混凝土梁-波形钢腹板混凝土梁的纵向混合连续梁体系

摘要

本发明公开了一种混凝土梁-波形钢腹板混凝土梁的纵向混合连续梁体系，用于梁桥领域，包括设在桥墩上的混凝土梁区段和设在梁体跨中段及边跨段并与混凝土梁区段固定连接的波形钢腹板混凝土梁区段，混凝土梁区段长度为连续梁主跨跨径的1/4～1/2。本发明中，混凝土梁区段与波形钢腹板混凝土梁区段沿纵向连接在一起构成连续梁体系。其中自重较大的混凝土梁区段设于梁体下方的桥墩上，而自重较小的波形钢腹板混凝土梁区段位于梁体的跨中及边跨段，通过纵向混合，克服了混凝土梁或波形钢腹板混凝土梁单一体系的各自缺点，保证了整个体系刚度的同时，避免了梁桥因跨度增加而导致的跨中段持续下挠和开裂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合连续梁，特别是涉及一种混凝土梁-波形钢腹板混凝土梁的纵向混合连续梁。

背景技术

以往跨径250m以下是梁桥的适用范围，特别是混凝土连续梁因其整体刚度大，行车舒适等优点受到广泛使用。但近年来的工程实践发现混凝土梁在跨径超过150m以后，梁体的跨中段持续下挠、腹板开裂等病害问题比较突出，不少桥梁在远未达到设计使用年限时就需要进行加固改造。其原因在于跨径增加到一定程度后混凝土梁自重较大，占设计内力比例过大，混凝土腹板抗剪、抗拉强度相对不足。

为了解决这些病害，常用的一个方案是不改变结构材料，仍然采用混凝土梁，只是加大混凝土梁梁体截面各部位的尺寸，并相应增加预应力钢筋和普通钢筋的用量。还有一种方案是近几年出现的一种新的组合结构即波形钢腹板混凝土梁。波形钢腹板混凝土梁指顶、底板采用混凝土，腹板采用波形钢的竖向叠合箱梁。波形钢腹板取代了混凝土腹板之后箱梁自重减轻、恒载内力减少，不会出现腹板裂缝。另外由于波形钢腹板的褶皱效应，梁体受弯时混凝土顶、底板承受弯矩，波形钢腹板承受剪力，顶底板混凝土、波形钢腹板各司其职，充分利用了材料的各自优点，良好地发挥了组合结构的优势。

混凝土梁加大截面尺寸的办法固然可使梁体的承载能力提高，但承载能力提高的同时恒载也加大，需要增加更多的普通钢筋和预应力钢筋，三材用量指标迅速上升，特别是混凝土连续梁跨度超过200m后，工程的投资增加太大，其竞争力逊于斜拉桥。因此这些年来交通主管部门已不赞成跨径200m以上修建连续梁桥。

波形钢腹板混凝土梁近年在日本得到了深入的研究与广泛的应用，成为日本高速公路的推荐桥型。其抗震性能好、施工简便、经济性较好，解决了混凝土腹板开裂的问题。但由于波形钢腹板自身存在屈曲稳定的问题，腹板高度不可能做的太高，因此波形钢腹板混凝土梁的跨径局限在150m以内，目前中国已建成最大的波形钢腹板混凝土梁跨径为120m。因此，波形钢腹板混凝土桥的出现尚未解决150-250m的连续梁桥跨中段持续下挠和腹板开裂的问题。

所谓混凝土梁为顶板、底板和腹板均采用混凝土材料的箱梁，所谓波形钢腹板混凝土梁为顶板、底板采用混凝土材料，腹板采用波形钢的竖向叠合箱梁。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种避免梁桥因跨度增加而导致跨中段持续下挠和开裂的混凝土梁-波形钢腹板混凝土梁的纵向混合连续梁体系。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：混凝土梁-波形钢腹板混凝土梁的纵向混合连续梁体系,包括设在桥墩上的混凝土梁区段和设在梁体跨中段及边跨段并与混凝土梁区段固定连接的波形钢腹板混凝土梁区段，混凝土梁区段长度为连续梁主跨跨径的1/4～1/2。

进一步作为本发明技术方案的改进，混凝土梁区段与波形钢腹板混凝土梁区段在相互连接处设有过渡结合段。

进一步作为本发明技术方案的改进，过渡结合段中波形钢腹板混凝土梁区段的钢腹板伸入混凝土梁区段的腹板内，且在靠近混凝土梁区段的一侧设有横隔梁，过渡结合段在钢腹板的内侧设有混凝土内衬。

进一步作为本发明技术方案的改进，混凝土梁区段在顶板内设有沿梁体纵向的第一顶板预应力束，在腹板内设有沿梁体纵向且两端下弯的腹板预应力束。

进一步作为本发明技术方案的改进，波形钢腹板混凝土梁区段在顶板和底板内分别设有沿梁体纵向的第二顶板预应力束和底板预应力束，波形钢腹板混凝土梁区段内沿梁体纵向还设有若干彼此间隔的中横隔板。

进一步作为本发明技术方案的改进，混凝土梁区段和波形钢腹板混凝土梁区段内设有沿梁体纵向的体外预应力束，该体外预应力束在混凝土梁区段内沿顶板下缘平行布置至横隔梁并在穿过横隔梁后逐渐下弯至波形钢腹板混凝土梁区段跨中段的底板上缘，横隔梁的上侧在顶板的下方设有若干改变体外预应力束走向的转向块。

进一步作为本发明技术方案的改进，过渡结合段中波形钢腹板混凝土梁区段的钢腹板伸入混凝土梁区段腹板内的长度≥2m。

进一步作为本发明技术方案的改进，腹板预应力束的两端均设有固定锚，固定锚包括设在腹板内的腹板锚和设在所述横隔梁上的隔梁锚。

本发明的有益效果：本发明中，混凝土梁区段与波形钢腹板混凝土梁区段沿纵向连接在一起构成连续梁体系。其中自重较大的混凝土梁区段设于梁体下方的桥墩上，而自重较小的波形钢腹板混凝土梁区段位于梁体的跨中及边跨段，通过纵向混合，克服了混凝土梁或波形钢腹板混凝土梁单一体系的各自缺点，保证了整个体系刚度的同时，避免了梁桥因跨度增加而导致的跨中段持续下挠和开裂。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的预应力束布置结构示意图；

图3是本发明实施例的波形钢腹板混凝土梁区段结构示意图；

图4是本发明实施例的混凝土梁区段结构示意图；

图5是本发明实施例的过渡结合段纵截面结构示意图；

图6是本发明实施例的过渡结合段横截面结构示意图；

图7是本发明实施例的过渡结合段断面图。

具体实施方式

现有技术中，所谓混凝土梁为顶板、底板和腹板均采用混凝土材料的箱梁，所谓波形钢腹板混凝土梁为顶板、底板采用混凝土材料，腹板采用波形钢的竖向叠合箱梁。

参照图1-图7，本发明提供了一种混凝土梁-波形钢腹板混凝土梁的纵向混合连续梁体系,包括设在桥墩1上的混凝土梁区段2和设在梁体跨中段及边跨段并与混凝土梁区段2固定连接的波形钢腹板混凝土梁区段3，混凝土梁区段2的长度为连续梁主跨跨径的1/4～1/2。

作为本发明优选的实施方式，混凝土梁区段2与波形钢腹板混凝土梁区段3在相互连接处设有过渡结合段4。

本发明中，混凝土梁区段2与波形钢腹板混凝土梁区段3沿纵向通过过渡结合段4连接在一起构成连续梁体系。其中自重较大的混凝土梁区段2设于梁体下方的桥墩1上，长度为连续梁主跨跨径的1/4～1/2，保证了整个体系的刚度，而自重较小的波形钢腹板混凝土梁区段3位于梁体的跨中及边跨段，长度为连续梁主跨跨径的1/2～3/4，波形钢腹板混凝土梁区段3作为整个连续梁体系跨中段和边跨段的主体结构，避免了梁桥跨中段持续下挠和开裂。通过纵向混合，克服了混凝土梁或波形钢腹板混凝土梁单一体系的各自缺点，并且做到外形美观、造价合理、施工方便，为大跨度的梁桥提供了理想桥型。

作为本发明优选的实施方式，过渡结合段4中波形钢腹板混凝土梁区段3的钢腹板31伸入混凝土梁区段2的腹板21内，且伸入长度≥2m，过渡结合段4在靠近混凝土梁区段2的一侧设有横隔梁41，过渡结合段4在钢腹板31的内侧设有混凝土内衬42，经过渡结合段4的的过渡连接后，混凝土梁-波形钢腹板混凝土梁的纵向混合连续梁体系的梁高为曲线变化，变化方程是1.6～2.0次抛物线，混凝土内衬42用于实现腹板21和钢腹板31之间的受力过渡，混凝土内衬42与钢腹板31之间的连接采用栓钉连接。

作为本发明优选的实施方式，混凝土梁区段2在顶板5内设有沿梁体纵向的第一顶板预应力束22，在腹板21内设有沿梁体纵向且两端下弯的腹板预应力束23，其中第一顶板预应力束22用于抗弯，腹板预应力束23用于抗剪。

作为本发明优选的实施方式，波形钢腹板混凝土梁区段3在顶板5和底板6内分别设有沿梁体纵向的第二顶板预应力束32和底板预应力束33，用于抗弯。波形钢腹板混凝土梁区段3内沿梁体纵向还设有若干彼此间隔的中横隔板34，中横隔板34以增加梁体的抗扭刚度，中横隔板34最大间距的确定，以使在最不利的车道偏心荷载作用下，同一断面位置各钢腹板31的挠度差值在15%之内为准。中横隔板34与顶板5、底板6浇筑在一起，与钢腹板31之间采用栓钉连接在一起。

作为本发明优选的实施方式，混凝土梁区段2和波形钢腹板混凝土梁区段3内设有沿梁体纵向的体外预应力束7，用于抗剪及抗弯，该体外预应力束7在混凝土梁区段2内沿顶板5下缘平行布置至横隔梁41并在穿过横隔梁41后逐渐下弯至波形钢腹板混凝土梁区段3跨中段的底板6上缘，横隔梁41的上侧在顶板5的下方设有若干改变体外预应力束7走向的转向块71。 

作为本发明优选的实施方式，腹板预应力束23的两端均设有固定锚，固定锚包括设在腹板21内的腹板锚24和设在横隔梁41上的隔梁锚43，横隔梁41的设置，一方面用于体外预应力束7的转向，另一方面用于腹板预应力束23通过隔梁锚43的张拉锚固，并且提高整个体系的抗弯及抗扭刚度。

混凝土梁-波形钢腹板混凝土梁的纵向混合连续梁体系的混凝土应采用标号为C50及以上的高强混凝土；波形钢板应采用Q345级别以上的钢材，最好采用耐候钢；第一顶板预应力束22、第二顶板预应力束32、腹板预应力束23和体外预应力束7采用strand1860低松弛钢绞线。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。