CN108221704A - 一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁用四梁式工字钢‑混凝土组合梁及施工方法，该四梁式工字钢‑混凝土组合梁由多个沿所施工桥梁纵桥向布设的组合梁节段拼接而成，每个组合梁节段均由四个工字钢和混凝土桥面板组成；该施工方法包括步骤：一、工字钢的加工；二、混凝土桥面板的施工；三、组合梁节段的吊装。本发明通过连接梁的设置，保证了组合梁节段形成稳定结构，防止在吊装过程中发生失稳破坏；在施工场地浇筑混凝土桥面板，使混凝土桥面板与工字钢连接可靠且能够满足桥梁线形的要求；通过将组合梁节段预制再吊装，减少了高空作业的施工工序；结合所述主梁的最大最小弯矩包络图并根据工字钢受力特点对工字钢进行分段，能够达到节约造价和优化受力的目的。
Description
技术领域
本发明属于桥梁施工技术领域，尤其涉及一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁及施工方法。
背景技术
工字钢-混凝土组合结构作为一种新型桥梁结构形式,相较于纯钢梁结构，组合梁可采用较小的截面同时获得较大的截面惯性矩，有利于减小活载下的结构变形；相较于混凝土结构，其自重减轻，结构延性提高，造价降低。钢-混凝土组合结构使两种材料的特性得以充分发挥，在桥梁结构领域具有广阔应用前景。
目前钢混组合结构通常是在临时墩或支架上分节段架设、焊接钢梁，再安装预制好的混凝土桥面板。但上述施工方法存在以下不足和缺陷：一、对于地质基础较差的桥位，很难保证支架基础的变形，且架体搭设过高也易发生安全事故及质量问题；二、单梁吊装易发生失稳；三、有大量的焊接、湿接缝浇筑工作需在高空作业完成，影响操作人员的安全及施工质量；四、预制桥面板通常需要存梁6个月以上，对施工周期要求短的工程很难保证其存梁时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁及施工方法，该四梁式工字钢-混凝土组合梁通过连接梁的设置，有效的保证了组合梁节段在吊装过程中形成稳定结构，防止在吊装过程中发生失稳破坏的现象；该施工方法在施工场地在工字钢的上部支设模板，现场浇筑混凝土桥面板，使混凝土桥面板与工字钢连接可靠且能够满足桥梁线形的要求，同时有效的缩短了施工工期，节约时间成本；通过将组合梁节段预制后再进行吊装，大大减少了高空作业的施工工序，有效的确保了作业人员的安全问题和施工质量问题；根据主梁的最大最小弯矩包络图中承受负弯矩的负弯矩段和设置在正弯矩段与负弯矩段之间的过渡段，有效的根据工字钢受力特点对工字钢进行分段，能够达到节约造价和优化受力的目的。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征在于：由多个沿所施工桥梁纵桥向由前至后布设的组合梁节段拼接而成，所施工桥梁为多跨连续梁桥；每个所述组合梁节段均支撑于前后相邻两个桥墩之间，所述组合梁节段的梁体高度为190cm～200cm，所述组合梁节段的长度与其两端所支设的两个所述桥墩之间的距离相同；
每个所述组合梁节段均由四个沿纵桥向布设于同一水平面上的工字钢和支撑在四个工字钢上的混凝土桥面板组成，四个工字钢沿所施工桥梁横桥向呈等间距布设，四个所述工字钢的结构尺寸均相同且呈平行布设，四个所述工字钢布设在同一平面上，每个所述工字钢的两端均支撑于桥墩上；
每个所述工字钢均沿纵桥向由前至后分为三个节段，三个所述节段分别为正弯矩段、负弯矩段和连接于正弯矩段与负弯矩段之间的过渡段；所述正弯矩段和所述负弯矩段的上翼缘板厚度均大于过渡段的上翼缘板厚度，所述正弯矩段和所述负弯矩段的下翼缘板厚度均大于过渡段的下翼缘板厚度；
相邻两个所述工字钢通过连接件连接为一体，每个所述连接件包括多个沿纵桥向由前至后布设的连接梁组成，相邻两个所述工字钢通过多个所述连接梁连接为一体，所述连接梁沿横桥向布设。
上述一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征是：多个所述组合梁节段拼接形成所施工桥梁的主梁，所述正弯矩段为所述主梁的最大最小弯矩包络图中承受正弯矩的梁段；负弯矩段为所述主梁的最大最小弯矩包络图中承受负弯矩的梁段。
上述一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征是：多个所述连接梁均布设于同一水平面上，每个所述连接梁均包括两个连接于两个所述工字钢的腹板之间的连接杆，两个所述连接杆均沿横桥向布设且二者布设于同一竖直面上，两个所述连接杆分别为上连接杆和位于所述上连接杆正下方的下连接杆且二者之间的竖向距离为所述腹板高度的1/4～1/3。
上述一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征是：所述工字钢的上翼缘板对称布设在所述工字钢的腹板两侧，所述正弯矩段上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面，所述坡面的坡度为1％～2％，所述坡面的坡脚与所述过渡段上翼缘板的下板面连接；所述负弯矩段上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面，所述坡面的坡度为1％～2％，所述坡面的坡脚与所述过渡段上翼缘板的下板面连接；
所述工字钢的下翼缘板对称布设在所述工字钢的腹板两侧，所述正弯矩段下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面，所述坡面的坡度为1％～2％，所述坡面的坡脚与所述过渡段下翼缘板的上板面连接；所述负弯矩段下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面，所述坡面的坡度为1％～2％，所述坡面的坡脚与所述过渡段下翼缘板的上板面连接。
上述一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征是：所述混凝土桥面板包括沿所述工字钢长度方向布设并排布设的多个混凝土桥面板单元，相邻两个所述混凝土桥面板单元之间设置有将两个所述混凝土桥面板单元连接为一体的横向混凝土浇筑带。
上述一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征是：相邻两个所述组合梁节段之间设置有用于将其连接为一体的后浇带，所述后浇带与所述混凝土桥面板布设在同一平面上，所述后浇带与所述横向混凝土浇筑带呈平行布设。
上述一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征是：每个所述组合梁节段中两个所述工字钢的结构和尺寸均相同，两个所述工字钢的长度均与该组合梁节段的纵向长度相同；每个所述组合梁节段中正弯矩段、负弯矩段和过渡段的上翼缘板与下翼缘板的宽度均相同，每个所述组合梁节段中正弯矩段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同，每个所述组合梁节段中负弯矩段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同，每个所述组合梁节段中过渡段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同。
一种对所述四梁式工字钢-混凝土组合梁进行施工的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、工字钢的加工，对所施工四梁式工字钢-混凝土组合梁中多个所述组合梁节段分别进行加工，多个所述组合梁节段的加工方法均相同；对任一个所述组合梁节段的工字钢加工时，包括以下步骤：
步骤101、工字钢尺寸确定：对当前所加工组合梁节段中工字钢的长度、正弯矩段的腹板厚度t1、负弯矩段的腹板厚度t2、过渡段的腹板厚度t3、正弯矩段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d1、负弯矩段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d2以及过渡段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d3分别进行确定；
当前所加工组合梁节段中工字钢的长度＝L，其中L当前所加工组合梁节段的纵向长度且其单位为mm；
所述正弯矩段的腹板厚度t1根据公式Aw＝hw1×t1(a)进行确定；
其中，公式(a)中hw1为正弯矩段的腹板厚度，单位为mm；hw1根据公式I1＝(BH3-b1hw1 3)/12(b)进行确定，公式(b)中I1为正弯矩段的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段中工字钢上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b1+t1；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(b)中I1根据公式σ＝M1y/I1(c)进行确定，公式(c)中σ为材料应力，单位为MPa；M1为所述主梁的最大最小弯矩包络图中正弯矩段受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(a)中Aw为正弯矩段的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；公式(d)中Vvu为工字钢的竖向抗剪承载力，单位为N；fvd为工字钢的抗剪强度设计值，单位为MPa；公式(e)中γ0为结构重要性系数，且γ0＝0.9、1.0、1.1；Vvd为工字钢的竖向剪力设计值，单位为N；
所述正弯矩段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d1根据公式d1＝(H-hw1)/2(f)得到；其中d1的单位为mm；
所述负弯矩段的腹板厚度t2根据公式Aw＝hw2×t2(g)进行确定；
其中，公式(g)中hw2为负弯矩段的腹板厚度，单位为mm；hw2根据公式I2＝(BH3-b2hw2 3)/12(h)进行确定，公式(h)中I2为负弯矩段的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段中工字钢上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b2+t2；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(h)中I2根据公式σ＝M2y/I2(i)进行确定，公式(i)中σ为材料应力，单位为MPa；M2为所述主梁的最大最小弯矩包络图中负弯矩段受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(g)中Aw为负弯矩段的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；
所述负弯矩段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d2根据公式d2＝(H-hw2)/2(j)得到；其中d2的单位为mm；
所述过渡段的腹板厚度t3根据公式Aw＝hw3×t3(k)进行确定；
其中，公式(k)中hw3为过渡段的腹板厚度，单位为mm；hw3根据公式I3＝(BH3-b3hw3 3)/12(m)进行确定，公式(m)中I3为过渡段的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段中工字钢上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b3+t3；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(m)中I3根据公式σ＝M3y/I3(n)进行确定，公式(n)中σ为材料应力，单位为MPa；M3为所述主梁的最大最小弯矩包络图中过渡段受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(n)中Aw为过渡段的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；
所述过渡段的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d3根据公式d3＝(H-hw3)/2(p)得到；其中d3的单位为mm；
步骤102、工字钢的初加工：根据步骤101确定的所述工字钢尺寸对当前所加工组合梁节段中工字钢进行初加工；
步骤103、连接梁安装：在步骤102中前所加工组合梁节段中相邻两个工字钢之间安装连接梁；
步骤104、重复步骤101～步骤103，完成多个所述组合梁节段中工字钢的加工；
步骤二、混凝土桥面板的施工：在步骤104中多个所述组合梁节段中工字钢上支模，进行所述混凝土桥面板的浇筑施工，待所述混凝土桥面板终凝后拆模，多个所述组合梁节段预制完成；
步骤三、组合梁节段吊装到位：将步骤二中预制完成的所述组合梁节段吊装到位。
所述施工方法，其特征是：所述工字钢的上翼缘板对称布设在所述工字钢的腹板两侧，所述正弯矩段上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面，所述坡面的坡度为1％～2％，所述坡面的坡脚与所述过渡段上翼缘板的下板面连接；所述负弯矩段上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面，所述坡面的坡度为1％～2％，所述坡面的坡脚与所述过渡段上翼缘板的下板面连接；
所述工字钢的下翼缘板对称布设在所述工字钢的腹板两侧，所述正弯矩段下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面，所述坡面的坡度为1％～2％，所述坡面的坡脚与所述过渡段下翼缘板的上板面连接；所述负弯矩段下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面，所述坡面的坡度为1％～2％，所述坡面的坡脚与所述过渡段下翼缘板的上板面连接；
步骤102中对工字钢初加工时，首先根据步骤101确定的所述工字钢尺寸进行所述工字钢的初加工，待所述工字钢初加工完成后在所述正弯矩段上翼缘板的下板面和下翼缘板的上板面以及负弯矩段上翼缘板的下板面和下翼缘板的上板面分别进行所述坡面的加工；
待步骤二中所述混凝土桥面板达到设计强度后，采用后张法对所述混凝土桥面板施加横向预应力。
所述施工方法，其特征是：步骤三中组合梁节段吊装到位后，将所述组合梁节段的下部与所述桥墩的顶部进行焊接连接；
相邻两个所述组合梁节段之间设置有用于将其连接为一体的后浇带，所述后浇带与所述混凝土桥面板布设在同一平面上，所述后浇带与所述横向混凝土浇筑带呈平行布设；
步骤三中组合梁节段吊装到位时，首先在相邻两个所述组合梁节段预留伸缩缝，然后在所述伸缩缝内浇筑后浇带。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的四梁式工字钢-混凝土组合梁由多个沿所施工桥梁纵桥向由前至后布设的组合梁节段拼接而成，每个组合梁节段均由四个沿纵桥向布设于同一水平面上的工字钢和支撑在四个工字钢上的混凝土桥面板组成，结构简单、受力合理、施工方便且使用效果好，与纯钢梁结构及混凝土结构相比，在结构受力、造价、工期、材料及抗震性能等多方面具有更为明显的优势。
2、本发明通过连接梁的设置将相邻两个工字钢连接为一体，有效的保证了组合梁节段在吊装过程中形成稳定结构，防止在吊装过程中发生失稳破坏的现象。
3、本发明中在施工场地在工字钢的上部支设模板，现场浇筑混凝土桥面板，使混凝土桥面板与工字钢连接可靠且能够满足桥梁线形的要求，同时有效的缩短了施工工期，节约时间成本。
4、本发明中在进行组合梁节段吊装时，由于组合梁节段由四个工字钢组成，便于在吊装过程中保持平衡。
5、本发明中通过将组合梁节段预制后再进行吊装，大大减少了高空作业的施工工序，有效的确保了作业人员的安全问题和施工质量问题。
6、本发明中根据主梁的最大最小弯矩包络图中承受负弯矩的负弯矩段和设置在正弯矩段与负弯矩段之间的过渡段，有效的根据工字钢受力特点对工字钢进行分段，能够达到节约造价和优化受力的目的。
综上所述，本发明的结构简单、受力合理且施工方便，通过连接梁的设置，有效的保证了组合梁节段在吊装过程中形成稳定结构，防止在吊装过程中发生失稳破坏的现象；在施工场地在工字钢的上部支设模板，现场浇筑混凝土桥面板，使混凝土桥面板与工字钢连接可靠且能够满足桥梁线形的要求，同时有效的缩短了施工工期，节约时间成本；通过将组合梁节段预制后再进行吊装，大大减少了高空作业的施工工序，有效的确保了作业人员的安全问题和施工质量问题；根据主梁的最大最小弯矩包络图中承受负弯矩的负弯矩段和设置在正弯矩段与负弯矩段之间的过渡段，有效的根据工字钢受力特点对工字钢进行分段，能够达到节约造价和优化受力的目的。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明四梁式工字钢-混凝土组合梁的结构示意图。
图2为本发明主梁的最大最小弯矩包络图。
图3为本发明工字钢的结构示意图。
图4为图3的A部放大图。
图5为图3的B-B截面图。
图6为本发明混凝土桥面板的施工状态示意图。
图7为本发明的施工方法流程图。
附图标记说明:
1—组合梁节段； 2—工字钢； 3—混凝土桥面板；
4—正弯矩段； 5—负弯矩段； 6—过渡段；
7—连接梁； 8—坡面； 9—桥墩；
10—混凝土桥面板单元； 11—横向混凝土浇筑带。
具体实施方式
如图1～图6所示的一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，由多个沿所施工桥梁纵桥向由前至后布设的组合梁节段1拼接而成，所施工桥梁为多跨连续梁桥；每个所述组合梁节段1均支撑于前后相邻两个桥墩9之间，所述组合梁节段1的梁体高度为190cm～200cm，所述组合梁节段1的长度与其两端所支设的两个所述桥墩9之间的距离相同；
每个所述组合梁节段1均由四个沿纵桥向布设于同一水平面上的工字钢2和支撑在四个工字钢2上的混凝土桥面板3组成，四个工字钢2沿所施工桥梁横桥向呈等间距布设，四个所述工字钢2的结构尺寸均相同且呈平行布设，四个所述工字钢2布设在同一平面上，每个所述工字钢2的两端均支撑于桥墩9上；
每个所述工字钢2均沿纵桥向由前至后分为三个节段，三个所述节段分别为正弯矩段4、负弯矩段5和连接于正弯矩段4与负弯矩段5之间的过渡段6；所述正弯矩段4和所述负弯矩段5的上翼缘板厚度均大于过渡段6的上翼缘板厚度，所述正弯矩段4和所述负弯矩段5的下翼缘板厚度均大于过渡段6的下翼缘板厚度；
相邻两个所述工字钢2通过连接件连接为一体，每个所述连接件包括多个沿纵桥向由前至后布设的连接梁7组成，相邻两个所述工字钢2通过多个所述连接梁7连接为一体，所述连接梁7沿横桥向布设。
多个所述组合梁节段1拼接形成所施工桥梁的主梁，所述正弯矩段4为所述主梁的最大最小弯矩包络图中承受正弯矩的梁段；负弯矩段5为所述主梁的最大最小弯矩包络图中承受负弯矩的梁段。
实际使用时，根据所述主梁的最大最小弯矩包络图中承受负弯矩的负弯矩段5和设置在所述正弯矩段4与负弯矩段5之间的过渡段6，有效的根据所述工字钢2受力特点对所述工字钢2进行分段，能够达到节约造价和优化受力的目的。
需要说明的是，所述主梁的最大最小弯矩包络图通过MIDAS软件进行计算获得。
实际使用时，该四梁式工字钢-混凝土组合梁结构简单、受力合理、施工方便且使用效果好，与纯钢梁结构及混凝土结构相比，在结构受力、造价、工期、材料及抗震性能等多方面具有更为明显的优势。
实际使用时，通过所述连接件的设置，将相邻两个所述工字钢2，增加了所施工桥梁的整体性和稳定性，有效的保证了所述组合梁节段1在吊装过程中形成稳定结构，防止在吊装过程中发生失稳破坏的现象，同时提高所述组合梁节段1承受动载的能力。
实际使用时，所述组合梁节段1的长度与其两端所支设的两个所述桥墩9之间的距离相同；目的是将所述工字钢2进行吊装后，所述工字钢2的两端均能够支撑在所述桥墩9上，无需进行对所述工字钢2的顶推，节约施工工期，提高施工效率。
本实施例中，多个所述连接梁7均布设于同一水平面上，每个所述连接梁7均包括两个连接于两个所述工字钢2的腹板之间的连接杆，两个所述连接杆均沿横桥向布设且二者布设于同一竖直面上，两个所述连接杆分别为上连接杆和位于所述上连接杆正下方的下连接杆且二者之间的竖向距离为所述腹板高度的1/4～1/3。
实际使用时，所述连接杆的数量为多个，优选的为两个，所述连接杆的数量过多，造成材料的浪费且增加施工工艺，同时增加了所述组合梁节段1的自重。
优选的两个所述连接杆之间的距离为所述腹板高度的1/4～1/3，且将两个所述连接杆对称布设在所述腹板中心的上下两侧，受力合理且稳定性高。
需要说明的是，所述连接杆为型钢，且所述型钢的两端均与所述腹板为焊接连接。
如图4所示，本实施例中，所述工字钢2的上翼缘板对称布设在所述工字钢2的腹板两侧，所述正弯矩段4上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面8，所述坡面8的坡度为1％～2％，所述坡面8的坡脚与所述过渡段6上翼缘板的下板面连接；所述负弯矩段5上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面8，所述坡面8的坡度为1％～2％，所述坡面8的坡脚与所述过渡段6上翼缘板的下板面连接；
所述工字钢2的下翼缘板对称布设在所述工字钢2的腹板两侧，所述正弯矩段4下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面8，所述坡面8的坡度为1％～2％，所述坡面8的坡脚与所述过渡段6下翼缘板的上板面连接；所述负弯矩段5下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面8，所述坡面8的坡度为1％～2％，所述坡面8的坡脚与所述过渡段6下翼缘板的上板面连接。
实际使用时，所述坡面8的设置，目的是防止所述工字钢2在过渡段6与正弯矩段4与负弯矩段5之间产生截面突变，在突变出产生应力集中，导致所述工字钢2的强度降低，甚至不满足设计要求，产生安全隐患。
本实施例中，所述混凝土桥面板3包括沿所述工字钢2长度方向布设并排布设的多个混凝土桥面板单元10，相邻两个所述混凝土桥面板单元10之间设置有将两个所述混凝土桥面板单元10连接为一体的横向混凝土浇筑带11。
实际使用时，由于所述混凝土桥面板3直接承受来自火车施加的动荷载，因此对所述混凝土桥面板3的强度和抗冲击性能要求较高，将所述混凝土桥面板3划分为多个混凝土桥面板单元10，能够保证每个所述混凝土桥面板单元10的强度均能够满足需求。
实际使用时，通过所述横向混凝土浇筑带11的设置，将多个所述混凝土桥面板单元10连接为一个整体，且所述横向混凝土浇筑带11与所述混凝土桥面板单元10均为混凝土材料浇筑而成，连接性能好，整体承受动载的能力高。
需要说明的是，所述横向混凝土浇筑带11一般是在所述混凝土桥面板单元10达到终凝后才进行施工，因此所述横向混凝土浇筑带11的设置能够使所述混凝土桥面板3在凝结过程中沿其宽度进行收缩变形后，不对所施工桥梁的强度和耐久性产生影响。
本实施例中，相邻两个所述组合梁节段1之间设置有用于将其连接为一体的后浇带，所述后浇带与所述混凝土桥面板3布设在同一平面上，所述后浇带与所述横向混凝土浇筑带11呈平行布设。
实际使用时，所述后浇带的设置，将相邻两个所述组合梁节段1连接为一体，增加了所施工桥梁的稳定性和耐久性。
本实施例中，每个所述组合梁节段1中两个所述工字钢2的结构和尺寸均相同，两个所述工字钢2的长度均与该组合梁节段1的纵向长度相同；每个所述组合梁节段1中正弯矩段4、负弯矩段5和过渡段6的上翼缘板与下翼缘板的宽度均相同，每个所述组合梁节段1中正弯矩段4的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同，每个所述组合梁节段1中负弯矩段5的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同，每个所述组合梁节段1中过渡段6的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同。
如图7所示的一种对所述四梁式工字钢-混凝土组合梁进行施工的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、工字钢的加工，对所施工四梁式工字钢-混凝土组合梁中多个所述组合梁节段1分别进行加工，多个所述组合梁节段1的加工方法均相同；对任一个所述组合梁节段1的工字钢2加工时，包括以下步骤：
如图5所示，步骤101、工字钢尺寸确定：对当前所加工组合梁节段1中工字钢2的长度、正弯矩段4的腹板厚度t1、负弯矩段5的腹板厚度t2、过渡段6的腹板厚度t3、正弯矩段4的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d1、负弯矩段5的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d2以及过渡段6的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d3分别进行确定；
当前所加工组合梁节段1中工字钢2的长度＝L，其中L当前所加工组合梁节段1的纵向长度且其单位为mm；
所述正弯矩段4的腹板厚度t1根据公式Aw＝hw1×t1(a)进行确定；
其中，公式(a)中hw1为正弯矩段4的腹板厚度，单位为mm；hw1根据公式I1＝(BH3-b1hw1 3)/12(b)进行确定，公式(b)中I1为正弯矩段4的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段1中工字钢2上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b1+t1；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(b)中I1根据公式σ＝M1y/I1(c)进行确定，公式(c)中σ为材料应力，单位为MPa；M1为所述主梁的最大最小弯矩包络图中正弯矩段4受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(a)中Aw为正弯矩段4的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；公式(d)中Vvu为工字钢2的竖向抗剪承载力，单位为N；fvd为工字钢2的抗剪强度设计值，单位为MPa；公式(e)中γ0为结构重要性系数，且γ0＝0.9、1.0、1.1；Vvd为工字钢2的竖向剪力设计值，单位为N；
所述正弯矩段4的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d1根据公式d1＝(H-hw1)/2(f)得到；其中d1的单位为mm；
所述负弯矩段5的腹板厚度t2根据公式Aw＝hw2×t2(g)进行确定；
其中，公式(g)中hw2为负弯矩段5的腹板厚度，单位为mm；hw2根据公式I2＝(BH3-b2hw2 3)/12(h)进行确定，公式(h)中I2为负弯矩段5的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段1中工字钢2上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b2+t2；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(h)中I2根据公式σ＝M2y/I2(i)进行确定，公式(i)中σ为材料应力，单位为MPa；M2为所述主梁的最大最小弯矩包络图中负弯矩段5受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(g)中Aw为负弯矩段5的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；
所述负弯矩段5的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d2根据公式d2＝(H-hw2)/2(j)得到；其中d2的单位为mm；
所述过渡段6的腹板厚度t3根据公式Aw＝hw3×t3(k)进行确定；
其中，公式(k)中hw3为过渡段6的腹板厚度，单位为mm；hw3根据公式I3＝(BH3-b3hw3 3)/12(m)进行确定，公式(m)中I3为过渡段6的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段1中工字钢2上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b3+t3；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(m)中I3根据公式σ＝M3y/I3(n)进行确定，公式(n)中σ为材料应力，单位为MPa；M3为所述主梁的最大最小弯矩包络图中过渡段6受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(n)中Aw为过渡段6的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；
所述过渡段6的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d3根据公式d3＝(H-hw3)/2(p)得到；其中d3的单位为mm；
步骤102、工字钢的初加工：根据步骤101确定的所述工字钢2尺寸对当前所加工组合梁节段1中工字钢2进行初加工；
步骤103、连接梁安装：在步骤102中前所加工组合梁节段1中相邻两个工字钢2之间安装连接梁7；
步骤104、重复步骤101～步骤103，完成多个所述组合梁节段1中工字钢2的加工；
步骤二、混凝土桥面板的施工：在步骤104中多个所述组合梁节段1中工字钢2上支模，进行所述混凝土桥面板3的浇筑施工，待所述混凝土桥面板3终凝后拆模，多个所述组合梁节段1预制完成；
步骤三、组合梁节段吊装到位：将步骤二中预制完成的所述组合梁节段1吊装到位。
实际施工时，步骤101中所述工字钢2在预制厂内完成。
实际施工时，在步骤二混凝土桥面板3施工前进行连接梁7的安装，目的如下：将4个所述工字钢2连接为一个整体，便于进行吊装；增加所述工字钢2的稳定性，便于在进行所述混凝土桥面板3进行施工时模板的支设；与吊装之后进行所述连接梁7的安装相比，有效的减少了高空作业，降低施工难度的同时有效的保证了作业人员的人身安全。
实际施工时，步骤二混凝土桥面板3施工后才进行吊装，且在现场进行浇筑，使所述混凝土桥面板3与所述工字钢2连接可靠且能够满足桥梁线形的要求，同时有效的缩短了施工工期，节约时间成本。
实际施工时，如图2所示，以所述主梁的最大最小弯矩包络图中的区域A-B为例，步骤101的公式σ＝M1y/I1(c)中，M1＝M1，max；公式σ＝M2y/I2(i)中，M2＝M2，max；公式σ＝M3y/I3(n)中，M3为M3，max和M，3，max中较大的，有效的保证了区域A中所述工字钢2的受力性能。
需要说明的是步骤101中材料应力σ的根据《公路钢混组合结构桥梁设计与施工规范》第21页7.2.1条中的第2条进行计算。
实际施工时，步骤101中所述正弯矩段4的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d1还需要满足E为工字钢2的弹性模量，其单位为MPa，fv为工字钢2的屈服强度，其单位为MPa，当d1不满足 时，d1的值取为
步骤101中所述负弯矩段5的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d2还需要满足E为工字钢2的弹性模量，其单位为MPa，fv为工字钢2的屈服强度，其单位为MPa，当d2不满足时，d2的值取为
步骤101中所述过渡段6的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d3还需要满足E为工字钢2的弹性模量，其单位为MPa，fv为工字钢2的屈服强度，其单位为MPa，当d3不满足时，d3的值取为
本实施例中，步骤二中所述混凝土桥面板3包括沿所述工字钢2长度方向布设并排布设的多个混凝土桥面板单元10，相邻两个所述混凝土桥面板单元10之间设置有将两个所述混凝土桥面板单元10连接为一体的横向混凝土浇筑带11；
步骤二中进行所述混凝土桥面板3的浇筑时，将所述混凝土桥面板3分为多个所述混凝土桥面板单元10进行浇筑，且在所述混凝土桥面板单元10浇筑时，相邻两个所述混凝土桥面板单元10之间预留横向湿接缝，待所述混凝土桥面板单元10终凝后，在所述横向湿接缝中浇筑所述横向混凝土浇筑带11。
本实施例中，所述工字钢2的上翼缘板对称布设在所述工字钢2的腹板两侧，所述正弯矩段4上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面8，所述坡面8的坡度为1％～2％，所述坡面8的坡脚与所述过渡段6上翼缘板的下板面连接；所述负弯矩段5上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面8，所述坡面8的坡度为1％～2％，所述坡面8的坡脚与所述过渡段6上翼缘板的下板面连接；
所述工字钢2的下翼缘板对称布设在所述工字钢2的腹板两侧，所述正弯矩段4下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面8，所述坡面8的坡度为1％～2％，所述坡面8的坡脚与所述过渡段6下翼缘板的上板面连接；所述负弯矩段5下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面8，所述坡面8的坡度为1％～2％，所述坡面8的坡脚与所述过渡段6下翼缘板的上板面连接；
步骤102中对工字钢初加工时，首先根据步骤101确定的所述工字钢2尺寸进行所述工字钢2的初加工，待所述工字钢2初加工完成后在所述正弯矩段4上翼缘板的下板面和下翼缘板的上板面以及负弯矩段5上翼缘板的下板面和下翼缘板的上板面分别进行所述坡面8的加工；
待步骤二中所述混凝土桥面板3达到设计强度后，采用后张法对所述混凝土桥面板3施加横向预应力。
实际使用时，所述坡面8的设置，目的是防止所述工字钢2在过渡段6与正弯矩段4与负弯矩段5之间产生截面突变，在突变出产生应力集中，导致所述工字钢2的强度降低，甚至不满足设计要求，产生安全隐患。
实际施工时，才用后张法对所述混凝土桥面板3施加横向预应力时，沿所述混凝土桥面板3的长度方向等间距布设多道横向预应力钢筋，相邻两道所述预应力钢筋之间的距离为45cm～50cm。
本实施例中，步骤三中组合梁节段1吊装到位后，将所述组合梁节段1的下部与所述桥墩9的顶部进行焊接连接；
相邻两个所述组合梁节段1之间设置有用于将其连接为一体的后浇带，所述后浇带与所述混凝土桥面板3布设在同一平面上，所述后浇带与所述横向混凝土浇筑带11呈平行布设；
步骤三中组合梁节段1吊装到位时，首先在相邻两个所述组合梁节段1预留伸缩缝，然后在所述伸缩缝内浇筑后浇带。
实际使用时，所述组合梁节段1的下部与所述桥墩9的顶部可以通过螺栓连接或者焊接，优选的为焊接连接，由于所施工桥梁在施工完成后受到较大的动载，采用螺栓连接时，由于多次的动载作用，会使所述螺栓产生松动，影响所施工桥梁的强度和耐久性。
实际施工时，根据常规方法进行所述后浇带的施工。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征在于：由多个沿所施工桥梁纵桥向由前至后布设的组合梁节段(1)拼接而成，所施工桥梁为多跨连续梁桥；每个所述组合梁节段(1)均支撑于前后相邻两个桥墩(9)之间，所述组合梁节段(1)的梁体高度为190cm～200cm，所述组合梁节段(1)的长度与其两端所支设的两个所述桥墩(9)之间的距离相同；
每个所述组合梁节段(1)均由四个沿纵桥向布设于同一水平面上的工字钢(2)和支撑在四个工字钢(2)上的混凝土桥面板(3)组成，四个工字钢(2)沿所施工桥梁横桥向呈等间距布设，四个所述工字钢(2)的结构尺寸均相同且呈平行布设，四个所述工字钢(2)布设在同一平面上，每个所述工字钢(2)的两端均支撑于桥墩(9)上；
每个所述工字钢(2)均沿纵桥向由前至后分为三个节段，三个所述节段分别为正弯矩段(4)、负弯矩段(5)和连接于正弯矩段(4)与负弯矩段(5)之间的过渡段(6)；所述正弯矩段(4)和所述负弯矩段(5)的上翼缘板厚度均大于过渡段(6)的上翼缘板厚度，所述正弯矩段(4)和所述负弯矩段(5)的下翼缘板厚度均大于过渡段(6)的下翼缘板厚度；
相邻两个所述工字钢(2)通过连接件连接为一体，每个所述连接件包括多个沿纵桥向由前至后布设的连接梁(7)组成，相邻两个所述工字钢(2)通过多个所述连接梁(7)连接为一体，所述连接梁(7)沿横桥向布设。
2.按照权利要求1所述的一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征在于：多个所述组合梁节段(1)拼接形成所施工桥梁的主梁，所述正弯矩段(4)为所述主梁的最大最小弯矩包络图中承受正弯矩的梁段；负弯矩段(5)为所述主梁的最大最小弯矩包络图中承受负弯矩的梁段。
3.按照权利要求1或2所述的一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征在于：多个所述连接梁(7)均布设于同一水平面上，每个所述连接梁(7)均包括两个连接于两个所述工字钢(2)的腹板之间的连接杆，两个所述连接杆均沿横桥向布设且二者布设于同一竖直面上，两个所述连接杆分别为上连接杆和位于所述上连接杆正下方的下连接杆且二者之间的竖向距离为所述腹板高度的1/4～1/3。
4.按照权利要求1或2所述的一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征在于：所述工字钢(2)的上翼缘板对称布设在所述工字钢(2)的腹板两侧，所述正弯矩段(4)上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面(8)，所述坡面(8)的坡度为1％～2％，所述坡面(8)的坡脚与所述过渡段(6)上翼缘板的下板面连接；所述负弯矩段(5)上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面(8)，所述坡面(8)的坡度为1％～2％，所述坡面(8)的坡脚与所述过渡段(6)上翼缘板的下板面连接；
所述工字钢(2)的下翼缘板对称布设在所述工字钢(2)的腹板两侧，所述正弯矩段(4)下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面(8)，所述坡面(8)的坡度为1％～2％，所述坡面(8)的坡脚与所述过渡段(6)下翼缘板的上板面连接；所述负弯矩段(5)下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面(8)，所述坡面(8)的坡度为1％～2％，所述坡面(8)的坡脚与所述过渡段(6)下翼缘板的上板面连接。
5.按照权利要求1或2所述的一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征在于：所述混凝土桥面板(3)包括沿所述工字钢(2)长度方向布设并排布设的多个混凝土桥面板单元(10)，相邻两个所述混凝土桥面板单元(10)之间设置有将两个所述混凝土桥面板单元(10)连接为一体的横向混凝土浇筑带(11)。
6.按照权利要求1或2所述的一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征在于：相邻两个所述组合梁节段(1)之间设置有用于将其连接为一体的后浇带，所述后浇带与所述混凝土桥面板(3)布设在同一平面上，所述后浇带与所述横向混凝土浇筑带(11)呈平行布设。
7.按照权利要求2所述的一种桥梁用四梁式工字钢-混凝土组合梁，其特征在于：每个所述组合梁节段(1)中两个所述工字钢(2)的结构和尺寸均相同，两个所述工字钢(2)的长度均与该组合梁节段(1)的纵向长度相同；每个所述组合梁节段(1)中正弯矩段(4)、负弯矩段(5)和过渡段(6)的上翼缘板与下翼缘板的宽度均相同，每个所述组合梁节段(1)中正弯矩段(4)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同，每个所述组合梁节段(1)中负弯矩段(5)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同，每个所述组合梁节段(1)中过渡段(6)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度均相同。
8.一种对权利要求7所述的四梁式工字钢-混凝土组合梁进行施工的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、工字钢的加工，对所施工四梁式工字钢-混凝土组合梁中多个所述组合梁节段(1)分别进行加工，多个所述组合梁节段(1)的加工方法均相同；对任一个所述组合梁节段(1)的工字钢(2)加工时，包括以下步骤：
步骤101、工字钢尺寸确定：对当前所加工组合梁节段(1)中工字钢(2)的长度、正弯矩段(4)的腹板厚度t1、负弯矩段(5)的腹板厚度t2、过渡段(6)的腹板厚度t3、正弯矩段(4)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d1、负弯矩段(5)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d2以及过渡段(6)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d3分别进行确定；
当前所加工组合梁节段(1)中工字钢(2)的长度＝L，其中L当前所加工组合梁节段(1)的纵向长度且其单位为mm；
所述正弯矩段(4)的腹板厚度t1根据公式Aw＝hw1×t1(a)进行确定；
其中，公式(a)中hw1为正弯矩段(4)的腹板厚度，单位为mm；hw1根据公式I1＝(BH3-b1hw1 3)/12(b)进行确定，公式(b)中I1为正弯矩段(4)的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段(1)中工字钢(2)上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b1+t1；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(b)中I1根据公式σ＝M1y/I1(c)进行确定，公式(c)中σ为材料应力，单位为MPa；M1为所述主梁的最大最小弯矩包络图中正弯矩段(4)受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(a)中Aw为正弯矩段(4)的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；公式(d)中Vvu为工字钢(2)的竖向抗剪承载力，单位为N；fvd为工字钢(2)的抗剪强度设计值，单位为MPa；公式(e)中γ0为结构重要性系数，且γ0＝0.9、1.0、1.1；Vvd为工字钢(2)的竖向剪力设计值，单位为N；
所述正弯矩段(4)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d1根据公式d1＝(H-hw1)/2(f)得到；其中d1的单位为mm；
所述负弯矩段(5)的腹板厚度t2根据公式Aw＝hw2×t2(g)进行确定；
其中，公式(g)中hw2为负弯矩段(5)的腹板厚度，单位为mm；hw2根据公式I2＝(BH3-b2hw2 3)/12(h)进行确定，公式(h)中I2为负弯矩段(5)的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段(1)中工字钢(2)上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b2+t2；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(h)中I2根据公式σ＝M2y/I2(i)进行确定，公式(i)中σ为材料应力，单位为MPa；M2为所述主梁的最大最小弯矩包络图中负弯矩段(5)受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(g)中Aw为负弯矩段(5)的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；
所述负弯矩段(5)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d2根据公式d2＝(H-hw2)/2(j)得到；其中d2的单位为mm；
所述过渡段(6)的腹板厚度t3根据公式Aw＝hw3×t3(k)进行确定；
其中，公式(k)中hw3为过渡段(6)的腹板厚度，单位为mm；hw3根据公式I3＝(BH3-b3hw3 3)/12(m)进行确定，公式(m)中I3为过渡段(6)的截面惯性矩，单位为mm4；B为当前所加工组合梁节段(1)中工字钢(2)上翼缘板与下翼缘板的宽度，单位为mm，且B＝b3+t3；H＝L/35～L/25,单位为mm；公式(m)中I3根据公式σ＝M3y/I3(n)进行确定，公式(n)中σ为材料应力，单位为MPa；M3为所述主梁的最大最小弯矩包络图中过渡段(6)受到的最大弯矩，单位为N·mm；y为所述上翼缘板所求应力点到中性轴的距离，单位为mm；
其中，公式(n)中Aw为过渡段(6)的腹板的截面面积，单位为mm2，Aw根据公式Vvu＝fvdAw(d)确定且γ0Vvd≤Vvu(e)；
所述过渡段(6)的上翼缘板厚度与下翼缘板厚度d3根据公式d3＝(H-hw3)/2(p)得到；其中d3的单位为mm；
步骤102、工字钢的初加工：根据步骤101确定的所述工字钢(2)尺寸对当前所加工组合梁节段(1)中工字钢(2)进行初加工；
步骤103、连接梁安装：在步骤102中前所加工组合梁节段(1)中相邻两个工字钢(2)之间安装连接梁(7)；
步骤104、重复步骤101～步骤103，完成多个所述组合梁节段(1)中工字钢(2)的加工；
步骤二、混凝土桥面板的施工：在步骤104中多个所述组合梁节段(1)中工字钢(2)上支模，进行所述混凝土桥面板(3)的浇筑施工，待所述混凝土桥面板(3)终凝后拆模，多个所述组合梁节段(1)预制完成；
步骤三、组合梁节段吊装到位：将步骤二中预制完成的所述组合梁节段(1)吊装到位。
9.按照权利要求8所述的施工方法，其特征在于：所述工字钢(2)的上翼缘板对称布设在所述工字钢(2)的腹板两侧，所述正弯矩段(4)上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面(8)，所述坡面(8)的坡度为1％～2％，所述坡面(8)的坡脚与所述过渡段(6)上翼缘板的下板面连接；所述负弯矩段(5)上翼缘板的下板面设置有由下向上倾斜的坡面(8)，所述坡面(8)的坡度为1％～2％，所述坡面(8)的坡脚与所述过渡段(6)上翼缘板的下板面连接；
所述工字钢(2)的下翼缘板对称布设在所述工字钢(2)的腹板两侧，所述正弯矩段(4)下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面(8)，所述坡面(8)的坡度为1％～2％，所述坡面(8)的坡脚与所述过渡段(6)下翼缘板的上板面连接；所述负弯矩段(5)下翼缘板的上板面设置有由上向下倾斜的坡面(8)，所述坡面(8)的坡度为1％～2％，所述坡面(8)的坡脚与所述过渡段(6)下翼缘板的上板面连接；
步骤102中对工字钢初加工时，首先根据步骤101确定的所述工字钢(2)尺寸进行所述工字钢(2)的初加工，待所述工字钢(2)初加工完成后在所述正弯矩段(4)上翼缘板的下板面和下翼缘板的上板面以及负弯矩段(5)上翼缘板的下板面和下翼缘板的上板面分别进行所述坡面(8)的加工；
待步骤二中所述混凝土桥面板(3)达到设计强度后，采用后张法对所述混凝土桥面板(3)施加横向预应力。
10.按照权利要求8所述的施工方法，其特征在于：步骤三中组合梁节段(1)吊装到位后，将所述组合梁节段(1)的下部与所述桥墩(9)的顶部进行焊接连接；
相邻两个所述组合梁节段(1)之间设置有用于将其连接为一体的后浇带，所述后浇带与所述混凝土桥面板(3)布设在同一平面上，所述后浇带与所述横向混凝土浇筑带(11)呈平行布设；
步骤三中组合梁节段(1)吊装到位时，首先在相邻两个所述组合梁节段(1)预留伸缩缝，然后在所述伸缩缝内浇筑后浇带。
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