CN105625158B - 优力型钢桁‑砼组合连续刚构桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优力型钢桁‑砼组合连续刚构桥，包括钢‑砼组合桥道梁和受拉主弦杆，受拉主弦杆与钢‑砼组合桥道梁构成主桁架结构；受拉主弦杆固连于塔柱且由塔柱向纵向逐渐降低且在主桁架结构正负弯矩相接处延伸到钢‑砼组合桥道梁下部；本发明受拉主弦杆通过腹杆与受压钢‑砼组合桥道梁联结形成优力型桁架结构体系：钢主弦杆始终处于受拉状态，以混凝土为主材的钢‑砼组合桥道梁始终处于受压状态；充分发挥了钢和混凝土两种材料的强度优势，根除了砼受拉开裂的病害隐患，节省了对混凝土施加预应力的材料及措施费，极大简化了施工工艺，提高了工效，并使桥梁的长期结构性能稳定可靠；此外，还能显著降低主梁结构的自重，有利于向特大跨径连续刚构桥的发展。

Description

优力型钢桁-砼组合连续刚构桥

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，特别涉及一种优力型钢桁-砼组合连续刚构桥。

背景技术

钢桁-砼组合连续刚构桥是一种较新的刚构桥梁，采用钢桁架与混凝土组合结构，根据钢桁架与混凝土的特点以及桥梁承受弯矩的特点进行受力的分配，使钢材和混凝土根据各自的材料特性承受内力；现有技术中，具有桥梁下部结构与普通砼连续刚构桥形式相同的结构，上部结构则是由钢桁架梁和混凝土桥道板组合而成的钢-混凝土组合结构，并适时分期施加适量预应力，充分发挥钢和砼两者的材料优势；但在上承式钢桁-混凝土组合连续钢构桥中，其墩顶区段在负弯矩作用下混凝土桥道板仍存在受拉开裂问题，须在桥道板中设置后张预应力束，以克服混凝土受拉开裂问题，由此增加了构造的复杂性和施工的难度。

中国专利ZL201210024341.3公开了一种下承式钢桁-混凝土组合连续钢构桥，采用钢桁架与砼桥道板相结合的组合结构，混凝土桥道板位于钢桁的下弦杆之间，其结构在墩顶区段能够发挥上弦杆钢材的抗拉优势和下弦杆砼桥道板的抗压优势。但主梁跨中区段位于下弦杆混凝土桥道板仍存在受拉开裂问题，须在桥道板中设置后张预应力束，以克服受拉开裂问题，由此增加了构造的复杂性和施工的难度；另其桥道板以上的建筑高度大，在一定程度上也限制了其使用范围。

综上所述，现有的钢桁-砼组合连续刚构桥中，无论是上承式桥梁还是上承式桥梁，不可避免地存在某一区段混凝土桥道板的受拉问题，为此须采取复杂的工程措施来解决该问题，既增加了工程造价，还留下桥梁结构后期开裂的隐患，未能在全桥中体现出组合结构充分发挥钢和砼两者的材料优势。

因此，欲在全桥中均体现出组合结构充分发挥钢和砼两者的材料优势，需要对钢桁-砼组合连续刚构桥的结构体系作进一步改进，使桥梁各个区段均能满足：由钢结构承受拉力，由以混凝土为主的钢-砼组合结构承受压力。从而可避免复杂的工程措施，显著降低工程造价和缩短工期，并有利于确保桥梁结构长期性能稳定可靠。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，需要对钢桁-砼组合连续刚构桥的结构体系作进一步改进，在全桥中体均现出组合结构充分发挥钢和砼两者的材料优势，使桥梁各个区段均能满足：由钢结构承受拉力，由以混凝土为主的钢-砼组合结构承受压力。从而可避免复杂的工程措施，显著降低工程造价和缩短工期，并有利于确保桥梁结构后期性能安全可控。

本发明的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，包括钢-砼组合桥道梁和受拉主弦杆，所述受拉主弦杆与钢-砼组合桥道梁构成主桁架结构；所述受拉主弦杆固连于塔柱且由塔柱顶部向纵向逐渐降低且在主桁架结构正负弯矩过渡处延伸到钢-砼组合桥道梁下部，使得受拉主弦杆在主桁架结构承受负弯矩区段位于钢-砼组合桥道梁上部，在主桁架结构承受正弯矩区段位于钢-砼组合桥道梁下部。

进一步，所述钢-砼组合桥道梁包括位于底部的框架形钢梁和铺设于钢梁上的砼板式结构，框架形钢梁包括并列设置的两根桥道弦杆和固定连接于两根桥道弦杆之间的横梁，所述砼板式结构包括铺设于相邻横梁上的预制砼板，及在横梁和预制砼板上通过现浇混凝土联结成整体的钢-砼组合桥道梁，并且，所述砼板式结构的横向两端与桥道弦杆之间的接缝为现浇混凝土固联；

进一步，所述受拉主弦杆为两根且分别与两根桥道弦杆对应构成用于组成主桁架结构的两片桁架结构，所述塔柱为与受拉主弦杆相对应的两个，两个塔柱之间具有横向联系；

进一步，所述受拉主弦杆由塔柱顶部沿纵向呈直线逐渐降低至主桁架结构的正负弯矩交界处，受拉主弦杆位于钢-砼组合桥道梁下部的杆段呈下凹弧形，所述受拉主弦杆位于钢-砼组合桥道梁上部的杆段相切过渡至位于钢-砼组合桥道梁下部的杆段；

进一步，在主桁架结构的正负弯矩交界区段相对应的钢-砼组合桥道梁下部设有辅助弦杆，所述辅助弦杆与受拉主弦杆相对应且一端固定连接于受拉主弦杆，另一端固定连接于对应的桥道弦杆并构成用于形成辅助桁架结构的两片辅助桁架结构；

进一步，所述辅助弦杆呈下凹弧形，两片辅助桁架结构之间具有横向联系形成空间桁架结构；位于钢-砼组合桥道梁下部的主桁架结构为空间桁架结构；

进一步，所述受拉主弦杆内设有沿纵向的主弦预应力筋，所述与桥主跨对应的主弦预应力筋两端分别锚固于对应的塔柱顶部，与桥边跨对应的主弦预应力筋两端分别锚固于对应的塔柱顶部和主梁端部；

进一步，所述主弦预应力筋两端通过塔柱顶部固定设有的双向锚固连接构造锚固于塔柱，所述双向锚固连接构造两端分别与纵向两侧的受拉主弦杆固定连接并锚固对应的主弦预应力筋；

进一步，所述双向锚固连接构造包括主弦连接杆，所述主弦连接杆浇筑于塔柱内并且两端分别与纵向相邻的受拉主弦杆对应固定连接，所述主弦预应力筋锚固于主弦连接杆，所述主弦连接杆设有纵向预应力；

进一步，所述主弦连接杆两端分别设有沿横向的翼板，主弦连接杆的纵向预应力由连接杆预应力束施加，所述连接杆预应力束两端对应锚固于主弦连接杆两端的翼板之间。

本发明的有益效果是：本发明的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，受拉主弦杆通过腹杆与受压钢-砼组合桥道梁联结形成优力型跨越桁架结构体系：在连续刚构桥墩顶附近梁段由受拉主弦杆与其下的钢-砼组合桥道梁构成优力型桁架结构的上、下弦杆承受负弯矩，在连续刚构桥主跨跨中梁段及边跨近边支座梁段由钢-砼组合桥道梁与其下的受拉主弦杆构成优力型跨越桁架结构的上、下弦杆承受正弯矩；在优力型钢桁-砼组合连续刚构桥桥中，钢制成的受拉主弦杆始终处于受拉状态，以混凝土为主材的钢-砼组合桥道梁始终处于受压状态；充分发挥了钢和混凝土两种材料的强度优势，根除了砼受拉开裂的病害隐患，节省了对混凝土施加预应力的材料及措施费，极大简化了施工工艺，提高了工效，并使桥梁的长期结构性能稳定可靠；优力型钢桁-砼组合连续刚构桥还能显著降低主梁结构的自重，有利于向特大跨径连续刚构桥发展；比全钢结构桥梁具有更大的整体刚度和更好的抗疲劳性能，并避免了昂贵且多病害隐患的钢桥面铺装；比常规混凝土连续刚构桥基本根除了混凝土受拉开裂和收缩徐变极大不定性导致的结构性病害隐患，并能显著提高该类桥梁的跨越能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为图1沿A-A向剖视图；

图3为图1沿B-B向剖视图；

图4为图1沿C-C向剖视图；

图5为图1沿D-D向剖视图；

图6为本发明塔柱顶部结构示意图；

图7为图6沿E-E向剖视图；

图8为钢-砼组合桥道梁俯视图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，图2为图1沿A-A向剖视图，图3为图1沿B-B向剖视图，图4为图1沿C-C向剖视图，图5为图1沿D-D向剖视图，图6为本发明塔柱顶部结构示意图，图7为图6沿E-E向剖视图，图8为钢-砼组合桥道梁俯视图，如图所示，本实施例的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，包括钢-砼组合桥道梁5和受拉主弦杆1，所述受拉主弦杆1与钢-砼组合桥道梁5构成主桁架结构3，即受拉主弦杆1与钢-砼组合桥道梁5通过系列钢腹拱共同构成连续刚构桥的跨越桁架结构，使得受拉主弦杆1与钢-砼组合桥道梁5形成联系而完成支撑；所述受拉主弦杆1固连于塔柱4且由塔柱4向纵向逐渐降低且在主桁架结构3正负弯矩相接处延伸到钢-砼组合桥道梁5下部，使得受拉主弦杆在主桁架结构3承受负弯矩处位于钢-砼组合桥道梁5上部，在主桁架结构3承受正弯矩处位于钢-砼组合桥道梁5下部；如图所示，所述受拉主弦杆1在桥墩处固连于塔柱4顶部且由塔柱顶部沿纵向逐渐降低至跨越桁架结构的正负弯矩交界处并继续延伸到钢-砼组合桥道梁下部，塔柱4指的是浇筑于桥墩8上用于支撑受拉主弦杆1的结构，由混凝土浇筑形成，承受由受拉主弦杆1转来的压力，并将该压力传至桥墩8；如图所示，塔柱由混凝土浇筑成形，利于承受压力，同时，塔柱内还浇筑有钢骨架，与所述桁架结构3(钢桁架)固连为一体并形成桁架结构3的一部分，保证塔柱4的整体强度；如图所示，钢骨架由两根立杆9和合适数量的横杆9固连形成，结构简单且强度较高。

本实施例中，所述钢-砼组合桥道梁5包括位于底部的框架形钢梁和铺设于钢梁上的砼结构，框架形钢梁包括并列设置的两根桥道弦杆53和固定连接于两根桥道弦杆之间的横梁52，横梁52一般采用工字钢横系梁结构，所述砼结构包括铺设于相邻横梁上的预制板51，相邻预制板51之间的接缝处位于横梁上部且现浇混凝土固连；并且，所述预制板51横向两端与桥道弦杆53之间的接缝现浇混凝土固连；在横梁52上与接缝处相对应设有剪力钉16，桥道弦杆53在与预制板51端部对应的一侧也设置剪力钉17，现浇混凝土后具有较为牢固的连接，并使上述结构形成稳定的钢-砼组合桥道系；本实施例中，所述桥道弦杆53可根据使用条件分节段在受压节段灌注混凝土，以增强其抗压能力和局部稳定性，在此不再赘述。

本实施例中，所述受拉主弦杆1为两根且分别与两根桥道弦杆53对应构成用于组成主桁架结构3的两片桁架结构，所述塔柱4为与受拉主弦杆1相对应的两个，两个塔柱4之间具有横向联系；两根受拉主弦杆1与框架形钢梁的两根桥道弦杆53之间形成两片桁架结构，两片桁架结构之间在不影响通过高度的情况下设有横向联系，整体结构具有较好的稳定性；这里的两根受拉主弦杆1指的是纵向相邻的塔柱4之间具有横向并列的两根受拉主弦杆1，两个塔柱4指的是在同一桥墩8上横向并列设置两个塔柱4，并与两根受拉主弦杆1对应；如图所示，两根受拉主弦杆1与两根桥道弦杆53形成的桁架结构中，位于桥道弦杆53之上的部分在保证桥面通行的前提下可设置横向联系形成空间桁架，位于桥道弦杆53之下的部分设置横向联系形成空间桁架结构，即位于钢-砼组合桥道梁5下部的主桁架结构3为空间桁架结构，利于增加承力能力。

本实施例中，所述受拉主弦杆1由塔柱4向纵向呈直线逐渐降低至主桁架结构3正负弯矩相接处，受拉主弦杆1位于在主桁架结构3的正弯矩区段位于钢-砼组合桥道梁5下部的杆段呈下凹弧形；所述受拉主弦杆1位于钢-砼组合桥道梁5上部的杆段相切过渡至位于钢-砼组合桥道梁5下部的杆段，符合受拉主弦杆1的受力条件；位于钢-砼组合桥道梁5上部的受拉主弦杆1呈直线，利于降低塔柱4高度，简化施工过程并且保证通过高度；受拉主弦杆1位于钢-砼组合桥道梁5下部的杆段呈下凹弧形，与正弯矩处受力状况相适应，利于受拉主弦杆承受合理的拉力分布，提高承载能力；上述结构综合考虑了塔柱施工、通过能力和受拉主弦杆的承载并保证钢-砼组合桥道梁受力较小；如图所示，所述受拉主弦杆1在负弯矩区段位于桥道弦杆53的上部，由塔柱顶部沿纵向呈直线逐渐降低至主梁负弯矩交界处与桥道弦杆53相交，受拉主弦杆1在主梁正弯矩区段呈下凹弧形位于桥道弦杆53的下部，与桥道弦杆53相交的上、下主弦杆杆段为切线过渡连接，呈现平滑的受力过渡。

本实施例中，与钢-砼组合桥道梁5正负弯矩相接处相对应的下部设有辅助弦杆6，所述辅助弦杆6与受拉主弦杆1相对应且一端固定连接于受拉主弦杆1，另一端固定连接于对应的桥道弦杆53并构成用于形成辅助桁架结构61的两片辅助桁架结构；正负弯矩相接处通过辅助弦杆6辅助受拉主弦杆1受力，保证整体受力曲线与钢-砼组合桥道梁5所受弯矩相适应，避免在正负弯矩相接处形成突变，进一步减小或者消除桥道板由于正负弯矩所产生的应力；如图所示，辅助弦杆6也为两根沿横向并列设置，一端固定连接于对应的受拉主弦杆1，一端固连于对应的桥道弦杆53，形成辅助桁架结构61，当然，两个辅助弦杆6形成的两片桁架结构之间具有横向联系形成空间辅助桁架结构61，与受拉主弦杆一起对钢-砼组合桥道梁形成稳定的支撑结构。

本实施例中，所述辅助弦杆6呈下凹弧形，与主桁架结构3受力状况相适应，受力条件较好。

本实施例中，所述受拉主弦杆1内设有沿纵向的主弦预应力筋11，与桥主跨对应的主弦预应力筋11两端分别锚固于对应的塔柱4顶部，与桥边跨对应的主弦预应力筋11两端分别锚固于对应的塔柱4顶部和主梁端部；主弦预应力筋11被施加拉应力，与受拉主弦杆1共同承受所受拉力，增加受拉主弦杆1的承力能力；如图所示，主弦预应力筋11为多根形成主弦预应力束，并于受拉主弦杆1共同承受拉力。

本实施例中，所述主弦预应力筋11两端通过塔柱4顶部固定设有的双向锚固连接构造锚固于塔柱4，所述双向锚固连接构造两端分别与纵向两侧的受拉主弦杆1固定连接并锚固对应的主弦预应力筋11；通过双向锚固连接构造(两端分别锚固对应的预应力筋，形成双向)实现纵向相邻的主弦预应力筋11以及纵向相邻的受拉主弦杆1之间建立联系，并有效形成拉压转换，保证塔柱4及桥8墩的均匀受压。

本实施例中，所述双向锚固连接构造包括主弦连接杆7，所述主弦连接杆7浇筑于塔柱4内并且两端分别与纵向相邻的受拉主弦杆1对应固定连接，所述主弦预应力筋11锚固于主弦连接杆7，所述主弦连接杆7设有纵向预应力，纵向预应力指的是主弦连接杆7设有拉紧主弦预应力筋11的预紧力，该预紧力可以是体内张拉或者体外施加，均可实现发明目的；主弦连接杆为钢结构，与塔柱内还浇筑的钢骨架固连或一体成型，整体稳定性较好。

本实施例中，所述主弦连接杆7两端分别设有沿横向的翼板12，主弦连接杆7的纵向预应力由连接杆预应力束10施加，所述连接杆预应力束10两端对应锚固于主弦连接杆7两端的翼板12之间；利用翼板12锚固连接杆预应力束10，避免与主弦预应力束相互干扰，保证施工；如图所示，翼板12位于主弦连接杆7的横向两侧并固定连接或一体成型于主弦连接杆7，为了增加翼板12的承力能力，翼板12上分布有加强筋板13。

本发明中，固定连接在钢结构之间一般采用焊接的方式，当然不排除利用螺栓等现有的连接方式，比如受拉主弦杆(钢结构)与桁架的腹杆之间，腹杆与桥道弦杆之间等；钢结构与砼之间则采用浇筑成一体的方式实现固连，在此不再赘述。

由本实施例的桥结构来看，本发明与现有技术相比，具有非常明显的优势：

1、避免结构裂缝：除墩顶附近区段砼桥道板外，受拉为钢结构，受压为以砼为主的钢-砼；

2、显著降低自重：主梁的砼用量约为常规桥梁的50％，为特大跨径连续刚构桥提供合理可行途径；

3、施工质量易保：各主要施工环节均可进行量化的质量检查和控制，长期安全可靠；

4、基本克服砼收缩徐变病害：结构长期性能稳定；

5、力学特性好：抗震、抗冲击性能好；

6、设备简、工期短：上部结构基本为装配式施工，省时保质；

7、可自带检修通道。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：包括钢-砼组合桥道梁和受拉主弦杆，所述受拉主弦杆与钢-砼组合桥道梁构成主桁架结构；所述受拉主弦杆固连于塔柱且由塔柱向纵向逐渐降低且在主桁架结构正负弯矩相接处延伸到钢-砼组合桥道梁下部，使得受拉主弦杆在主桁架结构承受负弯矩处位于钢-砼组合桥道梁上部，在主桁架结构承受正弯矩处位于钢-砼组合桥道梁下部；

所述受拉主弦杆由塔柱向纵向呈直线逐渐降低至主桁架结构正负弯矩相接处，受拉主弦杆位于钢-砼组合桥道梁下部的杆段呈下凹弧形，所述受拉主弦杆位于钢-砼组合桥道梁上部的杆段相切过渡至位于钢-砼组合桥道梁下部的杆段。

2.根据权利要求1所述的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：所述钢-砼组合桥道梁包括位于底部的框架形钢梁和铺设于钢梁上的砼结构，框架形钢梁包括并列设置的两根桥道弦杆和固定连接于两根桥道弦杆之间的横梁，所述砼结构包括铺设于相邻横梁上的预制板，相邻预制板之间的接缝处位于横梁上部且与现浇混凝土固连，并且，所述预制板横向两端与桥道弦杆之间的接缝现浇混凝土固连。

3.根据权利要求2所述的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：所述受拉主弦杆为两根且分别与两根桥道弦杆对应构成用于组成主桁架结构的两片桁架结构，所述塔柱为与受拉主弦杆相对应的两个，两个塔柱之间具有横向联系。

4.根据权利要求2或3所述的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：

在主桁架结构的正负弯矩交界区段相对应的钢-砼组合桥道梁下部设有辅助弦杆，所述辅助弦杆与受拉主弦杆相对应且一端固定连接于受拉主弦杆，另一端固定连接于对应的桥道弦杆并构成用于形成辅助桁架结构的两片辅助桁架结构。

5.根据权利要求4所述的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：所述辅助弦杆呈下凹弧形，两片辅助桁架结构之间具有横向联系形成空间桁架结构；位于钢-砼组合桥道梁下部的主桁架结构为空间桁架结构。

6.根据权利要求1、2或3所述的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：所述受拉主弦杆内设有沿纵向的主弦预应力筋，所述与桥主跨对应的主弦预应力筋两端分别锚固于对应的塔柱顶部，与桥边跨对应的主弦预应力筋两端分别锚固于对应的塔柱顶部和主梁端部。

7.根据权利要求6所述的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：所述主弦预应力筋两端通过塔柱顶部固定设有的双向锚固连接构造锚固于塔柱，所述双向锚固连接构造两端分别与纵向两侧的受拉主弦杆固定连接并锚固对应的主弦预应力筋。

8.根据权利要求7所述的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：所述双向锚固连接构造包括主弦连接杆，所述主弦连接杆浇筑于塔柱内并且两端分别与纵向相邻的受拉主弦杆对应固定连接，所述主弦预应力筋锚固于主弦连接杆，所述主弦连接杆设有纵向预应力。

9.根据权利要求8所述的优力型钢桁-砼组合连续刚构桥，其特征在于：所述主弦连接杆两端分别设有沿横向的翼板，主弦连接杆的纵向预应力由连接杆预应力束施加，所述连接杆预应力束两端对应锚固于主弦连接杆两端的翼板之间。