CN1320210C - 带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢－混凝土组合脊骨梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁，它包括钢箱梁、钢挑梁和混凝土桥面板，钢箱梁的两侧腹板上沿纵向对称设有钢挑梁，且钢挑梁的顶板和钢箱梁的顶板齐平，该钢挑梁采用波形钢腹板，混凝土桥面板置于钢箱梁和钢挑梁的顶板上。本发明能够提高桥面板横向预应力效率，减小钢箱梁腹板中的撕裂荷载，并能使施工工序得到简化，大大提高整体结构的承载力、抗疲劳性能和抗震性能，特别适用于城市高架桥或立交桥等中、小跨径的城市桥梁。

Description

带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁

技术领域

本发明主要涉及到桥梁结构领域，特指一种用于桥梁结构设计中的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁。

背景技术

国外于上个世纪70年代初期出现了预应力混凝土脊梁式结构，即单脊梁带大悬臂板式结构，最早以T.Y.Lin设计的旧金山飞机场旁的高架桥为著名范例；国内上海市于上个世纪90年代初期在内环线上修建了上部结构采用预应力混凝土脊梁式连续梁结构的高架桥，跨径为30m。预应力混凝土脊梁式结构的断面布置如图1所示，它主要由混凝土主梁10、混凝土挑梁11以及混凝土桥面板12组成。混凝土脊梁式结构施工时须将混凝土挑梁11与混凝土主梁10拼接，然后现浇混凝土桥面板12，施工工序繁琐，需要施加大量的纵、横向预应力；混凝土的收缩、徐变对预应力效率的影响很大；这种预应力混凝土脊梁式结构的整体结构承载力、抗疲劳性能和抗震性能都要比新型的钢-混凝土组合梁结构要差，自重也较组合梁大。

在西班牙Alamillo桥和中国·长沙洪山桥(申请者主持设计)这两座无背索竖琴式斜拉桥中，主梁就是采用了将混凝土板放置在钢箱梁中性轴高度处的钢-混凝土组合脊骨梁结构，这样就可以避免在混凝土板中产生过大的应力变幅而使其破坏。洪山桥主梁横断面如图2所示，其主要由钢箱梁20和钢挑梁21组成以及混凝土面板22组成，大悬臂钢挑梁21用作行车道，而钢箱梁20顶面可作为人行道。这种钢-混凝土组合脊骨梁结构有以下缺点：1.该组合梁结构将钢挑梁21下降至钢箱梁20中性轴以下的位置，就会降低桥下的行车净空，而且钢箱梁20顶面高于行车道也会减小桥面的行车宽度，因此该组合梁结构一般适用于大跨斜拉桥的主梁结构，对于中、小跨径的城市桥梁则不适用；2.该组合梁结构的悬臂挑梁中采用平面钢腹板，由于其轴向刚度大，对桥面板混凝土产生较大的横向约束所用，会造成悬臂结构横向预应力损失严重，降低横向预应力效率，因此在该结构的混凝土桥面板中不宜施加横向预应力，其结果会使悬臂根部混凝土板易于开裂，并在钢箱梁腹板上产生较大的撕裂荷载。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够提高桥面板横向预应力效率，减小钢箱梁腹板中的撕裂荷载，并能使施工工序得到简化，大大提高整体结构的承载力、抗疲劳性能和抗震性能的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁。

为了解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁，它包括钢箱梁、钢挑梁和混凝土桥面板，其特征在于：钢箱梁的两侧腹板上沿纵向对称设有钢挑梁，且钢挑梁的顶板和钢箱梁的顶板齐平，该钢挑梁采用波形钢腹板，混凝土桥面板置于钢箱梁和钢挑梁的顶板上，并在混凝土桥面板上张拉横向预应力。

所述钢箱梁为闭口截面状，其截面为梯形。

所述钢箱梁内设有纵向加劲肋和横隔板。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1.本发明的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁将钢箱梁和钢挑梁焊接起来，通过剪力连接件与混凝土板结合形成组合梁结构，与混凝土结构相比，该组合梁各部件连接更为紧密，承重结构与传力结构能够较好的结合起来，使各部件共同受力，截面效率高，整体受力性能和承载力好，能获得较好的经济效果，而且以此提高了结构的抗疲劳性能和抗震性能；

2.本发明的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁在钢箱梁两边沿纵向每隔一定距离对称伸出一对大悬臂变截面钢挑梁，来代替混凝土挑梁，这样能够有效地降低结构自重，从而减小下部结构尺寸，并且将钢箱梁的顶板与钢挑梁的顶板齐平后连接在一起，就增加了桥下行车的净空条件；由于钢箱梁顶面不再高于钢挑梁上部的行车道，也就增加了桥面的行车宽度，这样使该种钢-混凝土组合脊骨梁能很好地适用于城市高架桥和立交桥中，尤其是斜桥和曲线桥梁，并能很好地适应布置管线等公共设施；由于采用了钢-混凝土组合结构，加之挑梁的波形钢腹板可做得很薄，故结构自重较轻，能大大减小墩、台和基础的尺寸，改善桥下道路的行车净空条件。而且结构外形轻巧美观、舒展大方，能很好地与城市街景环境相协调；

3.本发明的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁的悬臂钢挑梁采用波形钢腹板，利用波形钢腹板轴向刚度低的特点，消除钢挑梁对预应力混凝土桥面板的横向约束作用，从而减小了桥面板横向预应力的损失，降低了混凝土收缩、徐变对结构的不利影响；

4.本发明的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁的混凝土桥面板上施加高效的横向预应力，能避免悬臂根部混凝土板开裂，降低钢箱梁腹板上的撕裂荷载；

5.本发明的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁的承重结构(钢箱梁)和传力结构(钢挑梁)能方便、牢固地焊接或栓接起来，加之波形钢腹板的抗剪能力与局部稳定性较好，使结构的整体受力性能和承载力得到了增强，这样使得整个结构的施工程序得到简化，施工速度得以加快。

附图说明

图1是现有技术中预应力混凝土脊梁式的结构示意图；

图2是现有技术中钢-混凝土组合脊骨梁的结构示意图；

图3是本发明带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁的结构示意图；

图4是图3的俯视示意图；

图5是图4中A处的放大示意图。

图例说明

1、钢箱梁         2、钢挑梁         3、混凝土桥面板

4、纵向加劲肋     5、横隔板         6、波形钢腹板

10、混凝土主梁    11、混凝土挑梁    12、混凝土桥面板

20、钢箱梁        21、钢挑梁        22、混凝土桥面板

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图3和图4所示，本发明的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁主要包括钢箱梁1、钢挑梁2和混凝土桥面板3，钢箱梁1的两侧腹板上沿纵向对称设有钢挑梁2，且钢挑梁2的顶板和钢箱梁1的顶板齐平，这样就增加了桥下行车的净空条件；由于钢箱梁1顶面不再高于钢挑梁2上部的行车道，这样也就增加了桥面的行车宽度，使钢-混凝土组合脊骨梁能很好地适用于城市高架桥和立交桥中，尤其是斜桥和曲线桥梁，并能很好地适应布置管线等公共设施。该钢挑梁2采用波形钢腹板6，使用这种波形钢腹板6，能够利用波形钢板轴向刚度低的特点，消除钢挑梁2对预应力混凝土桥面板3的横向约束作用，从而减小了混凝土桥面板3横向预应力损失，降低了混凝土收缩、徐变对结构的不利影响。混凝土桥面板3浇筑于钢箱梁1和钢挑梁2的顶板上。在本实施例中，钢箱梁1中还设有纵向加劲肋4与横隔板5，从而加强了钢箱梁1的稳定性。

施工时，首先用平面钢板焊接形成闭口截面薄壁钢箱梁1节段，钢箱梁1截面为倒梯形，并在钢箱梁1内部焊接纵向加劲肋4与横隔板5；同时将平面钢板压制成波形钢板，以其作为腹板与顶、底面钢板焊接形成具有波形钢腹板6的变截面钢挑梁2(参见图5)；然后吊装钢箱梁1节段，将相邻的梁段对拼焊接起来形成连续梁结构；接下来，在钢箱梁1两侧腹板上沿桥纵向对称焊接成对的钢挑梁2，并且保证钢挑梁2与钢箱梁1的顶板在同一平面上；在钢箱梁1与钢挑梁2顶板上焊接剪力连接件，现浇钢筋混凝土板3作为桥面板；待混凝土桥面板3的桥面板达到设计强度后，张拉横向预应力筋；最后铺装桥面、浇筑混凝土防撞墙，最后整个桥梁结构投入运营。

Claims (3)

1、一种带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁，它包括钢箱梁(1)、钢挑梁(2)和混凝土桥面板(3)，其特征在于：钢箱梁(1)的两侧腹板上沿纵向对称设有钢挑梁(2)，且钢挑梁(2)的顶板和钢箱梁(1)的顶板齐平，该钢挑梁(2)采用波形钢腹板(6)，混凝土桥面板(3)置于钢箱梁(1)和钢挑梁(2)的顶板上，在混凝土桥面板(3)上张拉横向预应力。

2、根据权利要求1所述的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁，其特征在于：所述钢箱梁(1)为闭口截面状，其截面为梯形。

3、根据权利要求1或2所述的带大悬臂波形钢腹板挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁，其特征在于：所述钢箱梁(1)内设有纵向加劲肋(4)与横隔板(5)。

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