CN113512929B - 钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢‑混凝土组合结构式隐盖梁结构体系及其施工方法。隐盖梁结构体系包括预制小箱梁以及现浇隐式盖梁，所述的预制小箱梁与现浇隐式盖梁之间的拼接位置处，通过钢‑混凝土组合结构连接。钢‑混凝土组合结构，包括现浇混凝土连接结构以及钢连接结构；钢连接结构包括箱梁外伸预埋钢板以及盖梁连接钢板；箱梁外伸预埋钢板的一端预埋在预制小箱梁中，另一端延伸出预制小箱梁内所设置的封锚板；盖梁连接钢板的一端与现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构连接，另一端则能够与箱梁预埋板的延伸端焊接固定；钢连接结构至少部分或者整个结构均埋填在现浇混凝土连接结构中。本发明有效地解决了预制小箱梁与现浇现浇隐式盖梁之间的承载力、变形及耐久性问题。

Description

钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系及其施工方法

技术领域

本发明公开了一种钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系及其施工方法，属于土木工程设计领域。

背景技术

在国家战略引导、社会及产业发展需求的推动下，桥梁建造技术正朝着装配化、工业化、标准化的方向发展。在城市快速路高架建设中，预制装配式结构逐渐替代现浇结构。一方面，同等跨径下，预制小箱梁的混凝土用量仅为现浇箱梁的50％；在软土地区，预制小箱梁方案的建设成本不到现浇箱梁的75％(下部结构工程量减少，现场地基处理费用取消)(预制小箱梁式的城市高架每平米概算指标约4439元/m2，现浇箱梁每平米概算指标约5944元/m2)，具有显著的经济效益(以宁波市为例，2011年竣工的机场路高架，主线上部结构均采用现浇箱梁结构；2015年竣工的南环、北环高架，上部结构75％采用预制小箱梁结构或预制空心板梁，仅曲线段、变宽段、匝道衔接段采用现浇箱梁；2017年启动的机场路高架南延、2018年启动的西洪大桥连接线工程及环城南路西延工程，全线95％采用预制小箱梁(曲线段、变宽段、匝道衔接段均为预制结构)，仅通行净空受限段采用现浇箱梁)；另一方面，预制小箱梁采用工厂化制造，现场安装的模式，在施工工期、质量控制方面具有显著的优势(工厂制作可以与现场其他结构施工同步，节省工期；工厂采用流水线、标准化作业，较现场作业更容易把控质量)。

然而，预制小箱梁在通行净空方面存在明显的劣势，原因在于常规预制混凝土梁(预制小箱梁)架设在盖梁上，其具体构造参见附图1。当桥面标高一定时，预制混凝土梁方案所需占用净空(预制小箱梁高度+盖梁高度)大于现浇箱梁，故当桥面道路线型确定且桥梁净空受限时，即无法采用预制混凝土梁式体系(除非调整桥面标高，但会影响整个工程道路线型)。

常规的预制混凝土梁结构，在预制小箱梁间设有1道25cm宽的湿接缝，参见附图2。尽管湿接缝与预制小箱梁间无有效的连接，湿接缝位于支座范围内，支座反力呈45°扩散时，大部分反力扩散区位于预制小箱梁区域，故对于常规的预制混凝土梁结构来讲，湿接缝的作用并不用于承担荷载。相反地，对于常规的预制混凝土梁结构来讲，其桥跨部分与横梁部分采用一次浇筑成型，依据大量破坏性试验数据显示，按规范要求设计时，支点附近剪切破坏呈斜截面，故需要依靠密布的箍筋来抑制裂缝开展，参见附图3。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系及其施工方法，以提升高架整体高度，满足桥梁局部净空不足，并有效地解决了预制小箱梁与现浇隐式盖梁之间的承载力、变形及耐久性问题。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，包括预制小箱梁以及现浇隐式盖梁，所述的预制小箱梁与现浇隐式盖梁之间的拼接位置处，通过钢-混凝土组合结构连接；

所述的钢-混凝土组合结构，包括现浇混凝土连接结构以及钢连接结构；其中：钢连接结构包括箱梁外伸预埋钢板以及盖梁连接钢板；箱梁外伸预埋钢板的一端预埋在预制小箱梁中，另一端延伸出预制小箱梁内所设置的封锚板，而箱梁预埋钢板的板面则通过均布的若干箱梁剪力钉与预制小箱梁的外腹板连接；盖梁连接钢板的一端与现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构连接，另一端则能够与箱梁预埋板的延伸端焊接固定；

钢连接结构至少部分或者整个结构均埋填在现浇混凝土连接结构中。

优选地，所述现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构，包括H型钢以及设置在现浇隐式盖梁的横断面的两道隐式盖梁箍筋：外侧箍筋、内侧箍筋；

H型钢腹板的内侧，均布有若干盖梁剪力钉；而H型钢腹板的外侧，则与所述的盖梁连接钢板连接；

H型钢内置于外侧箍筋中，而内侧箍筋则位于H型钢的两翼缘板之间。

优选地，所述的隐式盖梁箍筋，通过上、下两个U形箍筋在对应的箍筋断点处拼焊而形成。

优选地，H型钢外侧，设置有加劲肋，加劲肋与预制小箱梁腹板外缘走向相同；箱梁外伸预埋钢板通过加劲肋与所述的H型钢腹板连接；所述的加劲肋即为所述的盖梁连接钢板。

优选地，外侧箍筋，在H型钢腹板的加劲肋区域，采用局部加密并结合局部避让的方式布置。

优选地，箱梁外伸预埋钢板在高度方向上，下缘与预制小箱梁下缘齐平，上缘则临近预制小箱梁的翼缘折角，并部分伸入预制小箱梁的翼缘折角内。

优选地，所述的箱梁外伸预埋钢板，包括三段，分别为剪力钉分布段、自由过渡段以及现浇连接段；箱梁剪力钉均匀分布在剪力钉分布段，现浇连接段能够与盖梁连接钢板焊接固定，而自由过渡段则设置于剪力钉分布段与现浇连接段之间。

优选地，箱梁外伸预埋钢板的长度不小于4m，不长于6m。

优选地，箱梁外伸预埋钢板的预制-现浇界面呈曲线设置。

本发明的另一个技术目的是提供一种钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系的施工方法，包括箱梁外伸预埋钢板的施工、现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构施工、盖梁连接钢板施工，其中：

箱梁外伸预埋钢板的施工步骤包括：

在预制小箱梁底腹板钢筋绑扎完成之后、侧模安装之前安装箱梁外伸预埋钢板，箱梁外伸预埋钢板上的箱梁剪力钉，预先依据箱梁预应力钢束的孔道位置，予以避让；

预制小箱梁侧模安装之前，先在箱梁外伸预埋钢板的外侧分布5mm厚铁片，保证箱梁外伸预埋钢板的外侧存在5mm保护层厚度，避免箱梁外伸预埋钢板直接外露；预制小箱梁的混凝土浇筑过程中，在箱梁外伸预埋钢板侧设置附着式振动装置，保证该位置混凝土浇筑质量；

现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构的施工步骤包括：

预制小箱梁安装之后，将现浇隐式盖梁的隐式盖梁箍筋摆放到位，此处的隐式盖梁箍筋包括上、下两个U形箍筋，在下方U形箍筋安装完成之后，安装H 型钢，并配合箱梁外伸预埋钢板的位置，避免箱梁外伸预埋钢板与H型钢的腹板加劲肋冲突；

盖梁连接钢板的施工步骤包括：

根据已安装完成的箱梁外伸预埋钢板与H型钢的实际距离，对盖梁连接钢板进行微调，以满足盖梁连接钢板与H型钢的有效连接；位置确定之后将盖梁连接钢板与H型钢的连接侧进行坡口处理，并按照箱梁外伸预埋钢板的孔位进行开孔；

盖梁连接钢板焊接过程中，首先利用内穿钢筋将箱梁外伸预埋钢板及盖梁连接钢板临时定位，然后点焊固定盖梁连接钢板与H型钢位置，确保与H型钢的相对位置准确，焊接H型钢侧焊缝接口。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

本发明在预制小箱梁与现浇隐式盖梁之间的拼接位置处，通过设置钢-混凝土组合结构，使得两者之间的连接有效地解决了预制小箱梁与现浇隐式盖梁之间的承载力、变形及耐久性问题。

具体地，该钢-混凝土组合结构包括现浇混凝土连接结构以及钢连接结构，钢连接结构，通过在预制小箱梁上设置一个钢结构突起(箱梁外伸预埋钢板)，延伸至现浇隐式盖梁内，使既有的混凝土界面承担剪应力调整为2道钢板承担剪应力——贯通的钢结构(箱梁外伸预埋钢板与盖梁连接钢板焊接固定，成为一体)，从而具备可靠的承载力、刚度(抗变形能力)，同时位于浇混凝土连接结构以内，具备足够的耐久性保障。

附图说明

图1为常规的预制混凝土梁结构示意图；

图2为常规的预制混凝土梁结构承力示意图；

图3为常规的预制混凝土梁结构的抗剪结构示意图；

图4为一种预制小箱梁式隐盖梁(预制小箱梁与隐盖梁之间无榫卯连接结构) 的结构示意图；

图5为图4所述的预制小箱梁式隐盖梁具有扭转效应的示意图；

图6为图4所述的预制小箱梁式隐盖梁的剪力分析图；

图7是本发明所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系的结构示意图；

图8是图7中隐盖梁区段的结构示意图；

图9是本发明所述的微型步履式千斤顶的结构示意图；

图10是本发明微型步履式千斤顶调整预制小箱梁水平位置的工作流程示意图；

图1-6中：1-预制小箱梁；2-现浇隐式盖梁；2'-盖梁；3'-支座；4'-湿接缝；5'-支座反力扩散线；6'-纵向钢筋；7'-加密箍筋；

H1、原现浇箱梁净高；H2、常规预制混凝土梁的净高；H3、现浇箱梁高度； H4、隐式盖梁净高；

图7、8中：1、预制小箱梁；1-1、封锚板；1-2、箱梁剪力钉；1-3、波纹管；1-4、箱梁外伸预埋钢板；1-5、箱梁段预应力钢束；1-6、现浇连接段；1-7、自由过渡区；2、现浇隐式盖梁；2-1、盖梁剪力钉；2-2、直角状角部；2-3、外侧箍筋；2-4、盖梁连接钢板；2-5、顶部钢筋；2-6、H型钢的上翼缘；2-7、内侧箍筋；2-8、盖梁段预应力束；3、预制-现浇界面；

图9中：4-1、油泵及PLC控制系统；4-2、基座；4-3、滑移面；4-4、顶推千斤顶；4-5、移动平台；4-6、竖向千斤顶；4-7、高摩阻橡胶；4-8、托换平台； 4-9、侧向限位装置。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

为了局部净空不足提升高架整体高度，有必要研发一种基于预制小箱梁式的隐盖梁结构体系，可以有效地突破预制结构的现有瓶颈，其结构简图可以参见附图4。

“预制小箱梁+现浇隐式盖梁结构体系”的概念设计相对容易，以功能为目标即可，其设计的核心难点在于“预制结构(预制小箱梁)与现浇结构(现浇隐式盖梁)间的连接”——承载力、刚度、耐久性，3个核心设计要素缺一不可。

城市高架通常采用双向6车道设计，由8片预制小箱梁构成。当车道不满布时，不同预制小箱梁所承担的荷载不同，除了常规的受弯、受剪外，还会产生扭转变形，参见附图5。传统的预制小箱梁结构，因端部位于支座范围内，预制小箱梁通过2块板式橡胶支座的竖向反力差形成力偶，抵抗不均匀荷载的扭矩作用——当采用“预制小箱梁+现浇隐式盖梁结构体系”时，预制小箱梁端部与现浇隐式盖梁结合段呈固端约束——意味着，预制小箱梁需要依靠自身扭转刚度抵抗该效应——扭转刚度的本质，在于承担、抵抗环向剪应力流的性能。

预制小箱梁端部是剪力峰值区域。预制小箱梁式隐盖梁体系的剪力峰值，既无法通过传统预制小箱梁的支座扩散区传递，又无法像现浇箱梁那样为连续结构 (参见附图6，其在新、旧混凝土间存在着一道施工湿接缝，剪力在该区域形成应力集中，该界面可以通过纵向钢筋形成关联，但竖向箍筋呈离散分布，无法有效对界面产生影响)，可通过区域加密箍筋约束其裂缝开展——界面区域为混凝土面，若过分延伸至现浇隐式盖梁区域内，则将削弱现浇隐式盖梁自身的刚度，在预制小箱梁处形成薄弱面——剪力的本质，是竖向剪应力流。

此外，当先简支后连续构造时，预制小箱梁在连续段的负弯矩效应导致的顶面拉应力，会加剧界面区域的撕裂(拉应力与剪应力同步作用)。因此，预制小箱梁式隐盖梁体系研发的核心与关键，在于其新、老混凝土接触面的研发——其本质，在于如何确保接触面抵抗剪应力。既有的方法已无法满足该结构体系的承载力、变形及耐久性要求。

预制小箱梁因自身结构构造特点，大大增加了界面处理的难度——预制小箱梁腹板端部为其预应力钢束的锚固区，而腹板是传递剪力、承担扭矩的关键部位，因此，预制梁的抗剪构造措施在腹板端部中断，无法形成连续的抗剪构造——这也是预制小箱梁式隐盖梁体系研发的最大难点。

本发明所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，为一种预制小箱梁式隐盖梁体系，其在预制小箱梁与现浇隐式盖梁之间的拼接位置处，通过设置钢- 混凝土组合结构，使得两者之间的连接有效地解决了预制小箱梁与现浇现浇隐式盖梁之间的承载力、变形及耐久性问题。具体地，该钢-混凝土组合结构包括现浇混凝土连接结构以及钢连接结构，钢连接结构，通过在预制小箱梁上设置一个钢结构突起(箱梁外伸预埋钢板)，延伸至现浇隐式盖梁内，使既有的混凝土界面承担剪应力调整为2道钢板承担剪应力——贯通的钢结构(箱梁外伸预埋钢板与盖梁连接钢板焊接固定，成为一体)，从而具备可靠的承载力、刚度(抗变形能力)，同时位于浇混凝土连接结构以内，具备足够的耐久性保障。

本实施例中，如图7所示，为确保所述的钢-混凝土组合结构有效、可靠，本发明所述的箱梁外伸预埋钢板具有如下的特点：

1)在预制小箱梁外腹板设置所述的箱梁外伸预埋钢板——传统的预制小箱梁，为确保端部预应力钢束锚固，腹板向内加厚，加厚后，端部腹板内平面呈折曲，无法确保钢板平直，影响其力学性能；而在预制小箱梁外腹板设置所述的箱梁外伸预埋钢板可以有效地克服这一困难。

2)箱梁外伸预埋钢板的长度不小于4m，不长于6m，钢板过短，传递的剪应力会存在显著的应力集中效应，不利于预制小箱梁的耐久性(易出现裂缝)；钢板过长，超出了剪应力的传递路径，性能得不到发挥；

3)箱梁外伸预埋钢板在高度方向，下缘与预制小箱梁的下缘相同，上缘临近预制小箱梁的翼缘折角，且部分伸入预制小箱梁的翼缘内。

注：箱梁外伸预埋钢板伸入预制小箱梁的翼缘内，尺寸宜点到为止。一方面，箱梁外伸预埋钢板伸入预制小箱梁的翼缘，会影响翼缘钢筋，尤其是横向钢筋的布置；另一方面，箱梁外伸预埋钢板伸入预制小箱梁的翼缘，会影响箱梁外伸预埋钢板的抗剪承载力，原因在于，依据材料力学理论，翼缘区域的剪应力流急剧减少。

4)箱梁外伸预埋钢板与预制小箱梁的腹板之间采用箱梁剪力钉连接。一方面，箱梁外伸预埋钢板接近预制小箱梁端部，箱梁预应力钢束及普通钢筋密集，基于开孔钢板的PBL键，会对箱梁预应力钢束的通过造成影响，同时，箱梁预应力钢束所需要的波纹管外径达90mm，会弱化PBL的功能，而箱梁剪力钉可有效的规避的箱梁预应力钢束，如图7所示；另一方面，箱梁剪力钉连接的承载力相对较大，使箱梁外伸预埋钢板可以承担不均匀分布的剪应力——在预制小箱梁端部锚固区，受锚后螺旋筋、锚固钢桶影响，预制小箱梁端部50cm内不设置剪力钉(自由过渡区)；在现浇连接段(非隐盖梁区段)，考虑现场加工问题，以及现浇部分自身承载力问题，也不设置剪力钉。故钢-混凝土连接结构中，箱梁外伸预埋钢板存在着一段非约束区，导致约束区剪应力分布会出现较大的波动和偏差。

现浇隐式盖梁区段，采用焊接H型钢截面替代原钢筋骨架，即采用部分钢- 混凝土组合结构体系替代预应力混凝土体系，具体地，本发明中，所述的隐式盖梁，具有如下特点：

①保留原现浇隐盖梁顶、底缘的普通钢筋；

②取消原现浇隐盖梁的腹筋(含钢筋骨架)，改用焊接H型钢替代；

③焊接H型钢高度为现浇隐盖梁总高的80％，使顶、底缘具备足够的普通钢筋布置空间；

注：根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)相关规定，一般地区主筋净保护层厚度不大于4cm。箍筋采用直径16的螺纹钢，箍筋外侧存在25mm净保护层厚度。焊接H型钢所占高度基本在80％左右，过大，无空间布置纵向钢筋，过小，钢骨刚度下降显著，结构性能受影响。

④为匹配焊接H型钢，取消原现浇隐式盖梁底部的倒角区域，使现浇隐式盖梁截面呈矩形；

⑤焊接H型钢腹板内侧(即背对预制小箱梁侧)，设置竖向间距100mm，纵向间距250mm的盖梁剪力钉，确保H型钢与现浇隐式盖梁结合成为整体，以达到替代钢筋骨架的功能；

⑥焊接H型钢外侧(面对预制小箱梁)，设置与预制小箱梁腹板外缘走向相同的加劲肋，作为与预制小箱梁的箱梁外伸预埋钢板连接的拼接钢板(盖梁连接钢板)；

⑦现浇隐盖梁横断面设置2道箍筋：外侧箍筋涵盖内置的焊接H型钢，在腹板加劲肋区域，通过“局部加密”+“局部避让”的方式处理，确保现浇隐式盖梁的抗剪承载力，同时保障焊接H型钢与现浇隐式盖梁间的整体性；内侧箍筋位于焊接H型钢之间(翼缘板间)，确保内核混凝土结构的抗剪承载力；

⑧隐式盖梁箍筋设计形式应配合型钢骨架进行设计，为简便施工，隐式盖梁箍筋断点应设置在两个侧面，形成上、下两个“U”箍筋然后进行封闭，施工时应现固定下U型箍筋。

⑨现浇隐盖梁的预应力钢束，布置在焊接H型钢间，与常规的现浇隐盖梁相似——以避免预应力钢束与焊接H型钢加劲肋冲突时的过孔问题(受安装精度制约，过孔施工的难度很大，且耗费的人力极高，不易推广)。

为获得本发明所述的钢-混内涂组合结构式隐盖梁结构体系，将采用如下的施工方法，具体地，包括箱梁外伸预埋钢板的施工、现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构施工、盖梁连接钢板施工以及预应力束施工，其中：

箱梁外伸预埋钢板的施工步骤包括：

在预制小箱梁底腹板钢筋绑扎完成之后、侧模安装之前安装箱梁外伸预埋钢板，箱梁外伸预埋钢板上的箱梁剪力钉，预先依据箱梁预应力钢束的孔道位置，予以避让；

预制小箱梁侧模安装之前，先在箱梁外伸预埋钢板的外侧分布5mm厚铁片，保证箱梁外伸预埋钢板的外侧存在5mm保护层厚度，避免箱梁外伸预埋钢板直接外露；预制小箱梁的混凝土浇筑过程中，在箱梁外伸预埋钢板侧设置附着式振动装置，保证该位置混凝土浇筑质量；

现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构的施工步骤包括：

预制小箱梁安装之后，将现浇隐式盖梁的隐式盖梁箍筋摆放到位，此处的隐式盖梁箍筋包括上、下两个U形箍筋，在下方U形箍筋安装完成之后，安装H 型钢，并配合箱梁外伸预埋钢板的位置，避免箱梁外伸预埋钢板与H型钢的腹板加劲肋冲突；

盖梁连接钢板的施工步骤包括：

根据已安装完成的箱梁外伸预埋钢板与H型钢的实际距离，对盖梁连接钢板进行微调，以满足盖梁连接钢板与H型钢的有效连接；位置确定之后将盖梁连接钢板与H型钢的连接侧进行坡口处理，并按照箱梁外伸预埋钢板的孔位进行开孔；

盖梁连接钢板焊接过程中，首先利用内穿钢筋将箱梁外伸预埋钢板及盖梁连接钢板临时定位，然后点焊固定盖梁连接钢板与H型钢位置，确保与H型钢的相对位置准确，焊接H型钢侧焊缝接口。

预应力束的施工步骤包括：

隐式盖梁位置负弯矩波纹管位于预制小箱梁顶板纵向主筋上方，应在隐式盖梁横向骨架钢筋之后箍筋施工之间完成波纹管连接工作。

负弯矩波纹管位置与隐式盖梁箍筋正常分布位置将发生冲突，在保证负弯矩钢束位置不变的前提下可适当调整箍筋横向位置，负弯矩张拉待隐式盖梁支架落架完成之后进行施工。

以《中华人民共和国交通行业公路桥梁通用图：装配式预应力混凝土箱形连续梁桥上部构造》中最大跨径(40m)、最大荷载(公路—I级)的预制梁端部剪力为基准，校核隐盖梁结构体系的端部抗剪承载力。其中，单片预制梁所承担的端部峰值剪力设计值如表1所示。

表1 40m跨径预制小箱梁端部峰值剪力设计值统计表

由表1可知，单片预制小箱梁端部峰值抗剪承载力设计值不低于3200kN。

1.1钢板承载力校核

依据《钢结构设计标准》(GB50017-2017)，钢腹板厚度取20mm，钢板有效高度1330mm，采用Q235C钢材，抗剪强度设计值f_v＝120MPa，故钢板抗剪承载力V为：

V＝20mm×1330mm×120MPa×2＝6384kN

满足抗剪承载力要求。

依据《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015),Q235C钢材的抗剪强度设计值f_v＝105MPa，故钢板抗剪承载力V为：

V＝20mm×1330mm×105MPa×2＝5586kN

满足抗剪承载力要求。

注：抗剪承载力具有一定的结构富余度，使预制小箱梁具备较高的抗扭效应。

1.2预制小箱梁钢混连接校核

依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)，预制小箱梁钢板与混凝土梁间采用焊钉连接，单个焊钉的承载力V_su为：

依据《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》(GB/T 10433)，焊钉公称直径25mm，有效截面面积A_su为490.87mm²，f_su取360MPa，故焊钉自身抗剪承载力123.7kN；混凝土采用C50，E_c＝3.45×10⁴MPa，f_cd取50MPa，故焊钉与混凝土耦合后的抗剪承载力为277.2kN。

综上所述，单个焊钉的承载力V_su取123.7kN。

考虑到焊钉对预应力钢绞线及普通钢筋的避让，与预制小箱梁耦合区段每列焊钉数量不少于8个；依据焊钉布置的构造要求考虑，纵向不少于6排，故在保持混凝土正常工作状态下，预制小箱梁钢混连接区段的抗剪承载力V为：

V＝123.7kN×2×48×0.75＝8906.4kN

满足抗剪承载力需求。

注：抗剪承载力具有一定的结构富余度，使预制小箱梁具备较高的抗扭效应。

1.3隐盖梁钢混连接校核

隐盖梁区段采用钢骨混凝土结构体系，以钢骨混凝土的腹板承担抗剪承载力，其高度较预制小箱梁大，故满足抗剪承载力需求。

隐盖梁内的钢骨通过焊钉与隐盖梁混凝土融合为整体，预制小箱梁中每道连接钢板对应8排焊钉，每排设置18道焊钉，亦满足力学性能要求。

注：隐盖梁内钢骨混凝土的焊钉设置以构造要求为主，故承载力富余度较大。

本发明所述钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系的施工流程及控制要点如下所述：

步骤一：预制小箱梁的工厂制造

预制小箱梁基本采用常规工艺制造，包括①台座准备，②钢筋绑扎(顶、底、腹板一起绑扎)并安装预应力波纹管，③内、外模板安装，④混凝土浇筑，⑤脱模并实施混凝土养护，⑥预应力钢束张拉，⑦最后将预制完成的封堵板安装至预制小箱梁端部往内50cm的区域，并通过混凝土湿接缝将封堵板与预制小箱梁融为整体。

为匹配钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，预制小箱梁在工厂制造阶段，需在上述步骤②结束、步骤③开始前，将带剪力钉的钢板固定于预制小箱梁腹板外侧——该步骤执行的质量优劣，是整个体系精度控制的核心与关键，预制小箱梁安装精度可以通过现场调整处理，但预埋钢板的安装精度一旦定型则无调整的余地。

为确保预埋钢板的安装精度，主要采取以下几点措施：

1)凭借BIM技术，依据预制小箱梁普通钢筋及预应力管道的位置，确定剪力钉的位置。

注1：剪力钉规格采用Φ35×120，剪力钉占据预制小箱梁腹板厚度40％，故需要避让预应力波纹管；

注2：剪力钉布置时，以“剪力钉与波纹管净距不小于5cm”为准，确保预制小箱梁混凝土的振捣密实；

注3：原则上，剪力钉位于相邻普通钢筋的中点区域附近，当条件不允许时，剪力钉与普通钢筋间的净距，不应小于2cm。

注4：单块钢板上的剪力钉数量应由设计计算确定。

2)预埋钢板定位强调相对距离，且强调其宽度方向的距离(即预埋钢板的外表面间距与预制小箱梁腹板外模板间距相匹配)，对钢板竖向位置不敏感。

注：隐盖梁钢骨的腹板加劲肋设置于钢骨上缘与下缘间，钢骨上下缘净间距约2m，大于预制小箱梁的高度，但其加劲肋的倾角与小箱梁外腹板相同，故对预制小箱梁预埋钢板的横向间距要求很高，但对其竖向位置敏感度低。

3)为确保预埋钢板相对位置的准确，在预埋钢板端部(离开预制小箱梁范围)，设置临时定位架(用于确定钢板间距，并提供竖向支承)固定钢板。其中，端部下定位架与预埋钢管的穿插长度较大，承担部分“扭转约束”的作用，降低预埋钢板在预制小箱梁内的定位难度；端部上定位架与预埋钢板的穿插长度较短，一方面为规避预制小箱梁顶板(定位架采用模数化产品)，另一方面便于钢板定位(上、下约束过大，会加大预制小箱梁侧的定位难度，即预埋钢板易呈远离预制小箱梁撇开或向预制小箱梁内侧紧缩，不易控制在平行于腹板外表面的状态)。

4)靠预制小箱梁侧，受普通钢筋影响，无法采用定位支架，直接采用外模板合拢的方式定位。此时，预埋钢板支承于预制小箱梁底座上。

注：定位架的核心意义在于，确定预制小箱梁预埋钢板的端部尺寸，确保其与隐盖梁钢骨的腹板加劲肋间的耦合。而临近预制小箱梁侧，若钢板向内倾斜，则由普通钢筋约束，若向外倾斜，则由外模板约束。

5)预埋钢板需在预制小箱梁内模板安装以后，外模板安装以前布置。

注：定位架安装就位后，内模板无作业空间安置；外模板先安装，则预埋钢板无法放置。

步骤二：隐盖梁钢骨的工厂加工制造

隐盖梁钢骨在工厂完成预制。

隐盖梁钢骨采用全钢结构，一侧设置Φ35×120焊钉，一侧设置倒“八”字形加劲肋。加劲肋的间距依据“预制小箱梁外腹板尺寸及预制小箱梁的横向布置间距”确定。

钢骨的顶、底、腹板均采用全熔透焊缝连接，加劲肋与顶、底、腹板间均采用角焊缝连接。

步骤三：隐盖梁现场临时支承体系安装

隐盖梁临时支承体系设计参照中国专利CN201911001747.8。

步骤四：预制小箱梁吊装

关于安装顺序

预制小箱梁的预埋钢板，不侵入隐盖梁范围内，故其先吊装不影响隐盖梁钢筋及预应力波纹管的安装定位。

预制小箱梁的顶板、底板设有伸长钢筋，进入隐盖梁范围内。若隐盖梁钢筋先绑扎，则影响预制小箱梁的吊装效率。

关于安装工艺

与常规预制小箱梁不同，隐盖梁体系预制小箱梁因其端部普通钢筋延伸长度过大，无法采用架桥机“跨内起梁”工艺(注：该部分配图详见《隐盖梁施工专项方案》。普通预制小箱梁的端部伸长钢筋仅需满足30cm湿接缝要求，隐盖梁用预制小箱梁则需满足2.5m隐盖梁宽度，而跨内作业空间，隐盖梁区域还需扣除支架体系的范围——即端部钢筋边长了，作业空间反而变小了，架桥机在跨内吊不起来了～)。

故要么采用汽车起重机侧向起吊安装工艺，要么采用架桥机跨后喂梁工艺，要么利用隐盖梁支承体系侧段增设架桥机的起梁临时支承。

步骤五：隐盖梁下缘纵向钢筋及外肢箍筋(下缘部分)的绑扎

预制小箱梁通过砂箱搁置在临时支承体系上，尽管其顶板钢筋伸入隐盖梁内，但因梁高较大、间距较宽等有利因素，隐盖梁区域的底缘钢筋绑在难度较小。

该阶段除绑扎底缘纵筋外，还应绑扎底缘横向钢筋。其中，横向钢筋作为外肢箍筋的一部分——受钢骨腹板加劲肋影响，外肢箍筋无法整体平移绑扎，且在加劲肋区域，其绑扎定位存在较大——非加劲肋区域间距较小，为100mm，加劲肋区域间距较大(加劲肋斜向布置，其水平投影长度约350mm)——若普通钢筋先于预制小箱梁绑扎时，容易出现缺乏参照位置，而导致的后续返工。

步骤六：隐盖梁钢骨吊装

安装就位

隐盖梁钢骨采用汽车起重机整体吊装。

钢骨自隐盖梁中心区域附近往下吊装，待穿越预制小箱梁的伸长钢筋区域后，整体侧向平移就位。

钢骨通过临时垫块支承于底模上。

注1：预制小箱梁底板钢筋受钢骨限制，采用弯起锚固，而非通常，故钢骨只需避让预制小箱梁顶板钢筋即可。

注2：对于简支梁，支座端的弯矩较小，预制小箱梁的底板钢筋锚固要求较小；对于连续梁，支座端呈负弯矩，下缘以压应力为主，普通钢筋锚固要求较低。

预制小箱梁耦合

钢骨吊装完成后，在隐盖梁其他钢筋绑扎前，应将预制小箱梁的预埋钢板与隐盖梁钢骨腹板加劲肋焊接成整体——这是整个安装环节中最重要也是难度最大的阶段——主要难度在于，加劲肋与预埋钢板如何准确对接。

1)预制小箱梁预埋钢板与隐盖梁钢骨腹板加劲肋均在工厂制造，制造阶段均按照相同的尺寸标准执行，已确保预制小箱梁端口钢板的倒八字构造与隐盖梁钢骨腹板加劲肋的倒八字构造耦合——即不存在倾角偏差问题，仅存在侧向偏差问题。

2)在预制小箱梁段设置一台微型步履式千斤顶，结构如图9所示，调整预制小箱梁的水平位置，使接口拼缝对齐。微型步履式千斤顶的工作原理，如图 10所示，包括以下步骤：

1托换：开启竖向千斤顶，直至主梁离开临时钢垫块。

2顶推：启动顶推千斤顶，带动钢梁前进35cm。

3落梁：启动竖向千斤顶进行落梁，由垫梁支承钢梁。

4归位：启动顶推千斤顶，将移动平台恢复至初始状态。

3)单个预制小箱梁接口对齐后，在拼接缝处沿高度方向设置3道定位固定钢板，使其在常规作用下不移动，然后设置单侧陶瓷衬垫，采用二氧化碳保护焊工艺，完成对接焊缝的设置。

4)重复2～3步骤，完成所有预制小箱梁与钢骨的耦合连接。

步骤七：隐盖梁其他钢筋绑扎及预应力波纹管埋设

隐盖梁其他钢筋包括钢骨间钢筋与钢骨外钢筋两部分。其施工顺序主要包括以下几部分：

1)钢骨外钢筋以外肢箍筋为主，其底缘部分已完成绑扎，竖向部分与顶缘部分在该阶段，首先实施——外肢箍筋作为顶缘纵筋的定位筋，同时承担顶缘纵筋的临时支承作用。其中，外肢箍筋各段间采用10d长度的角焊缝连成整体。

2)安装隐盖梁顶缘纵筋，纵筋与外肢箍筋间采用绑扎连接。

3)安装隐盖梁内肢箍筋。内肢箍筋可采用闭口式的工厂预制，在现场完成整体安装(定向推移)；当作业条件不允许时，内肢箍筋亦可采用外肢箍筋分段安装的模式，分段钢筋间采用10d角焊缝连接；

4)内肢箍筋安装就位后，以此为骨架，安装竖向纵向钢筋及预应力管道。

步骤八：隐盖梁侧模支护

隐盖梁的侧模板采用木模板，通过登高车安装，与常规预制小箱梁的横梁工艺一致。

步骤九：隐盖梁混凝土浇筑

受钢骨影响，隐盖梁区域混凝土被分割成5部分：①钢骨底板以下部分(该部分混凝土横向贯通)；②钢骨腹板外侧部分；③钢骨腹板内侧部分；④钢骨顶板以上部分(该部分混凝土横向贯通)。混凝土浇筑时，遵循“自下而上”、“先外后内”的原则执行。即按①→②→③→④的流程执行。

采用细骨料混凝土，以确保粗骨料可均匀分布。

②部分混凝土与预制小箱梁区域混凝土同时浇筑，考虑到“半封闭空间”效应，以预制小箱梁预埋钢板为基准，实行“分仓浇筑”，且每个仓室混凝土采用 1台振捣棒作业，振捣时间不低于10min，以确保仓室内混凝土密实。

步骤十：隐盖梁预应力第一批钢束张拉

注：该部分钢束主要用于抵抗“预制小箱梁自重+隐盖梁自重”产生的弯矩作用。

步骤十一：隐盖梁临时支承体系落架

隐盖梁区域支架体系落架可以参照中国专利CN201911002531.3。

步骤十二：隐盖梁预应力第2批钢束张拉

注1：该部分钢束主要用于抵抗“二期恒载(桥面铺装、防撞栏杆等)与汽车活载”产生的弯矩作用。

注2：该部分钢束必须在隐盖梁支架体系解除后实施，否则，第一批钢束产生的预应力作用，会在没有自重荷载抵消的情况下，与第2批钢束作用合并，使隐盖梁结构出现“反向破坏”。

综上所述，可知钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系的施工控制性要点，包括以下3部分：

1)隐盖梁钢骨与预制小箱梁预埋钢板的衔接，对安装精度的控制；

注：预制小箱梁的腹板预埋钢板呈倒“八”字型，与钢骨腹板加劲肋对接。考虑到每跨不少于8片预制小箱梁，每片预制小箱梁的安装误差不得超过3mm，否则，钢板错位会导致对接焊缝承载力严重下滑；若提高拼装误差容许值，则显著增加腹板加劲肋的厚度，不仅增加制造成本，而且加大拼接难度与拼装工作量 (对接钢板厚度偏差超过10mm，需要设置额外的辅助措施)。

2)预制小箱梁、隐盖梁钢骨架、隐盖梁钢筋骨架的相对位置确定；

注：预制小箱梁顶、底板纵向钢筋伸长进入隐盖梁，需从钢骨混凝土的上、下翼缘外侧穿过；预制小箱梁的腹板预埋钢板需与钢骨腹板加劲肋对接；隐盖梁内侧箍筋采用整体预制，安装于钢骨间；两外侧箍筋应该采用分段预制，下层位于钢骨下缘以下，上层位于钢骨上缘以上，两侧位于钢骨以外且需避开腹板加劲肋(箍筋呈竖向布置，与钢骨加劲肋有夹角)。

3)隐盖梁的混凝土浇筑质量控制。

注：隐盖梁体系被钢骨分割成“隐盖梁部分”与“衔接部分”2个区域，其中预制小箱梁与隐盖梁衔接区域的作业空间较小，“预制小箱梁端部至封口板”、“钢骨翼缘数值投影范围”的呈半密闭空间(仅侧向开放)，该部分混凝土的浇筑振捣难度较大，质量控制要求较高。此外，隐盖梁部分，受密集的纵向钢筋、箍筋及预应力波纹管的占位影响，间隙较小，需采用细石混凝土浇筑，同样面临振捣难度较大的问题。

Claims (9)

1.一种钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，包括预制小箱梁以及现浇隐式盖梁，其特征在于，所述的预制小箱梁与现浇隐式盖梁之间的拼接位置处，通过钢-混凝土组合结构连接；

所述的钢-混凝土组合结构，包括现浇混凝土连接结构以及钢连接结构；其中：钢连接结构包括箱梁外伸预埋钢板以及盖梁连接钢板；箱梁外伸预埋钢板的一端预埋在预制小箱梁中，另一端延伸出预制小箱梁内所设置的封锚板，而箱梁预埋钢板的板面则通过均布的若干箱梁剪力钉与预制小箱梁的外腹板连接；盖梁连接钢板的一端与现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构连接，另一端则能够与箱梁预埋板的延伸端焊接固定；

钢连接结构至少部分或者整个结构均埋填在现浇混凝土连接结构中；

所述现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构，包括H型钢以及设置在现浇隐式盖梁的横断面的两道隐式盖梁箍筋：外侧箍筋、内侧箍筋；

H型钢腹板的内侧，均布有若干盖梁剪力钉；而H型钢腹板的外侧，则与所述的盖梁连接钢板连接；

H型钢内置于外侧箍筋中，而内侧箍筋则位于H型钢的两翼缘板之间。

2.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，其特征在于，所述的隐式盖梁箍筋，通过上、下两个U形箍筋在对应的箍筋断点处拼焊而形成。

3.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，其特征在于，H型钢外侧，设置有加劲肋，加劲肋与预制小箱梁腹板外缘走向相同；箱梁外伸预埋钢板通过加劲肋与所述的H型钢腹板连接；所述的加劲肋即为所述的盖梁连接钢板。

4.根据权利要求3所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，其特征在于，外侧箍筋，在H型钢腹板的加劲肋区域，采用局部加密并结合局部避让的方式布置。

5.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，其特征在于，箱梁外伸预埋钢板在高度方向上，下缘与预制小箱梁下缘齐平，上缘则临近预制小箱梁的翼缘折角，并部分伸入预制小箱梁的翼缘折角内。

6.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，其特征在于，所述的箱梁外伸预埋钢板，包括三段，分别为剪力钉分布段、自由过渡段以及现浇连接段；箱梁剪力钉均匀分布在剪力钉分布段，现浇连接段能够与盖梁连接钢板焊接固定，而自由过渡段则设置于剪力钉分布段与现浇连接段之间。

7.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，其特征在于，箱梁外伸预埋钢板的长度不小于4m，不长于6m。

8.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系，其特征在于，箱梁外伸预埋钢板的预制-现浇界面呈曲线设置。

9.一种权利要求3所述的钢-混凝土组合结构式隐盖梁结构体系的施工方法，其特征在于，包括箱梁外伸预埋钢板的施工、现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构施工、盖梁连接钢板施工，其中：

箱梁外伸预埋钢板的施工步骤包括：

在预制小箱梁底腹板钢筋绑扎完成之后、侧模安装之前安装箱梁外伸预埋钢板，箱梁外伸预埋钢板上的箱梁剪力钉，预先依据箱梁预应力钢束的孔道位置，予以避让；

预制小箱梁侧模安装之前，先在箱梁外伸预埋钢板的外侧分布5mm厚铁片，保证箱梁外伸预埋钢板的外侧存在5mm保护层厚度，避免箱梁外伸预埋钢板直接外露；预制小箱梁的混凝土浇筑过程中，在箱梁外伸预埋钢板侧设置附着式振动装置，保证该位置混凝土浇筑质量；

现浇隐式盖梁的钢骨架主体结构的施工步骤包括：

预制小箱梁安装之后，将现浇隐式盖梁的隐式盖梁箍筋摆放到位，此处的隐式盖梁箍筋包括上、下两个U形箍筋，在下方U形箍筋安装完成之后，安装H型钢，并配合箱梁外伸预埋钢板的位置，避免箱梁外伸预埋钢板与H型钢的腹板加劲肋冲突；

盖梁连接钢板的施工步骤包括：

根据已安装完成的箱梁外伸预埋钢板与H型钢的实际距离，对盖梁连接钢板进行微调，以满足盖梁连接钢板与H型钢的有效连接；位置确定之后将盖梁连接钢板与H型钢的连接侧进行坡口处理，并按照箱梁外伸预埋钢板的孔位进行开孔；

盖梁连接钢板焊接过程中，首先利用内穿钢筋将箱梁外伸预埋钢板及盖梁连接钢板临时定位，然后点焊固定盖梁连接钢板与H型钢位置，确保与H型钢的相对位置准确，焊接H型钢侧焊缝接口。

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