁的上部，所述预制UHPC底板连接在所述工字型波形钢腹板梁下部。

2.根据权利要求1所述的一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，所述预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板包括上UHPC层、中间混凝土层和下UHPC层，所述上UHPC层位于所述下UHPC层的上方，所述中间混凝土层填充在所述上UHPC层与所述下UHPC层之间，且所述中间混凝土层内部设置有第一U形连接钢筋，所述第一U形连接钢筋的上下缘均部分嵌入上UHPC层与下UHPC层中。

3.根据权利要求2所述的一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板平行设置有多块，相邻所述预制UHPC-混凝土-UHPC夹芯顶板所述之间设置有夹芯顶板横向湿接缝，所述第一U形连接钢筋位于所述夹芯顶板横向湿接缝处。

4.根据权利要求2所述的一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，上UHPC层上贯穿设置有夹芯顶板预留后浇孔。

5.根据权利要求1所述的一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，两个对称设置的工字型波形钢腹板梁通过X形横联相连接。

6.根据权利要求1或5所述的一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，所述工字型波形钢腹板梁包括波形钢腹板、上翼缘和下翼缘，其中，所述上翼缘平行设置在所述下翼缘的上方，所述波形钢腹板安装在所述上翼缘与所述下翼缘之间。

7.根据权利要求6所述的一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，所述预制UHPC底板平行设置有多块，相邻所述预制UHPC底板之间设置有UHPC横向湿接缝。

8.根据权利要求7所述的一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，所述预制UHPC底板两侧均与所述下翼缘相连接，且与所述波形钢腹板之间设置有纵向湿接缝。

9.根据权利要求8所述的一种预制装配式波形钢腹板组合箱梁，其特征在于，所述预制UHPC底板的其中两端均连接有大头连接钢筋，另外两端均连接有第二U形连接钢筋，所述大头连接钢筋位于UHPC横向湿接缝处，所述第二U形连接钢筋位于纵向湿接缝处。

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