CN205188793U - 预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，采用预制鱼腹工字型梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁在负弯矩区下翼缘采用钢箱-混凝土组合结构，在正弯矩区下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘的钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。采用该结构大幅提高了梁体的刚度与抗弯能力，并避免了预应力钢筋的空气暴露，负弯矩区域设置的下翼缘钢管混凝土与负弯矩区域的上翼缘体内预应力筋以及负弯矩区桥面板连接剪力钉合理的布置，大幅提高了梁体的耐久性与可靠性。据此，发明人还建立了相应的施工方法，采用该法施工安全、优质、方便、快捷。本实用新型适用于交通拥堵的大跨径市政桥梁、大跨径高速公路跨线桥与跨海大桥的工程实践。
Description
技术领域
本实用新型属于交通运输桥涵工程领域，尤其涉及一种预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥。
背景技术
随着立体交通基础设施的发展，在密集人口区域城市桥梁施工、高速公路跨线或跨海大桥施工时，面临着桥梁的快速施工问题，对施工安全性要求高、施工周期要求短，并需要改善钢混组合梁连续梁桥负弯矩区处于混凝土桥面板受拉、钢梁受压的不利状态，以大幅提升连续梁桥混凝土桥面板及钢主梁的耐久性。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提出一种跨越能力大、可快速预制拼装、避免负弯矩区桥面板开裂、避免钢混组合梁体外预应力索应用的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，采用预制鱼腹工字型梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁在负弯矩区下翼缘采用钢箱-混凝土组合结构，在正弯矩区下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘的钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。
该钢混组合连续梁桥的跨中最大梁高与跨径之比控制在1/15-1/20之间，下翼缘鱼腹线型为悬链线或抛物线；该钢混组合连续梁桥的边支座截面高度与跨中最大高度之比控制在1/2-2/3之间，中支座截面高度与跨中截面最大高度之比控制在1.0-1.2之间。
下翼缘钢包混凝土构件与腹板焊接在一起，在腹板的各横向加劲肋位置下部的下翼缘钢包混凝土构件内焊接开洞横隔板，在下翼缘钢包混凝土构件的腹板、底板和包板上布置剪力钉，下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土在整个预制单元拼接完成后再进行现浇；下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土采用细粒连续级配抗裂混凝土；跨中下翼缘钢包混凝土构件内的预应力筋部分锚固在桥面板锚固区处，部分锚固在跨中下翼缘钢包混凝土构件靠近支座的下表面锚固区处。
负弯矩区支座部位的钢板箱体由下翼缘钢箱外侧板、隔板、支座下翼缘板及腹板构成无顶板的开放式箱体，箱体内表面均匀布置剪力钉；在钢梁吊装、相邻梁段焊接后，在开放箱体内浇筑混凝土；靠近支座部位的倾斜钢板箱体由外侧板、顶板、靠近支座下翼缘板、腹板构成封闭箱体，箱体的上部预留浇筑孔，封闭箱体内均匀布置剪力钉；在钢梁吊装、相邻梁段焊接后，在封闭箱体内灌注混凝土。
负弯矩上翼缘钢包混凝土构件由负弯矩区上翼缘钢包板、负弯矩区上翼缘钢包板内混凝土组成，内预留波纹管。
上翼缘上表面采用长、短两种剪力钉布置方式，短剪力钉为均布式，短剪力钉的长度为5-10cm；长剪力钉为集束式，长度为20-25cm；负弯矩区域上翼缘表面沿纵向每单位长度剪力钉布置剪切刚度为跨中的1/2-1/4，负弯矩区域范围取为中支点向左右各1/8的跨径长度。
空腹式横隔板由横向上弦杆、横隔下弦杆、横隔斜杆组成，各杆件之间采用节点板连接。
边支座、中支座横隔板采用空腹式横隔板，其杆件截面面积为跨中空腹式横隔板相应杆件面积的5倍以上；相邻两片工字边跨梁的边支座构件下翼缘之间布置交叉斜撑；中支座竖向加劲肋与支座部位的钢板箱体隔板对焊连接。
为满足城市立体交通、高速公路跨线施工与跨海大桥施工的严格要求，发明人设计了一种预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，采用预制鱼腹工字型梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁在负弯矩区下翼缘采用钢箱-混凝土组合结构，在正弯矩区下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘的钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。采用该结构大幅提高了梁体的刚度与抗弯能力，并避免了预应力钢筋的空气暴露，负弯矩区域设置的下翼缘钢管混凝土与负弯矩区域的上翼缘体内预应力筋以及负弯矩区桥面板连接剪力钉合理的布置，大幅提高了梁体的耐久性与可靠性。据此，发明人还建立了相应的施工方法，采用该法施工安全、优质、方便、快捷。
附图说明
图1是应用本实用新型的8跨连续钢混组合梁桥立面布置图。
图2是本实用新型一个边跨与半个中跨的立面布置详图
图3是本实用新型预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥中预制混凝土桥面板的平面布置图。
图4是图2预制桥面板中单块预制桥面板示意图。
图5是本实用新型上翼缘承托混凝土横截面示意图。
图6是本实用新型一个边(中)跨预制单元横截面图
图7是本实用新型中支座立面布置详图。
图8是图2及图6中主梁各横截面布置详图，图中：A-A图、B-B图、C-C图、D-D图、E-E图分别是主梁A-A、B-B、C-C、D-D、E-E横截面布置详图。
图9是本实用新型边支座立面布置与边支座下翼缘斜撑布置详图，图中：图9-1为支座立面布置详图，图9-2为边支座下翼缘斜撑布置详图。
图10是图1中8跨连续钢混组合梁桥的下翼缘钢包混凝土构件立体图。
图11是图1中8跨连续钢混组合梁桥的主跨预制钢梁节段立体图。
图12是图1中8跨连续钢混组合梁桥的边跨单片预制板梁立体图。
图13是图1中8跨连续钢混组合梁桥的中跨单片预制板梁立体图。
图14是图1中8跨连续钢混组合梁桥的吊装及相邻跨焊接后中支座局部立体图。
图中：1预制混凝土桥面板，1a预制桥面板预留现浇孔，1b预制桥面板预留孔内钢筋，1c预制桥面板湿接缝钢筋，2下翼缘钢包混凝土构件，2a下翼缘钢包混凝土构件开洞横隔板，2b下翼缘钢包混凝土构件包板，2c下翼缘钢包混凝土构件内混凝土，2d下翼缘钢包混凝土构件内腹板，2e下翼缘钢包混凝土构件底板，2f下翼缘钢包混凝土构件内表面剪力钉，2g下翼缘钢包混凝土构件顶板，3边跨梁预制单元，4钢梁腹板，5钢梁上翼缘板，6横向加劲肋，6a纵向加劲肋，7中支座竖向加劲肋，8中支座下翼缘钢箱，8a下翼缘钢箱外侧板，8b下翼缘钢箱隔板，8c支座下翼缘板，8d钢箱内均布剪力钉，9中支座上翼缘钢包混凝土箱体，9a中支座上翼缘钢包混凝土箱体钢包板，10边支座构件，10a边支座纵向加劲肋，10b边支座的支座加劲肋，10c边支座竖向加劲肋，10d边支座构件下翼缘板，10e边支座构件端斜板，10f边支座构件腹板，11单片工字边跨钢梁，12跨中空腹式横隔板，12a跨中横向上弦杆，12b跨中横向斜杆，12c跨中横向下弦杆，12d跨中空腹式横隔板节点板，13中跨梁预制单元，14单片工字中跨钢梁，15下翼缘钢包混凝土构件内的通长波纹管，16桥面板锚固区，17下翼缘钢包混凝土构件靠近支座的下表面锚固区，18中支座上翼缘钢包混凝土箱体内设置的波纹管，19负弯矩预应力筋，20上、下翼缘十字交叉斜撑，21相邻跨支座焊缝，22负弯矩区下翼缘钢管、钢箱内混凝土，22a钢管内混凝土，22b钢箱内混凝土，23支座预应力锚固区混凝土，24中支点上翼缘钢包板内的混凝土，25桥面板湿接缝，25a横向湿接缝，25b纵向湿接缝，26下翼缘钢包混凝土构件内预应力束，27负弯矩区桥面板，28上翼缘短剪力钉，29上翼缘预浇承托，30集束式长剪力钉，31靠近支座部位的下翼缘倾斜钢箱，31a靠近支座部位的下翼缘倾斜钢箱外侧板，31b靠近支座部位的下翼缘倾斜钢箱顶板，31c靠近支座部位的下翼缘板，32负弯矩预应力筋锚固区，33负弯矩预应力钢筋，34支座，35预制构件间的小纵梁，36支座空腹式横隔板，36a支座横向上弦杆，36b支座横向斜杆，36c支座横向下弦杆，36d支座空腹式横隔板节点板，37边支座下翼缘交叉支撑，38边支座锚固区混凝土，39边支座下翼缘横撑。
具体实施方式
一、预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥的基本结构
采用预制鱼腹工字型梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁在负弯矩区下翼缘采用钢箱-混凝土组合结构，在正弯矩区下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘的钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。其跨中最大梁高与跨径之比控制在1/15-1/20之间，下翼缘鱼腹线型为悬链线或抛物线；过小跨高比会导致梁的不经济，本发明提供的结构受力方案是梁与预应力束、下翼缘钢板共同承受恒载；其边支座截面高度与跨中最大高度之比控制在1/2-2/3之间，靠近边支座区域腹板沿主梁的长度控制根据主梁的设计剪力确定，中支座截面高度与跨中截面最大高度之比控制在1.0-1.2之间。支座附近的剪力应满足：
V≤tfhffv+0.75Agfgtanθ+Asfstanθ
式中，V为设计剪力，tf为腹板厚度，hf_为腹板高度，fv为腹板抗剪强度设计值，Ag为钢绞线总面积，fg为钢绞线抗拉强度设计值，θ为钢绞线或钢包混凝土翼缘与水平方向夹角，As为钢包翼缘钢材面积，fs为钢包翼缘钢材抗拉强度设计值。
二、预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥的施工方法
<1>提前预制混凝土桥面板和预制鱼腹工字型板梁
预制混凝土桥面板1的吊装龄期在180天以上，混凝土桥面板1采用预留现浇孔1a并在现浇孔内预留钢筋1b，吊装时通过现浇连接上翼缘集束式剪力钉30与孔内预留钢筋1b连接；桥面板的横向湿接缝25a采用速凝微膨胀混凝土以防止湿接缝开裂，纵向湿接缝25b采用速凝混凝土。
焊接加工预制单元的跨中下翼缘钢包混凝土构件2的外包钢管板件，采用钢梁制梁台架预制边跨梁预制单元3，将跨中下翼缘钢包混凝土构件2、腹板4、上翼缘板5、横向加劲肋6、纵向加劲肋6a、中支座竖向加劲肋7、中支座下翼缘钢箱8、靠近中支座下翼缘钢管31、中支座上翼缘钢包混凝土箱体9、边支座构件10焊接成单个边跨工字型预制单元3，每个预制单元3包含两片工字边跨钢梁11，工字梁之间采用空腹式横隔板12相互连接；
采用钢梁制梁台架预制中跨梁预制单元13，将跨中下翼缘钢包混凝土构件2、腹板4、上翼缘板5、横向加劲肋6、中支座竖向加劲肋7、中支座下翼缘钢管8、支座上翼缘预应力箱体9焊接成单个中跨工字型预制单元13，每个预制单元13包含两片工字中跨钢梁14，工字梁之间采用空腹式横隔板12相互连接；之后在下翼缘钢包混凝土构件2内绑扎钢筋笼，在跨中下翼缘钢包混凝土构件2内通长设置波纹管15，波纹管15穿过所有带孔横隔板2a，并分别固定于支座端的桥面板锚固区16和跨中下翼缘钢包混凝土构件2靠近支座的下表面锚固区17处；之后焊接包板2b，安装混凝土斜模板，浇筑下翼缘内混凝土2c；中支座附近的下翼缘设置中支座下翼缘钢管构件8，中支座靠近上翼缘设置钢包混凝土构件箱体9，钢包混凝土构件箱体的钢包板内设置波纹管18用以张拉负弯矩预应力筋19；
其中，下翼缘钢包混凝土构件2与腹板4焊接在一起，在腹板的各横向加劲肋6位置下部的下翼缘钢包混凝土构件内焊接开洞横隔板2a，在下翼缘钢包混凝土构件的腹板2d、底板2e和包板2b上布置剪力钉包板2b先不焊上，下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土2c在整个预制单元拼接完成后再进行现浇；下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土2c采用细粒连续级配抗裂混凝土，细粒连续级配抗裂混凝土可以很好的包裹波纹管，防止裂纹的出现，提高内部预应力钢筋的耐久性；跨中下翼缘钢包混凝土构件内的预应力筋26部分锚固在桥面板锚固区23处，部分锚固在跨中下翼缘钢包混凝土构件2靠近支座的下表面锚固区17处。将预应力钢筋分开锚固可以减小各锚固区的应力集中问题；部分可锚固在相邻梁段的负弯矩钢筋锚固32处，如此可以使跨中下翼缘钢包混凝土内预应力筋26同时可承受部分支座负弯矩作用。
负弯矩区支座部位的钢板箱体8由下翼缘钢箱外侧板8a、隔板8b、支座下翼缘板8c及腹板4构成无顶板的开放式箱体，箱体内表面均匀布置剪力钉8d；在钢梁吊装、相邻梁段焊接后，在开放箱体内浇筑混凝土22。由于支座部位为无顶板的开放式箱体，剪力钉可以起到连接混凝土与钢板、提高钢板稳定性及将部分内力传播到混凝土体22中的作用。靠近支座部位的倾斜钢板箱体31由外侧板31a、顶板31b、靠近支座下翼缘板31c、腹板4构成封闭箱体，箱体的上部预留浇筑孔31d，主要根据浇筑的密实性所需的浇筑孔空间考虑确定，封闭箱体内均匀布置剪力钉31e，以防止箱体板件的受压屈曲；在钢梁吊装、相邻梁段焊接后，在封闭箱体内灌注混凝土22。
负弯矩上翼缘钢包混凝土构件9由负弯矩区上翼缘钢包板9a、负弯矩区上翼缘钢包板内混凝土24组成，内预留波纹管9b，用以张拉负弯矩区预应力筋33。
上翼缘上表面采用长、短两种剪力钉布置方式，短剪力钉28为均布式，短剪力钉的长度为5-10cm，用以现浇预制上翼缘板承托29；长剪力钉为集束式30，长度为20-25cm，根据预制桥面板预留现浇孔的位置分布，用以连接预制混凝土桥面板1。在上翼缘先预制钢-混组合翼缘可以防止吊装与施工过程中上翼缘可能发生的稳定性问题。负弯矩区域上翼缘表面沿纵向每单位长度剪力钉布置剪切刚度为跨中的1/2-1/4，负弯矩区域范围取为中支点向左右各1/8的跨径长度。负弯矩区剪力钉沿纵向的较低刚度布置可以减小负弯矩区混凝土桥面板参与主梁受力，有效减小负弯矩区混凝土的开裂。
边支座、中支座横隔板采用空腹式横隔板36，其杆件截面面积为跨中空腹式横隔板相应杆件面积的5倍以上；支座部位的空腹式横隔板需选用大刚度截面，以保证支座横向的扭转变形在规范容许范围内。相邻两片工字边跨梁11的边支座构件10下翼缘之间布置交叉斜撑37，以增大边支座各钢梁之间的整体性；中支座竖向加劲肋7与支座部位的钢板箱体隔板8b对焊连接。
<2>现场吊装
在混凝土养护28天后，将鱼腹工字型梁预制单元3、13运输到施工现场并定位吊装；两个边跨预制单元3之间，采用空腹式横隔板12横向连接，单片工字中跨钢梁14之间的上、下翼缘设置十字交叉斜撑20；相邻跨吊装完成后，焊接相邻跨支座焊缝21，再灌注负弯矩区下翼缘钢管、钢箱内混凝土22，形成支座钢管混凝土、钢箱混凝土组合构件，浇筑支座区预应力锚固混凝土23与负弯矩区上翼缘钢包板内混凝土24，混凝土养护完成后，吊装跨中预制混凝土桥面板1，浇筑桥面板湿接缝混凝土25；
空腹式横隔板12由横向上弦杆12a、横隔下弦杆12b、横隔斜杆12c组成，各杆件之间采用节点板12d连接。
<3>张拉预应力
混凝土养护后，张拉跨中下翼缘钢包混凝土构件内预应力束26，之后张拉负弯矩区上翼缘预应力束19，最后现浇负弯矩区混凝土桥面板27，形成预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥。
三、预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥的应用
某海湾大桥主桥设计主跨跨径120m，8跨连续，桥面宽度为28m，业主要求上部结构迅速施工安装，缩短施工时间，减小施工风险，不影响航道通行，且桥梁的耐久性、桥面铺装性能需非常出色。而普通的钢-混组合梁桥或钢结构桥无论在成桥或吊装阶段中的受力、耐久性等方面都难以满足要求。本发明的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥刚度巨大结构轻盈，易于预制吊装，桥面板采用预制混凝土桥面板，铺装性能优良，预应力全部设置在钢包混凝土杆件内，自重轻，耐久性高，故采用本发明提出的桥梁设计方案。
设计主跨为120m，采用8跨连续梁结构(图1、图2)。中跨跨中梁高6m，矢跨比设定为1/20，支座处梁高7.8m，预制桥面板选用30cm，承托高度为15cm，预制面板的平面尺寸为4m×15m(见图3和图4)。承托宽度与上翼缘宽度相同(图5)，负弯矩区下翼缘混凝土钢箱最大高度为3.0m。负弯矩钢管与正弯矩区钢包混凝土下翼缘的交点距中支点距离为24m。采用4片钢主梁，分为2个预制单元(图6)，两个预制单元之间设置小纵梁。中支座立面见图7，桥梁中支座及附近重要横截面见图8，边支座立面见图9，下翼缘钢包混凝土预制构件立体图见图10，预制构件节段见图11，预制单片边、中跨鱼腹梁的立体图见图12-13，中支点部位的立体图见图14。
工程安排
(1)在钢结构加工厂制作预制单元，加工厂应该靠近码头，便于梁段的船运；
(2)钢结构焊接完成后，现浇预制单元的钢包混凝土下弦、靠近支座部位、承托的混凝土构件，并在构件内预留足够的波纹管；
(3)将预制构件船运至施工现场，采用大型浮吊一次吊装；
(4)预制单元之间采用空腹式横隔板连接，工字钢梁之间还在上下翼缘处设置斜撑；
(5)吊装预制桥面板，浇筑负弯矩区钢箱、钢管内混凝土；
(6)混凝土养护完成后，张拉下翼缘钢包混凝土构件内的预应力筋，张拉负弯矩区上翼缘钢包混凝土构件内的预应力筋；
(7)浇筑负弯矩区桥面板；
采用本发明可在钢梁预制完成后在5-7天内将一跨主跨钢梁运输吊装完成，现场湿作业量小，运输吊装快速、安全，大幅降低了海上桥梁施工长时间、高风险作业量。
Claims (8)
1.一种预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，其特征在于：采用预制鱼腹工字型梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁在负弯矩区下翼缘采用钢箱-混凝土组合结构，在正弯矩区下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘的钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。
2.根据权利要求1所述的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，其特征在于：该钢混组合连续梁桥的跨中最大梁高与跨径之比控制在1/15-1/20之间，下翼缘鱼腹线型为悬链线或抛物线；该钢混组合连续梁桥的边支座截面高度与跨中最大高度之比控制在1/2-2/3之间，中支座截面高度与跨中截面最大高度之比控制在1.0-1.2之间。
3.根据权利要求2所述的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，其特征在于：所述下翼缘钢包混凝土构件与腹板焊接在一起，在腹板的各横向加劲肋位置下部的下翼缘钢包混凝土构件内焊接开洞横隔板，在下翼缘钢包混凝土构件的腹板、底板和包板上布置剪力钉，下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土在整个预制单元拼接完成后再进行现浇；所述下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土采用细粒连续级配抗裂混凝土；所述跨中下翼缘钢包混凝土构件内的预应力筋部分锚固在桥面板锚固区处，部分锚固在跨中下翼缘钢包混凝土构件靠近支座的下表面锚固区处。
4.根据权利要求3所述的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，其特征在于：所述负弯矩区支座部位的钢板箱体由下翼缘钢箱外侧板、隔板、支座下翼缘板及腹板构成无顶板的开放式箱体，箱体内表面均匀布置剪力钉；在钢梁吊装、相邻梁段焊接后，在开放箱体内浇筑混凝土；靠近支座部位的倾斜钢板箱体由外侧板、顶板、靠近支座下翼缘板、腹板构成封闭箱体，箱体的上部预留浇筑孔，封闭箱体内均匀布置剪力钉；在钢梁吊装、相邻梁段焊接后，在封闭箱体内灌注混凝土。
5.根据权利要求4所述的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，其特征在于：所述负弯矩上翼缘钢包混凝土构件由负弯矩区上翼缘钢包板、负弯矩区上翼缘钢包板内混凝土组成，内预留波纹管。
6.根据权利要求5所述的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，其特征在于：所述上翼缘上表面采用长、短两种剪力钉布置方式，短剪力钉为均布式，短剪力钉的长度为5-10cm；长剪力钉为集束式，长度为20-25cm；所述负弯矩区域上翼缘表面沿纵向每单位长度剪力钉布置剪切刚度为跨中的1/2-1/4，负弯矩区域范围取为中支点向左右各1/8的跨径长度。
7.根据权利要求6所述的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，其特征在于：所述边支座、中支座横隔板采用空腹式横隔板，其杆件截面面积为跨中空腹式横隔板相应杆件面积的5倍以上；相邻两片工字边跨梁的边支座构件下翼缘之间布置交叉斜撑；所述中支座竖向加劲肋与支座部位的钢板箱体隔板对焊连接。
8.根据权利要求7所述的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合连续梁桥，其特征在于：所述空腹式横隔板由横向上弦杆、横隔下弦杆、横隔斜杆组成，各杆件之间采用节点板连接。
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