CN115233538A - 一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构及设计方法，该方法包括钢管混凝土桥墩包括钢管和混凝土；预应力钢箱混凝土盖梁包括钢箱和混凝土；挑臂处钢箱底板倾斜设置，钢箱跨中高度为H，钢箱端部截面高度为0.3H‑0.4H；钢箱顶部和底部设置若干预应力钢束，顶部预应力钢束设置在端部截面高度范围内，底部预应力钢束设置在底板向上截面高度0.25H范围内，挑臂处底板的底部为折线部，折线部用于预应力钢束的锚固；钢箱底部设置墩顶接头，墩顶接头插入钢管顶部，钢管顶部预留至少0.5H高度范围不浇筑，待钢箱安装到钢管混凝土桥墩顶部后，将底板与钢管接触部位焊接，然后浇筑钢管顶部预留部位的混凝土。该方法效果良好。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁技术领域，特别是一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构及设计方法。
背景技术
当桥梁上部结构桥宽达一定程度，为实现支撑桥梁上部结构，下部结构常采用对应桥宽进行分幅处理。而分幅的下部结构存在材料用量大、占用桥下空间大的问题。同时，采用整幅的下部结构时，钢结构下部结构或存在刚度不足、材料消耗大的问题，且结构需要设置较多加劲肋以满足受力要求。当采用混凝土结构，则存在预应力钢束使用过多、抗震性能差、结构尺寸过大，施工需要搭设大量支架、成品质量难以保证且外形笨重影响桥下通行视觉效果。
现有技术中钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土盖梁材料属于脆性结构，抗震性能和延性差。同时，混凝土盖梁搭设支架严重影响桥下通行和施工进度，采用装配化施工则面临分段、接头多、吊装重量大、综合单价高的问题。现有技术中钢盖梁结构整体刚度小，为保证承载上部结构重量，需大量使用钢材且加劲构造繁杂，大跨径钢箱盖梁施工需大型吊装设备或设置临时支墩，施工困难。已有技术中采用预应力钢箱混凝土盖梁的方案中，仅对截面下部布设预应力钢绞线，且未对结构截面尺寸进行优化，使其运用于超大跨径、超长挑臂环境时，结构尺寸更大、材料用量更多。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构及设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，包括：
钢管混凝土桥墩包括钢管和其内浇筑的混凝土，其内不设置钢筋；
预应力钢箱混凝土盖梁包括钢箱和其内浇筑的混凝土，其内不设置钢筋；
所述钢箱在挑臂处尺寸收窄，挑臂处所述钢箱的底板采用倾斜设置，将所述钢箱的跨中高度设置为H，将所述钢箱的端部截面高度设置为0.3H-0.4H；
在所述钢箱的顶部和底部分别设置若干预应力钢束，顶部的所述预应力钢束设置在所述端部截面高度范围内，底部的所述预应力钢束设置在所述底板向上截面高度0.25H范围内，挑臂处所述底板的底部为折线部，所述折线部用于底部的所述预应力钢束的锚固；
在所述钢箱的底部设置墩顶接头，所述墩顶接头用于插入所述钢管的顶部，在所述钢管浇筑时，顶部预留至少0.5H高度范围不浇筑，待所述钢箱安装到所述钢管混凝土桥墩顶部后，将所述底板与所述钢管接触部位焊接，然后浇筑所述钢管顶部预留部位的混凝土。
本申请中，跨径指的是所述预应力钢箱混凝土盖梁的宽度，作用于所述预应力钢箱混凝土盖梁上的总车道数大于或等于8车道时，为超大跨径，作用于挑臂上的车道数大于或等于2车道时，为超长挑臂。
采用本发明所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，所述钢箱与所述钢管通过焊接以及所述墩顶接头混凝土浇筑连接，所述钢箱底部不设置连接孔道，连接可靠的同时保证了所述预应力钢箱混凝土盖梁浇筑过程中不出现漏浆等现象；在挑臂处利用所述底板斜向设置，减小挑臂处截面高度尺寸，兼顾受力和材料节约的同时，利用斜向所述底板的物理导向作用，保证所述钢箱内混凝土浇筑时的顺畅，避免局部拥堵造成的浇筑不密实情况；利用挑臂根部设置的所述折线部兼做反力张拉锚板，便于截面底部所述预应力钢束的张拉锚固，避免了所述底板的多余构造焊接、焰切工作；利用所述钢箱和所述钢管结构的承载能力高、抗震性能好的特点，实现材料用量的节省，结构尺寸较混凝土盖梁更小，可实现超大跨径和超长挑臂，满足桥梁下部结构整幅设计要求；通过在所述钢箱端封板上部区域设置所述预应力钢束，改善挑臂段悬挑受力的同时，改善桥墩支撑部位处截面上部的受力情况。
优选地，将所述预应力钢束的竖向间距设置为d，所述折线部呈阶梯形状，将每一阶梯的高度设置为3d-5d，将每一所述阶梯的长度设置为10d-15d。
优选地，在所述预应力钢箱混凝土盖梁内纵向设置若干开孔加劲肋，一部分所述开孔加劲肋为通长设置，其余为局部设置，所述预应力钢箱混凝土盖梁内不设置分仓板或内部横隔断。
优选地，所述底板与所述钢管接触部位采用多层融透焊接，焊接完成后，由所述钢管管口超出所述底板宽度的空隙部分浇筑混凝土，连接所述钢管和所述钢箱并成型所述钢管混凝土桥墩。
优选地，在所述钢箱内浇筑混凝土成型所述预应力钢箱混凝土盖梁，待混凝土硬化达设计强度后，放张锚固在所述钢箱两端的所述预应力钢束，完成结构施工，组合结构开始协同受力。
优选地，所述墩顶接头采用若干焊接于所述钢箱的加劲板，部分所述加劲板焊接于所述底板，部分所述加劲板同时焊接于所述钢箱的腹板和所述底板，所述加劲板伸入所述钢管的部分设有若干通孔。
优选地，在所述钢管内部间隔焊接若干环形箍筋，用于保证所述钢管加工圆度以及防止运输过程变形。
优选地，在所述钢管混凝土桥墩底部设有墩桩接头，所述钢管混凝土桥墩通过所述墩桩接头连接于桩顶。
优选地，所述钢管混凝土桥墩和所述预应力钢箱混凝土盖梁采用自密实混凝土进行浇筑成型。
本发明还提供了一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构，利用如以上任一项所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法进行设计制造，该桥梁下部结构包括所述钢管混凝土桥墩和与其连接的所述预应力钢箱混凝土盖梁。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，所述钢箱与所述钢管通过焊接以及所述墩顶接头混凝土浇筑连接，所述钢箱底部不设置连接孔道，连接可靠的同时保证了所述预应力钢箱混凝土盖梁浇筑过程中不出现漏浆等现象；
2、本发明所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，在挑臂处利用所述底板斜向设置，减小挑臂处截面高度尺寸，兼顾受力和材料节约的同时，利用斜向所述底板的物理导向作用，保证所述钢箱内混凝土浇筑时的顺畅，避免局部拥堵造成的浇筑不密实情况；
3、本发明所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，利用挑臂根部设置的所述折线部兼做反力张拉锚板，便于截面底部所述预应力钢束的张拉锚固，避免了所述底板的多余构造焊接、焰切工作；
4、本发明所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，利用所述钢箱和所述钢管结构的承载能力高、抗震性能好的特点，实现材料用量的节省，结构尺寸较混凝土盖梁更小，可实现超大跨径和超长挑臂，满足桥梁下部结构整幅设计要求；
5、本发明所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，通过在所述钢箱端封板上部区域设置所述预应力钢束，改善挑臂段悬挑受力的同时，改善桥墩支撑部位处截面上部的受力情况。
附图说明
图1为桥梁下部结构的示意图一；
图2为预应力钢箱混凝土盖梁的立面示意图；
图3为预应力钢箱混凝土盖梁的平面示意图；
图4为桥梁下部结构的示意图二；
图5为预应力钢箱混凝土盖梁的半立面示意图；
图6为图5中A部放大示意图；
图7为图6中B-B剖视示意图；
图8为预应力钢箱混凝土盖梁的跨中截面示意图；
图9为图8中C-C剖视示意图；
图10为图8中D-D剖视示意图；
图11为墩顶接头的结构示意图；
图12为本申请预应力钢箱混凝土盖梁布束示意图；
图13为现有预应力钢箱混凝土盖梁布束示意图。
图中标记：1-钢管混凝土桥墩，11-墩桩接头，2-预应力钢箱混凝土盖梁，21-墩顶接头，22-底板，23-折线部，24-预应力钢束，25-开孔加劲肋。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，包括：
如图1所示，钢管混凝土桥墩1包括钢管和其内浇筑的自密实混凝土，其内不设置钢筋，在所述钢管内部间隔焊接若干环形箍筋，用于保证所述钢管加工圆度以及防止运输过程变形，在所述钢管混凝土桥墩1底部设有墩桩接头11，所述钢管混凝土桥墩1通过所述墩桩接头11连接于桩顶。
如图1至图3所示，预应力钢箱混凝土盖梁2包括钢箱和其内浇筑的自密实混凝土，其内不设置钢筋。
如图4和图5所示，所述钢箱在挑臂处尺寸收窄，挑臂处所述钢箱的底板22采用倾斜设置，将所述钢箱的跨中高度设置为H，依据挑臂长度不同，将所述钢箱的端部截面高度设置为0.3H-0.4H。
如图4至图7所示，在所述钢箱的顶部和底部分别设置若干预应力钢束24，顶部的所述预应力钢束24设置在所述端部截面高度范围内，底部的所述预应力钢束24设置在所述底板22向上截面高度0.25H范围内，于挑臂处斜向的所述底板22处断开，挑臂处所述底板22的底部为折线部23，所述折线部23用于底部的所述预应力钢束24的张拉锚固提供锚固平面，便于先张法施工。
如图6和图7所示，将所述预应力钢束24的竖向间距设置为d，所述折线部23呈阶梯形状，将每一阶梯的高度设置为3d-5d，将每一所述阶梯的长度设置为10d-15d，所述折线部23的宽度与其余部位所述底板22的宽度一致。
如图8至图10所示，在所述预应力钢箱混凝土盖梁2内纵向设置若干开孔加劲肋25，一部分所述开孔加劲肋25为通长设置，其余为局部设置，所述预应力钢箱混凝土盖梁2内不设置分仓板或内部横隔断。
如图1和图11所示，在所述钢箱的底部设置墩顶接头21，所述墩顶接头21用于插入所述钢管的顶部，所述墩顶接头21采用若干焊接于所述钢箱的加劲板，部分所述加劲板焊接于所述底板22，部分所述加劲板同时焊接于所述钢箱的腹板和所述底板22，在所述钢管浇筑时，顶部预留至少0.5H高度范围不浇筑，待所述钢箱安装到所述钢管混凝土桥墩1顶部后，将所述底板22与所述钢管接触部位采用小焊条、低电流进行多层融透焊接，焊接完成后，由所述钢管管口超出所述底板22宽度的空隙部分浇筑所述钢管顶部预留部位的混凝土，待混凝土成型后，实现所述钢管和所述钢箱的完全连接，并成型所述钢管混凝土桥墩1，其中，所述加劲板伸入所述钢管的部分设有若干通孔。
在所述钢箱内浇筑混凝土成型所述预应力钢箱混凝土盖梁2，待混凝土硬化达设计强度后，放张锚固在所述钢箱两端的所述预应力钢束24，完成结构施工，组合结构开始协同受力。
本实施例中所述预应力钢箱混凝土盖梁2，结合盖梁的受力行为，对所述预应力钢束24布置位置、截面尺寸进行了优化，相较于已有方案的预应力钢箱混凝土盖梁钢束布置对比如图12和图13所示，优化细节如表1所示。
表1、预应力钢箱混凝土盖梁结构细节对比表
所述钢管由工厂焊接加工，运输至现场后整体安装，于管内灌注自密实混凝土；所述钢箱由工厂焊接加工，并安装布置所述预应力钢束24，利用所述钢箱兼作预应力张拉反力台座，通过控制所述钢箱重量，实现工厂加工后整体吊装至桥墩顶部，进行少量焊接操作后，灌注箱内自密实混凝土，混凝土达强度后放张，形成整体结构。
本实施例所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，所述钢箱与所述钢管通过焊接以及所述墩顶接头21混凝土浇筑连接，所述钢箱底部不设置连接孔道，连接可靠的同时保证了所述预应力钢箱混凝土盖梁2浇筑过程中不出现漏浆等现象；在挑臂处利用所述底板22斜向设置，减小挑臂处截面高度尺寸，兼顾受力和材料节约的同时，利用斜向所述底板22的物理导向作用，保证所述钢箱内混凝土浇筑时的顺畅，避免局部拥堵造成的浇筑不密实情况；利用挑臂根部设置的所述折线部23兼做反力张拉锚板，便于截面底部所述预应力钢束24的张拉锚固，避免了所述底板22的多余构造焊接、焰切工作；利用所述钢箱和所述钢管结构的承载能力高、抗震性能好的特点，实现材料用量的节省，结构尺寸较混凝土盖梁更小，可实现超大跨径和超长挑臂，满足桥梁下部结构整幅设计要求；通过在所述钢箱端封板上部区域设置所述预应力钢束24，改善挑臂段悬挑受力的同时，改善桥墩支撑部位处截面上部的受力情况。
实施例2
如图1至图12所示，本发明所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构，利用如实施例1所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法进行设计制造，该桥梁下部结构包括所述钢管混凝土桥墩1和与其连接的所述预应力钢箱混凝土盖梁2。
本实施例所述的一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构，所述钢箱与所述钢管通过焊接以及所述墩顶接头21混凝土浇筑连接，所述钢箱底部不设置连接孔道，连接可靠的同时保证了所述预应力钢箱混凝土盖梁2浇筑过程中不出现漏浆等现象；在挑臂处利用所述底板22斜向设置，减小挑臂处截面高度尺寸，兼顾受力和材料节约的同时，利用斜向所述底板22的物理导向作用，保证所述钢箱内混凝土浇筑时的顺畅，避免局部拥堵造成的浇筑不密实情况；利用挑臂根部设置的所述折线部23兼做反力张拉锚板，便于截面底部所述预应力钢束24的张拉锚固，避免了所述底板22的多余构造焊接、焰切工作；利用所述钢箱和所述钢管结构的承载能力高、抗震性能好的特点，实现材料用量的节省，结构尺寸较混凝土盖梁更小，可实现超大跨径和超长挑臂，满足桥梁下部结构整幅设计要求；通过在所述钢箱端封板上部区域设置所述预应力钢束24，改善挑臂段悬挑受力的同时，改善桥墩支撑部位处截面上部的受力情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，包括：
钢管混凝土桥墩(1)包括钢管和其内浇筑的混凝土，其内不设置钢筋；
预应力钢箱混凝土盖梁(2)包括钢箱和其内浇筑的混凝土，其内不设置钢筋；
所述钢箱在挑臂处尺寸收窄，挑臂处所述钢箱的底板(22)采用倾斜设置，将所述钢箱的跨中高度设置为H，将所述钢箱的端部截面高度设置为0.3H-0.4H；
在所述钢箱的顶部和底部分别设置若干预应力钢束(24)，顶部的所述预应力钢束(24)设置在所述端部截面高度范围内，底部的所述预应力钢束(24)设置在所述底板(22)向上截面高度0.25H范围内，挑臂处所述底板(22)的底部为折线部(23)，所述折线部(23)用于底部的所述预应力钢束(24)的锚固；
在所述钢箱的底部设置墩顶接头(21)，所述墩顶接头(21)用于插入所述钢管的顶部，在所述钢管浇筑时，顶部预留至少0.5H高度范围不浇筑，待所述钢箱安装到所述钢管混凝土桥墩(1)顶部后，将所述底板(22)与所述钢管接触部位焊接，然后浇筑所述钢管顶部预留部位的混凝土。
2.根据权利要求1所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，将所述预应力钢束(24)的竖向间距设置为d，所述折线部(23)呈阶梯形状，将每一阶梯的高度设置为3d-5d，将每一所述阶梯的长度设置为10d-15d。
3.根据权利要求1所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，在所述预应力钢箱混凝土盖梁(2)内纵向设置若干开孔加劲肋(25)，一部分所述开孔加劲肋(25)为通长设置，其余为局部设置，所述预应力钢箱混凝土盖梁(2)内不设置分仓板或内部横隔断。
4.根据权利要求1所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，所述底板(22)与所述钢管接触部位采用多层融透焊接，焊接完成后，由所述钢管管口超出所述底板(22)宽度的空隙部分浇筑混凝土，连接所述钢管和所述钢箱并成型所述钢管混凝土桥墩(1)。
5.根据权利要求1所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，在所述钢箱内浇筑混凝土成型所述预应力钢箱混凝土盖梁(2)，待混凝土硬化达设计强度后，放张锚固在所述钢箱两端的所述预应力钢束(24)。
6.根据权利要求1所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，所述墩顶接头(21)采用若干焊接于所述钢箱的加劲板，部分所述加劲板焊接于所述底板(22)，部分所述加劲板同时焊接于所述钢箱的腹板和所述底板(22)，所述加劲板伸入所述钢管的部分设有若干通孔。
7.根据权利要求1所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，在所述钢管内部间隔焊接若干环形箍筋。
8.根据权利要求1所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，在所述钢管混凝土桥墩(1)底部设有墩桩接头(11)，所述钢管混凝土桥墩(1)通过所述墩桩接头(11)连接于桩顶。
9.根据权利要求1-8任一项所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法，其特征在于，所述钢管混凝土桥墩(1)和所述预应力钢箱混凝土盖梁(2)采用自密实混凝土进行浇筑成型。
10.一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构，其特征在于，利用如权利要求1-9任一项所述的超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构的设计方法进行设计制造，该桥梁下部结构包括所述钢管混凝土桥墩(1)和与其连接的所述预应力钢箱混凝土盖梁(2)。
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| CN202210917848.5A CN115233538A (zh) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 一种超大跨径超长挑臂的桥梁下部结构及设计方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117706071A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-03-15 | 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 | 一种水泥凝结时间测定仪 |
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2022
- 2022-08-01 CN CN202210917848.5A patent/CN115233538A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117706071A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-03-15 | 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 | 一种水泥凝结时间测定仪 |
| CN117706071B (zh) * | 2024-02-06 | 2024-05-03 | 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 | 一种水泥凝结时间测定仪 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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