CN114182622A - 一种钢混组合连续梁结构及施工方法 - Google Patents

一种钢混组合连续梁结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢混组合连续梁结构及施工方法，包括用于沿桥梁纵向设置的箱梁，箱梁垂直于桥梁横向的两个侧面均固定有多个挑臂，多个挑臂沿桥梁纵向设置，挑臂顶面与箱梁的顶板顶面相平齐形成主梁结构，主梁结构上表面铺设有桥面板，每个挑臂与箱梁之间设有斜支撑，本发明的钢混组合连续梁结构跨径大且节省了钢用量。

Description

一种钢混组合连续梁结构及施工方法
技术领域
本发明涉及桥梁结构技术领域，具体涉及一种钢混组合连续梁结构及施工方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
钢混组合梁是由钢主梁和混凝土桥面板组合而成，混凝土桥面板在上缘适宜受压，钢主梁在下缘利于受拉，能够充分发挥利用两种材料的优势性能，相比常规混凝土箱梁，其结构自重轻，抗震性能优越，收缩徐变和温度效应对结构影响小。
目前国内常用的钢混组合梁跨径在30-80米，其中30-50米跨径常用的结构形式为工字形钢混组合梁，50-80米跨径常用的结构形式为箱形钢混组合梁。
常用的钢混组合梁的基本形式为双主梁、多主梁或密主梁，主梁为钢结构，桥面板采用钢筋混凝土桥面板。但由于中支点桥面板受拉，负弯矩区桥面板存在开裂风险和耐久性等问题，目前钢混组合结构在常规梁式体系中未大规模采用，而且跨度不大。
而常用的钢箱梁和预应力混凝土箱梁，由于悬臂直接承受汽车荷载的作用，其悬臂长度一般为2-4米，其他为箱室结构,桥梁横向跨度也存在不大的问题。如果增大桥梁宽度，需要增加箱梁数量，进而提高了工程投资。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种钢混组合连续梁结构，用钢量少，适用于大跨度桥梁。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
第一方面，本发明的实施例提供了一种钢混组合连续梁结构，包括用于沿桥梁纵向设置的箱梁，箱梁垂直于桥梁横向的两个侧面均固定有多个挑臂，多个挑臂沿桥梁纵向设置，挑臂顶面与箱梁的顶板顶面相平齐形成主梁结构，主梁结构上表面铺设有桥面板，每个挑臂与箱梁之间设有斜支撑。
可选的，所述箱梁包括平行设置的顶板和底板，顶板和底板的同侧端部之间设有边腹板，挑臂与边腹板固定，顶板和底板之间还设置有多个横隔板及至少一个腹板，横隔板平行于桥梁横向设置，多个横隔板沿桥梁纵向排布，所述腹板沿桥梁纵向设置。
可选的，相邻挑臂之间设置有纵向梁。
可选的，所述箱梁顶面及挑臂顶面具有设定的横向坡度。
可选的，所述挑臂上表面铺设的桥面板为预制板，所述箱梁顶板上表面的桥面板为现浇板。
可选的，所述桥面板采用UHPC超高性能混凝土制成。
可选的，挑臂上表面铺设的预制板中，相邻两块预制板之间浇注湿接缝。
可选的，所述箱梁顶面设置有剪力钉，所述剪力钉伸入现浇板中。
可选的，在位于箱梁与桥墩连接位置处两侧的底板上表面设定范围内灌注有设定厚度的微膨胀混凝土。
第二方面，本发明的实施例提供了一种钢混组合连续梁结构的施工方法，包括以下步骤：
桥梁的下部结构施工完成后，架设顶推平台和临时墩；
将组装好的箱梁、挑臂及斜支撑吊运至顶推平台，利用顶推平台和临时墩顶推箱梁至设定位置，并将箱梁和下部结构固定；
在挑臂和箱梁形成的桥面板支撑结构上表面铺设桥面板。
本发明的有益效果：
1.本发明的钢混组合连续梁结构，通过设置挑臂和斜撑，能够有效扩大桥梁的横向悬臂宽度，无需使用多个箱梁来扩大桥梁的宽度，在满足了大跨径桥梁功能需求的同时，减少了箱梁数量，降低了钢用量，且整个结构受力明确，斜撑为轴向受力构件，截面利用率高。
2.本发明的钢混组合连续梁结构，桥面板采用UHPC超高性能混凝土支撑，抗压、抗弯及抗拉性能较常规混凝土桥面板提高较多，而且耐久性高，可使得桥面板的厚度远小于常规桥面板的厚度，减轻了桥面板重量，进而减小了连续梁结构的自重，提高了结构的抗震性能。
3.本发明的钢混组合连续梁结构，在箱梁底板与桥墩连接位置处两侧设定范围内灌注设定厚度的微膨胀混凝土，保证支点处箱梁受压钢板不发生局部屈曲现象。
4.本发明的钢混组合连续梁结构，沿桥梁纵向，设置有多个横隔板，且横隔板与挑臂的位置相对应，能够利用横隔板提供承载力，保证了整个主梁结构的结构强度，受力性能好。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1整体结构断面示意图；
图2为本发明实施例1主梁结构在非横隔板处的断面示意图；
图3为本发明实施例1主梁结构在横隔板处的断面示意图；
图4为本发明实施例1箱梁断面示意图；
其中，1.顶板，2.底板，3.边腹板，4.U肋，5.板肋，6.中腹板，7.横隔板， 8.人洞，9.挑臂，10.钢板，11.纵向梁，12.斜撑，13.C55微膨胀混凝土，14. 现浇板，15.预制板，16.湿接缝，17.沥青混凝土层。
具体实施方式
实施例1
本发明的实施例提供了一种钢混连续梁结构，如图1-图4所示，包括主梁结构，主梁结构用于安装在桥墩上，主梁结构上表面铺设有桥面板。
主梁结构包括箱梁，箱梁为钢箱梁，箱梁沿桥梁的纵向设置，包括顶板1和底板2，顶板1和底板2的同侧端部之间设置有边腹板3，顶板1、底板2和边腹板3构成箱梁。
顶板1设置有横坡，本实施例中，顶板1设置2％的横坡，在一个实际应用中，顶板1宽度为13300mm，顶板1下表面设置有U肋4和板肋5加劲，多个U肋4 和板肋5沿桥梁横向设置，U肋4厚8mm，高288mm，板肋5尺寸为160mmX14mm。
底板2水平设置，在一个实际应用中，底板2的宽度小于顶板的宽度，底板 2宽度为13200mm，沿桥梁横向，底板2上表面设置多个板肋加劲，板肋尺寸为 180mmX16mm，相邻板肋之间的间距为600mm。
顶板1和底板2之间设置有多个腹板，腹板垂直于顶板1、底板2设置，位于顶板1和底板2同侧端部的腹板为边腹板3，位于顶板1和底板2中部之间的腹板为中腹板6，腹板上设置有多个板肋进行加劲。
本实施例中，设置一道中腹板6，则箱梁为单向双室结构，可应用于双向六车道断面的桥梁中，在其他一些实施例中，可不设置中腹板，采用单箱单室结构，可应用于双向四车道断面的桥梁中。
顶板1和底板2之间还设置有多个横隔板7，横隔板7的长度方向沿桥梁的横向设置，多个横隔板7沿桥梁的纵向设置，横隔板7垂直于顶板1、底板2和腹板。
横隔板7采用实心板，横隔板7的厚度为14mm-30mm，本实施例中，相邻横隔板7之间的间距为3米，相邻横隔板7之间的间距可根据实际需要进行设置。
横隔板7设置有多个水平设置和竖向设置的加劲肋以增强其结构强度。
横隔板7上设置有人洞8，方便施工人员进入箱梁内部。
边腹板3的外侧面固定有多个挑臂9，挑臂为钢挑臂，挑臂9的长度为6米 -11米，挑臂9通过焊接、螺栓相结合的方式与边腹板3固定，多个挑臂9沿桥梁的纵向设置，本实施例中，所述挑臂9的位置与横隔板7的位置相对应，即挑臂9的中心线与横隔板7的沿桥梁宽度方向的中心线在同一竖直平面内，相邻挑臂9之间的间距为3m，通过此种设置，挑臂9所受的力能够传递给横隔板7，横隔板7起到了承载作用，增强了整个主梁结构的结构强度，受力性能好。
挑臂9的截面为工字型，包括上翼缘板、下翼缘板和设置在上翼缘板和下翼缘板之间的腹板，上翼缘板的上表面与顶板1的上表面相平齐，具有2％的横坡，与箱梁共同构成主梁结构，在一个应用实例中，挑臂9的长度为10.5米，挑臂9 的腹板的板厚为14mm，腹板的高度为500mm-1192.5mm，上翼缘板厚14mm，宽度为600mm，下翼缘板厚16mm-28mm，宽度为360mm-550mm，为了提高腹板的稳定性，腹板与上翼缘板和下翼缘板之间设置竖向加劲肋。
挑臂9的一端与边腹板3外侧面固定，另一端设置有竖向设置的钢板10以形成滴水檐。
为了增强挑臂9的整体性和结构强度，相邻挑臂之间设置有纵向梁11，纵向梁11的顶面与挑臂9顶面相平齐，本实施例中，纵向梁11也采用工字梁，包括上翼缘板、下翼缘板和腹板，在一个应用实例中，整个纵向梁11的高度为834mm，其中上翼缘板的宽度为600mm，厚度为14mm，底板宽度为400mm，厚20mm，腹板高度为800mm，厚14mm，为了提高腹板的稳定性，在腹板上设置竖向加劲肋。
挑臂9与箱梁之间设置有斜撑12，斜撑12的一端通过螺栓与挑臂9固定连接，另一端通过螺栓与边腹板3固定连接。斜撑12通过螺栓与挑臂9及边腹板3 固定，安装方便快捷。
本实施例中，通过设置挑臂9，增加了桥梁的悬臂跨径，使传统的钢箱梁2-4 米的悬臂增加至6-11米的悬臂，增加了桥梁的横向跨径，适于主跨跨径在80-150 米的钢混组合梁的需求，且整个结构受力明确，斜撑12为轴向受力构件，截面利用率高，而且增大跨径无需增加箱梁的数量，降低了用钢量。
本实施例中，定义箱梁用于与桥墩连接的部分为支点，为保证支点处钢箱梁受压钢板不会发生局部屈曲现象，在支点两侧的6-15m范围内的底板上表面灌注厚度为50cm-200cm的微膨胀混凝土，本实施例中的微膨胀混凝土采用C55微膨胀混凝土13。
由箱梁和挑臂9形成的主梁结构上表面铺设有桥面板，本实施例中，桥面板采用UHPC混凝土(超高性能混凝土)制成，超高性能混凝土是指抗压强度在 150MPa以上，具有超高韧性、超长耐久性的纤维增强水泥基复合材料的统称。UHPC 材料组分内不包含粗骨料，颗粒粒径一般小于1mm，UHPC的抗压强度约是普通混凝土的3倍，弯拉韧性的抗折强度约是普通混凝土的10倍，徐变系数仅是普通混凝土的15％左右，耐久性的氯离子扩散系数和电阻率也远远优于普通混凝土。
桥面板分为三部分，三部分分别为现浇板14、预制板15和湿接缝16。
现浇板14设置在箱梁的顶板1的上表面，通过顶板1上预先设置的剪力钉与顶板1结合，采用现场浇注而成。
挑臂9上表面的桥面板采用预制板15铺设而成，预制板15为预制的UHPC 混凝土板，本实施例中，预制板15放置在挑臂9及纵向梁11的上表面，并且相邻预制板15之间预留用于浇注湿接缝16的空间，预留的浇注湿接缝16的空间位于挑臂9和纵向梁11的上方，在相邻预制板15之间浇注湿接缝16，湿接缝 16浇注在挑臂9和纵向梁11的上表面。
湿接缝16也采用UHPC混凝土进行浇注。
本实施例中，桥面板的总宽度为34m，为3.75m(挑臂处远离箱梁一侧的预制板)+0.5m(湿接缝)+6.15m(挑臂处靠近箱梁一侧的预制板)+13.2m(箱梁顶板现浇板)+6.15m(挑臂处靠近箱梁一侧的预制板)+0.5m(湿接缝)+3.75m (挑臂处远离箱梁一侧的预制板)＝34.0m。
本实施例中的桥面板的厚度为17cm，较常规桥面板25-30cm，可以减少自重近1/3，大大减轻了组合连续梁结构的自重，提高了结构的抗震性能，而且，抗压，抗弯及抗拉性能均较常规混凝土桥面板提高较多，且耐久性高。
本实施例的连续梁结构受力依旧是梁式体系，与传统混凝土箱梁桥相比，本实施例采用UHPC超高性能混凝土桥面与钢箱和大悬臂钢挑臂形成组合受力的截面型式，大大降低了上部结构自重，大大减小了连续梁中支点处的负弯矩，同时利用UHPC超高性能混凝土桥面板优异的抗拉特性抵抗主梁负弯矩区上缘受拉效应，利用钢箱加普通混凝土的组合截面抵抗主梁负弯矩区下缘受压效应，从利用轻质高强材料减重的层面提高了主梁跨越能力；与钢箱梁桥相比，利用UHPC桥面板代替正交异性钢桥面板，解决了钢桥面疲劳问题突出且难以根除的缺陷，从构造层面改善了主梁的耐久性，同时用UHPC桥面代替钢桥面，节省了钢材用量，降低了造价；与传统变高度混凝土箱梁相比，本专利可做成等高度梁，梁高一般为跨径的1/25～1/28，既可提供结构所需刚度和承载能力的需求，还具备顶推施工的条件，大大缩短施工工期，从结构尺寸层面改善了桥梁施工工艺。经测算，本实施例的桥梁的经济跨径在80-150米之间。
实施例2：
本实施例提供了一种实施例1所述的钢混组合连续梁结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：基础及桥墩等下部结构施工完成后，架设顶推平台及临时墩，临时墩的间距为40米-60米，临时墩的间距根据跨径确定。
步骤2：将预先组装好的主梁结构即组装好的箱梁、挑臂9和斜撑12用龙门吊进行吊装，将主梁结构吊装在顶推平台上，按照梁段依次顶推主梁结构至桥墩，并将主梁结构与桥墩固定。
步骤3：在主梁结构顶推期间，预制桥面板的预制板15。
步骤4：在桥面板存梁期满足设计要求后，首先在挑臂9及纵向梁11上表面铺设预制板15，然后在箱梁的顶板1上表面浇注现浇板14，最后浇注相邻预制板之间的湿接缝16，湿接缝16浇注完成后，在桥面板上表面依次铺设防水层和沥青混凝土层17，完成钢混组合连续梁结构的施工，本实施例中，沥青混凝土层的厚度为10cm。
沥青混凝土层17施工完成后，安装护栏、路灯等附属设备。
本实施例中由于采用了预制板，施工简单快捷，缩短了施工工期。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，包括用于沿桥梁纵向设置的箱梁，箱梁垂直于桥梁横向的两个侧面均固定有多个挑臂，多个挑臂沿桥梁纵向设置，挑臂顶面与箱梁的顶板顶面相平齐形成主梁结构，主梁结构上表面铺设有桥面板，每个挑臂与箱梁之间设有斜支撑。
2.如权利要求1所述的一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，所述箱梁包括平行设置的顶板和底板，顶板和底板的同侧端部之间设有边腹板，挑臂与边腹板固定，顶板和底板之间还设置有多个横隔板及至少一个腹板，横隔板平行于桥梁横向设置，多个横隔板沿桥梁纵向排布，所述腹板沿桥梁纵向设置。
3.如权利要求1所述的一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，相邻挑臂之间设置有纵向梁。
4.如权利要求1所述的一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，所述箱梁顶面及挑臂顶面具有设定的横向坡度。
5.如权利要求1所述的一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，所述挑臂上表面铺设的桥面板为预制板，所述箱梁顶板上表面的桥面板为现浇板。
6.如权利要求1所述的一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，所述桥面板采用UHPC超高性能混凝土制成。
7.如权利要求5所述的一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，挑臂上表面铺设的预制板中，相邻两块预制板之间浇注湿接缝。
8.如权利要求5所述的一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，所述箱梁顶面设置有剪力钉，所述剪力钉伸入现浇板中。
9.如权利要求1所述的一种钢混组合连续梁结构，其特征在于，在位于箱梁与桥墩连接位置处两侧的底板上表面设定范围内灌注有设定厚度的微膨胀混凝土。
10.一种钢混组合连续梁结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
桥梁的下部结构施工完成后，架设顶推平台和临时墩；
将组装好的箱梁、挑臂及斜支撑吊运至顶推平台，利用顶推平台和临时墩顶推箱梁至设定位置，并将箱梁和下部结构固定；
在挑臂和箱梁形成的桥面板主梁结构上表面铺设桥面板。
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