CN110067185A - 一种钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钢管‑钢板组合腹板钢混组合箱梁，涉及桥梁工程技术领域，主要包括：混凝土顶板、混凝土底板、横隔结构和钢管‑钢板组合腹板；所述钢管‑钢板组合腹板、所述混凝土顶板以及所述混凝土底板相连形成箱梁主体，所述横隔结构布置于所述箱梁主体的两端支点以及中部。本发明能够减轻桥梁自重，增大桥梁跨越能力，避免腹板开裂，提高预应力施加效率，减小温度效应、混凝土收缩徐变引起的次内力，充分发挥钢材和混凝土两种材料的优势，具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，特别是涉及一种钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁。
背景技术
混凝土箱梁因其抗弯和抗扭刚度大，常作为中、大跨径桥梁的首选结构形式。但是混凝土箱梁桥一般容易出现两种病害：梁根部(梁端)腹板开裂；跨中挠度持续下降，国内外许多大跨度预应力混凝土梁桥出现了较严重的病害。究其原因是混凝土箱梁自重比较大，箱梁根部弯矩、剪力较大，同时腹板与顶底板连接成一个整体，顶底板的温差及腹板的干燥收缩、徐变等引起的应力集中问题比较突出，造成腹板开裂，严重影响结构的承载性能和耐久性。
为解决混凝土箱梁上述两种常见病害问题，一种方案是采用平板钢腹板来代替混凝土腹板，平板钢腹板抗剪强度大，重量轻，但是平板钢腹板纵向刚度大，会损失本应施加在混凝土结构的纵向预应力，并且为防止发生屈曲必须焊接纵横向加劲肋，浪费材料，构造复杂。另一种方案是采用波形钢板代替混凝土腹板，波形钢板面外刚度大，不需要设置加劲肋，同时纵向刚度小，具有褶皱效应，提高预应力施加效率，但是波形钢腹板组合箱梁也存在抗剪刚度低，剪切变形大，折形钢腹板制作加工复杂，需要特定的加工设备，焊接难度大，成本较高，难以使用在大跨度梁桥中。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，以解决上述现有技术存在的问题，能够减轻桥梁自重，增大桥梁跨越能力，避免腹板开裂，提高预应力施加效率，减小温度效应、混凝土收缩徐变引起的次内力，充分发挥钢材和混凝土两种材料的优势，具有良好的经济效益。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，包括混凝土顶板、混凝土底板、横隔结构和钢管-钢板组合腹板；所述钢管-钢板组合腹板、所述混凝土顶板以及所述混凝土底板相连形成箱梁主体，所述横隔结构布置于所述箱梁主体的两端支点以及中部。
优选的，所述钢管-钢板组合腹板包括间隔焊接的多个钢管和多块平钢板。
优选的，所述钢管采用圆钢管或方钢管或圆钢管与方钢管混合布置；所述钢管采用方钢管时，所述方钢管的直边或弯折角点与所述平钢板焊接。
优选的，所述钢管-钢板组合腹板设置有两片，形成单箱单室箱梁主体；或者所述钢管-钢板组合腹板设置有多片，形成单箱多室箱梁主体。
优选的，所述钢管-钢板组合腹板的上下缘分别焊接上翼缘钢板和下翼缘钢板，所述上翼缘钢板和下翼缘钢板分别通过连接件与所述混凝土顶板、所述混凝土底板连接。
优选的，所述横隔结构包括箱梁主体两端设置的支点横梁和箱梁主体中间设置的若干横隔板，所述横隔板的上下两端分别与所述混凝土顶板和所述混凝土底板浇筑成一体，所述横隔板与所述钢管-钢板组合腹板通过连接件相连；所述支点横梁与所述混凝土顶板以及所述混凝土底板浇筑成一体。
优选的，所述钢管-钢板组合腹板两端插入所述支点横梁中，所述钢管-钢板组合腹板插入所述支点横梁的部分的平钢板上设置开孔，所述开孔中用于贯穿钢筋。
优选的，还包括预应力束，所述预应力束包括体内预应力束和体外预应力束。
优选的，所述体内预应力束包括顶板体内预应力束和底板体内预应力束，所述顶板体内预应力束位于所述混凝土顶板内，所述底板体内预应力束位于所述混凝土底板内。
优选的，所述体外预应力束的两端锚固于所述箱梁主体两端的所述支点横梁内，所述体外预应力束的两端靠近所述支点横梁弯起，通过所述横隔板或额外布置的转向块实现所述体外预应力束的转向。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、采用钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，可避免腹板开裂问题，同时减轻主梁自重15％～25％，减少跨中下挠，提高桥梁跨越能力；
2、利用钢管易压缩变形的特点，钢管-钢板组合腹板纵桥向具有变形能力，从而提高预应力施加效率，减小了因温度梯度、混凝土顶底板的徐变、收缩等产生的次内力；
3、钢管-钢板组合腹板面外刚度大，不需要焊接纵横向加劲肋构造便可满足腹板稳定性要求；
4、合理地将钢、混凝土两种不同材料结合起来，提高了结构的稳定性、强度及材料的使用效率；
5、组合腹板可直接在工厂焊接制成，构造简单，加工方便，顶底板可采用现浇或预制构件，便于现场施工，同时箱梁立面造型美观。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明钢管-钢板组合腹板组合箱梁结构示意图；
图2为图1实施例中钢管-钢板组合腹板的示意图；
图3为图1实施例中钢管-钢板组合腹板的另一示意图；
图4为图1实施例中钢管-钢板组合腹板的第三种示意图
图5为图1实施例中钢管-钢板组合腹板与混凝土顶底板的连接示意图。
图6为图1实施例中钢管-钢板组合腹板与支点横梁连接构造示意图。
图7为图1实施例中钢管-钢板组合腹板与横隔板连接构造示意图；
其中，1、混凝土顶板；2、混凝土底板；3、钢管-钢板组合腹板；4、上翼缘钢板；5、下翼缘钢板；6、支点横梁；7、横隔板；8、顶板体内预应力束；9、底板体内预应力束；10、体外预应力束；11、连接件；12、圆钢管；13、方钢管；14、平钢板；15、开孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-7所示，本实施例提供一种钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，包括混凝土顶板1、混凝土底板2、钢管-钢板组合腹板3、上翼缘钢板4、下翼缘钢板5、支点横梁6、横隔板7、顶板体内预应力束8、底板体内预应力束9、体外预应力束10和连接件11等。
在本实施例中，钢管-钢板组合腹板3上下缘分别焊接上翼缘钢板4和下翼缘钢板5，翼缘钢板上布置连接件11，形成组合箱梁完整的钢构件。两片钢管-钢板组合腹板3通过连接件11与混凝土顶板1、混凝土底板2相连形成组合箱梁主体。
在本实施例中，支点横梁6设置在箱梁主体的梁端，横隔板7设置在箱梁主体内，可以布置多道横隔板7，一般布置在跨中、1/4跨等位置。
在本实施例中，顶板体内预应力束8布置于混凝土顶板1内，底板体内预应力束9布置于混凝土底板2内，体外预应力束10布置于箱梁内，两端锚固于梁端的支点横梁6内，体外预应力束10在靠近梁端弯起，通过横隔板7或额外布置的转向块实现转向。本实施例中体外预应力束10优选通过横隔板7转向。具体地，预应力束采用预应力钢筋束或其它满足需求的结构。
在本实施例中，如图2-4所示，钢管-钢板组合腹板3为多个钢管和多片平钢板14在工厂内间隔焊接而成，钢管可以为圆钢管12、方钢管13或圆钢管12与方钢管13混合布置。方钢管13与平钢板14的焊接部位可为方钢管13直边(如图3所示)或方钢管13弯折角点(如图4所示)。
进一步地，圆钢管12直径或方钢管13边长一般可取15cm～30cm，钢管厚度一般可取10～24mm，平钢板14顺桥向宽度一般可取2～6m，厚度一般可取10～24mm。图1中所示的钢管-钢板组合腹板3，采用圆钢管12。
如图5所示，在本实施例中，钢管-钢板组合腹板3与混凝土顶板2、混凝土底板3的结合部为翼缘型结合结构，包括钢管-钢板组合腹板3、上翼缘钢板4以及下翼缘钢板5。钢管-钢板组合腹板3分别与上翼缘钢板4以及下翼缘钢板5焊接连接，上翼缘钢板4与混凝土顶板1通过连接件11连接，下翼缘钢板4与混凝土底板2通过连接件11连接；具体地，连接件采用剪力连接件，优选采用焊钉连接件。
如图6所示，在本实施例中，钢管-钢板组合腹板3与支点横梁6为插入式连接方式，钢管-钢板组合腹板3两端分别插入梁端的支点横梁6中，在插入支点横梁6部分的平钢板14上设置开孔15，开孔15中可选择贯穿钢筋，开孔15直径一般可取50～90mm，穿孔钢筋直径可取20～28mm，开孔15数量、贯穿钢筋直径以及腹板插入深度根据结合部受力状况经计算确定。
如图7所示，在本实施例中，横隔板7与钢管-钢板组合腹板3通过连接件11相连，为方便施工，结合部位可选择钢管-钢板组合腹板3的平钢板14区域。具体地，连接件11选取焊钉连接件。
本实施例中钢管-钢板组合腹板组合箱梁的具体施工过程如下：
首先在工厂焊接钢管与平钢板形成钢管-钢板组合腹板3；在钢管-钢板组合腹板3上下缘焊接上翼缘钢板4、下翼缘钢板5和连接件11；架设左右钢管-钢板组合腹板3；利用左右钢管-钢板组合腹板3搭建混凝土顶板1、混凝土底板2、支点横梁6、横隔板7的浇筑模板；埋设顶板体内预应力束8和底板体内预应力束9的管道；铺设混凝土顶板1、混凝土底板2、支点横梁6、横隔板7的钢筋网；完成混凝土的浇筑；张拉顶板体内预应力束8、底板体内预应力束9以及体外预应力束10。
本发明通过采用上述钢管-钢板组合腹板的组合箱梁，能够减轻桥梁自重，增大桥梁跨越能力，避免腹板开裂，提高预应力施加效率，减小温度效应、混凝土收缩徐变引起的次内力，充分发挥钢材和混凝土两种材料的优势，具有良好的经济效益。
上述实施例仅是本发明的一个具体示例，本发明在权利要求书的范围内可以有多种替代方案。例如，上述实施例中箱梁中间增加一片钢管-钢板组合腹板形成单箱双室箱梁，或者增加多片钢管-钢板组合腹板形成单箱多室箱梁；又例如，上述实施例应用于多跨连续梁或连续钢构桥的某一跨，形成多跨钢管-钢板组合腹板组合箱梁桥；又例如，上述实施例中钢管-钢板组合腹板可以是变高度的，形成变高度钢管-钢板组合腹板组合箱梁。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：包括混凝土顶板、混凝土底板、横隔结构和钢管-钢板组合腹板；所述钢管-钢板组合腹板、所述混凝土顶板以及所述混凝土底板相连形成箱梁主体，所述横隔结构布置于所述箱梁主体的两端支点以及中部。
2.根据权利要求1所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：所述钢管-钢板组合腹板包括间隔焊接的多个钢管和多块平钢板。
3.根据权利要求2所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：所述钢管采用圆钢管或方钢管或圆钢管与方钢管混合布置；所述钢管采用方钢管时，所述方钢管的直边或弯折角点与所述平钢板焊接。
4.根据权利要求1所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：所述钢管-钢板组合腹板设置有两片，形成单箱单室箱梁主体；或者所述钢管-钢板组合腹板设置有多片，形成单箱多室箱梁主体。
5.根据权利要求1所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：所述钢管-钢板组合腹板的上下缘分别焊接上翼缘钢板和下翼缘钢板，所述上翼缘钢板和下翼缘钢板分别通过连接件与所述混凝土顶板、所述混凝土底板连接。
6.根据权利要求1所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：所述横隔结构包括箱梁主体两端设置的支点横梁和箱梁主体中间设置的若干横隔板，所述横隔板的上下两端分别与所述混凝土顶板和所述混凝土底板浇筑成一体，所述横隔板与所述钢管-钢板组合腹板通过连接件相连；所述支点横梁与所述混凝土顶板以及所述混凝土底板浇筑成一体。
7.根据权利要求6所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：所述钢管-钢板组合腹板两端插入所述支点横梁中，所述钢管-钢板组合腹板插入所述支点横梁的部分的平钢板上设置开孔，所述开孔中用于贯穿钢筋。
8.根据权利要求1所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：还包括预应力束，所述预应力束包括体内预应力束和体外预应力束。
9.根据权利要求8所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：所述体内预应力束包括顶板体内预应力束和底板体内预应力束，所述顶板体内预应力束位于所述混凝土顶板内，所述底板体内预应力束位于所述混凝土底板内。
10.根据权利要求9所述的钢管-钢板组合腹板钢混组合箱梁，其特征在于：所述体外预应力束的两端锚固于所述箱梁主体两端的所述支点横梁内，所述体外预应力束的两端靠近所述支点横梁弯起，通过所述横隔板或额外布置的转向块实现所述体外预应力束的转向。
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