CN115897370B - 一种复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合钢板剪力连接的全装配式钢‑砼组合梁桥，由设置有包含横联钢板的预埋钢件的预制混凝土桥道板与上翼板顶面设置有竖向抗剪钢板的钢梁装配联结构成。其中预制混凝土桥道板的每件预埋钢件由至少两块开孔纵肋板、横联抗剪钢板和底模钢板构成，在相邻开孔纵肋板下部沿纵向间距设置横联抗剪钢板，并在横联抗剪钢板的顶部通长设置底模钢板；每片钢梁的上翼板顶面按设定间距沿钢梁轴线方向垂直设置竖向抗剪钢板，并在钢梁上翼板设定位置开孔处穿过抗拔螺杆，且抗拔螺杆通过上下螺帽临时固定在钢梁的上翼板。本发明可显著提升组合桥梁的现场装配质量和效率，保证受力性能，同时便于后期必要时的桥道板更换，降低建设及维护成本。

Description

一种复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥

技术领域

本发明涉及桥梁及结构工程技术领域，特别是涉及一种复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥。

背景技术

钢-混凝土组合梁桥能够充分发挥钢和混凝土二种材料性能优势，避免结构性开裂病害隐患，具有使用性能好，砂石开采少，钢材可回收利用，便于工厂化、标准化建造等系列优点。现有钢-混凝土组合梁桥的常用施工方式为安装钢梁在桥墩上就位，吊装预制砼桥道板在钢梁上就位，再通过现浇混凝土或在结合部位施焊连接形成整体的钢-砼组合梁。

整个施工过程虽然与常用的装配式混凝土桥梁结构相比总体上效率有所提高，但现有的装配式钢混组合梁桥所需现浇结合区混凝土工艺复杂，施工周期长，连接质量难以保证；或需对预埋钢板与钢梁纵缝施焊连接是在桥道板以下操作，施工不便，现场焊接质量难以保证，存在焊缝疲劳开裂隐患，连接施工的质量和效率都亟待改进。

“全装配式NHNR剪力连接的钢-砼组合梁(发明专利申请号2021110956079)”提出：用嵌套钢钉承担钢混组合梁结合截面的抗剪力，用后置入抗拔螺栓连接承担钢混组合梁结合截面的抗拔力，避免了通过现浇混凝土或施焊连接形成装配式钢混组合梁。但后置入抗拔螺栓连接使预制混凝土桥道板和钢梁的局部结构复杂，制造和安装精度要求极高，对实体大尺度组合梁桥建设，其现场安装难以达到该精度控制要求。

“全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁(发明专利申请号202111390006)”提出：用钢栓和配合槽嵌套承担钢-砼组合梁结合截面的抗剪力，用结合材料与倒梯形钢栓形成的上大下小倒梯形抗拔结构承担钢混组合梁结合截面的抗拔力，避免了设置专门抗拔连接结构，明显简化了结构构造和现场连接工艺。但倒梯形钢槽预留空间较小，常规措施难以保证梯形钢槽内结合材料灌注的密实性，即难以保证剪力连接的可靠性；采取特殊措施可能提高灌注材料的密实性，但同时也会使得造价和工艺复杂性明显增加。钢栓沿纵向的分布较为密集，导致大尺寸组合梁实际现场装配的精度要求较高，施工质量难以保证。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥，包括设置预埋钢件的预制混凝土桥道板和设置有竖向抗剪钢板、抗拔螺杆和侧挡矩形管的钢梁；

所述预制混凝土桥道板的每件预埋钢件由至少两块开孔纵肋板、横联抗剪钢板和底模钢板构成，在所述开孔纵肋板下部沿纵向间距设置横联抗剪钢板，所述横联抗剪钢板与所述开孔纵肋板采用熔透焊连接，在相邻所述开孔纵肋板之间的所述横联抗剪钢板的顶部设置底模钢板；每片所述钢梁的上翼板顶面两侧焊接所述侧挡矩形管，且两侧所述侧挡矩形管之间按照设计要求间距沿钢梁轴线方向设置竖向抗剪钢板，所述竖向抗剪钢板与所述钢梁上翼板采用熔透焊连接；在所述钢梁上翼板设定位置开孔处穿过所述抗拔螺杆，且所述抗拔螺杆通过上下螺帽临时固定在所述钢梁的上翼板；

所述预制混凝土桥道板的预埋钢件通过结合材料与所述钢梁的上翼板顶面设置的抗剪钢板匹配连接形成桥道板与钢梁的纵桥向抗剪联结，并通过下端固定于所述钢梁的上翼板且上端穿过预制混凝土桥道板预留螺栓导入孔并拧紧螺帽的抗拔螺杆形成桥道板与钢梁的竖向抗拔联结。

优选地，所述预埋钢件还包括：螺栓导入孔；

所述螺栓导入孔为下部采用喇叭口与上部钢管连接形成，所述螺栓导入孔位于所述预埋钢件的两端部并与底模钢板和开孔纵肋板定位连接；

所述开孔纵肋板的上部设置有供横向钢筋穿过与所述预制混凝土桥道板形成PBL剪力连接件的开孔，在所述开孔纵肋板紧靠所述底模钢板的下面沿纵向间距设置有排气孔。

优选地，所述预制混凝土桥道板在对应于所述钢梁的钢主梁的下方部位设置有桥道板纵肋，所述预埋钢件在所述底模钢板以上部分浇筑于所述预制混凝土桥道板纵肋底部中，且通过穿过所述开孔纵肋板的横向钢筋将所述预埋钢件与混凝土联结为一体；所述螺栓导入孔设置在预制混凝土桥道板的纵肋两端部位。

优选地，所述钢梁由至少两片钢主梁通过多道横向联系构成，每片所述钢主梁顶面设置有所述竖向抗剪钢板和所述侧挡矩形管；所述竖向抗剪钢板沿所述钢梁纵向按设定间距并垂直于梁轴线方向且与所述预埋钢件的横联抗剪钢板对应匹配设置；所述侧挡矩形管沿钢主梁上翼板两侧全长设置，侧挡矩形管内侧上角隅处按设定间距设置开槽。

优选地，每片所述钢主梁顶面还设置有分窗隔板；所述分窗隔板为在对应于所述每块预制混凝土桥道板沿桥纵向与钢主梁结合区段的横向接缝位置处的钢主梁上翼板顶面设置的连接两侧纵向侧挡矩形管的竖向隔板。

一种上述复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥的装配方法，其特征在于，包括：

S1：将钢梁吊装在墩台上就位；

S2：逐窗填筑所述钢梁的顶面结合腔的结合料；

S3：对应S2逐块吊装预制混凝土桥道板在相应区段的所述钢梁上就位，并将抗拔螺杆穿过所述预制混凝土桥道板的螺杆导入孔；

S4：拧紧螺栓至设定扭力：

S6：重复步骤S2至S4，直至全跨预制混凝土桥道板安装固定完毕；

S7：灌注所述预制混凝土桥道板的横向接缝及抗拔螺栓预留孔的灌浆料，以形成整体的钢-砼组合梁桥。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥，相较于现有的剪力连接十分依赖于“结合材料”强度，而现场浇筑的“结合材料”强度保证的可靠性相对较低，导致预制混凝土桥道板与钢梁剪力连接的可靠性欠明确。本发明的剪力传递路径为：混凝土桥道板-穿孔钢筋-开孔肋板-横联钢板-结合材料-剪力钢板-钢梁上翼板-钢梁；密闭结合腔内“横联钢板-结合材料-剪力钢板”的压力传递性能显著降低了对“结合材料”强度的要求，从而提高了预制混凝土桥道板与钢梁剪力连接的可靠性。且本发明的安装工艺为：结合腔分窗对应于当前预制板安装的时间-工艺-材料配套，降低了对结合材料固化时间的要求；预制混凝土桥道板的预埋钢件嵌入灌注结合料的钢梁顶面结合腔实现了桥道板横联钢板与钢梁顶面剪力钢板在宽容误差下的机械连接，钢梁顶板固定螺栓穿过桥道板下部喇叭形预留孔，并在桥道板上实施紧固连接，整个现场装配连接简易快捷，安装效率显著提高；在桥道板安装就位时，结合腔内结合料上面的空气从开孔纵肋板的排气孔中排出，其多余的少许结合料从侧挡矩形管内侧上角隅处按设定间距设置的开槽中溢出并储存在该矩形管中，保证了结合腔内结合料填充的密实性，并避免了传统安装施工中多余结合料自由外溢对结构表面和环境的污染。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的实施例中的组装好的钢-砼组合梁截面示意图；

图2为本发明提供的实施例中的组装好的钢-砼组合梁立面示意图；

图3为本发明提供的实施例中的组装好的钢-砼组合梁平面示意图；

图4为本发明提供的实施例中的钢-砼组合梁平面示意图第一局部示意图；

图5为本发明提供的实施例中的钢-砼组合梁平面示意图第二局部示意图；

图6为本发明提供的实施例中的上翼板部分的截面示意图；

图7为本发明提供的实施例中的上翼板部分的立面示意图；

图8为本发明提供的实施例中的上翼板部分的平面示意图；

图9为本发明提供的实施例中的预制混凝土桥道板部分的截面示意图；

图10为本发明提供的实施例中的预制混凝土桥道板部分的立面示意图；

图11为本发明提供的实施例中的预制混凝土桥道板部分的平面示意图；

图12为本发明提供的实施例中的摊铺混凝土粘接材料示意图；

图13为本发明提供的实施例中的安装预制混凝土桥道板示意图；

图14为本发明提供的实施例中的预留槽浇筑高性能混凝土示意图；

图15为本发明提供的实施例中的相邻预制混凝土桥道板接缝示意图。

附图标记说明：

1-预制混凝土桥道板；2-钢梁；3-纵向抗剪钢板；4-侧挡矩形管；5-横联抗剪钢板；6-开孔纵肋板；7-混凝土粘结材料；8-贯穿钢筋；9-底模钢板；10-拉杆；11-预埋钢垫板；12-超高性能混凝土填充料。

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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图5所示，本发明的目的是提供一种复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥，能够充分发挥钢-砼组合梁桥的结构优势，在保证整体受力条件的情况下，实现完全、简易、高效、可靠的现场装配安装，既能充分发挥钢材和混凝土的强度优势，还能极大提升装配效率，简化组合梁整体构造及施工工艺，保证桥梁整体的受力性能，同时在需要更换桥道板便于拆除旧桥道板再安装新桥道板，从而延长主体使用寿命，降低建设及维护成本，尽力减少维修更换对桥梁运营的干扰。

具体的，如图6至图8所示，钢梁2上翼板顶部两端焊接侧挡矩形管4，且两侧挡矩形管4之间按照设计间距沿纵桥向均匀分布竖向抗剪钢板3。竖向抗剪钢板3与钢梁2上翼板之间采用熔透焊。为防止预制混凝土桥道板1与钢梁2在竖向分离，在钢梁2上翼板的开口处穿过拉杆10，且拉杆10固定在钢梁2上翼板的底端。拉杆10在钢梁上翼缘的顶、底部均采用螺母固定。

进一步地，如图9至图11所示，横联抗剪钢板5位于纵向通长的开口纵肋板6之间，其与开孔纵肋板6之间采用熔透焊。横联抗剪钢板5上部安装有底模钢板9，底模钢板9点焊在开口纵肋板6内侧。在底模钢板9下部，开口纵肋板6沿纵桥向设计均匀间距的通气孔。在底模钢板9上部，开口纵肋板6沿纵桥向设计均匀间距的开孔，孔内穿过贯穿钢筋8。此外，预制混凝土桥道板1内预留拉杆空槽和预埋钢垫板11。上述由贯穿钢筋8、开孔纵肋板6、横联抗剪钢板5和底模钢板9组成的预埋钢构件，以底模钢板9的底部为界面预埋在预制混凝土桥道板1中。

更进一步地，如图12至图14所示，在预制混凝土桥道板1安装在钢梁2之前，侧挡矩形管4之间均匀摊铺混凝土粘结材料7。当预制混凝土桥道板1安装就位后，少量混凝土粘结材料7从侧挡矩形管4之上溢出，进而将预制混凝土桥道板1和钢梁2的空间填满。安装预制混凝土桥道板1时，拉杆10从预制混凝土桥道板1的预留孔中穿出。待预制混凝土桥道板1完全就位后，在预制混凝土桥道板1的预埋钢垫板11并拧紧螺母实现拉杆的固定。预制混凝土桥道板1就位后，预留槽内部浇筑超高性能混凝土填充料12。

具体的，如图15所示，在预制混凝土桥道板1的安装过程中，相邻两块预制混凝土桥道板之间采用超高性能混凝土填充料12完成现浇接缝。

此外，本实施例还提供了一种上述复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥的装配方法，包括：

S1：将钢梁吊装在墩台上就位；

S2：逐窗填筑所述钢梁的顶面结合腔的结合料；

S3：对应S2逐块吊装预制混凝土桥道板在相应区段的所述钢梁上就位，并将抗拔螺杆穿过所述预制混凝土桥道板的螺杆导入孔；

S4：拧紧螺栓至设定扭力：

S6：重复步骤S2至S4，直至全跨预制混凝土桥道板安装固定完毕；

S7：灌注所述预制混凝土桥道板的横向接缝及抗拔螺栓预留孔的灌浆料，以形成整体的钢-砼组合梁桥。

本发明的有益效果如下：

1.在保证机械连接原理的前提下，允许预制混凝土桥道板安装过程中的较大的安装精度误差；

2.摊铺混凝土粘结材料施工方式简单，能够充分保证预制混凝土桥道板和钢梁结合腔内的填充密实度，且避免了灌注混凝土粘结材料工艺；

3.纵向抗剪钢板与横联抗剪钢板的间距较小，避免了对混凝土粘结材料性能的依赖。

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。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥，其特征在于，包括设置预埋钢件的预制混凝土桥道板和设置有竖向抗剪钢板、抗拔螺杆和侧挡矩形管的钢梁；

所述预制混凝土桥道板的每件预埋钢件由至少两块开孔纵肋板、横联抗剪钢板和底模钢板构成，在所述开孔纵肋板下部沿纵向间距设置横联抗剪钢板，所述横联抗剪钢板与所述开孔纵肋板采用熔透焊连接，在相邻所述开孔纵肋板之间的所述横联抗剪钢板的顶部设置底模钢板；每片所述钢梁的上翼板顶面两侧焊接所述侧挡矩形管，且两侧所述侧挡矩形管之间按照设计要求间距沿钢梁轴线方向设置竖向抗剪钢板，所述竖向抗剪钢板与所述钢梁上翼板采用熔透焊连接；在所述钢梁上翼板设定位置开孔处穿过所述抗拔螺杆，且所述抗拔螺杆通过上下螺帽临时固定在所述钢梁的上翼板；

所述预制混凝土桥道板的预埋钢件通过结合材料与所述钢梁的上翼板顶面设置的抗剪钢板匹配连接形成桥道板与钢梁的纵桥向抗剪联结，并通过下端固定于所述钢梁的上翼板且上端穿过预制混凝土桥道板预留螺栓导入孔并拧紧螺帽的抗拔螺杆形成桥道板与钢梁的竖向抗拔联结；

所述预埋钢件还包括：螺栓导入孔；

所述螺栓导入孔为下部采用喇叭口与上部钢管连接形成，所述螺栓导入孔位于所述预埋钢件的两端部并与底模钢板和开孔纵肋板定位连接；

所述开孔纵肋板的上部设置有供横向钢筋穿过与所述预制混凝土桥道板形成PBL剪力连接件的开孔，在所述开孔纵肋板紧靠所述底模钢板的下面沿纵向间距设置有排气孔。

2.根据权利要求1所述的复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥，其特征在于，所述预制混凝土桥道板在对应于所述钢梁的钢主梁的下方部位设置有桥道板纵肋，所述预埋钢件在所述底模钢板以上部分浇筑于所述预制混凝土桥道板纵肋底部中，且通过穿过所述开孔纵肋板的横向钢筋将所述预埋钢件与混凝土联结为一体；所述螺栓导入孔设置在预制混凝土桥道板的纵肋两端部位。

3.根据权利要求1所述的复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥，其特征在于，所述钢梁由至少两片钢主梁通过多道横向联系构成，每片所述钢主梁顶面设置有所述竖向抗剪钢板和所述侧挡矩形管；所述竖向抗剪钢板沿所述钢梁纵向按设定间距并垂直于梁轴线方向且与所述预埋钢件的横联抗剪钢板对应匹配设置；所述侧挡矩形管沿钢主梁上翼板两侧全长设置，侧挡矩形管内侧上角隅处按设定间距设置开槽。

4.根据权利要求3所述的复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥，其特征在于，每片所述钢主梁顶面还设置有分窗隔板；所述分窗隔板为在对应于所述每块预制混凝土桥道板沿桥纵向与钢主梁结合区段的横向接缝位置处的钢主梁上翼板顶面设置的连接两侧纵向侧挡矩形管的竖向隔板。

5.一种如权利要求1至4中任一项所述的复合钢板剪力连接的全装配式钢-砼组合梁桥的装配方法，其特征在于，包括：

S1：将钢梁吊装在墩台上就位；

S2：逐窗填筑所述钢梁的顶面结合腔的结合料；

S3：对应S2逐块吊装预制混凝土桥道板在相应区段的所述钢梁上就位，并将抗拔螺杆穿过所述预制混凝土桥道板的螺杆导入孔；

S4：拧紧螺栓至设定扭力：

S6：重复步骤S2至S4，直至全跨预制混凝土桥道板安装固定完毕；

S7：灌注所述预制混凝土桥道板的横向接缝及抗拔螺栓预留孔的灌浆料，以形成整体的钢-砼组合梁桥。