CN117758591A - 一种大悬臂钢板-混凝土组合结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大悬臂钢板‑混凝土组合结构及其施工方法，用于控制桥梁的大悬臂下挠，该大悬臂钢板‑混凝土组合结构包括钢板结构和填充的混凝土结构；所述钢板结构包括：与所述桥梁的主梁相连的底钢板；横向并排设置在所述底钢板上的若干加劲肋，相邻两个加劲肋之间形成混凝土的浇筑空间；设置在所述加劲肋腹板的若干通孔，浇筑混凝土穿过所述通孔形成混凝土榫结构。与现有技术相比，本发明具有通过设置横向型钢加劲肋与底钢板相连接的方式，以提高底钢板刚度，有效控制悬臂段下挠等优点。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种大悬臂钢板-混凝土组合结构及其施工方法。
背景技术
在城市桥梁建设中，由于空间和时间的限制，桥梁施工效率尤为重要。钢混组合梁相比钢筋混凝土梁，钢梁构件可以在工厂完成加工，现场只需焊接安装，其应用可大幅度提高施工效率，因此在城市桥梁中的使用逐渐增多。针对多车道桥梁，桥梁横向宽度较大，往往设置大悬臂组合板。以往通常现场布置模板，浇筑混凝土桥面板，这严重降低了施工效率，同时增加了施工成本。通过设置底钢板与主梁相连，构成组合板体系，底钢板作为混凝土浇筑的施工模板，可有效解决该问题。但由于底钢板通常只发挥模板作用，其厚度往往较薄，对于大悬臂试件，其在混凝土自重作用往往变形较大，影响结构的安全性和稳定性。因此，亟待一种能够有效控制悬臂段下挠、提高刚度的方法。
专利公开号CN111779029A公开了一种钢壳-混凝土组合结构，包括钢壳结构和钢壳结构内部填充的混凝土，钢壳结构由上面板、下面板、横向隔板和纵向隔板焊接而成，上面板纵向焊接型钢加劲肋，并在型钢加劲肋之间布置焊钉；下面板纵向焊接型钢加劲肋，横向焊接板肋；横向隔板为波折钢板，纵向隔板为平钢板，横向隔板与纵向隔板相互垂直；混凝土为自密实混凝土，通过上面板预留的通孔进行混凝土浇筑，形成一个钢壳和混凝土组合结构单元，各个舱室连续布置形成钢壳与混凝土的组合结构。由于混凝土处于内部箱室内，在浇筑过程中容易出现混凝土浇筑不密实，局部脱空的情况，且底钢板与混凝土之间仅仅通过型钢腹板来抵抗钢板与混凝土之间的滑移作用，连接相对较弱，容易出现滑移的情况。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大悬臂钢板-混凝土组合结构及其施工方法，通过设置横向型钢加劲肋与底钢板相连接的方式，以提高底钢板刚度，有效控制悬臂段下挠。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，用于控制桥梁的大悬臂下挠，该大悬臂钢板-混凝土组合结构包括钢板结构和填充的混凝土结构；
所述钢板结构包括：
与所述桥梁的主梁相连的底钢板；
横向并排设置在所述底钢板上的若干加劲肋，相邻两个加劲肋之间形成混凝土的浇筑空间；
设置在所述加劲肋腹板的若干通孔，浇筑混凝土穿过所述通孔形成混凝土榫结构。
进一步地，所述加劲肋包括T型型钢加劲肋、I型型钢加劲肋、槽型型钢加劲肋。
更进一步地，型钢的材料包括Q235B、Q355B、Q390B等，型号包括HW175*175、HW200*200、HW300*300、HW350*350、HW400*400等。
进一步地，所述加劲肋与所述底钢板焊接。
进一步地，所述通孔沿横向设置，且位于同一水平线上。
进一步地，所述通孔为等间距分布，所述通孔的间距为200～400mm。
进一步地，所述加劲肋之间横向设置若干排焊钉，所述焊钉垂直于所述底钢板。
进一步地，所述焊钉的高度与所述加劲肋的高度分别为150～200mm和120～170mm。
进一步地，所述焊钉位于所述通孔之间，所述焊钉与所述通孔的距离为100～200mm。
进一步地，所述混凝土结构包括混凝土和设置在所述混凝土内部的钢筋。
本发明还提供一种大悬臂钢板-混凝土组合结构的施工方法，包括以下步骤：
A1、根据桥梁设计图纸，计算施工期间在所述混凝土的自重作用下的所述底钢板的应力及变形，结合国内规范规定，确定施工期间所述大悬臂的变形允许值；
A2、确定所述加劲肋材料的类型和型号，确定所述加劲肋的位置、间距、尺寸及所述通孔的大小、位置；
A3、对所述加劲肋进行开孔、焊接、切割工作，加工完成后运输至桥梁现场进行拼装、焊接和浇筑。
进一步地，在所述混凝土的自重作用下的所述底钢板的应力及变形利用有限元方法进行计算。
更进一步地，有限元方法可应用Ansys、Abaqus、Midas等有限元软件进行计算。
更进一步地，结合《钢-混凝土组合桥面板技术规程》(DB51/T 1991-2015)规定，确定施工期间所述大悬臂的变形允许值为-L/80和20mm中的较小值(L-悬臂段的长度)。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)施工效率明显提升：底钢板-混凝土组合板中钢结构构件均在钢结构加工厂完成，不占用现场的空间与时间，工厂加工完成后只需在现场进行焊接、拼装即可，有效提高了施工效率。
(2)成本较低：相较于普通钢混组合板支架施工的方法，本发明以底钢板作为施工模板，减少了模板搭设的时间，同时不需要模板等耗材，有效地降低了施工成本。
(3)刚度明显增强：通过横桥向布置加劲肋与底钢板相连，有效控制了悬臂段下挠变形，显著提高悬臂段的刚度，确保结构安全。大悬臂组合板悬臂跨径较长，施工及运营期间其变形较大，应采取相应措施提升其刚度。但底钢板的厚度往往受到施工成本的影响无法过多增加，且单一增加底钢板的厚度对组合截面惯性矩的增长幅度提升较小，结合提升组合板抗弯刚度和钢混界面连接性能的影响，采用加劲肋可以实现该目标。一方面加劲肋可显著提升组合板的截面惯性矩I，进而提升刚度EI(E-弹性模量)，针对不同跨径的组合结构，可根据实际需要选择不同尺寸的型钢提升组合板横向抗弯能力；另一方面，开孔型钢加劲肋相当于PBL剪力件。
(4)底钢板与混凝土界面之间的抗剪承载力明显提高：通过在加劲肋腹板进行开孔，待浇筑混凝土后，孔内形成混凝土榫结构，与钢板表面焊钉共同抵抗钢板与混凝土之间界面抗剪作用，改善了钢与混凝土界面的连接性能，同时开孔降低了混凝土浇筑不密实的可能性。
(5)适用性广：本发明适用于各种大悬臂组合板或梁的施工，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所示的大悬臂钢板-混凝土组合结构的正视图；
图2为实施例1所示的大悬臂钢板-混凝土组合结构的侧视图；
图3为实施例1所示的加劲肋的正视图。
图中标记说明：
1-底钢板，2-型钢加劲肋，3-通孔，4-焊钉，5-混凝土，6-钢筋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。
实施例1
一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，如图1和图2所示，用于控制桥梁的大悬臂下挠，该大悬臂钢板-混凝土组合结构包括钢板结构和所述钢板结构内部填充的混凝土结构；
本发明提供一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，用于控制桥梁的大悬臂下挠，该大悬臂钢板-混凝土组合结构包括钢板结构和填充的混凝土结构；
所述钢板结构包括：
与所述桥梁的主梁相连的底钢板1；
横向并排设置在所述底钢板1上的3个加劲肋2(如图3所示)，相邻两个加劲肋2之间形成混凝土5的浇筑空间；
设置在所述加劲肋2腹板的若干通孔3，浇筑混凝土5穿过所述通孔3形成混凝土榫结构。
在本实施例中，所述加劲肋2为T型型钢加劲肋。型钢的材料为Q355B，型号为HW350。所述加劲肋2与所述底钢板1焊接。所述通孔3沿横向设置，且位于同一水平线上。所述通孔3为等间距分布，所述通孔3的间距为300mm。
在本实施例中，所述加劲肋2之间横向设置2排焊钉4，分别靠近所述加劲肋2，所述焊钉4垂直于所述底钢板1。所述焊钉4的高度与所述加劲肋2的高度分别为180mm和150mm。所述焊钉4位于所述通孔3之间，所述焊钉4与所述通孔3的距离为150mm。
在本实施例中，所述混凝土结构包括混凝土5和设置在所述混凝土5内部的钢筋6。所述钢筋6位于所述加劲肋2的上方，所述混凝土5采用C50混凝土。
该大悬臂钢板-混凝土组合结构的施工方法，包括以下步骤：
A1、根据桥梁设计图纸，应用Ansys有限元软件建模计算施工期间在所述混凝土5的自重作用下的所述底钢板1的应力及变形，结合《钢-混凝土组合桥面板技术规程》(DB51/T 1991-2015)规定，确定施工期间所述大悬臂的变形允许值为20mm；
A2、确定所述加劲肋2材料的类型和型号分别为Q355B和HW350，应用有限元法确定所述加劲肋2的尺寸为HW175*175*7*11mm、布置间距为600mm，所述通孔3的直径大小为60mm、布置间距为300mm；
A3、对所述加劲肋2进行开孔得到通孔3、焊接、切割得到T型型钢加劲肋，将加劲肋、焊钉焊接在底钢板上，其中焊钉的间距为300mm，加工完成后按节段运输到桥梁施工现场进行拼装，现场把若干钢结构阶段拼接成整体，对边界位置进行焊接。安装完成后顶板布置钢筋，随后浇筑混凝土。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，用于控制桥梁的大悬臂下挠，该大悬臂钢板-混凝土组合结构包括钢板结构和填充的混凝土结构；
所述钢板结构包括：
与所述桥梁的主梁相连的底钢板(1)；
横向并排设置在所述底钢板(1)上的若干加劲肋(2)，相邻两个加劲肋(2)之间形成混凝土(5)的浇筑空间；
设置在所述加劲肋(2)腹板的若干通孔(3)，浇筑混凝土(5)穿过所述通孔(3)形成混凝土榫结构。
2.根据权利要求1所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，所述加劲肋(2)包括T型型钢加劲肋、I型型钢加劲肋、槽型型钢加劲肋。
3.根据权利要求1所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，所述加劲肋(2)与所述底钢板(1)焊接。
4.根据权利要求1所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，所述通孔(3)沿横向设置，且位于同一水平线上。
5.根据权利要求1所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，所述通孔(3)为等间距分布，所述通孔(3)的间距为200～400mm。
6.根据权利要求1所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，所述加劲肋(2)之间横向设置若干排焊钉(4)，所述焊钉(4)垂直于所述底钢板(1)。
7.根据权利要求6所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，所述焊钉(4)的高度与所述加劲肋(2)的高度分别为150～200mm和120～170mm。
8.根据权利要求6所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，所述焊钉(4)位于所述通孔(3)之间，所述焊钉(4)与所述通孔(3)的距离为100～200mm。
9.根据权利要求1所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构，其特征在于，所述混凝土结构包括混凝土(5)和设置在所述混凝土(5)内部的钢筋(6)。
10.如权利要求1～9任一所述的一种大悬臂钢板-混凝土组合结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、根据桥梁设计图纸，计算施工期间在所述混凝土(5)的自重作用下的所述底钢板(1)的应力及变形，结合国内规范规定，确定施工期间所述大悬臂的变形允许值；
A2、确定所述加劲肋(2)材料的类型和型号，确定所述加劲肋(2)的位置、间距、尺寸及所述通孔(3)的大小、位置；
A3、对所述加劲肋(2)进行开孔、焊接、切割工作，加工完成后运输至桥梁现场进行拼装、焊接和浇筑。
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