CN220704302U - 一种适用于斜拉桥的梁段 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及斜拉桥的技术领域，特别是一种适用于斜拉桥的梁段。一种适用于斜拉桥的梁段，包含两根主纵梁，两根所述主纵梁之间设置有桥面板，所述主纵梁上方设有所述桥面板，一根所述主纵梁包含至少一根钢管，所述钢管均沿纵桥向布置，所述钢管内部能够填充混凝土。一种适用于斜拉桥的梁段，通过在主纵梁沿纵桥向设置若干钢管，钢管内部据实际情况决定是否填充混凝土以及填充的混凝土的种类，能够减少梁段的自重，利于延长梁段的适用跨径；梁段采用钢管，内部能够填充混凝土，且钢管混凝土的自身的抗压性能优越，相较于现有是钢箱形式的主梁，能够减少用钢量，从而降低施工成本，提升经济效益。

Description

一种适用于斜拉桥的梁段

技术领域

本实用新型涉及斜拉桥的技术领域，特别是一种适用于斜拉桥的梁段。

背景技术

斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。根据使用材料划分，斜拉桥主梁分为混凝土主梁、钢梁、钢混组合梁。其中，混凝土主梁适用于主跨200～500米范围内的斜拉桥；钢混组合梁适用于主跨300～800米范围内的斜拉桥；钢梁适用于主跨400～1200米范围内的斜拉桥。

但是，每一种斜拉桥主梁都具有不同的缺点。混凝土结构主梁，其缺点是①自重大，导致主塔及基础性能差；②采用分节段悬臂浇筑施工，施工周期长；③耐久性差，结构容易出线裂缝。钢混组合结构主梁，其缺点是①钢材用量大，造价高；②混凝土分节段施工，施工周期长。钢结构主梁，其缺点是主梁钢材用量太大，经济性较差。现有技术的混凝土主梁，无法同时满足适用跨径范围大和用钢量少这两个要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：解决现有技术存在的斜拉桥混凝土主梁适用的跨径范围小，钢结构主梁和钢混结构主梁的钢材用量大，导致经济效益低的问题，提供了一种适用于斜拉桥的梁段。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种适用于斜拉桥的梁段，包含两根主纵梁，两根所述主纵梁分别用于支撑桥面板的两侧，一根所述主纵梁包含至少一根钢管，所述钢管均沿纵桥向布置，所述钢管内部能够填充混凝土。

钢管的尺寸和壁厚据实际情况而确定。桥面板两侧的钢管的数量以及排布，据实际情况而确定。钢管内部填充混凝土与否，据实际情况而确定；且填充的混凝土的种类，也据实际情况而确定。当桥梁的跨径较小时，能够一侧只设置一根钢管；当桥梁的跨径增大时，能够一侧设置两根钢管，且两根钢管沿上下间隔；当桥梁的跨径继续增大时，能够一侧设置四根钢管，且四根钢管呈矩形布置。

桥面板能够将其上受到的荷载分散至主纵梁。主纵梁位于桥面板下方，则能够尽可能使得传递的荷载通过压力的形式传递给主纵梁，利于提升整体结构的稳定性。钢管内部填充混凝土后，形成钢管混凝土。钢管混凝土作为一种组合材料，通过钢管对管内受压混凝土的侧向约束，使得管内混凝土处于三向受压状态，形成“套箍效应”，提高混凝土的抗压强度和压缩变形能力，同时管内混凝土对钢管的形成支撑，提高了空钢管的受压稳定性，改变了压杆失稳模态，从而提高了其承载力。因此钢管混凝土结构相比混凝土结构，具有强度高、耐久性好、质量轻的优点；相比钢结构，具有稳定性好、抗疲劳、冲击性能高的特点。且因为钢管自身的结构，当钢管内部不填充混凝土时，钢管配合斜拉索也能够承受斜拉桥的荷载。另外，钢管本身就是耐侧压的模板，可以简化模板工程；且钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段它可起劲性钢骨架的作用，其焊接工作量远比一般型钢骨架少，吊装质量比较轻，则能够简化施工安装工艺、缩短工期。

理论分析和工程实践表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持结构自重相近和承载能力相同的条件下，可节省钢材约50％，且焊接工作量显著减少，当钢管连接角度大于30°时可直接焊接，而无需进行普通钢结构所必须的节点板设计；与型钢混凝土柱相比，在保持构件横截面面积相近和承载能力相同的条件下，可节省钢材约50％，施工更为简便；与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量相当和承载能力相同的条件下，可减少构件横截面积约50％，构件的有效面积得以加大，混凝土和水泥用量以及构件自重也相应减50％。故在施工的过程中，相较于现有的钢混结构能够减少钢用量，从而降低施工成本，提升经济效益。从防灾减灾能力上，由于相同承载力下，钢管混凝土相较混凝土构件横截面小，结构自重大大减轻，结构刚度更小，桥梁结构整体更柔，抗震性能更好。并且，钢管内部的是否填充混凝土据实际情况而确定，填充的混凝土的种类也据实际情况而确定，则能够降低主梁的自重。且钢管的抗弯能力也较混凝土梁的抗弯能力强，能够适用于较长的跨径。

作为本实用新型的优选方案，所述主纵梁的跨径L大于或等于200m且小于300m，一根所述主纵梁仅包含一根所述钢管。

当主纵梁的跨径在200m-300m时，因为跨径较短，故在施加同样荷载的情况下，主纵梁的最大挠度会较跨径大的纵梁小。因此，一根主纵梁仅设置一根钢管，能够在满足抗弯能力的情况下，减轻自重。利于提升桥梁结构的稳定性，也能够减少用钢量，节约施工成本。

作为本实用新型的优选方案，所述主纵梁的跨径L大于或等于300m且小于600m，一根所述主纵梁包含两根所述钢管且两根所述钢管沿竖向间隔布置，属于一根所述主纵梁的两根所述钢管通过第一连接件连接。

第一连接构件能够为连接腹板，也能够为桁架。当跨径在300m-600m时，主纵梁的最大挠度会增大，故需要主纵梁具有良好的抗弯能力。当两根钢管沿竖向间隔分布，且通过第一连接构件连接，则能够增大主纵梁的截面惯性矩，从而增大主纵梁的抗弯能力，利于提升主纵梁的结构稳定性。且通过增设同型号的钢管，相较于增大钢管的管径而言，使得施工过程更加的模块化，利于加快施工效率。且能够满足主纵梁的截面尺寸和钢管的直径的理想比值，利于主纵梁结构的稳定性。

作为本实用新型的优选方案，所述主纵梁的跨径L大于或等于600m且小于800m，一根所述主纵梁包含四根所述钢管，四根所述钢管呈矩形布置，相邻的两根所述钢管通过第二连接构件连接。

第二连接构件能够为连接腹板，也能够为桁架。当跨径在600m-800m时，最大挠度和自重均增大，固定增设钢管。相较于设置呈三角形排布的三根钢管而言，受力更加均匀，利于主纵梁结构的稳定性。

作为本实用新型的优选方案，所述钢管的壁厚为h，所述钢管的外直径为D，位于所述斜拉桥的主塔处的梁段的壁厚h需要满足下式：24≤D/h<44，所述梁段对应的钢管内部需填充混凝土。

越靠近斜拉桥的主塔，需要承受的轴压力就越大。故当梁段位于主塔处时，主纵梁承受的轴压力较大，故需要提升钢管的壁厚，使得钢管承受轴压力的性能得到提升；但是钢管的壁厚太大，也会使得主纵梁的自重增大且增加用钢量。当24≤D/h<44时，能够尽可能避免上述的两种情况。且钢管内部填充混凝土，也能够增加主纵梁的承受轴压力的能力。

作为本实用新型的优选方案，所述钢管的壁厚为h，所述钢管的外直径为D，位于所述斜拉桥的边跨跨中的梁段或是位于所述斜拉桥的中跨四分之一跨径处的梁段的钢管壁厚h需要满足下式：44≤D/h<62，所述钢管内部对应部分需填充轻质混凝土。

轻质混凝土又称轻集料混凝土、泡沫混凝土，是指利用轻粗集料(陶粒)、普通砂、水泥和水配制而成的，强度等级为LC15-LC60的结构用轻质混凝土。

位于边跨跨中的梁段和位于中跨四分之一跨径处的梁段，所受的轴压力较位于斜拉桥主塔处的梁段的小，故能够减少钢管的壁厚，能够减少钢材用钢量。钢管内部填充轻质混凝土，能够减轻斜拉桥的自重，使得桥梁适用的跨径尽可能延长。

作为本实用新型的优选方案，所述钢管的壁厚为h，所述钢管的外直径为D，位于所述斜拉桥的边跨跨端的梁段或是位于所述斜拉桥的中跨的跨中处的梁段的钢管壁厚h需要满足下式：62≤D/h≤80，所述钢管内部不填充混凝土、也不填充轻质混凝土。

位于边跨跨端和位于中跨跨中的梁段，承受的轴压力最小，故能够减少钢管的壁厚，利于减少钢材用钢量，提高经济效益。钢管内部不填充轻质混凝土和混凝土，能够减轻斜拉桥的自重，使得桥梁适用的跨径尽可能延长。

作为本实用新型的优选方案，所述桥面板下方设置有若干次纵梁，若干所述次纵梁均位于相邻的两根所述主纵梁之间，相邻的两根所述次纵梁之间的距离小于或等于12m。

次纵梁能够包含工字钢，也能够包含槽钢、也能够包含钢箱。

在桥梁的箱梁上，宽翼缘箱梁由于剪切扭转变形的存在，翼缘上的正应力随着离梁肋的距离增加而减小，这个现象就称为“剪力滞后”，简称剪力滞效应。引申到斜拉桥的桥面板，就是桥面板的承受的压力随着距离主纵梁的距离的增大而减小。次纵梁沿斜拉桥的纵桥向设置，故在桥面板下方、相邻的两根主纵梁之间设置若干次纵梁，且相邻的次纵梁之间的距离小于12m，能够尽量使得纵向应力在桥面板的横截面上分布得更均匀。

作为本实用新型的优选方案，所述桥面板下方设置有若干横梁，若干所述横梁沿横桥向间隔布置，所述横梁两端分别连接相邻的两根所述主纵梁，相邻的两根所述横梁之间的距离为4m～6m。

横梁能够包含工字钢，也能够包含槽钢、也能够包含钢箱。

横梁位于桥面板下方，且沿横桥向设置，两端分别连接主纵梁，能够提高主纵梁沿横桥向的受力能力。

作为本实用新型的优选方案，所述桥面板包含顶板，所述的顶板的顶面间隔设置有多个第一加劲肋，所述第一加劲肋沿纵桥向设置，所述第一加劲肋包含剪力孔。

桥面板的顶模设置加劲肋，能够使得桥面板的顶模和混凝土的接触更加紧密，从而能够提升桥面板的抗压能力。加劲肋沿纵桥向布置，能够提升桥面板的抗弯能力。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、一种适用于斜拉桥的梁段，通过在主纵梁沿纵桥向设置若干钢管，钢管内部据实际情况决定是否填充混凝土以及填充的混凝土的种类，能够减少梁段的自重，利于延长梁段的适用跨径；梁段采用钢管，钢管内部能够填充混凝土，且钢管混凝土的自身的抗压性能优越，相较于现有钢箱形式的主梁，能够减少用钢量，从而降低施工成本，提升经济效益，解决了现有技术存在的斜拉桥混凝土主梁适用的跨径范围小，钢结构主梁和钢混结构主梁的钢材用量大，导致经济效益低的问题。

2、一种适用于斜拉桥的梁段，能够根据梁段所处的位置的不同采用不同的壁厚的钢管，且钢管内部是否填充混凝土以及填充的混凝土的种类也能够相应的改变，能够减少梁段的自重以及用钢量。

附图说明

图1是实施例1中一种适用于斜拉桥的梁段示意图(单钢管版)；

图2是实施例1中一种适用于斜拉桥的梁段钢骨架示意图(单钢管版)；

图3是图2中A处的放大图(单钢管版)；

图4是实施例1中一种适用于斜拉桥的梁段的剖切示意图(单钢管版)；

图5是实施例1中一种适用于斜拉桥的梁段示意图(双钢管版)；

图6是实施例1中一种适用于斜拉桥的梁段钢骨架示意图(双钢管版)；

图7是图6中B处的放大图(双钢管版)；

图8是实施例1中一种适用于斜拉桥的梁段的剖切示意图(双钢管版)。

图标：1-主纵梁，2-次纵梁，3-横梁，4-桥面板，5-钢管，6-第一焊钉，7-次纵梁顶板，8-次纵梁底板，9-次纵梁腹板，10-第二焊钉，11-桥面骨架侧钢板，12-桥面骨架钢底板，13-第一加劲肋，14-主纵肋横隔钢板，15-横梁底板，16-横梁腹板，17-第二加劲肋，18-横梁顶板，19-连接腹板。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1所示，一种适用于斜拉桥的梁段，包含两根主纵梁1，两根主纵梁1之间设置有桥面板4，主纵梁1上方设有桥面板4，一根主纵梁1包含至少一根钢管5，钢管5均沿纵桥向布置，钢管5内部能够填充混凝土。

钢管的数量及布置形式据实际情况而确定。当主纵梁1的跨径L大于或等于200m且小于300m时，一根主纵梁1仅包含一根钢管5，如图1-图4所示。当主纵梁1的跨径L大于或等于300m且小于600m时，一根主纵梁1包含两根钢管5，两根钢管5沿竖向间隔布置，两根钢管5通过第一连接件连接，如图5-图8所示。本实施例中第一连接件是连接腹板19。主纵梁1的跨径L大于或等于600m且小于800m，一根主纵梁1包含四根钢管5，四根钢管5呈矩形布置，相邻的两根钢管5通过第二连接构件连接。不管钢管5如何设置，最上方的钢管5的顶面设置有多个第一焊钉6。最上方的钢管5的外侧还设置有桥面骨架侧钢板11，且桥面骨架侧钢板11上也设置有带剪力孔第一加劲肋13，第一加劲肋13和其上面浇筑的混凝土形成PBL剪力键，能够增强本梁段的抗弯能力。最上方的钢管5的顶面沿顺桥向间隔设置有多个主纵肋横隔钢板14，且主纵肋横隔钢板14垂直于钢管的长度方向。主纵肋横隔钢板14设置有若干剪力孔，主纵肋横隔钢板14和其上浇筑的混凝土形成PBL剪力键，能够增强本梁段的稳定性。

钢管的壁厚、内部是否填充与填充物的种类也据实际情况而确定。钢管5的壁厚为h，钢管5的外直径为D，位于斜拉桥的主塔处的梁段的壁厚h需要满足下式：24≤D/h<44，梁段对应的钢管5内部需填充混凝土。钢管5的壁厚为h，钢管5的外直径为D，位于斜拉桥的边跨跨中的梁段或是位于斜拉桥的中跨四分之一跨径处的梁段的钢管壁厚h需要满足下式：44≤D/h<62，钢管5内部对应部分需填充轻质混凝土。钢管5的壁厚为h，钢管5的外直径为D，位于斜拉桥的边跨跨端的梁段或是位于斜拉桥的中跨的跨中处的梁段的钢管壁厚h需要满足下式：62≤D/h≤80，钢管5内部不需填充混凝土或是轻质混凝土。

桥面板4下方设置有若干次纵梁2，若干次纵梁2均位于相邻的两根主纵梁1之间，相邻的两根次纵梁2之间的距离小于或等于12m。次纵梁顶板7的顶面设置有多个第二焊钉10。次纵梁2是工字梁，其抗弯性能良好。次纵梁还包含次纵梁底板8和次纵梁腹板9。在桥梁的箱梁上，宽翼缘箱梁由于剪切扭转变形的存在，翼缘上的正应力随着离梁肋的距离增加而减小，这个现象就称为“剪力滞后”，简称剪力滞效应。引申到斜拉桥的桥面板4，就是桥面板4的承受的压力随着距离主纵梁1的距离的增大而减小。次纵梁2沿斜拉桥的纵桥向设置，故在桥面板4下方、相邻的两根主纵梁1之间设置若干次纵梁2，且相邻的次纵梁2之间的距离小于12m，能够尽量使得纵向应力在桥面板4的横截面上分布得更均匀。

桥面板4下方设置有若干横梁3，若干横梁3沿横桥向间隔布置，横梁3两端分别连接相邻的两根主纵梁1，相邻的两根横梁3之间的距离为4m～6m。在横梁3的相应位置打孔，使得次纵梁2能够穿过横梁3，故横梁腹板16会设置适当的缺口。横梁底板15的两侧高度高于其中间的高度，如图4所示。横梁底板15和桥面骨架钢底板12之间还间隔设置有若干第二加劲肋17，能够增强本梁段的稳定性。横梁顶板18连接于桥面骨架钢底板12。

桥面骨架钢底板12的顶面间隔设置有多个第一加劲肋13，第一加劲肋13沿纵桥向设置。

为确保钢管5混凝土主纵肋同桥面板4混凝土连接可靠，钢管5外壁设焊钉连接件。

钢管5组合桥面板4由钢底板、侧向钢板、带PBL加劲肋以及混凝土桥面板4组成。钢底板及侧向钢管5既能作为桥面板4混凝土浇筑的模板，也能在参与桥面板4整体受力。

实施例2

分别选取已建的主跨572米的斜拉桥和主跨252米斜拉桥，统计其指标如下：

572m斜拉桥主桥孔跨布置(280m+572m+189m)双塔双索面斜拉桥，主纵梁1采用钢-混凝土叠合梁和混凝土梁，桥塔采用花瓶形塔，空间索面。

试设计570m钢管斜拉桥主桥孔跨布置(280m+572m+189m)双塔双索面斜拉桥，主纵梁1采用钢管桁架梁，桥塔采用钢管塔，空间索面。

252m斜拉桥主桥孔跨布置(124m+252m+124m)双塔双索面斜拉桥，主纵梁1采用混凝土梁，桥塔采用门形塔，空间索面。

试设计250m钢管斜拉桥主桥孔跨布置(120m+250m+120m)双塔双索面斜拉桥，主纵梁1采用钢管桁架梁，桥塔采用钢管塔，空间索面。

由上表比较，可以看出，500米以上跨径的斜拉桥，采用钢管桁架主纵梁1的斜拉桥比采用叠合梁主纵梁1的斜拉桥，除主梁钢材用量有所增加外，其余指标如主梁混凝土指标减少60％，高强钢材指标减少99％，索塔混凝土指标减少43.5％，普通钢材指标也有所减少，造价指标减少11.5/％。200米左右跨径的斜拉桥，采用钢管桁架主纵梁1比采用混凝土主纵梁1的斜拉桥，其主梁混凝土指标减少61.6％，高强钢材指标减少98.5％，索塔混凝土指标减少59.8％，普通钢材指标减少43.2％，造价指标减少20/％，技术经济指标优势明显。若再结合施工设备、施工周期、大临设施等影响造价因素，其经济效益更加明显，钢管桁架斜拉桥具有良好的应用前景。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，包含两根主纵梁(1)，两根所述主纵梁(1)分别用于支撑桥面板(4)的两侧，一根所述主纵梁(1)包含至少一根钢管(5)，所述钢管(5)均沿纵桥向布置，所述钢管(5)内部能够填充混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述主纵梁(1)的跨径L大于或等于200m且小于300m，一根所述主纵梁(1)仅包含一根所述钢管(5)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述主纵梁(1)的跨径L大于或等于300m且小于600m，一根所述主纵梁(1)包含两根所述钢管(5)且两根所述钢管(5)沿竖向间隔布置，属于一根所述主纵梁(1)的两根所述钢管(5)通过第一连接件连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述主纵梁(1)的跨径L大于或等于600m且小于800m，一根所述主纵梁(1)包含四根所述钢管(5)，四根所述钢管(5)呈矩形布置，相邻的两根所述钢管(5)通过第二连接构件连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述钢管(5)的壁厚为h，所述钢管(5)的外直径为D，位于所述斜拉桥的主塔处的梁段的壁厚h需要满足下式：24≤D/h<44，所述梁段对应的钢管(5)内部需填充混凝土。

6.根据权利要求1所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述钢管(5)的壁厚为h，所述钢管(5)的外直径为D，位于所述斜拉桥的边跨跨中的梁段或是位于所述斜拉桥的中跨四分之一跨径处的梁段的钢管壁厚h需要满足下式：44≤D/h<62，所述钢管(5)内部对应部分需填充轻质混凝土。

7.根据权利要求1所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述钢管(5)的壁厚为h，所述钢管(5)的外直径为D，位于所述斜拉桥的边跨跨端的梁段或是位于所述斜拉桥的中跨的跨中处的梁段的钢管壁厚h需要满足下式：62≤D/h≤80，所述钢管(5)内部不填充混凝土、也不填充轻质混凝土。

8.根据权利要求1至7中任何一项所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述桥面板(4)下方设置有若干次纵梁(2)，若干所述次纵梁(2)均位于相邻的两根所述主纵梁(1)之间，相邻的两根所述次纵梁(2)之间的距离小于或等于12m。

9.根据权利要求1至7中任何一项所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述桥面板(4)下方设置有若干横梁(3)，若干所述横梁(3)沿横桥向间隔布置，所述横梁(3)两端分别连接相邻的两根所述主纵梁(1)，相邻的两根所述横梁(3)之间的距离为4m～6m。

10.根据权利要求1至7中任何一项所述的一种适用于斜拉桥的梁段，其特征在于，所述桥面板(4)包含顶板，所述的顶板的顶面间隔设置有多个第一加劲肋(13)，所述第一加劲肋(13)沿纵桥向设置，所述第一加劲肋(13)包含剪力孔。