CN212128812U - 一种斜拉桥刚构体系构造 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于斜拉桥技术领域，具体涉及一种斜拉桥刚构体系构造，包括塔梁结合构造和加劲构造，所述的塔梁结合构造包括穿过桥塔塔身的钢主梁，所述钢主梁的腹板上焊接有间隔布置的第一剪力钉；所述的加劲构造包括紧邻桥塔塔身外侧布置的竖向加劲钢板，所述竖向加劲钢板的内侧焊接有间隔布置的第二剪力钉；本实用新型提供的该斜拉桥刚构体系构造是对现有斜拉桥刚构体系构造的一种补充，结合计算分析，本实用新型提供的刚构体系构造能够充分利用钢材优异的受拉性能及混凝土优异的受压性能，改善钢主梁局部受力性能，且钢主梁与混凝土桥塔的结合能够得到保证，受力清晰，施工便捷。

Description

一种斜拉桥刚构体系构造

技术领域

本实用新型属于斜拉桥技术领域，具体涉及一种斜拉桥刚构体系构造。

背景技术

随着国家推行绿色公路，发展“四个交通”的政策要求，桥梁工业化，即结构标准化、工厂化预制和机械化施工等被提上了日程。由于山区桥梁所处地理位置及地形、地貌的影响，其工业化往往还要求结构的轻型化，以便于运输及安装作业。钢-混凝土组合梁+预制桥面板的结构因其受理合理、钢主梁自重较轻、工厂化程度高等特点，越来越多的被工程实际采用。对于桥梁跨径较大，或周围环境对结构本身景观性要求较高时，钢-混凝土组合梁斜拉桥桥型往往会被采用。

刚构体系因其刚度大，在日常荷载及风振、车振作用下结构稳定性好，承载力强等特点，成为山区桥梁，尤其是山谷地形中墩高较高的斜拉桥较为常见的约束体系。在刚构体系的斜拉桥设计中，墩塔梁固接区域是设计的关键部位之一，该位置的主塔需承受拉索传递的竖向力和不均衡水平力造成的弯矩，主梁需要承受巨大的轴向力和弯矩，同时承担由汽车偏载引起的扭矩作用。

现有的混凝土斜拉桥中，刚构体系构造通常为塔横梁与主梁0号块协同设计，塔横梁设置横桥向预应力，并锚固在混凝土桥塔上。钢-混凝土组合梁斜拉桥的刚构体系构造国内应用较少，钢主梁与混凝土桥塔的有效结合，对该范围内结构局部受力、力向下塔柱传递乃至全桥受力都有很大影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种斜拉桥刚构体系构造，其具有便于钢主梁与混凝土桥塔结合，改善主梁局部受力以及受力清晰的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种斜拉桥刚构体系构造，包括：

塔梁结合构造，其包括穿过桥塔塔身的钢主梁，所述钢主梁的腹板上焊接有间隔布置的第一剪力钉；

加劲构造，其包括紧邻桥塔塔身外侧布置的竖向加劲钢板，所述竖向加劲钢板的内侧焊接有间隔布置的第二剪力钉。

优选条件下，所述的第一剪力钉分别沿纵桥向和竖桥向间隔布置，且相邻的间距均为200mm。

优选条件下，所述的第二剪力钉分别沿横桥向和竖桥向间隔布置，且相邻的间距均为400mm。

优选条件下，所述的加劲构造还包括：

预应力高强精轧螺纹粗钢筋，其设置有多根，且沿横桥向和竖桥向间隔布置。

优选条件下，所述的预应力高强精轧螺纹粗钢筋沿横桥向的相邻间距为800mm，沿竖桥向的相邻间距为600mm。

优选条件下，所述的加劲构造还包括：

加劲肋板，其设置有多块，间隔设置在所述竖向加劲钢板的内侧，且沿所述竖向加劲钢板竖向通长布置。

优选条件下，所述的加劲肋板分为两组，均沿横桥向间隔布置，其中，临近钢主梁腹板的第一组加劲肋板的相邻间距为400mm，位于所述竖向加劲钢板跨中范围的第二组加劲肋板的相邻间距为2400mm。

优选条件下，所述的钢主梁仅腹板穿过所述桥塔塔身。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型提供的该斜拉桥刚构体系构造是对现有斜拉桥刚构体系构造的一种补充，结合计算分析，本实用新型提供的刚构体系构造能够充分利用钢材优异的受拉性能及混凝土优异的受压性能，改善钢主梁局部受力性能，且钢主梁与混凝土桥塔的结合能够得到保证，受力清晰，施工便捷。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。

附图说明

图1示出为根据本实用新型的实施方式提供的一种斜拉桥刚构体系构造的立面示意图；

图2示出为根据本实用新型的实施方式提供的一种斜拉桥刚构体系构造的平面示意图；

图3示出为根据本实用新型的实施方式提供的一种斜拉桥刚构体系构造的剖面示意图；

图4示出为本实用新型中具体计算实例的分析模型示意图；

图5示出为计算实例中模型边界示意图；

图6示出为计算实例中混凝土桥面板及桥塔上缘纵向应力示意图；

图7示出为计算实例中混凝土桥面板及桥塔下缘纵向应力示意图；

图8示出为计算实例中混凝土桥面板及桥塔上缘横向应力示意图；

图9示出为计算实例中混凝土桥面板及桥塔下缘横向应力示意图；

图10示出为计算实例中钢梁上缘等效应力示意图；

图11示出为计算实例中钢梁下缘等效应力示意图；

图中标号说明：10-桥塔塔身，20-钢主梁，21-第一剪力钉，30-竖向加劲钢板，31-第二剪力钉，32-预应力高强精轧螺纹粗钢筋，33-加劲肋板，331-第一组加劲肋板，332-第二组加劲肋板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

需要说明的是，在本实用新型中，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1、2、3所示，本实用新型提供了一种斜拉桥刚构体系构造，包括塔梁结合构造及其加劲构造，所述的塔梁结合构造包括穿过桥塔塔身10的钢主梁20，所述钢主梁20的腹板上焊接有间隔布置的第一剪力钉21，所述的第一剪力钉21分别沿纵桥向和竖桥向间隔布置，且相邻的间距均为200mm。

所述的加劲构造包括紧邻桥塔塔身10外侧布置的竖向加劲钢板30，所述竖向加劲钢板30的内侧焊接有间隔布置的第二剪力钉31。所述的第二剪力钉31分别沿横桥向和竖桥向间隔布置，且相邻的间距均为400mm。

本实用新型中，为了进一步改善墩塔梁固结处的受力情况，所述的加劲构造还包括预应力高强精轧螺纹粗钢筋32和加劲肋板33，所述的预应力高强精轧螺纹粗钢筋32设置有多根，且沿横桥向和竖桥向间隔布置，所述预应力高强精轧螺纹粗钢筋32沿横桥向的相邻间距为800mm，沿竖桥向的相邻间距为600mm。

所述的加劲肋板33设置有多块，间隔设置在所述竖向加劲钢板30的内侧，且沿所述竖向加劲钢板30竖向通长布置。

进一步的，根据本实用新型，所述的加劲肋板33分为两组，均沿横桥向间隔布置，其中，临近钢主梁20腹板的第一组加劲肋板331的相邻间距为400mm，位于所述竖向加劲钢板30跨中范围的第二组加劲肋板332的相邻间距为2400mm。

本实用新型中，所述的钢主梁20仅腹板穿过所述桥塔塔身10，也即，钢主梁20的翼板并不穿过所述桥塔塔身10。

本实用新型中，所述的第一剪力钉21和第二剪力钉31均为圆柱头焊钉，直径为22mm，所述圆柱头焊钉的材料为ML15或ML15AL。

以下通过具体的计算实例对本实用新型提供的斜拉桥刚构体系构造做出进一步的分析说明。

1、有限元分析模型

计算分析中选取主梁0#、1#、2#三个节段，总长度为39m，其中0#节段范围对应墩塔梁固结区域。

1.1有限元离散

有限元计算采用大型通用有限元计算软件Ansys R15.0；其中，混凝土桥面板及桥塔采用SOLID45单元，钢主梁及钢横梁采用SHELL63单元。钢主梁和混凝土桥面板之间采用共节点连接。塔柱上横梁中的预应力钢束采用实体力筋法模拟，预应力筋单元为LINK8单元，与混凝土单元之间通过约束方程法耦合，预应力荷载采用降温法施加。本次计算模型未建立拉索单元，通过在整体计算模型中提取相应荷载工况的拉索内力并施加到对应节点的方式，模拟该分析模型所受到的索力。局部分析模型如图4所示。

1.2边界条件

本次计算中，为模拟模型端部的边界条件，在桥塔塔柱顶部和底部、模型左端和右端分别建立了长度为10cm的虚梁单元。虚梁单元采用BEAM4单元建立，其弹性模量扩大10倍，以模拟刚臂作用。虚梁单元与塔柱顶、底部及模型端部结点通过建立约束方程生成刚性区相连。桥塔底部按固结处理，其余刚臂处(桥塔顶部、主梁左端和右端)按照从MidasCivil整体模型中提取的对应截面内力，施加对应工况的力边界。模型边界条件如图5所示。

1.3计算荷载

本次计算考虑结构自重、桥面铺装和汽车荷载的作用。

(1)结构自重按照惯性荷载的方式进行加载，加速度取为10m/s²。

(2)二期恒载主要考虑桥面铺装作用，按照3.5kN/m²考虑，以面荷载的形式施加在桥面板上。

(3)汽车荷载按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)的规定，采用公路-Ⅰ级车道荷载加载。为考虑对墩塔梁固接区域受力最不利的汽车荷载布载方式，在MidasCivil整体计算模型中，采用移动荷载追踪器功能，追踪桥塔根部钢主梁单元产生最大负弯矩时汽车荷载的布置方式，并据此在Ansys局部分析模型中进行加载。

1.4荷载组合

正常使用极限状态的抗裂验算，采用频遇组合：1.0恒载+0.7汽车荷载(不计汽车冲击力)。

承载能力极限状态的强度验算，采用基本组合：1.1×[1.2恒载+1.4汽车荷载(含汽车冲击力)]。

2、主要验算结果

2.1正常使用极限状态的抗裂验算

频遇组合下，混凝土桥面板及桥塔纵向应力如图6、图7所示。可以看出，除拉索作用点及边界处部分应力集中区域以外，纵向总体应力水平在-5.89MPa到3.0MPa之间。在桥面板与桥塔上横梁连接处，桥面板上缘出现了约3MPa的拉应力，下缘出现了约-5.89MPa的压应力，这是由于此处刚度突变导致的。

频遇组合下，混凝土桥面板及桥塔横向应力如图8、图9所示。可以看出，除塔柱与桥面板结合处的压应力超过-10MPa以外，横向总体应力水平在-7.33MPa到0.67MPa之间，除拉索作用点处之外基本未出现拉应力。

2.2承载能力极限状态下基本组合下钢主梁强度验算

基本组合下，钢主梁等效应力如图10、图11所示。可以看出，钢梁上翼缘由于与桥面板共节点连接，应力水平较小。钢主梁在与桥塔上横梁结合处出现了应力集中。除应力集中处以外，钢主梁应力水平基本在154MPa以下。竖向加劲板的应力较小，在31.5MPa到62.2MPa之间。

3、计算结论

(1)从频遇组合下混凝土桥面板及桥塔的拉应力水平判断，其抗裂性可满足要求。

(2)钢主梁应力未超过材料设计强度。

通过上述计算分析可以看出，本实用新型提供的刚构体系构造能够充分利用钢材优异的受拉性能及混凝土优异的受压性能，改善钢主梁局部受力性能，且钢主梁与混凝土桥塔的结合能够得到保证，受力清晰。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (8)

1.一种斜拉桥刚构体系构造，其特征在于，包括：

塔梁结合构造，其包括穿过桥塔塔身(10)的钢主梁(20)，所述钢主梁(20)的腹板上焊接有间隔布置的第一剪力钉(21)；

加劲构造，其包括紧邻桥塔塔身(10)外侧布置的竖向加劲钢板(30)，所述竖向加劲钢板(30)的内侧焊接有间隔布置的第二剪力钉(31)。

2.根据权利要求1所述的斜拉桥刚构体系构造，其特征在于，所述的第一剪力钉(21)分别沿纵桥向和竖桥向间隔布置，且相邻的间距均为200mm。

3.根据权利要求1所述的斜拉桥刚构体系构造，其特征在于，所述的第二剪力钉(31)分别沿横桥向和竖桥向间隔布置，且相邻的间距均为400mm。

4.根据权利要求1所述的斜拉桥刚构体系构造，其特征在于，所述的加劲构造还包括：

预应力高强精轧螺纹粗钢筋(32)，其设置有多根，且沿横桥向和竖桥向间隔布置。

5.根据权利要求4所述的斜拉桥刚构体系构造，其特征在于，所述的预应力高强精轧螺纹粗钢筋(32)沿横桥向的相邻间距为800mm，沿竖桥向的相邻间距为600mm。

6.根据权利要求1所述的斜拉桥刚构体系构造，其特征在于，所述的加劲构造还包括：

加劲肋板(33)，其设置有多块，间隔设置在所述竖向加劲钢板(30)的内侧，且沿所述竖向加劲钢板(30)竖向通长布置。

7.根据权利要求6所述的斜拉桥刚构体系构造，其特征在于，所述的加劲肋板(33)分为两组，均沿横桥向间隔布置，其中，临近钢主梁(20)腹板的第一组加劲肋板(331)的相邻间距为400mm，位于所述竖向加劲钢板(30)跨中范围的第二组加劲肋板(332)的相邻间距为2400mm。

8.根据权利要求1所述的斜拉桥刚构体系构造，其特征在于，所述的钢主梁(20)仅腹板穿过所述桥塔塔身(10)。

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