CN211947879U - 一种装配式波形腹板钢箱-uhpc组合梁桥 - Google Patents

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李熙同
王志贤
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景燕
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Abstract

本实用新型涉及一种装配式波形腹板钢箱‑UHPC组合梁桥,由波形腹板钢箱及UHPC桥面板组成,波形腹板钢箱是由平钢底板、波形钢腹板以及平钢顶板组成的开口箱形结构,相邻波形腹板钢箱通过箱间横梁连接;所述UHPC桥面板包括箱内预制UHPC桥面板、箱间预制UHPC桥面板以及悬臂现浇UHPC桥面板,相邻预制UHPC桥面板通过现浇湿接缝UHPC桥面板连接;若干UHPC桥面板对应安装于若干波形腹板钢箱上形成装配式波形腹板钢箱‑UHPC组合梁桥。装配式波形腹板钢箱‑混凝土组合梁桥优化了用钢量配置,使结构自重进一步降低,采用预制混凝土桥面板,使装配化程度进一步提高,施工周期短,标准化程度高,具有显著的经济社会效益,对推动钢结构桥梁大量应用有重要意义。

Description

一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥
技术领域
本实用新型属于桥梁工程技术领域,具体涉及到一种装配式波形腹板钢箱 -UHPC组合梁桥。
背景技术
波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥是近年来应用较多的组合结构形式,尤其在大跨、超宽和复杂线性桥梁中,波形腹板钢箱混凝土组合梁桥优势明显,其结构受力更为合理,材料性能得到充分发挥,并且采用工厂化制造、装配化施工,可实现精细化管理、批量化应用,具有良好的社会经济效益,在公路、市政桥梁中具有广阔的应用前景。
传统钢-混凝土组合结构桥梁,虽然解决了混凝土桥梁易开裂、耐久性差、施工周期长和使用寿命短的问题,但其用钢量较大且应力储备小,受混凝土强度较低的影响,当跨径较大时,混凝土桥面板将会是组合梁的薄弱环节,尤其在连续梁体系的中支点处容易开裂,桥面板可靠性受到影响。
传统钢-混凝土组合结构桥梁,当桥面宽度较大时,通常采用单箱多室钢箱组合梁,其需要布设大量的加筋肋保证钢板件的稳定性及连接强度,因此焊接工作量巨大,质量控制成本和难度增大,疲劳强度不易控制,且多室结构受力不明确,存在边腹板受力过大,中腹板受力相对小的情况,造成同一箱室内不能按需供材,难以实现优化设计。
传统钢-混凝土组合结构桥梁,腹板形式多为直腹板,直腹板形式虽然制造简单,但当梁高较大时,腹板的稳定性和剪切屈曲性能难以保证,需要大量的加筋肋和支撑措施,且传统直腹板式组合箱梁轴向刚度使箱梁预应力损失较大,预应力效率不高,难以充分发挥各自材料优势。
针对传统钢-混凝土组合梁的缺点和不足,为适应精细化设计和装配化施工的工程建设理念,有必要研发一种结构受力明确、各种材料优势可以充分发挥、便于运输安装的装配式波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥及施工方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是在于提供一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,该装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥便于设计和施工,结构受力更加合理,且用钢量少,钢箱梁节段运输,桥面板预制拼装,装配化程度高,施工方便快捷,综合性能得到有效提升。
本实用新型采用的技术方案如下所述:
一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,由波形腹板钢箱及UHPC桥面板组成,所述波形腹板钢箱是由平钢底板1、波形钢腹板2以及平钢顶板3组成的开口箱形结构,相邻波形腹板钢箱通过箱间横梁12连接;所述UHPC桥面板包括箱内预制UHPC桥面板6、箱间预制UHPC桥面板7以及悬臂现浇UHPC桥面板 8,相邻预制UHPC桥面板通过现浇湿接缝UHPC桥面板9连接;若干UHPC桥面板对应安装于若干波形腹板钢箱上形成装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥。
所述波形钢腹板2垂直焊接在平钢底板1两侧,波形钢腹板2顶端水平布置并焊接有平钢顶板3。
所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥的梁端设置有端横梁14,端横梁 14内灌注有细石子微膨胀混凝土15,波形腹板钢箱内等间距布置有横隔梁5。
所述预制箱内桥面板6搭设在平钢顶板3上;预制箱间桥面板7搭设在相邻两片波形腹板钢箱平钢顶板3之间。
所述悬臂现浇UHPC桥面板8浇筑于UHPC桥面板外侧。
所述悬臂现浇UHPC桥面板8外侧设置有悬臂堵头板10。
所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥上设置有底板加劲肋4和悬臂加劲板11,平钢底板1上对称布置两块底板加劲肋4,所述悬臂加劲板11设置于横隔梁5和端横梁14处的悬臂部分。
所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥为连续梁体系时,在中支点处相邻两侧横隔梁5之间灌注中支点箱梁混凝土18;在中支点两侧负弯矩区段范围内的平钢底板1上灌注中支点梁底混凝土17;在中支点两侧波形钢腹板2上灌注中支点腹板混凝土19,形成内衬混凝土结构。
本实用新型的有益效果为:1)本实用新型适用于不同跨径的等宽及变宽桥梁,可根据不同的钢箱片数和不同的箱间宽度,满足不同的设计需求。
2)本实用新型采用多箱单室结构,钢箱之间通过箱间横梁、端横梁连接,边箱梁和中箱梁可分别设计,受力明确,工厂外焊接工作量少,焊接质量容易保证,并且节段运输方便,架设吊装容易。
3)本实用新型钢箱梁采用波形钢腹板,与直腹板相比,波形钢腹板在结构受力上存在着明显的优势,桥面板收缩徐变影响小,抗剪切屈曲能力强,施工工艺成熟,且预应力效率高,可减少用钢量,在公路市政桥梁中外形美观,适用性强。
4)本实用新型通过设置体外预应力钢束,利用箱梁横隔板设置锚固块和转向块,可有效调节连续梁的内力和刚度,减少钢梁的内力,降低主梁的挠度,后期根据桥梁使用状况,方便增加、更换体外预应力,以最小的成本换来最优的效果。
5)本实用新型采用UHPC桥面板,其中箱内UHPC桥面板及箱间UHPC 桥面板均为工厂预制,大大节省了施工工期,提高了装配化施工效率,并且利用UHPC材料的优良性能,结合体外预应力束及体内预应力束的布置,使组合梁桥面板不再是其薄弱环节。
6)本实用新型所述波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥施工方法,通过合理的UHPC桥面板吊装方案,减少组合梁的用钢量,有效降低了施工阶段桥面板的拉应力;节段钢梁在工厂拼装,钢梁初始阶段受力变形小;计算时考虑了桥面板分次形成初应力的不同,并考虑了徐变引起的桥面板应力、内力重分配。应力重分配效果明显,徐变可降低“箱内”桥面板混凝土压应力和增加“箱间”混凝土压应力,有效解决了“箱内”混凝土压应力大不易控制和“箱间”压应力不足的防裂问题,波形钢腹板褶皱效应使得徐变不再是不利因素。
附图说明
图1为本实用新型实施例1所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥的横断面示意图一;
图2为本实用新型实施例1所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥的横断面示意图二;
图3为本实用新型实施例1所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥的立面示意图;
图4为本实用新型实施例1所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥的平面示意图;
图5为本实用新型实施例1所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥的三维剖视示意图;
图6为本实用新型实施例1所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥的体外预应力束立面示意图;
图7为本实用新型实施例2所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥在中支点处的立面示意图;
图8为本实用新型实施例2所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥在中支点处的平面示意图;
图9为本实用新型实施例2所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥在中支点处的三维剖视示意图;
图中所示:1.平钢底板、2.波形钢腹板、3.平钢顶板、4.底板加劲肋、5.横隔梁、6.箱内预制UHPC桥面板、7.箱间预制UHPC桥面板、8.悬臂现浇UHPC 桥面板、9.湿接缝现浇UHPC桥面板、10.悬臂端堵头板、11.悬臂加劲板、12. 箱间横梁、13.剪力钉、14.端横梁、15.端横梁内灌注的细石子微膨胀混凝土、16. 体外预应力束、17.中支点梁底混凝土、18.中支点箱梁混凝土、19.中支点腹板混凝土、20.体内预应力束。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本实用新型的技术方案:
实施例1
本实用新型提供了一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁及施工方法,本实施例为其中一40m跨16.5m宽的简支梁体系及施工方法,所述简支梁梁高为 2000mm,由两片所述波形腹板钢箱组成,箱间距为7500mm,其中波形腹板钢箱高1750mm,桥面板厚200mm,如图1~6所示。
本实施例中所述波形腹板钢箱由平钢底板1、垂直焊接在钢底板两侧的两片波形钢腹板2、在波形钢腹板顶端水平布置并焊接在其上的平钢顶板3组成,所述平钢底板1、波形钢腹板2、平钢顶板3形成开口箱形结构,其中,平钢底板宽3000mm,为适应简支梁跨中弯矩大,梁端弯矩变小的受力特征,采用变厚度底板,即梁端两侧10m范围内底板厚为22mm,跨中20m范围内底板厚度厚为28mm,另外,在平钢底板1上按对称中心布置两块底板加劲肋4,其是两块垂直焊接在底板上的宽200mm,厚度为20mm的钢板;波形钢腹板采用BCSW1200型,为适应结构受力,腹板厚度同样采用可变厚度,即跨中21.6m范围内采用腹板厚度为 16mm,其余梁端腹板厚度为18mm;平钢顶板采用两侧对称布置,宽度为700mm,厚度为20mm。
其中,波形腹板钢箱内等间距布置箱内横隔梁5,其在桥跨中心按3600mm 或4800mm间距对称布设。
本实施例所述UHPC包括箱内预制桥面板6、箱间预制桥面板7、悬臂现浇桥面板8以及湿接缝现浇桥面板9。基于UHPC良好的力学性能及耐久性并且适合装配化施工,本实施例桥面板预制部分与现浇部分均采用UHPC材料。
其中,箱内预制桥面板6搭设在波形腹板钢箱平钢顶板3上,其宽度为 2250mm,箱间预制桥面板7搭设在相邻两片波形腹板钢箱平钢顶板3之间,其宽度为7250mm,悬臂现浇桥面板8为边梁外侧现浇部分,其宽度为1375mm,湿接缝现浇桥面板9浇筑在相邻两块预制桥面板之间,用于连接所有桥面板使之成为受力整体。
其中,悬臂现浇桥面板8外侧设置有悬臂堵头板10,在横隔梁5和端横梁 14处悬臂部分还设置有悬臂加劲板11。
本实施例所述端横梁14设置在简支梁梁端,包括箱内部分和箱间部分,箱间部分与主梁腹板焊接,端横梁内灌注有细石子微膨胀混凝土15,端横梁14的宽度为800mm,端横梁顶板上等间距密集布设剪力钉13与现浇桥面板9连接。
本实施例所述箱间横梁12为连接相邻两片波形腹板钢箱的横梁结构,其设置在与横隔梁5对应的钢箱之间,沿纵桥向布置间距为3600mm或4800mm,箱间横梁12与主梁的连接方式可为焊接或采用高强螺栓连接。
其中,所述箱间横梁12的梁高为1200mm,横梁腹板采用与主梁相同的 BCSW1200型波形钢腹板,横梁顶部与主梁顶板3对齐,其作用除了连接相邻两侧主梁,提供横向联系外,还用于搭设预制箱间桥面板7,并在箱间横梁顶部浇筑现浇桥面板湿接缝9,使桥面板连接成为整体。
所述剪力钉13是按一定间距对称、均布在平钢顶板、横隔梁顶板、箱间横梁顶板、端横梁顶板上的栓钉连接件,用于连接桥面板和波形腹板钢箱,剪力钉13材料采用ML15AL,剪力钉的材料、机械性能以及焊接要求需满足《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》(GB10433)的要求。
另外,所述剪力钉13还设置在端横梁14内,与其内灌注的细石子微膨胀混凝土15连接成为受力整体。
本实施例所述波形腹板钢箱内还设置有体外预应力束16,其利用波形腹板钢箱内横隔板5设置锚固块和转向块,得益于波形腹板钢箱使用预应力的高效率,可以有效调节简支梁的内力和刚度,减小主梁内力,降低主梁的挠度,后期根据桥梁使用状况,方便增加、更换体外预应力,以最小的成本换来最优的效果。
本实施例为一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁的简支梁体系,其施工方法为:
1工厂加工钢梁、预制UHPC桥面板,架设整孔钢梁,连接端横梁、箱间横梁
工厂预制箱内UHPC桥面板、箱间UHPC桥面板;施工基础、桥墩、盖梁;设置临时支座并安装永久支座;临时支座未拆除前,永久支座处于未受力状态;钢梁在工厂制造,预拼检验合格后,运抵桥位或工地钢梁存放场;浇筑端横梁支承处混凝土(厚25cm);架设整孔单箱钢箱,置于临时支座上形成简支状态;架设前端横梁支承处混凝土强度和弹模需达到相应值的90%以上;在钢箱之间吊装并连接端横梁、箱间横梁。
2吊装搭设箱内预制UHPC桥面板,张拉体外预应力钢束
灌注剩余端横梁细石子微膨胀混凝土;吊装搭设箱内预制UHPC桥面板,预制UHPC桥面板必须存放6个月以后才可吊装到桥面;张拉体外预应力钢束;
3吊装搭设箱间预制UHPC桥面板,浇筑悬臂UHPC桥面板及湿接缝
吊装搭设箱间预制UHPC桥面板,吊装前预制混凝土桥面板必须存放6个月以上;浇筑悬臂现浇UHPC桥面板部分和全部湿接缝混凝土;一联内的简支梁跨与相邻跨采用桥面连续的,槽口内浇筑超高强混凝土。
4安装附属工程
待现浇混凝土强度和弹模达到28d相应值的70%以上时,拆除临时支座;安装防撞护栏;完成防水层、桥面铺装及其他附属工程。
实施例2
本实用新型提供了一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥及施工方法,本实施例为其中实施例1的连续梁体系及施工方法,所述连续梁为多孔40m跨,桥宽为16.5m宽,梁高为2000mm,端跨和中跨由两片所述波形腹板钢箱组成,箱间距为7500mm,其中波形腹板钢箱高1750mm,桥面板厚200mm,如图7~9所示。
本实施例所述的连续体系桥梁包括端跨、中跨波形腹板钢箱和UHPC桥面板,所述波形腹板钢箱由平钢底板1、垂直焊接在钢底板1两侧的两片波形钢腹板2、在波形钢腹板顶端水平布置并焊接在其上的平钢顶板3形成开口箱形结构,平钢底板宽3000mm,为适应连续梁受力特征,采用变厚度底板,即梁端两侧10m 范围内底板厚为22mm,跨中20m范围内底板厚度厚为25mm,另外,在平钢底板1上按对称中心布置两块底板加劲肋4,其是两块垂直焊接在底板上的宽200mm,厚度为20mm的钢板;波形钢腹板采用BCSW1200型,为适应结构受力,腹板厚度同样采用可变厚度,即跨中21.6m范围内采用腹板厚度为16mm,其余梁端腹板厚度为18mm;平钢顶板采用两侧对称布置,宽度为700mm,厚度为20mm。
其中,波形腹板钢箱内等间距布置箱内横隔梁5,其在桥跨中心按3600mm 或4800mm间距对称布设。
其中,UHPC包括箱内预制桥面板6、箱间预制桥面板7、悬臂现浇桥面板8 以及湿接缝现浇桥面板9。基于UHPC良好的力学性能及耐久性并且适合装配化施工,本实施例桥面板预制部分与现浇部分均采用UHPC材料。
其中,端横梁14设置在连续梁联端端部,包括箱内部分和箱间部分,箱间部分与主梁腹板焊接,端横梁内灌注有细石子微膨胀混凝土15,端横梁14的宽度为800mm,端横梁顶板上等间距密集布设剪力钉13与现浇UHPC湿接缝9连接。
其中,中支点处相邻两侧箱内横隔板之间灌注中支点箱梁混凝土18,桥墩中心线两侧各10m范围内平钢底板1上灌注中支点梁底混凝土17,其厚度为 180mm,另外在桥墩中心线两侧一个波长范围的波形钢腹板内侧填充中支点腹板混凝土19,形成内衬混凝土结构。
其中,所述箱间横梁12为连接相邻两片波形腹板钢箱的横梁结构,其设置在与横隔梁5对应的钢箱之间,沿纵桥向布置间距为3600mm或4800mm,箱间横梁12与主梁的连接方式可为焊接或采用高强螺栓连接。
其中,剪力钉13是按一定间距对称、均布在平钢顶板、横隔梁顶板、箱间横梁顶板、端横梁顶板上的栓钉连接件,用于连接桥面板和波形腹板钢箱,剪力钉13材料采用ML15AL,剪力钉的材料、机械性能以及焊接要求需满足《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》(GB10433)的要求。
其中,所述剪力钉13还设置在端横梁14、中支点梁底混凝土17、中支点箱梁混凝土18、中支点腹板混凝土19内,与其内灌注的混凝土连接成为受力整体。
其中,所述波形腹板钢箱内还设置有体外预应力束16,其利用波形腹板钢箱内横隔板5设置锚固块和转向块,得益于波形腹板钢箱使用预应力的高效率,可以有效调节连续梁的内力和刚度,减小主梁内力,降低主梁的挠度,后期根据桥梁使用状况,方便增加、更换体外预应力,以最小的成本换来最优的效果。
其中,所述体内预应力束20为负弯矩区预应力钢束,布置在中支点两侧桥面板范围,呈直线布置,其目的是解决连续梁中支点处负弯矩导致的桥面板开裂问题。
本实施例为一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁的连续梁体系,其施工方法为:
1工厂加工钢梁、预制UHPC桥面板,架设整孔钢梁,连接端横梁、箱间横梁
工厂预制箱内UHPC桥面板、箱间UHPC桥面板;施工基础、桥墩、盖梁;设置联端和中支点临时支座并安装永久支座;联端临时支座未拆除前,联端永久支座处于未受力状态;钢梁在工厂制造,预拼检验合格后,运抵桥位或工地钢梁存放场;浇筑端横梁支承处混凝土(厚25cm);架设整孔单箱钢箱,置于临时支座上形成简支状态;架设前端横梁支承处混凝土强度和弹模需达到相应值的90%以上;在钢箱之间吊装并连接端横梁、箱间横梁。
2吊装搭设箱内预制UHPC桥面板,张拉体外预应力钢束,现浇中支点混凝土
灌注剩余端横梁细石子微膨胀混凝土;吊装搭设箱内预制UHPC桥面板,预制UHPC桥面板必须存放6个月以后才可吊装到桥面;张拉体外预应力钢束,灌注中支点箱梁混凝土、中支点梁底混凝土和中支点腹板混凝土;
3张拉负弯矩预应力钢束,吊装搭设箱间预制UHPC桥面板,浇筑悬臂UHPC 桥面板及湿接缝;
张拉负弯矩区预应力钢束,吊装搭设箱间预制UHPC桥面板,吊装前预制混凝土桥面板必须存放6个月以上;浇筑悬臂现浇UHPC桥面板部分和全部湿接缝混凝土;
4安装附属工程
待现浇混凝土强度和弹模达到28d相应值的70%以上时,拆除一联内临时支座,完成体系转换;安装防撞护栏;完成防水层、桥面铺装及其他附属工程。
对于本领域技术人员而言,显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,由波形腹板钢箱及UHPC桥面板组成,所述波形腹板钢箱是由平钢底板、波形钢腹板以及平钢顶板组成的开口箱形结构,相邻波形腹板钢箱通过箱间横梁连接,其特征在于:所述UHPC桥面板包括箱内预制UHPC桥面板、箱间预制UHPC桥面板以及悬臂现浇UHPC桥面板,相邻预制UHPC桥面板通过现浇湿接缝UHPC桥面板连接;若干UHPC桥面板对应安装于若干波形腹板钢箱上形成装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥。
2.根据权利要求1所述的一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,其特征在于:所述波形钢腹板垂直焊接在平钢底板两侧,波形钢腹板顶端水平布置并焊接有平钢顶板。
3.根据权利要求1所述的一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,其特征在于:所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥的梁端设置有端横梁,端横梁内灌注有细石子微膨胀混凝土,波形腹板钢箱内等间距布置有横隔梁。
4.根据权利要求1所述的一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,其特征在于:所述平钢顶板上搭设有预制箱内桥面板;预制箱间桥面板搭设在相邻两片波形腹板钢箱平钢顶板之间。
5.根据权利要求1所述的一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,其特征在于:所述悬臂现浇UHPC桥面板现浇筑于UHPC桥面板外侧。
6.根据权利要求1所述的一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,其特征在于:所述悬臂现浇桥面板外侧设置有悬臂堵头板。
7.根据权利要求1所述的一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,其特征在于:所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥上设置有底板加劲肋和悬臂加劲板,平钢底板上对称布置两块底板加劲肋,所述悬臂加劲板设置于横隔梁和端横梁处的悬臂部分。
8.根据权利要求1所述的一种装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥,其特征在于:所述装配式波形腹板钢箱-UHPC组合梁桥为连续梁体系时,在中支点处相邻两侧横隔梁之间灌注中支点箱梁混凝土;在中支点两侧负弯矩区段范围内的平钢底板上灌注中支点梁底混凝土;在中支点两侧波形钢腹板上灌注中支点腹板混凝土,形成内衬混凝土结构。
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