CN109778663A - 一种轻质钢-砼组合梁桥结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了轻质钢‑砼组合梁桥结构，包括梁本体，梁本体包括顶板和钢构件，钢构件连接于顶板下方，顶板为UHPC结构件，沿梁本体负弯矩区域的顺桥向，在顶板内设置若干个缓粘结预应力钢束，每个缓粘结预应力钢束包括护套和设于其中的钢绞线，钢绞线和护套之间填充有缓凝粘合剂。运用该轻质梁桥结构，UHPC可有效提高梁本体单位面积截面的抗力，配合缓粘结预应力钢束达到同等作用力下缓粘结预应力钢束较现有结构直径小，使得顶板能够做薄，从而减小了梁本体截面尺寸，降低UHPC和钢筋用量，使得梁本体自重有效降低15％‑30％，轻质的梁本体及支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量均较大减少，使得整个桥梁工程具有极强的经济性，极具推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁领域，特别涉及一种轻质钢-砼组合梁桥结构。
背景技术
钢-砼组合梁桥，是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构型式。它主要通过在钢梁和混凝土翼缘板之间设置剪力连接件(栓钉、槽钢、弯筋等)，抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移，使之成为一个整体而共同工作。目前国内外常用的钢-砼组合梁桥采用普通混凝土板和钢材的结合，对于有存在负弯矩区的钢-砼组合梁桥，其负弯矩区配置普通预应力钢绞线，横桥向较宽的钢-砼组合梁桥在顶板横向也会配置普通预应力钢绞线。由于普通混凝土抗压抗拉强度较低、延性较差、收缩徐变效应明显等缺点，造成梁体截面及厚度较大，钢筋用量较多；较大的梁体尺寸以及重量导致与其适配的支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量也必须随之增大，从梁结构自重和工程整体性考虑均需要寻求一种轻质的梁，减轻桥梁自重是设计师亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的现有钢-砼组合梁，由于普通混凝土抗压抗拉强度较低、延性较差、收缩徐变效应明显等缺点，造成梁体截面及厚度较大，钢筋用量较多，较大的梁尺寸以及重量导致与其适配的支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量也必须随之较大的上述不足，提供一种轻质钢-砼组合梁桥结构。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种轻质钢-砼组合梁桥结构，包括梁本体，所述梁本体包括顶板和钢构件，所述钢构件连接于所述顶板下方，所述顶板为UHPC(Ultra-High Performance Concrete，超高性能混凝土)结构件，对存在负弯矩区域的所述梁本体顺桥向，在负弯矩区域的所述顶板内设置若干个缓粘结预应力钢束，每个所述缓粘结预应力钢束包括护套和设于其中的钢绞线，所述钢绞线和所述护套之间填充有缓凝粘合剂。
其中，桥梁顺桥向负弯矩区域的所述缓粘结预应力钢束的具体数量根据所述梁本体的具体结构力学特点和材料参数进行确定，或者对于较宽的所述梁本体的全桥横桥向，在所述顶板内设置若干个缓粘结预应力钢束。
采用本发明所述的一种轻质钢-砼组合梁桥结构，UHPC超高的抗压、抗拉强度，良好的耐久性和韧性以及较低的徐变系数等优异性能，可有效提高梁本体单位面积截面的抗力，可有效减小顶板的板厚，在桥梁顺桥向负弯矩区域配置的缓粘结预应力钢束，施工与无粘结预应力相同，布置灵活，采用单孔锚具，不需要穿波纹管、不需要灌浆，因此可达到同等作用力下缓粘结预应力钢束较现有结构直径小，使得顶板能够做薄，从而减小了梁本体截面尺寸，降低UHPC和钢筋用量，使得梁本体自重有效降低15％-30％，即便UHPC造价较普通混凝土贵，但是轻质的梁本体及支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量均较大减少，使得整个桥梁工程具有极强的经济性，极具推广价值。
优选地，所述梁本体为简支梁，所述顶板的横桥向设有若干个所述缓粘结预应力钢束。
优选地，所述梁本体为连续梁，墩顶位置对应的所述顶板纵向负弯矩区域或全桥所述顶板横桥向设有若干个所述缓粘结预应力钢束。
优选地，所述梁本体为箱梁或者π型梁。
优选地，所述缓凝粘合剂为砂浆或者胶粘剂。
优选地，所述缓凝粘合剂的不同配比控制所述缓粘结预应力钢束固化粘结时间。
优选地，所述护套的材质为PE(Polyethylene，聚乙烯)材质。
优选地，所述护套呈波纹管状。
优选地，所述顶板为热养护结构件或者蒸汽养护结构件。
优选地，每个所述缓粘结预应力钢束中所述钢绞线的直径为10mm-30mm。
优选地，该轻质钢-砼组合梁桥结构能够用于简支梁桥、连续刚构桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥的加劲梁等结构。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
运用本发明所述的一种轻质钢-砼组合梁桥结构，UHPC超高的抗压、抗拉强度，良好的耐久性和韧性以及较低的徐变系数等优异性能，可有效提高梁本体单位面积截面的抗力，可有效减小顶板的板厚，在桥梁顺桥向负弯矩区域配置的缓粘结预应力钢束，施工与无粘结预应力相同，布置灵活，采用单孔锚具，不需要穿波纹管、不需要灌浆，因此可达到同等作用力下缓粘结预应力钢束较现有结构直径小，使得顶板能够做薄，从而减小了梁本体截面尺寸，降低UHPC和钢筋用量，使得梁本体自重有效降低15％-30％，即便UHPC造价较普通混凝土贵，但是轻质的梁本体及支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量均较大减少，使得整个桥梁工程具有极强的经济性，极具推广价值。
附图说明
图1为钢-砼组合梁连续箱梁的负弯矩区域断面结构示意图；
图2为现有钢-砼组合梁在图1中A-A的剖视图；
图3为现有钢-砼组合梁在图1中B-B的剖视图；
图4为本发明所述的一种轻质钢-砼组合梁桥结构在图1中A-A的剖视图；
图5为本发明所述的一种轻质钢-砼组合梁桥结构在图1中B-B的剖视图。
图中标记：1-梁本体，2-顶板，3-钢构件，4-缓粘结预应力钢束，5-预应力钢束。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
如图1-3所示，现有钢-砼组合梁连续箱梁结构，包括梁本体1，所述梁本体1包括顶板2和钢构件3，所述钢构件3连接于所述顶板2下方，所述顶板2为普通混凝土C50结构件，其中设有预应力钢束5。
其中，在制作所述顶板2时，需要预留孔道，在孔道内穿入钢束，灌浆填充孔道，张拉钢束在所述顶板2内形成所述预应力钢束5；由于预应力混凝土梁主要为规范构造要求控制，所述预应力钢束5孔道表面与所述顶板2结构表面之间的保护层厚度，在所述顶板2结构顶面和侧面不应小于一倍孔道外径，且不小于50mm；所述顶板2采用φ13-φ15.2mm的钢绞线，应采用90mm内径，97mm外径的金属波纹管孔道，由于孔道外径大于55mm，按规范要求孔道净距不应小于0.8倍孔道外径，即所述预应力钢束5中心距至少为1.8×97＝174.6mm，取间距180mm；按规范要求所述预应力钢束5中心线应距离结构表面1.5×97＝145.5mm，因而取所述顶板2最小厚度为300mm。
由抗弯惯性矩计算公式可知，梁体刚度主要由梁宽、梁高决定，板厚对刚度影响很小；现有钢-砼组合梁设计若直接采用UHPC，所述梁本体1强度大幅提升，理论上可大幅减少UHPC用量和钢筋用量，但由于采用传统后张法预应力技术，预应力孔道及锚固构件对所述顶板2构造尺寸要求严格，为保证能够所述预应力钢束5的顺利穿束，孔道直径较大，为满足规范构造要求，所述预应力钢束5间距较大，且与所述顶板2结构边缘距离较大，导致所述顶板2厚及尺寸的增大，与现有普通混凝土结构件差异不大，优化所述梁本体1的UHPC及钢筋用量非常困难，难以达到所述梁本体1减重的目的。
如图1、4-5所示，本发明所述的一种轻质钢-砼组合梁桥结构，包括梁本体1，所述梁本体1包括顶板2和钢构件3，所述钢构件3连接于所述顶板2下方，所述顶板2为UHPC结构件，对存在负弯矩区域的所述梁本体1顺桥向，在负弯矩区域的所述顶板2内设置若干个缓粘结预应力钢束4，每个所述缓粘结预应力钢束4包括护套和设于其中的钢绞线，所述钢绞线和所述护套之间填充有缓凝粘合剂。
由于所述缓粘结预应力钢束4在所述顶板2制作时就直接预埋在其内，所述顶板2不需要预留孔道以及灌浆、穿束等，因而在达到同等作用力的情况下，所述缓粘结预应力钢束4的直径远小于金属波纹管孔道的外径97mm，使得所述梁本体1中的所述顶板2厚度远小于300mm。
每个所述缓粘结预应力钢束4中的每个所述钢绞线的直径为28.6mm，所述护套外径为40mm，由于所述护套外径小于55mm，按规范要求相邻所述缓粘结预应力钢束4的所述护套表面距离不应小于40mm，即相邻所述缓粘结预应力钢束4中心距至少为40+40＝80mm，取间距80mm；距离结构表面保护层厚度不小于1倍外径，即1.5×40＝60mm，因而取所述顶板2最小厚度为120mm。
相比较如图2所示的现有钢-砼组合连续梁，由于所述顶板2中所述缓粘结预应力钢束4间距减小，可适当增加所述缓粘结预应力钢束4的个数，如图4所示，本实施例中每个所述顶板2中设置31束所述缓粘结预应力钢束4。
由于两种梁体构造采用等面积钢束，因此其应力计算结果一致，证明本发明可替代传统的钢-砼组合连续梁；该轻质钢-砼组合梁桥结构能够用于简支梁桥、连续刚构桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥的加劲梁等结构。
运用本发明所述的一种轻质钢-砼组合梁桥结构，UHPC超高的抗压、抗拉强度，良好的耐久性和韧性以及较低的徐变系数等优异性能，可有效提高梁本体1单位面积截面的抗力，可有效减小顶板2的板厚，在桥梁顺桥向负弯矩区域配置的缓粘结预应力钢束4，施工与无粘结预应力相同，布置灵活，采用单孔锚具，不需要穿波纹管、不需要灌浆，因此可达到同等作用力下缓粘结预应力钢束4较现有结构直径小，使得顶板2能够做薄，从而减小了梁本体1截面尺寸，降低UHPC和钢筋用量，使得梁本体1自重有效降低15％-30％，即便UHPC造价较普通混凝土贵，但是轻质的梁本体1及支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量均较大减少，使得整个桥梁工程具有极强的经济性，极具推广价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种轻质钢-砼组合梁桥结构，包括梁本体(1)，其特征在于，所述梁本体(1)包括顶板(2)和钢构件(3)，所述钢构件(3)连接于所述顶板(2)下方，所述顶板(2)为UHPC结构件，对存在负弯矩区域的所述梁本体(1)顺桥向，在负弯矩区域的所述顶板(2)内设置若干个缓粘结预应力钢束(4)，每个所述缓粘结预应力钢束(4)包括护套和设于其中的钢绞线，所述钢绞线和所述护套之间填充有缓凝粘合剂。
2.根据权利要求1所述的轻质钢-砼组合梁桥结构，其特征在于，所述梁本体(1)为简支梁，所述顶板(2)的横桥向设有若干个所述缓粘结预应力钢束(4)。
3.根据权利要求1所述的轻质钢-砼组合梁桥结构，其特征在于，所述梁本体(1)为连续梁，墩顶位置对应的所述顶板(2)纵向负弯矩区域或全桥所述顶板(2)横桥向设有若干个所述缓粘结预应力钢束(4)。
4.根据权利要求1所述的轻质钢-砼组合梁桥结构，其特征在于，所述梁本体(1)为箱梁或者π型梁。
5.根据权利要求1所述的轻质钢-砼组合梁桥结构，其特征在于，所述缓凝粘合剂为砂浆或者胶粘剂。
6.根据权利要求1所述的轻质钢-砼组合梁桥结构，其特征在于，所述顶板(2)为热养护结构件或者蒸汽养护结构件。
7.根据权利要求1-6任一项所述的轻质钢-砼组合梁桥结构，其特征在于，每个所述缓粘结预应力钢束(4)中所述钢绞线的直径为10mm-30mm。
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Application publication date: 20190521 |