CN114182620A - 一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系及施工方法，解决了现有技术中主梁采用混凝土结构，结构自重大，适用经济跨径受限制的问题，具有减轻主梁自重，提高抗震性能的有益效果，具体方案如下：一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，包括主墩，主墩与主梁分离，主梁与桥塔固结，桥塔与主梁之间设置斜拉索，主梁包括核心钢箱和悬臂，悬臂通过挑臂连接于核心钢箱的两侧，核心钢箱和悬臂顶部均设置剪力钉，核心钢箱顶部设置预制桥面板和\或现现浇桥面板，悬臂顶部架设预制桥面板，预制桥面板与现浇桥面板之间、相邻两预制桥面板之间设置现浇湿接缝，预制桥面板、现浇桥面板、现浇湿接缝均与剪力钉形成整体，主梁形成钢‑混组合梁。

Description

一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁结构领域，尤其是一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系及施工方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

部分斜拉桥是一种介于斜拉桥和梁桥之间的桥型，综合了两种桥型的特点，即利用主梁的受弯、受压和拉索的受拉来承受竖向荷载，其结构刚度介于连续梁和传统斜拉桥之间，具有桥塔高度低，主梁刚度大，斜拉索应力较小的特点，近年来在国内公路及铁路桥梁得到迅速推广。

部分斜拉桥较为常用的结构形式为预应力混凝土箱梁部分斜拉桥，其经济跨径为150～250米，据不完全统计目前国内最大的预应力混凝土箱梁部分斜拉桥最大主跨跨径为265米，是2020年通车位于浙江的洪溪特大桥。预应力混凝土箱梁部分斜拉桥一般为单箱多室结构，箱室数量根据桥宽确定，其常规断面如图1所示，由混凝土主梁2支撑桥塔1。

随着主跨跨径的增大，预应力混凝土部分斜拉桥不再适用，首先在桥墩高度不是很高的桥位，由于桥墩刚度大，墩梁无法固结，其支座墩位较大，支座更换难度很大；其次主梁建筑高度较高，主梁整体重量大，造成预应力配束型号较大，结构抗震性能低；且钢绞线拉索应力幅高，桥塔应力大，需加大桥塔截面造成桥面宽度加宽，经济性较差。

发明人发现，大跨径预应力混凝土部分斜拉桥的诸多问题，究其根本原因是主梁中采用混凝土结构，其结构自重大，整体结构设置不合理，施工过程较为繁琐，而且整体结构不便于后期养护。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，主梁采用带斜撑的大悬臂核心钢箱梁，桥面板采用预制+现浇混凝土桥面板，受力合理、结构承载力大、施工快捷。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，包括主墩，主墩与主梁分离，主梁与桥塔固结，桥塔与主梁之间设置斜拉索，主梁包括核心钢箱和悬臂，大悬臂通过挑臂支撑，核心钢箱和悬臂顶部均设置剪力钉，核心钢箱顶部设置预制桥面板和\或现浇混凝土桥面板，悬臂顶部架设预制桥面板，预制桥面板之间设置现浇湿接缝，预制桥面板、现浇桥面板、现浇湿接缝均与剪力钉形成整体，主梁形成钢-混组合梁。

如上所述的结构体系，由挑臂支撑的超大悬臂和核心钢箱构成，结构设置合理，通过桥面板与剪力钉的连接，形成了钢混组合梁，大大减轻了主梁自重，提高了结构的抗震性能，降低了支座吨位，由此整个结构体系采用塔梁固结、墩梁分离的整体结构，有利于后期对桥梁的养护。

如上所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，所述主墩的纵向采用双排支座，部分支座为活动支座，部分支座为固定支座。

如上所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，所述双排支座中，位于中部的支座其中一排的支座为横向滑动支座，另一排的支座为固定支座；

位于端部的支座其中一排的支座为双向滑动支座，另一排的支座为纵向滑动支座，通过滑动支座的设置，进一步提高结构刚度，有利于整个结构体系受力合理，减小桥梁基础的受力，利于降低投资。

如上所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，考虑到桥梁较长，所述主梁采用单箱三室大悬臂变截面钢混组合梁，主梁的高度按抛物线变化；

所述核心钢箱包括位于顶部的顶板、位于底部的底板，顶板和底板之间横向连接有横隔板，纵向连接有腹板，核心钢箱的底板水平，顶板具有设定的坡度。

如上所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，所述悬臂处的钢箱梁的端部与所述核心钢箱通过螺栓和焊接连接；悬臂的底部中段与核心钢箱通过若干所述的挑臂连接，通过多根挑臂连接悬臂和核心钢箱，结构受力明确，挑臂为轴向受力构件，截面利用率高，安装方便快速；

核心钢箱单侧的相邻两挑臂之间间隔设定距离设置。

如上所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，所述斜拉索通过钢锚箱锚固于所述的主梁，钢锚箱布置于所述的核心箱梁；

所述钢锚箱包括固定于所述核心箱梁的锚固板，锚固板与承压板连接，承压板同所述的斜拉索连接；

斜拉索与承压板之间设置多处加劲板，以充分提高钢锚箱的结构性能。

如上所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，所述斜拉索为中央索面，扇形布置，双排布置在主梁的中央分隔带上，斜拉索在桥塔顶部通过鞍座固定于桥塔，两侧的斜拉索对称锚于主梁。

如上所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，以所述桥塔为中心，桥塔设定范围外的所述现浇桥面板布置有预应力钢筋和预应力钢绞线，以提高现浇桥面板结构承载力及耐久性；

横跨主梁中部的中跨合拢段的所述现浇桥面板处布置体外预应力钢绞线合拢束；

所述预制桥面板为预制预应力桥面板，有利于保证预制桥面板的耐久性。

如上所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，所述桥塔在设定高度以上的区段为单肢断面，桥塔在设定高度以下的区段采用分离式断面。

第二方面，本发明还提供了一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系的施工方法，包括如下内容：

施工桥梁基础，在桥梁基础上施工主墩；

搭设临时支墩，安装塔桥附近无斜拉索区域的主梁梁段，主墩临时同主梁梁段固结；

浇筑桥塔，对已施工的主梁梁段浇筑桥面板，相邻两现浇桥面板之间现浇湿接缝；

安装悬臂梁段，并张拉相应的悬臂处斜拉索，安装悬臂梁段的预制桥面板，并在相邻两预制桥面板之间现浇湿接缝，直至悬臂的最外端梁段；

依次安装核心钢箱的各梁段，施工对应的桥面板及湿接缝；

解除临时固结。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明通过整体形成了钢-混组合梁，大大减轻了主梁自重，可以减少自重近40％，提高了结构的抗震性能，降低了支座吨位，有利于后期养护，主梁采用挑臂支撑悬臂和核心钢箱，降低了核心钢箱的用钢量，使得整个结构体系能够适用于200-350米的钢混组合梁部分斜拉桥。

2)本发明通过钢－混组合梁的结构设置，由钢主梁和混凝土桥面板组合而成的结构，采用混凝土桥面板代替常用的正交异性钢桥面板，可以解决正交异性钢桥面易发生疲劳破坏的顽疾，同时还可减少桥梁的用钢量，降低工程造价。采用钢混组合梁与砼梁相比，结构更为轻巧，可提高跨越能力，降低拉索用量，施工方便快捷，结构整体性能好。

3)在核心钢箱的单侧设置多根挑臂来支撑悬臂，结构受力明确，挑臂为轴向受力构件，截面利用率高，安装方便快速。

4)本发明通过预应力桥面板的提供，在现浇桥面板处布置有预应力钢筋或预应力钢筋线，保证了桥面板结构受力安全合理。

5)本发明通过整个施工方法的给出，施工简单快捷，施工工期短，造价低廉。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的预应力混凝土箱梁部分斜拉桥常规断面。

图2是本发明根据一个或多个实施方式的主墩主梁标准断面示意图。

图3是本发明根据一个或多个实施方式的挑臂支撑示意图。

图4是本发明图3中A部分结构示意图。

图5是本发明图3中B部分结构示意图。

图6是本发明图3中C部分结构示意图。

图7是本发明图3中D部分结构示意图。

图8是本发明根据一个或多个实施方式的钢箱梁示意图。

图9是本发明根据一个或多个实施方式的主墩支座平面布置示意图。

图10是本发明根据一个或多个实施方式的主墩支座立面布置示意图。

图11是本发明根据一个或多个实施方式的拉索布置示意图。

图12是本发明根据一个或多个实施方式的桥塔的主视图。

图13是本发明根据一个或多个实施方式的桥塔的侧视图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1、桥塔，2、主梁，3、核心钢箱，4、悬臂，5、剪力钉，6、挑臂，7、现浇桥面板，8、预制桥面板，9、现浇湿接缝，10、主墩，11、活动支座，12、固定支座，13、斜拉索，14、顶板，15、底板，16、横隔板，17、腹板，18、钢锚箱，19、锚固板，20、承压板，21、横向滑动支座，22、双向滑动支座，23、纵向滑动支座，24、中腹板，25、鞍座，26、悬臂端部，27、悬臂底板，28、悬臂顶板，29、悬臂腹板、30、悬臂腹板加劲肋，31、挑臂节点板，32、挑臂节点板加劲肋，33、工字梁腹板、34工字梁底板，35、拼接板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在部分斜拉桥结构自重大的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图10所示，一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，包括主墩10，主墩10与主梁2分离，主梁2与桥塔1固结，桥塔1与主梁2之间设置斜拉索13，主墩10的纵向采用双排支座，双排支座包括多个支座，部分支座为活动支座11，部分支座为固定支座12。

如图9所示，双排支座中，位于中部的支座左边一排的支座为横向滑动支座21，右边一排的支座为固定支座12；位于端部的支座左边一排的支座为双向滑动支座22，右边一排的支座为纵向滑动支座23，通过滑动支座的设置，进一步有利于整个结构体系受力合理，减小桥梁基础的受力，利于降低投资。

一些示例中，主墩顶部设置双排多列支座，具体可为4列支座，中间两列支座设置是相同的，均为一排是横向滑动支座，另一排的为固定支座，双向滑动支座与横向滑动支座位于同一排，纵向滑动支座与固定支座位于同一排。

如图2所示，考虑到桥梁较长，主梁2采用单箱三室大悬臂变截面钢混组合梁，主梁2的高度按2.0次抛物线变化，其中主梁2包括核心钢箱3和悬臂4，悬臂4通过挑臂6连接于核心钢箱3的两侧，核心钢箱3包括位于顶部的顶板14和位于底部的底板15，核心钢箱的顶板14和底板15之间横向连接有横隔板16，纵向连接有腹板17，腹板和横隔板连接，主梁2顶板14按照位置的不同分为核心钢箱梁顶板和悬臂上翼缘板，采用现有的U肋和板肋加劲。

其中，核心钢箱3的底板15水平设置，采用板肋加劲，顶板14具有设定的坡度，主梁2各箱梁梁段之间采用工地现场焊接形成整体，悬臂4标准间距3.0m，与横隔板16对应设置，相邻悬臂4间设置小纵梁连接。

本实施例中，核心钢箱的腹板17共四道，其中边腹板和中腹板各两道，中腹板位于中部，腹板均采用板肋加劲。斜拉索13的钢锚箱焊接在中腹板上。

横隔板16分边箱隔板和中箱隔板，均采用实腹式横隔板，横隔板标准间距3.0m，设置一定数量的水平、竖向加劲肋。

如图3所示，悬臂4处的钢箱梁的端部与核心钢箱3通过螺栓固定和焊接连接，同时采用拼接板35固定，而悬臂4的底部中段与核心钢箱3通过若干挑臂6连接，通过多根挑臂6连接悬臂和核心钢箱，结构受力明确，核心钢箱单侧的相邻两挑臂之间间隔设定距离设置，挑臂6为轴向受力构件，截面利用率高，安装方便快速。

具体的，如图4-图7所示，悬臂端部26与预制桥面板8的端部齐平，悬臂4包括悬臂顶板28、悬臂底板27、悬臂腹板29和工字梁腹板33，工字梁腹板33连接相邻悬臂腹板29，并采用工字梁底板34固定，悬臂顶板28和悬臂底板27还设置悬臂腹板加劲肋30，挑臂6端部与挑臂节点板31一端通过螺栓连接，挑臂节点板31另一端与悬臂底板27的弯折处垂直设置，并且悬臂内部设置挑臂节点板加劲肋32与挑臂节点板31固定连接。

可以理解地是，在核心钢箱3和悬臂4的顶部均设置剪力钉5，核心钢箱的顶部上设置现浇桥面板7，悬臂4顶部架设预制桥面板8，桥面板之间间隔设定距离设置，用于预制桥面板8与现浇桥面板7之间、相邻两预制桥面板8之间设置现浇湿接缝，可以理解的是，桥面板采用C55混凝土，预制桥面板8、现浇桥面板7、现浇湿接缝9均与剪力钉5形成整体，主梁形成钢-混组合梁，悬臂4处预制桥面板8和湿接缝厚30cm，核心钢箱3处现浇桥面板厚22cm～30cm。

本实施例由挑臂6支撑超大悬臂4和核心钢箱3，结构设置合理，通过桥面板与剪力钉5的连接，形成了钢混组合梁，大大减轻了主梁自重，可以减少自重近40％，提高了结构的抗震性能，降低了支座吨位，由此整个结构体系采用塔梁固结、墩梁分离的整体结构，有利于后期对桥梁的养护，主梁2采用挑臂6支撑悬臂4和核心钢箱3，降低了核心钢箱3的用钢量，使得整个结构体系能够适用于200-350米的钢混组合梁，采用钢混组合梁与砼梁相比，结构更为轻巧，可降低拉索用量，施工方便快捷，结构整体性能好。

如图8和图11所示，桥塔1与主梁2之间设置斜拉索13，斜拉索13通过钢锚箱18锚固于主梁，钢锚箱18布置于主梁2的核心箱梁，与两道中腹板24焊接，钢锚箱18由钢锚箱垫板、承压板20、锚固板19和加劲板组成，与中腹板24焊接成一体。

钢锚箱18包括固定于核心箱梁的锚固板19，锚固板19与承压板20连接，承压板20同斜拉索13连接；斜拉索13与承压板20之间设置多处加劲板，以充分提高钢锚箱的结构性能。

具体的，斜拉索13为中央索面，呈扇形布置，并且双排布置在主梁2的中央分隔带上，斜拉索13在桥塔1顶部通过鞍座25固定于桥塔1，两侧的斜拉索13对称锚于主梁2，斜拉索13在主梁2上纵向标准间距6.0m，双排横向布置间距1.0m，桥塔1上竖向间距1.0m。

以桥塔1为中心，桥塔1除了两侧部分范围内未布置预应力外，其余范围现浇桥面板7布置有预应力钢筋和纵向预应力钢绞线，从而提高现浇桥面板的结构耐久性，避免了整个体系的铺装病害问题。横跨主梁2中部的中跨合拢段的现浇桥面板7处布置体外预应力钢绞线合拢束，其中预制桥面板8为预制预应力桥面板，有利于保证预制桥面板的耐久性，预应力钢筋采用高强螺纹钢筋，外形采用冷挤压连续外螺纹，在桥面板湿接缝强度满足要求后张拉相应预应力钢筋并用连接器接长以进行下一段桥面板施工。

如图12所示，桥塔1在设定高度以下的区段采用分离式断面，分为两肢，在设定高度以上的区段为双肢端面合为单肢断面，均采用实心矩形截面，桥塔1布置在中央分隔带上，桥梁内侧设置SS级护栏，以防车辆撞击斜拉索。

实施例二

本实施例提供了一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系的施工方法，包括如下内容：

施工桥梁基础，在桥梁基础上施工主墩10，在主墩10顶部和边跨搭设托架支架；

搭设临时支墩，安装塔桥附近无斜拉索区域的主梁梁段，主墩临时同主梁梁段固结；

浇筑桥塔1，对已施工的主梁2梁段浇筑桥面板，相邻两现浇桥面板7之间现浇湿接缝9，张拉本梁段纵、横向预应力钢筋或钢绞线，对称安装中跨合拢段和边跨吊机；

用现有的吊机安装悬臂梁段，并张拉相应的悬臂4处斜拉索，安装悬臂梁段的预制桥面板8，并在相邻两预制桥面板8之间现浇湿接缝9，张拉相应梁段内纵、横向预应力钢束，吊机前移，重复上述步骤，直至悬臂4的最外端梁；

吊机吊装安装边跨梁段，安装预制桥面板并浇筑桥面板湿接缝及现浇桥面板，张拉边跨梁段内纵向、横向预应力钢束，边跨安装完成；

吊机吊装安装次边跨梁段，安装桥面板并浇筑桥面板湿接缝及现浇桥面板，张拉次边跨合拢段纵、横向预应力钢束，拆除次边跨吊机。

吊机吊装安装核心钢箱3的中跨合拢段，施工对应的桥面板及湿接缝，张拉中跨合拢段纵、横向预应力钢束，拆除中跨吊机；

解除临时固结，桥面系及附属结构工程施工。

其中，需要解释地是，一般来说核心钢箱的第一跨称为边跨梁段，第二个边跨为次边跨梁段。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，包括主墩，主墩与主梁分离，主梁与桥塔固结，桥塔与主梁之间设置斜拉索，主梁包括核心钢箱和悬臂，悬臂通过挑臂连接于核心钢箱的两侧，核心钢箱和悬臂顶部均设置剪力钉，核心钢箱顶部设置预制桥面板和\或现浇桥面板，悬臂顶部架设预制桥面板，预制桥面板与现浇桥面板之间、相邻两预制桥面板之间设置现浇湿接缝，预制桥面板、现浇桥面板、现浇湿接缝均与剪力钉形成整体，主梁形成钢-混组合梁。

2.根据权利要求1所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，所述主墩的纵向采用双排支座，双排支座包括多个支座，部分支座为活动支座，部分支座为固定支座。

3.根据权利要求2所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，所述双排支座中，位于中部的支座其中一排的支座为横向滑动支座，另一排的支座为固定支座；位于端部的支座其中一排的支座为双向滑动支座，另一排的支座为纵向滑动支座。

4.根据权利要求1所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，所述主梁采用单箱三室大悬臂变截面钢混组合梁，主梁的高度按抛物线变化；

所述核心钢箱包括位于顶部的顶板、位于底部的底板，顶板和底板之间横向连接有横隔板，纵向连接有腹板，核心钢箱的底板水平，顶板具有设定的坡度。

5.根据权利要求1所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，所述悬臂处的钢箱梁的端部与所述核心钢箱通过螺栓和焊接连接；悬臂的底部中段与核心钢箱通过若干所述的挑臂连接；

核心钢箱单侧的相邻两挑臂之间间隔设定距离设置。

6.根据权利要求1所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，所述斜拉索通过钢锚箱锚固于所述的主梁，钢锚箱布置于所述的核心箱梁；

所述钢锚箱包括固定于所述核心箱梁的锚固板，锚固板与承压板连接，承压板同所述的斜拉索连接；

斜拉索与承压板之间设置多处加劲板。

7.根据权利要求1所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，所述斜拉索为中央索面，扇形布置，双排布置在主梁的中央分隔带上，斜拉索在桥塔顶部通过鞍座固定于桥塔，两侧的斜拉索对称锚于主梁。

8.根据权利要求1所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，以所述桥塔为中心，桥塔设定范围外的所述现浇桥面板布置有预应力钢筋和\或预应力钢绞线；

横跨主梁中部的中跨合拢段的所述现浇桥面板处布置体外预应力钢绞线合拢束；

所述预制桥面板为预制预应力桥面板。

9.根据权利要求1所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系，其特征在于，所述桥塔在设定高度以上的区段为单肢断面，桥塔在设定高度以下的区段采用分离式断面。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种大悬臂核心钢箱的部分斜拉桥结构体系的施工方法，其特征在于，包括如下内容：

施工桥梁基础，在桥梁基础上施工主墩；

搭设临时支墩，安装塔桥附近无斜拉索区域的主梁梁段，主墩临时同主梁梁段固结；

浇筑桥塔，对已施工的主梁梁段浇筑桥面板，相邻两现浇桥面板之间现浇湿接缝；

安装悬臂梁段，并张拉相应的悬臂处斜拉索，安装悬臂梁段的预制桥面板，并在相邻两预制桥面板之间现浇湿接缝，直至悬臂的最外端梁段；

依次安装核心钢箱的各梁段，施工对应的桥面板及湿接缝；

解除临时固结。

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