CN115323892A - 一种轻型组合箱梁结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻型组合箱梁结构，包括钢箱梁和铺设于钢箱梁顶部的UHPC顶板，钢箱梁包括具有贯通内腔的闭合钢壳和多个设于闭合钢壳中的隔板，UHPC顶板固定连接于闭合钢壳的顶面上，闭合钢壳上设有埋设在UHPC顶板中的剪力连接件。本发明还公开了其施工方法。本发明通过闭合钢壳和多个焊接于闭合钢壳中的隔板所形成的钢箱梁，能显著减小构件的几何尺寸，减轻了结构自重，且连接极其牢固且结构强度高；钢箱梁能充当UHPC顶板浇筑时的支撑模板，也能避免常规浇筑缺陷，承载能力和结构抗疲劳性能强，通过剪力连接件，能显著提高UHPC顶板与钢箱梁的连接强度，整体受力能力强，并简化了组合箱梁结构的制作流程，降低了生产成本。

Description

一种轻型组合箱梁结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种轻型组合箱梁结构及其施工方法。

背景技术

传统的预应力混凝土箱梁桥具有施工快捷、经济性能好的优点，在世界各地得到了广泛的应用。但存在自重过大，运输安装不便、梁体易开裂耐久性不足等问题。传统钢箱梁自重轻强度高，施工安装方便，但存在造价高碳排量大，易疲劳开裂，运维费用昂贵等问题。传统钢-混组合箱梁兼具混凝土箱梁和钢箱梁的技术优点，充分利用了混凝土受压和钢板受拉的力学性能，但存在施工复杂，负弯矩区桥面板易开裂等问题。因此，基于超高性能混凝土研发新的组合箱梁结构有望解决上述技术难题。

公开号为CN102352597B的中国专利公开了一种预应力超高性能混凝土连续箱梁桥，该连续箱梁桥包括桥墩和超高性能混凝土箱梁，箱梁在桥梁纵向采用全体外预应力体系或部分体外预应力体系；超高性能混凝土箱梁主要由顶板、底板、腹板和横隔板组成，顶板、底板、腹板和横隔板中至少有一种采用薄型板件。但该连续箱梁结构内部设置的超高性能混凝土结构，使得箱梁施工过程繁琐，且在浇筑时容易产生缺陷，影响结构的整体受力。公开号为CN210002232U的中国专利公开了一种折型UHPC顶板-波形钢腹板组合箱梁桥，包括UHPC顶板、波形钢腹板、横隔板、平钢板和UHPC底板，波形钢腹板设置在UHPC组合箱梁桥的腹板位置，波形钢腹板顶端与平钢板相连接，底端与UHPC底板相连接，平钢板上部与UHPC顶板相连接，横隔板设置在波形钢腹板之间，UHPC顶板为折型UHPC顶板，折型UHPC顶板包括上部的平面板和下部的连接折板，平面板为平整的平面，连接折板为凹凸不平的形状，连接折板和平面板实际上构成一个整体。其波形钢腹板与横隔板的连接不方便焊接，且存在不接触的区域；另外平钢板与UHPC顶板连接不牢固。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种轻型组合箱梁结构及其施工方法，其钢箱梁强度高、自重小，组合箱梁结构承载能力强，其施工效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种轻型组合箱梁结构，包括钢箱梁和铺设于钢箱梁顶部的UHPC顶板，所述钢箱梁包括具有贯通内腔的闭合钢壳和多个设于闭合钢壳中的隔板，所述UHPC顶板固定连接于闭合钢壳的顶面上，所述闭合钢壳上设有埋设在UHPC顶板中的剪力连接件。

进一步的，各所述隔板的四周外缘与闭合钢壳的四周内壁形成环形的连接面以从内侧整体支撑闭合钢壳。

进一步的，所述闭合钢壳两侧壁顶端均设有多个与UHPC顶板固定连接的钢榫，位于同一侧壁上的多个所述钢榫沿钢箱梁延伸方向间隔布置于闭合钢壳上。

进一步的，各所述剪力连接件为栓钉连接件，所述栓钉连接件均布于闭合钢壳上表面。

进一步的，所述栓钉连接件的直径为0.01m～0.03m、高度为0.03m～0.25m，相邻栓钉连接件之间的间距为0.15m～0.40m。

进一步的，所述UHPC顶板为抗压强度不低于100MPa的超高性能纤维增强混凝土，所述UHPC顶板的厚度为0.06m～0.30m。

进一步的，各所述隔板沿垂直于钢箱梁延伸方向设置，多个所述隔板沿钢箱梁延伸方向间隔布置于闭合钢壳中。

进一步的，相邻所述隔板之间固定连接有多个预应力件。

进一步的，各所述预应力件为体外预应力钢束，各体外预应力钢束与隔板垂直连接。

进一步的，各所述预应力件连接于靠近UHPC顶板的负弯矩区的隔板上。

进一步的，各所述隔板上设有多个孔道，多个所述预应力件沿钢箱梁延伸方向依次贯穿多个隔板上的孔道。

进一步的，所述闭合钢壳上设有多个用于加强闭合钢壳强度以防止闭合钢壳应力变形的加劲肋，各所述加劲肋沿垂直于钢箱梁延伸方向延伸，多个所述加劲肋沿垂直于钢箱梁延伸方向间隔布置于闭合钢壳的内壁上。

进一步的，各所述加劲肋卡装于相邻两个隔板之间并与隔板焊接。

进一步的，所述闭合钢壳的厚度为0.008m～0.060m，所述隔板和加劲肋的厚度均为0.008m～0.020m，相邻隔板之间间距1.5m～6m。

一种轻型组合箱梁结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、焊接薄壁钢壳形成闭合钢壳，并在闭合钢壳中焊接多个隔板和加劲肋，形成钢箱梁，然后在闭合钢壳的上表面焊接多个剪力连接件，并在闭合钢壳两侧壁顶端焊接多个钢榫；

步骤二、在闭合钢壳上搭设模板并浇筑UHPC顶板，形成组合箱梁结构；

步骤三、拼装组合箱梁结构，并张拉多个预应力件，形成箱梁桥体结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过闭合钢壳和多个焊接于闭合钢壳中的隔板所形成的钢箱梁，能显著减小构件的几何尺寸，减轻了结构自重，提高结构抵抗使用荷载的有效性和增大桥梁结构的跨越能力，且连接极其牢固且结构强度高；在钢箱梁上浇筑UHPC顶板形成的组合箱梁结构，同时钢箱梁能充当UHPC顶板浇筑时的支撑模板，也能避免常规浇筑缺陷，承载能力和结构抗疲劳性能强，通过剪力连接件，能显著提高UHPC顶板与钢箱梁的连接强度；由组合箱梁结构拼接形成的连续箱梁桥的跨越能力强，整体受力能力强，实现了桥梁建设的快速化施工，解决了横向局部应力过大、整体稳定性、截面畸变等问题，同时达到了将传统预应力混凝土箱梁桥设置的三向预应力变为纵向单向预应力结构的目的，并简化了组合箱梁结构的制作流程，降低了生产成本。

附图说明

图1为轻型组合箱梁结构的结构示意图一。

图2为轻型组合箱梁结构的结构示意图二。

图3为轻型组合箱梁结构的截面示意图。

图4为闭合钢壳侧壁的局部结构示意图。

图5为剪力连接件的结构示意图。

图例说明：

1、钢箱梁；11、闭合钢壳；111、钢榫；112、加劲肋；12、隔板；121、剪力连接件；122、预应力件；2、UHPC顶板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-图5所示，本实施例的轻型组合箱梁结构，包括钢箱梁1和铺设于钢箱梁1顶部的UHPC顶板2，钢箱梁1包括具有贯通内腔的闭合钢壳11和多个设于闭合钢壳11中的隔板12，UHPC顶板2固定连接于闭合钢壳11的顶面上，闭合钢壳11上设有埋设在UHPC顶板2中的剪力连接件121。通过闭合钢壳11和多个焊接于闭合钢壳11中的隔板12所形成的钢箱梁1，能显著减小构件的几何尺寸，减轻了结构自重，提高结构抵抗使用荷载的有效性和增大桥梁结构的跨越能力，且连接极其牢固且结构强度高；在钢箱梁1上浇筑UHPC顶板2形成的组合箱梁结构，同时钢箱梁1能充当UHPC顶板2浇筑时的支撑模板，也能避免常规浇筑缺陷，承载能力和结构抗疲劳性能强，通过剪力连接件121，能显著提高UHPC顶板2与钢箱梁1的连接强度；由组合箱梁结构拼接形成的连续箱梁桥的跨越能力强，整体受力能力强，实现了桥梁建设的快速化施工，解决了横向局部应力过大、整体稳定性、截面畸变等问题，同时达到了将传统预应力混凝土箱梁桥设置的三向预应力变为纵向单向预应力结构的目的，并简化了组合箱梁结构的制作流程，降低了生产成本。

本实施例中，各隔板12的四周外缘与闭合钢壳11的四周内壁形成环形的连接面以从内侧整体支撑闭合钢壳11。各隔板12的四周外缘与闭合钢壳11的四周内壁是连续焊接，能够很好地从内侧整体支撑闭合钢壳11，从而进一步提高了结构抵抗使用荷载的有效性和增大桥梁结构的跨越能力，且连接更加牢固且结构强度更高。

本实施例中，闭合钢壳11两侧壁顶端均设有多个与UHPC顶板2固定连接的钢榫111，位于同一侧壁上的多个钢榫111沿钢箱梁1延伸方向间隔布置于闭合钢壳11上。通过多个钢榫111能够进一步提高与UHPC顶板2固定连接的强度，也提高组合箱梁结构整体刚性和承载能力的作用。

本实施例中，各剪力连接件121为栓钉连接件，栓钉连接件均布于闭合钢壳11上表面。通过多个均匀分布焊接在闭合钢壳11上表面的栓钉连接件，能显著提高UHPC顶板2与钢箱梁1的连接强度，栓钉连接件的结构强度高，易于采购和焊接安装。

本实施例中，栓钉连接件的直径为0.01m～0.03m、高度为0.03m～0.25m，相邻栓钉连接件之间的间距为0.15m～0.40m。根据UHPC顶板2的厚度，选择适合的栓钉连接件规格和布置间距。

本实施例中，UHPC顶板2为抗压强度不低于100MPa的超高性能纤维增强混凝土，UHPC顶板2的厚度为0.06m～0.30m。UHPC顶板2与钢箱梁1结合，能显著减小构件的几何尺寸，减轻了结构自重，提高结构抵抗使用荷载的有效性和增大桥梁结构的跨越能力。

本实施例中，各隔板12沿垂直于钢箱梁1延伸方向设置，多个隔板12沿钢箱梁1延伸方向间隔布置于闭合钢壳11中。各隔板12能很好地支撑闭合钢壳11，能闭合钢壳11的结构强度，也能防止闭合钢壳11应力变形。

本实施例中，相邻隔板12之间固定连接有多个预应力件122。预应力件122能将组合箱梁结构的多个隔板12以及不同箱梁结构的隔板12进行有效连接，使其作为整体进行受力，起到定位和提高组合箱梁结构整体刚性和承载能力的作用。

本实施例中，各预应力件122为体外预应力钢束，各体外预应力钢束与隔板12垂直连接。外预应力钢束的结构强度高，易于采购和焊接安装。

本实施例中，各预应力件122连接于靠近UHPC顶板2的负弯矩区的隔板12上。通过在靠近UHPC顶板2的负弯矩区的隔板12上设置预应力件122能够提高组合箱梁结构的强度。

本实施例中，各隔板12上设有多个孔道，多个预应力件122沿钢箱梁1延伸方向依次贯穿多个隔板12上的孔道。在隔板12上开设孔道方便，且易于穿插预应力件122。

本实施例中，闭合钢壳11上设有多个用于加强闭合钢壳11强度以防止闭合钢壳11应力变形的加劲肋112，各加劲肋112沿垂直于钢箱梁1延伸方向延伸，多个加劲肋112沿垂直于钢箱梁1延伸方向间隔布置于闭合钢壳11的内壁上。通过在闭合钢壳11上设置多个加劲肋112可进一步提高闭合钢壳11各个区域的结构强度，防止闭合钢壳11应力变形。

本实施例中，各加劲肋112卡装于相邻两个隔板12之间并与隔板12焊接。通过相邻两个隔板12能方便对各加劲肋112进行定位，也能加强隔板12强度并防止隔板12的应力变形。

本实施例中，闭合钢壳11的厚度为0.008m～0.060m，隔板12和加劲肋112的厚度均为0.008m～0.020m，相邻隔板12之间间距1.5m～6m。能够使钢箱梁1整体受力能力强，解决了横向局部应力过大、整体稳定性、截面畸变等问题，同时达到了将传统预应力混凝土箱梁桥设置的三向预应力变为纵向单向预应力结构的目的。

本实施例的轻型组合箱梁结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、焊接薄壁钢壳形成闭合钢壳11，并在闭合钢壳11中焊接多个隔板12和加劲肋112，形成钢箱梁1，然后在闭合钢壳11的上表面焊接多个剪力连接件121，并在闭合钢壳11两侧壁顶端焊接多个钢榫111；

步骤二、在闭合钢壳11上搭设模板并浇筑UHPC顶板2，形成组合箱梁结构；

步骤三、拼装组合箱梁结构，并张拉多个预应力件122，形成箱梁桥体结构。组合箱梁结构中的焊接工作和浇筑工作均可以在车间内完成，能够降低劳动强度，且不受天气影响，能方便进行高温蒸汽养护，能提高工程进度；组合箱梁结构可使用运梁车运送至安装位置，再使用吊梁设备对其进行架设和现场拼装，并按照顺序依次张拉预应力件122，从而能够使组合箱梁结构达到理想的状态，同时也实现了桥梁建设的快速化施工，并简化了组合箱梁结构的制作流程，能方便对箱梁桥体结构的桥面进行铺装和安装附属工程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种轻型组合箱梁结构，包括钢箱梁(1)和铺设于钢箱梁(1)顶部的UHPC顶板(2)，其特征在于，所述钢箱梁(1)包括具有贯通内腔的闭合钢壳(11)和多个设于闭合钢壳(11)中的隔板(12)，所述UHPC顶板(2)固定连接于闭合钢壳(11)的顶面上，所述闭合钢壳(11)上设有埋设在UHPC顶板(2)中的剪力连接件(121)。

2.根据权利要求1所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，各所述隔板(12)的四周外缘与闭合钢壳(11)的四周内壁形成环形的连接面以从内侧整体支撑闭合钢壳(11)。

3.根据权利要求1所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，所述闭合钢壳(11)两侧壁顶端均设有多个与UHPC顶板(2)固定连接的钢榫(111)，位于同一侧壁上的多个所述钢榫(111)沿钢箱梁(1)延伸方向间隔布置于闭合钢壳(11)上。

4.根据权利要求1所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，各所述剪力连接件(121)为栓钉连接件，所述栓钉连接件均布于闭合钢壳(11)上表面。

5.根据权利要求4所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，所述栓钉连接件的直径为0.01m～0.03m、高度为0.03m～0.25m，相邻栓钉连接件之间的间距为0.15m～0.40m。

6.根据权利要求1所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，所述UHPC顶板(2)为抗压强度不低于100MPa的超高性能纤维增强混凝土，所述UHPC顶板(2)的厚度为0.06m～0.30m。

7.根据权利要求1所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，各所述隔板(12)沿垂直于钢箱梁(1)延伸方向设置，多个所述隔板(12)沿钢箱梁(1)延伸方向间隔布置于闭合钢壳(11)中。

8.根据权利要求1所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，相邻所述隔板(12)之间固定连接有多个预应力件(122)。

9.根据权利要求8所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，各所述预应力件(122)为体外预应力钢束，各体外预应力钢束与隔板(12)垂直连接。

10.根据权利要求8所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，各所述预应力件(122)连接于靠近UHPC顶板(2)的负弯矩区的隔板(12)上。

11.根据权利要求8所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，各所述隔板(12)上设有多个孔道，多个所述预应力件(122)沿钢箱梁(1)延伸方向依次贯穿多个隔板(12)上的孔道。

12.根据权利要求1所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，所述闭合钢壳(11)上设有多个用于加强闭合钢壳(11)强度以防止闭合钢壳(11)应力变形的加劲肋(112)，各所述加劲肋(112)沿垂直于钢箱梁(1)延伸方向延伸，多个所述加劲肋(112)沿垂直于钢箱梁(1)延伸方向间隔布置于闭合钢壳(11)的内壁上。

13.根据权利要求12所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，各所述加劲肋(112)卡装于相邻两个隔板(12)之间并与隔板(12)焊接。

14.根据权利要求12所述的轻型组合箱梁结构，其特征在于，所述闭合钢壳(11)的厚度为0.008m～0.060m，所述隔板(12)和加劲肋(112)的厚度均为0.008m～0.020m，相邻隔板(12)之间间距1.5m～6m。

15.一种如权利要求1-14中任一项所述的轻型组合箱梁结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、焊接薄壁钢壳形成闭合钢壳(11)，并在闭合钢壳(11)中焊接多个隔板(12)和加劲肋(112)，形成钢箱梁(1)，然后在闭合钢壳(11)的上表面焊接多个剪力连接件(121)，并在闭合钢壳(11)两侧壁顶端焊接多个钢榫(111)；

步骤二、在闭合钢壳(11)上搭设模板并浇筑UHPC顶板(2)，形成组合箱梁结构；

步骤三、拼装组合箱梁结构，并张拉多个预应力件(122)，形成箱梁桥体结构。

Images