CN109797651B - 一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁 - Google Patents

Abstract

本发明的一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁，采用腹部带有蜂窝孔的波形钢板作为扁平组合箱梁结构的内模，在波形钢板凹槽内部设置多道带有人孔的实腹式钢结构横隔板，在波形钢板凹槽的顶部和底部设置水平桁架支撑系统，构成扁平组合箱梁内部骨架。在内模骨架的上部铺设压型钢板，浇筑高强度混凝土顶板，在内模骨架的下部粘贴碳纤维布加筋条带，在内模骨架的两侧焊接连接风嘴，构成扁平组合箱梁的节段。悬臂吊装扁平组合箱梁节段，安装斜拉索，浇筑混凝土后浇带，悬臂循环施工直至大桥合拢。

Description

一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，涉及一种斜拉桥的扁平箱梁结构，尤其涉及一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁。

背景技术

随着结构理论分析的进步、高强材料的运用、施工方法和防腐技术的提高，斜拉桥由于其优异的结构性能和美学特性，成为中长跨径范围内最流行的桥型。

中大跨径斜拉桥主梁通常采用流线形薄壁扁平箱梁结构形式，扁平箱梁具有抗扭刚度大和抗风体形好等优点，一般其高宽比可以达到1:10左右，目前主要有混凝土薄壁扁平箱梁和扁平钢箱梁两种结构形式。

混凝土薄壁扁平箱梁具有造价低、桥面铺装方便、抗风稳定性好和耐久性好等优点，但是存在自重大和施工周期长等不足之处。扁平钢箱梁具有自重轻、承载力高、工厂化程度高和施工周期短等优点，但是存在造价高和防腐性差等不足之处。随着斜拉桥建造数量的增加，利用混凝土结构和钢结构的组合优势，依据斜拉桥主梁的受力特点，进行组合结构扁平箱梁研发势在必行。

针对扁平组合箱梁结构需求，采用腹部带有蜂窝孔的波形钢板作为扁平组合箱梁结构的内模，在波形钢板凹槽内部设置多道带有人孔的实腹式钢结构横隔板，在波形钢板凹槽的顶部和底部设置水平桁架支撑系统，构成扁平组合箱梁内部骨架，然后，在其两侧安装风嘴结构，在其下部粘贴高强碳纤维布加筋条带，在其顶部设置压型钢板并浇筑钢筋混凝土顶板，形成扁平组合箱梁结构。在斜拉桥施工现场，悬臂吊装扁平组合箱梁节段，焊接拼装扁平组合箱梁，安装斜拉桥拉索，浇筑钢筋混凝土顶板后浇带，悬臂循环施工直至大桥合拢，铺装沥青路面，大桥通车。本发明扁平组合箱梁结构具有制作加工方便、造价低、自重轻、承载力高、内部通透性好、结构抗风稳定性好、工业化程度高、吊装施工速度快、防腐耐久性好和桥面铺装方便等优点。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁及其制备方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁，包括内模骨架、分别设置于内模骨架上部的压型钢板高强度混凝土顶板和下部的碳纤维布加筋条带；内模骨架包括波形钢板，波形钢板的凹槽内设置多道横隔板，在波形钢板凹槽的顶面设置水平桁架支撑系统，在内模骨架的横桥向左右两侧设置风嘴，形成扁平组合箱梁节段，扁平组合箱梁上还设置斜拉索。

其中，所述水平桁架支撑系统包括横向连系梁、纵向连系梁和交叉钢管支撑。

其中，所述压型钢板高强度混凝土顶板包括压型钢板、高强度混凝土顶板和栓钉，横向连系梁的两侧焊接角钢连接件，在角钢连接件之间铺设压型钢板，在内模骨架的顶面设置栓钉，并浇筑有高强度混凝土顶板。

其中，波形钢板由多个U型板顺序正反交错焊接而成，各U型板的侧壁上设置有六边形蜂窝孔。

本发明还提供一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：在桥梁预制工厂，整理场地，组织施工材料，仿照H型钢蜂窝梁制作工艺，折线切割平面钢板，弯折平面钢板成为U形，错位后焊接连接成为腹部带有蜂窝孔的波形钢板，在波形钢板的凹槽内设置多道横隔板，在波形钢板凹槽的顶底面焊接连接横向连系梁、纵向连系梁和交叉钢管支撑，形成水平桁架支撑系统，在工厂中预制扁平组合箱梁的内模骨架；

步骤二：运输扁平组合箱梁的内模骨架到施工现场，在内模骨架的上部铺设压型钢板，采用栓钉固定连接，布置钢筋网，浇筑高强度混凝土顶板，形成压型钢板高强度混凝土顶板，然后，在内模骨架的下部粘贴碳纤维布加筋条带，在内模骨架的横桥向左右两侧焊接连接风嘴，构成扁平组合箱梁的节段；

步骤三：在施工现场，悬臂吊装扁平组合箱梁节段，安装斜拉索，焊接斜拉桥连接扁平组合箱梁主梁，浇筑混凝土后浇带，养护后浇带混凝土；

步骤四：悬臂循环施工直至大桥合拢，安装栏杆，铺装沥青路面，大桥通车。

有益效果：运用腹部带有蜂窝孔的波形钢板作为扁平组合箱梁结构的内模，在其波形钢板凹槽内部设置实腹式钢结构横隔板和设置水平桁架支撑系统，在其两侧安装风嘴结构，在其下部粘贴高强碳纤维布加筋条带，在其顶部设置压型钢板并浇筑钢筋混凝土顶板，形成扁平组合箱梁结构，具有制作加工方便、造价低、自重轻、承载力高、内部通透性好、结构抗风稳定性好、工业化程度高、吊装施工速度快、防腐耐久性好和桥面铺装方便等优点。

现有的混凝土薄壁扁平箱梁由于自重大，增加斜拉索钢丝用量，增加了主塔及基础的截面尺寸，并且混凝土薄壁扁平箱梁现场悬臂逐节段浇筑施工周期长，因而混凝土薄壁扁平箱梁只能适用小跨径斜拉桥结构。本发明的扁平组合箱梁结构，自重大幅度减轻，工厂预制加工方便，现场悬臂逐节段吊装焊接拼装施工速度快，可用于中大跨径斜拉桥结构。

现有的扁平钢箱梁是典型的正交异形板结构，桥面钢板加设置U型钢加劲肋，扁平钢箱梁是封闭箱形结构，必须在封闭箱梁内部焊接制作加工，制作工艺复杂困难。扁平组合箱梁是采用波形钢板作为箱梁结构内模，制作工艺是开放式焊接制作方法，箱梁顶板是铺设压型钢板浇筑钢筋混凝土而成，箱梁底板是粘贴高强碳纤维布加筋条带而成，制作工艺简单，避免了复杂的箱梁内部焊接制作流程。

扁平钢箱梁作为中大跨径斜拉桥的主梁，由于钢丝斜拉索纵向水平分力累积效应，扁平钢箱梁截面承受巨大的纵向压力，为防止扁平钢箱梁的钢结构顶板受压屈曲，需要设置大量的U型钢加劲肋，导致用钢量大幅度增加，用钢板材料承担巨大压应力是明显的选材不合理。扁平组合箱梁结构顶板是压型钢板浇筑高强钢筋高强混凝土顶板，具有强大的抗压能力，不需要设置U型钢加劲肋，可大量节约钢板用量。

扁平钢箱梁的钢桥面铺装是一个技术难点，在超载和极端高温的恶劣使用条件下，普通沥青混凝土铺装与钢桥面板之间容易出现疲劳粘接破坏，导致桥面铺装破损影响交通，导致桥面渗水锈蚀钢板影响结构耐久性，需要采用价格昂贵的环氧沥青混凝土铺装材料，增加工程造价。扁平组合箱梁结构顶板是压型钢板浇筑钢筋混凝土顶板，混凝土顶板刚度大大增加，在超载和极端高温的恶劣使用条件下，桥面变形不大，普通沥青混凝土桥面铺装就不容易开裂破损，因而扁平组合箱梁结构顶板可提高结构耐久性，也降低了桥面铺装难度。

传统的扁平钢箱梁箱梁采用组合桁架式纵向隔板，其结构构造复杂，制作施工困难；借鉴H型钢蜂窝梁，在波形钢板的腹部设置蜂窝孔，形成腹部带有蜂窝孔的波形钢板，具有自重轻、通透型好、承载能力高和刚度大的特点，与扁平钢箱梁箱梁的组合桁架纵向隔板相比，其建筑构造简单，防腐性能好。

利用腹部带有蜂窝孔的波形钢板作为内模，在其内部设置横隔板和水平桁架支撑系统，构成扁平组合箱梁内部骨架，是钢箱梁和桁架结构的组合体系，具有良好的空间整体性、抗扭刚度和良好的内部通透性等优点，加工制作方便。

扁平组合箱梁结构顶板是在波形钢板内模上部铺设压型钢板浇筑超高强度混凝土而成，不需要设置扁平钢箱梁的U型钢加劲肋，其制作工艺简单。压型钢板浇筑钢筋混凝土顶板结构刚度大，可承受钢丝斜拉索纵向分力巨大引起的纵向压力，横桥向也可承受超载车辆引起的顶板弯曲压应力，扁平组合箱梁的压型钢板超高强度混凝土桥面板符合斜拉桥主梁结构的受力特点。

扁平组合箱梁结构底板是在波形钢板内模下部粘贴高强碳纤维布加筋条带而成，制作工艺简单，保持良好的抗风形体，避免了扁平钢箱梁下部的满铺钢板，节约大量钢板，降低造价，减少了结构重量。在车辆荷载作用下，斜拉桥箱形主梁的横桥向是受弯状态，依据张弦梁结构原理，扁平组合箱梁下部采用粘贴轻质高强碳纤维布加筋条带的构造方法，在横桥向可承受超载车辆引起的底板弯曲拉应力。

本发明的扁平组合箱梁结构构思独特，波形钢板、横隔板和水平桁架支撑系统构成的钢箱梁和桁架结构组合体系作为扁平组合箱梁的内模骨架，压型钢板浇筑高强钢筋超高强度混凝土顶板作为扁平组合箱梁的桥面顶板承担巨大压应力，扁平组合箱梁下部采用粘贴轻质高强碳纤维布加筋条带承受超载车辆引起的横桥向底板弯曲拉应力，本发明扁平组合箱梁构造合理，工业化程度高，可替代中大跨径斜拉桥的扁平钢箱梁。

附图说明

图1本发明扁平组合箱梁横向剖面示意图；

图2是图1中的腹部带有蜂窝孔的波形钢板的三维示意图；

图3本发明扁平组合箱梁纵向剖面示意图；

图4是扁平组合箱梁水平桁架支撑系统和压型钢板平面布置示意图；

图5是内模骨架的三维示意图；

图6是节点细部大样图；

图7本发明扁平组合箱梁节段的三维示意图。

图中：1-内模骨架；11-波形钢板；12-钢横隔板；13-水平桁架支撑系统；131-横向连系梁；132-纵向连系梁；133-交叉钢管支撑；2-压型钢板高强度混凝土顶板；21-压型钢板；22-高强度混凝土顶板；23-栓钉；24-角钢连接件；3-碳纤维布加筋条带；4-风嘴；5-斜拉索。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁，由内模骨架1、压型钢板高强度混凝土顶板2和碳纤维布加筋条带3构成，内模骨架1包括波形钢板11，在波形钢板11的凹槽内设置多道横隔板12，在波形钢板11凹槽的顶底面设置水平桁架支撑系统13，在内模骨架1的上部设置压型钢板高强度混凝土顶板2，在内模骨架1的下部粘贴碳纤维布加筋条带3，在内模骨架1的两侧焊接连接风嘴4，形成扁平组合箱梁节段，施工现场悬臂吊装扁平组合箱梁节段，安装斜拉索5，形成斜拉桥主梁。

如图4和图6所示，水平桁架支撑系统13包括横向连系梁131、纵向连系梁132和交叉钢管支撑133。

如图3和图6所示，压型钢板高强度混凝土顶板2包括压型钢板21、高强度混凝土顶板22和栓钉23，横向连系梁131的两侧焊接角钢连接件24，在角钢连接件24之间铺设压型钢板21，在内模骨架1的顶面设置栓钉23，并浇筑有高强度混凝土顶板22。

本发明还提供一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在桥梁预制工厂，整理场地，组织施工材料，仿照H型钢蜂窝梁制作工艺，折线切割平面钢板，弯折平面钢板成为U形，错位后焊接连接成为腹部带有蜂窝孔的波形钢板11，在波形钢板11的凹槽内设置多道横隔板12，在波形钢板11凹槽的顶底面焊接连接横向连系梁131、纵向连系梁132和交叉钢管支撑133，形成水平桁架支撑系统13，在工厂中预制扁平组合箱梁的内模骨架1；

步骤2，运输扁平组合箱梁的内模骨架1到施工现场，横向连系梁131的两侧焊接角钢连接件24，在角钢连接件24之间铺设压型钢板21，在内模骨架1的顶面设置栓钉23抗剪连接件，布置钢筋网，浇筑高强度混凝土顶板22，形成压型钢板高强度混凝土顶板2，然后，在内模骨架1的下部粘贴碳纤维布加筋条带3，在内模骨架1的两侧焊接连接风嘴4，构成扁平组合箱梁的节段；

步骤3，在施工现场，悬臂吊装扁平组合箱梁节段，安装斜拉索5，焊接斜拉桥连接扁平组合箱梁主梁，浇筑混凝土后浇带，养护后浇带混凝土；

步骤4，悬臂循环施工直至大桥合拢，安装栏杆，铺装沥青路面，大桥通车。

以下通过一实例对本发明作进一步描述。

某880米大跨径斜拉桥，斜拉桥主梁采用扁平组合箱梁，桥宽30米，斜拉索间距为15米，扁平组合箱梁的中心线梁高为3米，主梁高跨比为1:10。

波形钢板凹槽内部设置钢横隔板和水平桁架支撑系统，构成扁平组合箱梁内部骨架。波形钢板板厚为12mm，波峰高3米，波距为7.5米，梯形凹槽下部宽度2.5米，梯形凹槽上部开口宽度5米，腹板蜂窝孔梁扩张比为1.6。钢横隔板厚为10mm，间距为3。

水平桁架支撑系统由横向连系梁、纵向连系梁和交叉钢管支撑，横向连系梁500×300mm的钢管混凝土梁，纵向连系梁为300×2200mm的方钢管梁，交叉钢管水平支撑直径100mm钢管。

采用栓钉固定连接纵桥向铺设压型钢板，横向连系梁的两侧焊接角钢连接件，压型钢板下沉埋设在横向连系梁之间，压型钢板采用YX130-300-600型号，钢板厚度为1.6mm，压型钢板上布置双向钢筋网，浇筑C120高强度混凝土，混凝土板厚为200mm，形成压型钢板高强度混凝土顶板。

在波形钢板的下部横桥向粘贴三层500mm宽度的碳纤维布加筋条带，碳纤维布的抗拉强度为3500MPa，每一层碳纤维布厚度为0.167mm(300g)，然后在波形钢板的两侧焊接连接风嘴，构成扁平组合箱梁的节段。

悬臂吊装扁平组合箱梁节段，安装斜拉索，焊接斜拉桥连接扁平组合箱梁主梁，浇筑混凝土后浇带，悬臂循环施工直至大桥合拢，铺装沥青路面，大桥通车。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁，其特征在于：包括内模骨架（1）、分别设置于内模骨架（1）上部的压型钢板高强度混凝土顶板（2）和下部的碳纤维布加筋条带（3）；内模骨架（1）包括波形钢板（11），波形钢板（11）的凹槽内设置多道横隔板（12），在波形钢板（11）凹槽的顶面设置水平桁架支撑系统（13），在内模骨架（1）的横桥向左右两侧设置风嘴（4），形成扁平组合箱梁节段，扁平组合箱梁上还设置斜拉索（5）；所述水平桁架支撑系统（13）包括横向连系梁（131）、纵向连系梁（132）和交叉钢管支撑（133）；所述压型钢板高强度混凝土顶板（2）包括压型钢板（21）、高强度混凝土顶板（22）和栓钉（23），横向连系梁（131）的两侧焊接角钢连接件（24），在角钢连接件（24）之间铺设压型钢板（21），在内模骨架（1）的顶面设置栓钉（23），并浇筑有高强度混凝土顶板（22）。

2.根据权利要求1所述的一种带有波形钢板内模的扁平组合箱梁，其特征在于：波形钢板（11）由多个U型板顺序正反交错焊接而成，各U型板的侧壁上设置有六边形蜂窝孔。

3.一种权利要求1所述带有波形钢板内模的扁平组合箱梁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在桥梁预制工厂，整理场地，组织施工材料，仿照H 型钢蜂窝梁制作工艺，折线切割平面钢板，弯折平面钢板成为U形，错位后焊接连接成为腹部带有蜂窝孔的波形钢板（11），在波形钢板（11）的凹槽内设置多道横隔板（12），在波形钢板（11）凹槽的顶面焊接连接横向连系梁（131）、纵向连系梁（132）和交叉钢管支撑（133），形成水平桁架支撑系统（13），在工厂中预制扁平组合箱梁的内模骨架（1）；

步骤二：运输扁平组合箱梁的内模骨架（1）到施工现场，在内模骨架（1）的上部铺设压型钢板（21），采用栓钉（23）固定连接，布置钢筋网，浇筑高强度混凝土顶板（22），形成压型钢板高强度混凝土顶板（2），然后，在内模骨架（1）的下部粘贴碳纤维布加筋条带（3），在内模骨架（1）的横桥向左右两侧焊接连接风嘴（4），构成扁平组合箱梁的节段；

步骤三：在施工现场，悬臂吊装扁平组合箱梁节段，安装斜拉索（5），焊接斜拉桥连接扁平组合箱梁主梁，浇筑混凝土后浇带，养护后浇带混凝土；

步骤四：悬臂循环施工直至大桥合拢，安装栏杆，铺装沥青路面，大桥通车。

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