CN107142830B - 钢管腹板预应力钢混组合主梁结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管腹板预应力钢混组合主梁结构及施工方法，包括混凝土顶板、混凝土底板、腹板钢管、体内预应力钢绞线、体外预应力索、横隔板，所述的腹板钢管埋设在混凝土顶板和混凝土底板之间，相邻两根腹板钢管顶端及底端通过剪力键螺栓板连接，形成纵向三角形稳定结构，多根钢管依次相互连接，形成梁体腹板，承受梁体剪力及部分弯矩，所述的体内预应力钢绞线埋设在顶、底板混凝土内，所述的体外预应力索设置在钢混组合梁框架内部，所述的横隔板位于钢混组合梁框架内部，每隔一段距离设置一道，与顶、底板混凝土浇筑固结为整体。

Description

钢管腹板预应力钢混组合主梁结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于土木工程桥梁技术领域，更具体涉及一种钢管腹板预应力钢混组合主梁结构及施工方法。

背景技术

桥梁是公路、铁路、城市道路和农村道路及水利建设中，为了跨越各种障碍(如河流、或其它结构)的结构物。按结构形式，桥梁一般可分梁桥、拱桥、斜拉桥和吊桥；按所使用的材料类型，桥梁一般可分为木桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、钢桥、钢混组合结构桥梁等。

梁桥是以受弯为主的主梁作为承重构件的桥梁。主梁可以是实腹梁或桁架梁。钢混组合结构梁桥是由钢材和混凝土两种不同性质的主梁材料，经组合而成的一种新型桥梁结构形式。由于此类桥梁充分利用了钢材的抗拉性能与混凝土的抗压性能，能显著改善钢结构的力学性能和提高经济性，且具有施工方便、造型美观、环保节能的优点，因此越来越广泛的应用于桥梁工程建设领域。

传统钢混凝土组合结构梁桥一般采用混凝土桥面板与钢板梁、钢箱梁、或钢桁架梁相结合的方式。由于实腹钢混组合梁(钢板组合梁、钢箱组合梁)自重较轻，实腹钢板极易受到风荷载影响；空腹钢混组合梁(钢桁架组合梁)无法像传统预应力混凝土梁桥，顶、底板混凝土内施加预应力以抵抗恒载和活载，因此跨越能力受到较大局限；传统钢梁拼装施工时，悬臂施工较为困难，需搭设落地支架用于钢梁拼装临时支撑。由此总体上看，传统钢混凝土组合结构梁桥的主要不足是：(1)实腹钢混组合梁抗风能力较差(2)空腹钢混组合梁预应力施加困难，跨越能力受到局限(3)施工复杂，施工场地占用较大。

所以在这种背景下，开发一种满足具备更大的跨越能力和施工更加方便的，新的钢管腹板预应力钢混组合结构梁桥结构形式，具有很大的实用价值。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种钢管腹板预应力钢混组合主梁结构及施工方法，从结构体系和内在受力机理方面提高传统钢混组合结构梁桥的承载能力，与传统的施工方法衔接良好，便于实施。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种钢管腹板预应力钢混组合主梁结构，包括混凝土顶板、混凝土底板、腹板钢管、体内预应力钢绞线、体外预应力索和横隔板，所述的腹板钢管设置在混凝土顶板和混凝土底板之间，腹板钢管顶部和底部设有剪力键，腹板钢管通过剪力键、钢管定位钢筋与混凝土顶、底板连接形成钢混组合主梁框架，所述的横隔板横向设置在钢混组合梁框架内部，每隔一段距离设置一道，与混凝土顶、底板浇筑固结为整体，用于增加梁体横向刚度；所述的体内预应力钢绞线埋设在顶、底板混凝土内，所述的体外预应力索设置在钢混组合梁框架内部，一端锚固在梁端的横隔板上，另一端锚固在墩顶的横隔板上，中间部分穿过横隔板上的体外预应力转向钢套管后，完成设计体外预应力竖向转向。进一步的，所述的混凝土顶板和底板为节段施工，浇筑前每个节段均埋设预应力钢筋管道。

进一步的，所述的体内预应力钢筋穿过相应节段预应力钢筋管道张拉锚固，并通过管道压浆后，使体内预应力钢筋与顶、底板混凝土结合为整体后，与顶、底板混凝土共同承受施工荷载及一期恒载。

进一步的，所述的腹板钢管为中空钢管，沿着混凝土顶板和混凝土底板的纵向方向，对称布置有两列中空钢管，每列中空钢管包括多个倾斜设置且依次相连的中空钢管。

进一步的，相邻两根腹板钢管顶端及底端通过剪力键螺栓板连接，形成纵向三角形稳定结构，多根钢管依次相互连接，形成主梁腹板，承受剪力及部分弯矩。

进一步的，所述的体外预应力索根据设计承载能力，可横向对称设置多条，承受运营期活载。

进一步的，所述的横隔板为钢筋混凝土结构，包括中横隔板、墩顶横隔板和端横隔板，中横隔板设计有多个，位于墩顶和梁端之间的梁体中部，其内部预埋体外预应力转向钢套管，用于辅助体外预应力索转向；墩顶横隔板位于墩顶位置，端横隔板位于梁端，其内部也预埋锚固套筒，用于体外预应力索锚固。

对所述的钢管腹板预应力钢混组合主梁结构施工方法，包括以下几个步骤：

步骤1：在墩顶托架平台上拼装0号块梁段底板模板并绑扎底板钢筋，按照设计要求布置并预埋预应力管道，拼装本节段腹板钢管，并将钢管底部剪力键临时固定在底板相应设计位置；

步骤2：浇筑0号块底板混凝土，待混凝土达到设计强度的90％时，进行底板体内预应力钢绞线管道穿束，张拉、锚固；

步骤3：墩顶托架平台上搭设满堂支架及顶板施工平台，同步骤1，进行0号块主梁顶板立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉施工。混凝土浇筑前微调位于顶板内钢管顶部剪力键位置，使其符合设计要求；

步骤4：在墩顶梁段顶面两端对称拼装挂篮系统，并进行加载试验；

步骤5：在挂篮底模平台上拼装1#梁段底板模板并绑扎底板钢筋，按照设计要求布置并预埋预应力管道，拼装连接本节段腹板钢管，并将钢管底部剪力键临时固定在底板相应设计位置；

步骤6：浇筑1号块梁段底板混凝土，待混凝土达到设计强度的90％时，进行底板体内预应力钢绞线管道穿束，张拉、锚固；

步骤7：在挂篮顶板平台上1号块梁段顶板立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉施工。混凝土浇筑前微调位于顶板内钢管顶部剪力键位置，使其符合设计要求；

步骤8：挂篮系统前移，重复步骤5～步骤7，进入下一节段主梁施工，直至全桥合龙；

步骤9：当施工至横隔板位置，立模绑扎横隔板钢筋，并预埋转向或锚固装置；

步骤10：体外预应力索穿过相应的锚固块及转向块，张拉至设计荷载锚固。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

(1)顶板及底板采用了预应力混凝土结构，与传统顶板为混凝土的钢桁架组合梁相比，极大提高了梁体承载能力

(2)腹板采用钢管桁架，解决了实腹钢板混凝土组合梁桥极易受到风荷载影响的不足，且材料用量较少，具有良好的工程经济性；

(3)采用挂篮悬臂施工，施工安全可靠，节省了施工场地及机具设备。

(4)该结构利用顶底板混凝土及预应力承担大部分的弯矩，腹板钢管承担大部分的剪力，结构体系简单，结构受力明确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为钢管腹板预应力钢混组合主梁结构立面示意图；

图2为钢管腹板预应力钢混组合主梁结构局部放大示意图；

图3为钢管腹板预应力钢混组合主梁结构A-A断面示意图；

图4为腹板钢管拼装示意图；

图5为钢管腹板预应力钢混组合主梁结构悬臂施工示意图；

图中：1-钢管腹板预应力钢混组合主梁结构，2-混凝土顶板，3-混凝土底板，4-腹板钢管，5-体内预应力钢绞线，6-体外预应力索，7-横隔板，8-剪力键，9-体外预应力转向钢套管，10-剪力键螺栓板，11-钢管定位钢筋，12-中横隔板，13-墩顶横隔板，14-端横隔板，15-挂篮系统，16-底板平台、17-顶板平台。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在(1)实腹钢混组合梁抗风能力较差；(2)空腹钢混组合梁预应力施加困难，跨越能力较小；(3)支架施工复杂，施工场地占用较大。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种钢管腹板预应力钢混组合主梁结构及施工方法。

以下结合附图，对本发明的结构作进一步描述。

本发明提供了一种相对于传统钢混组合主梁结构，结构受力机理及承载效率较高、具备更大的跨越能力、经济性能优越、现场作业量及施工难度较小的一种钢管腹板预应力钢混组合主梁结构。

结合图1、图2所示，一种钢管腹板预应力钢混组合主梁结构1，包括混凝土顶板2、混凝土底板3、腹板钢管4、体内预应力钢绞线5、体外预应力索6、横隔板7。

结合图3、图4所示，腹板钢管4设置在混凝土顶板2和混凝土底板3之间，腹板钢管4顶部和底部设有剪力键8，腹板钢管4通过剪力键8、钢管定位钢筋11与顶、底板混凝土连接形成钢混组合梁框架。

结合图1、图2、图3所示，体内预应力钢绞线5埋设在顶、底板混凝土内；体外预应力索6设置在钢混组合梁框架内部，一端锚固在梁端横隔板14上，另一端锚固在墩顶横隔板13，中间部分穿过横隔板体外预应力转向钢套管9后，完成设计体外预应力竖向转向；横隔板7位于钢混组合梁框架内部，每隔一段距离设置一道，与顶、底板混凝土浇筑固结为整体，用于增加梁体横向刚度。

结合图1、图2所示，混凝土顶板2和底板3为节段施工，浇筑前每个节段均埋设预应力钢筋管道。

结合图1、图2所示，体内预应力钢筋穿过相应节段预应力钢筋管道张拉锚固，并通过管道压浆后，使体内预应力钢绞线5与顶、底板混凝土结合为整体后，与顶、底板混凝土共同承受施工荷载及一期恒载。

结合图2、图3、图4所示，腹板钢管4为中空钢管包括多根，沿着沿着混凝土顶板和混凝土底板的纵向方向，对称布置有两列中空钢管，每列中空钢管均竖向斜向设置，相邻两根腹板钢管顶端及底端通过剪力键螺栓板10连接，形成纵向三角形稳定结构，多根钢管依次相互连接，形成主梁腹板，承受剪力及部分弯矩。

结合图2、图3所示，体外预应力索6根据设计承载能力，可横向对称设置多条，承受运营期活载。

结合图1、图2、图3所示，横隔板7为钢筋混凝土结构，分为中横隔板12、墩顶横隔板13和端横隔板14，中横隔板12位于墩顶和梁端之间的梁体中部，内部预埋体外预应力转向钢套管9，用于辅助体外预应力钢筋转向；墩顶横隔板13位于墩顶位置，端横隔板14位于梁端，内部预埋锚固套筒，用于体外预应力索锚固。

对钢管腹板预应力钢混组合主梁结施工方法，进行详细说明，包括以下几个步骤：

步骤1：在墩顶托架平台上拼装0号块梁段底板模板并绑底板钢筋，按照设计要求布置并预埋预应力管道，拼装连接本节段腹板钢管4，并将钢管底部剪力键8临时固定在底板相应设计位置；

步骤2：浇筑0号块底板混凝土，待混凝土达到设计强度的90％时，进行底板体内预应力钢绞线5管道穿束，张拉、锚固；

步骤3：墩顶托架平台上搭设满堂支架及顶板施工平台，同步骤1，进行0号块主梁顶板立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉施工。混凝土浇筑前微调位于顶板内钢管顶部剪力键8位置，使其符合设计要求；

步骤4：在墩顶梁段顶面两端对称拼装挂篮系统15，并进行加载试验；

步骤5：在挂篮底板平台16上拼装1#梁段底板模板并绑扎底板钢筋，按照设计要求布置并预埋预应力管道，拼装连接本节段腹板钢管4，并将钢管底部剪力键8临时固定在底板相应设计位置；

步骤6：浇筑1号块梁段底板混凝土，待混凝土达到设计强度的90％时，进行底板体内预应力钢绞线5管道穿束，张拉、锚固；

步骤7：在挂篮顶板平台17上1号块梁段顶板立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉施工。混凝土浇筑前微调位于顶板内钢管顶部剪力键8位置，使其符合设计要求；

步骤8：挂篮系统15前移，重复步骤5～步骤7，进入下一节段主梁施工，直至全桥合龙；

步骤9：当施工至横隔板7位置，立模绑扎横隔板钢筋，并预埋转向或锚固装置；

步骤10：体外预应力索6穿过相应的锚固块及转向块，张拉至设计荷载锚固。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种钢管腹板预应力钢混组合主梁结构，其特征在于，包括混凝土顶板、混凝土底板、腹板钢管、体内预应力钢绞线、体外预应力索和横隔板，所述的腹板钢管设置在混凝土顶板和混凝土底板之间，腹板钢管顶部和底部设有剪力键，腹板钢管通过剪力键、钢管定位钢筋与混凝土顶、底板连接形成钢混组合主梁框架，所述的横隔板横向设置在钢混组合梁框架内部，每隔一段距离设置一道，与混凝土顶、底板浇筑固结为整体，用于增加梁体横向刚度；所述的体内预应力钢绞线埋设在顶、底板混凝土内，所述的体外预应力索设置在钢混组合梁框架内部，一端锚固在梁端的横隔板上，另一端锚固在墩顶的横隔板上，中间部分穿过横隔板上的体外预应力转向钢套管后，完成设计体外预应力竖向转向；

所述的混凝土顶板和混凝土底板为节段施工，浇筑前每个节段均埋设预应力钢筋管道；

所述的体内预应力钢绞线穿过相应节段预应力钢筋管道张拉锚固，并通过管道压浆后，使体内预应力钢绞线与顶、底板混凝土结合为整体后，与顶、底板混凝土共同承受施工荷载及一期恒载。

2.如权利要求1所述的钢管腹板预应力钢混组合主梁结构，其特征在于，所述的腹板钢管为中空钢管，沿着混凝土顶板和混凝土底板的纵向方向，对称布置有两列中空钢管，每列中空钢管包括多个倾斜设置且依次相连的中空钢管，形成纵向三角形稳定结构；进而形成主梁体腹板，承受剪力及部分弯矩。

3.如权利要求2所述的钢管腹板预应力钢混组合主梁结构，其特征在于，相邻两根腹板钢管顶端及底端通过剪力键螺栓板连接。

4.如权利要求1所述的钢管腹板预应力钢混组合主梁结构，其特征在于，所述的体外预应力索根据设计承载能力，可沿着钢混组合梁框架的纵向方向对称设置多条，承受运营期活载。

5.如权利要求1所述的钢管腹板预应力钢混组合主梁结构，其特征在于，所述的横隔板为钢筋混凝土结构，包括中横隔板、墩顶横隔板和端横隔板，中横隔板设计有多个，位于墩顶和梁端之间的梁体中部，其内部预埋体外预应力转向钢套管，用于辅助体外预应力索转向；墩顶横隔板位于墩顶位置，端横隔板位于梁端，其内部也预埋锚固套筒，用于体外预应力索锚固。

6.如权利要求1-5中任一项所述的钢管腹板预应力钢混组合主梁结构的施工方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：在墩顶托架平台上拼装0号块梁段底板模板并绑扎底板钢筋，按照设计要求布置并预埋预应力管道，拼装连接本节段腹板钢管，并将钢管底部剪力键临时固定在底板相应设计位置；

步骤2：浇筑0号块底板混凝土，待混凝土达到设计强度的90%时，进行底板体内预应力钢绞线管道穿束，张拉、锚固；

步骤3：墩顶托架平台上搭设满堂支架及顶板施工平台，同步骤1，进行0号块主梁顶板立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉施工；混凝土浇筑前微调位于混凝土顶板内钢管顶部剪力键位置，使其符合设计要求；

步骤4：在墩顶梁段顶面两端对称拼装挂篮系统，并进行加载试验；

步骤5：在挂篮底模平台上拼装1#梁段底板模板并绑扎底板钢筋，按照设计要求布置并预埋预应力管道，拼装连接本节段腹板钢管，并将钢管底部剪力键临时固定在底板相应设计位置；

步骤6：浇筑1号块梁段底板混凝土，待混凝土达到设计强度的90%时，进行体内预应力钢绞线管道穿束，张拉、锚固；

步骤7：在挂篮顶板平台上1号块梁段顶板立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉施工；混凝土浇筑前微调位于顶板内钢管顶部剪力键位置，使其符合设计要求；

步骤8：挂篮系统前移，重复步骤5～步骤7，进入下一节段主梁施工，直至全桥合龙；

步骤9：当施工至横隔板位置，立模绑扎横隔板钢筋，并预埋转向或锚固装置；

步骤10：体外预应力索穿过相应的锚固块及转向块，张拉至设计荷载锚固。

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