预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥及其施工方法

摘要

本发明揭示了一种预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥及其施工方法，该刚构桥包括：主跨、边跨和桥墩，其中主跨的跨中部分为钢桁梁，主跨其余部分以及边跨为混凝土箱梁。钢桁梁与混凝土箱梁的连接结构为钢-混凝土结合段。所述钢桁梁包括钢桁架杆件和混凝土桥面板，钢桁架杆件包括上弦杆、下弦杆、腹杆、上平联、下平联，钢桁架的上弦杆通过剪力连接件与混凝土桥面板连接；所述混凝土箱梁包括顶板、底板、腹板和横隔板。本发明提供了一种受力性能好、跨越能力大、经济性能好且适用于山区和其他交通不便的地方施工的预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，更具体涉及一种预应力混凝土-钢 桁架混合连续刚构桥及其施工方法。

背景技术

随着现代化交通事业的不断发展，对桥梁的跨度、质量以及经济 性能都有越来越高的要求，采用单一材料时往往很难在结构的力学性 能与经济性之间寻求一个更好的平衡点。

传统的单一使用混凝土箱梁建设的桥梁由于桥梁自重大难以实现 大跨度的要求，建设环节多，耗费了大量的时间，并且混凝土性能不 稳定，导致桥梁后期变形和预应力损失。现有的钢混混合桥梁主要是 主跨采用钢箱梁，边跨采用混凝土箱梁的建造方法，这种方法有效增 加了桥梁的跨度，改善了结构的受力性能，但经济性能不是很高，而 且施工受交通条件和场地影响较大。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是在经济性能好的前提下，如何增大桥 梁的跨度以及给施工带来方便。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种预应力混凝土-钢桁架 混合连续刚构桥，该刚构桥包括：主跨、边跨和桥墩，其中主跨的跨 中部分为钢桁梁，主跨其余部分以及边跨为混凝土箱梁，钢桁梁与混 凝土箱梁的连接结构为钢-混凝土结合段；

所述钢桁梁包括钢桁架杆件和混凝土桥面板，其中钢桁架杆件包 括上弦杆、下弦杆、腹杆、上平联、下平联，上弦杆通过上平联与相 邻的上弦杆连接，下弦杆通过下平联与相邻的下弦杆连接，上弦杆和 下弦杆之间铺设腹杆；所述混凝土箱梁包括顶板、底板、腹板和横隔 板。

优选地，该刚构桥的钢桁架，其上弦杆通过剪力连接件与混凝土 桥面板连接。

优选地，该刚构桥的钢桁架有两种截面形式：

（1）钢桁架的腹杆为工字型截面，钢桁架的其他杆件均为箱型截 面；

（2）钢桁架的下平联为工字型截面，钢桁架的其他杆件均为箱型 截面。

优选地，该刚构桥的钢桁梁负弯矩处设置体外预应力钢束。

优选地，该刚构桥的钢桁架为可拆装钢桁架。

优选地，该刚构桥的混凝土箱梁所包括的顶板、底板以及腹板均 由桥墩顶支点向最大混凝土悬臂处逐渐减小。

优选地，该刚构桥的混凝土箱梁设置纵向预应力钢束、横向预应 力钢束、竖向预应力钢束。

优选地，该刚构桥的桥墩为钢筋混凝土双薄壁墩。

本发明还公开了一种预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥的施工 方法，包括以下步骤：

（1）进行桩基和桥墩的施工；

（2）在桥墩上浇筑0号块，对0号块进行预应力钢束张拉；

（3）进行现浇和预应力钢束张拉，在桥墩上0号块两侧对称浇筑 混凝土箱梁各节段；

（4）采用支架架设法浇筑刚构桥的边跨混凝土箱梁节段，边跨合 龙，并进行边跨预应力钢束张拉；

（5）钢-混凝土结合段依靠挂篮提升到位；

（6）采用浮吊架设法或桥面吊机悬臂拼装法架设主跨跨中的钢桁 架；

（7）吊装钢桁架顶部的预制混凝土桥面板，浇筑湿接缝；

（8）张拉刚构桥体外预应力钢束；

（9）完成所述刚构桥的附属工程及桥面铺装。

（三）有益效果

本发明的预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥由于主跨采用钢桁 梁与混凝土箱梁结合的结构取得以下几点有益效果：

（1）相比较单一的钢箱梁的桥梁，有利于减小构件截面尺寸和 节省钢材，经济性能变好；

（2）相对于混凝土箱梁的桥梁，有效地减轻了桥梁自重，实现 了桥梁跨度的进一步增大，实现主跨300米以上；

（3）钢桁架能够实现工厂预制和现场拼装，受交通条件和场地 影响较小，在山区和其他交通不便的地方也能正常施工， 而且施工方法快捷，提高施工效率。

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 将对实施例或现有技术描述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是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥的立面布置示意图。

图2是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥采用截面形式I的部分 钢桁梁的立面布置示意图。

图3是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥采用截面形式II的部 分钢桁梁的立面布置示意图。

图4是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥采用截面形式I的B-B 处剖视图。

图5是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥采用截面形式II的B-B 处剖视图。

图6是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥A-A处剖视图。

图7是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥C-C处剖视图。

图8是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥的钢桁架杆件箱型截 面图。

图9是预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥的钢桁架杆件工字型 截面图。

图例说明：

1、桥墩；2、体内预应力钢束；3、体外预应力钢束；4、钢-混凝 土结合段；5、钢桁梁；6、混凝土箱梁；7、上弦杆；8、下弦杆；9、 腹杆；10、上平联；11、下平联；12混凝土桥面板；13、顶板；14、

底板；15、腹板；16、横隔板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例 用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

图1是本发明一个较佳实施例的预应力混凝土-钢桁架混合连续刚 构桥的立面布置示意图。该刚构桥包括桥墩1和由桥墩支承的混凝土 箱梁6以及钢桁梁5。主跨跨中部分采用钢桁架与混凝土桥面板组合结 构，该跨其余部分以及其他跨采用三向预应力混凝土箱梁。该刚构桥 主跨可达300m以上，其主跨钢桁梁长度可达100m。

该刚构桥桥墩1采用钢筋混凝土双薄壁墩，图6为桥墩1A-A处剖 面图；主梁采用体内预应力钢束2和体外预应力钢束3相结合。钢桁 梁5主要包括上弦杆7、下弦杆8、腹杆9、上平联10、下平联11和 混凝土桥面板12，其中混凝土桥面板12通过剪力连接件连接上弦杆7。 混凝土箱梁6主要包括顶板13、底板14、腹板15和横隔板16。

本实施例中，混凝土箱梁6的顶板13厚度a为0.3m～2m，其中， 最大混凝土悬臂端截面处的顶板13厚度a为0.3m，桥墩顶支点截面处 顶板13厚度a为2m；混凝土箱梁6的底板14厚度b为0.5m～2.5m， 其中，最大混凝土悬臂端截面处的底板14厚度b为0.5m,桥墩顶支点 截面处的底板厚度b为2.5m，最大混凝土悬臂端截面处与桥墩顶支点 截面处之间的底板的厚度呈1.5次抛物线规律变化；混凝土箱梁6的腹 板15厚度c为0.5m～1.5m,其中，最大混凝土悬臂端截面处的腹板15 厚度c为0.5m,墩顶支点截面处的腹板厚度c为1.5m，最大混凝土悬臂 端截面处与桥墩顶支点截面处之间的腹板的厚度呈渐变式；混凝土箱 梁6的横隔板16厚度为0.15m,在墩顶支点处和边跨端部布置。混凝土 箱梁采用纵向预应力、横向预应力和竖向预应力。

本实施例中，钢桁梁的杆件可以采用I、II两种不同的截面形式。

I、钢桁梁5的上弦杆7a和下弦杆8a均采用箱型截面，翼缘高度H 为0.9m，腹板宽度B为0.9m，腹板厚度为0.044m，翼缘板厚度为 0.044m；钢桁梁5的腹杆9a采用工字形截面，翼缘高度H为0.63m， 腹板宽度B为0.18m，腹板厚度为0.017m，翼缘板厚度为0.022m； 钢桁梁5的上平联10a和下平联11a均采用箱型截面，翼缘高度H为 0.9m，腹板宽度B为0.9m，腹板厚度为0.037m，翼缘板厚度为 0.037m；钢桁梁5的混凝土桥面板12a的厚度d为0.2m。

II、钢桁梁5的上弦杆7b采用箱型截面，翼缘高度H为0.9m，腹 板宽度B为0.9m，腹板厚度为0.028m，翼缘板厚度为0.036m；钢 桁梁5的下弦杆8b采用箱型截面，翼缘高度H为0.9m，腹板宽度B 为0.9m，腹板厚度为0.028m，翼缘板厚度为0.028m；钢桁架5的 腹杆9b采用箱型截面，翼缘高度H为0.6m，腹板宽度B为0.8m，腹 板厚度为0.02m，翼缘板厚度为0.028m；钢桁梁5的上平联10b采 用箱型截面，翼缘高度H为0.4m，腹板宽度B为0.35m，腹板厚度为 0.018m，翼缘板厚度为0.022m；钢桁梁5的下平联11b采用工字形 截面，翼缘高度H为0.4m，腹板宽度B为0.4m，腹板厚度为0.013m， 翼缘板厚度为0.021m；钢桁梁5的混凝土桥面板12b的厚度d为0.2m。 钢桁梁的截面形式I、II的立面布置示意图分别如图2和图3所示。

该刚构桥为预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥，混凝土桥面板 与钢桁架通过剪力连接件连接共同受力，能充分发挥混凝土的抗压能 力。混凝土桥面板同时发挥桥面板、钢桁架平纵联等多种作用，部分 参与钢桁架的受剪，改善了钢桁架的受力情况；该混凝桥面板不仅承 受、传递桥面荷载，而且和钢桁架形成稳定的空间结构，使桥梁横向 抗弯刚度、抗扭刚度更大，更适合于跨度更大的跨线桥和曲线桥。

该刚构桥通过钢-混凝土结合段使钢桁梁与两侧混凝土箱梁连接起 来，所述钢-混凝土结合段起着传递钢桁梁与混凝土梁之间的各种内力 的重要作用，所述各种内力包括轴力、弯矩、剪力、扭矩。混凝土桥 面板和钢桁架的上弦杆通过剪力连接件相连，共同参与结构受力。

本实施例的预应力混凝土-钢桁架混合连续刚构桥的施工方法包括 以下步骤：

（1）进行桩基和桥墩1的施工，桥墩1采用钢筋混凝土双薄壁墩；

（2）在薄壁墩1上立模浇筑0号块，对0号块进行预应力钢束张拉；

（3）按照节段悬臂现浇、预应力钢束2张拉的顺序，在薄壁墩上0 号块两侧对称悬臂浇筑混凝土箱梁6的各节段；

（4）采用支架架设法浇筑刚构桥的边跨混凝土箱梁节段，边跨合 龙，并进行边跨预应力钢束张拉；

（5）将刚构桥混凝土箱梁与钢桁梁之间的钢-混凝土结合段4依靠 挂篮提升到位；

（6）根据不同地势条件采用浮吊架设法或桥面吊机悬臂拼装法架 设跨中钢桁梁5的钢桁架部分；

（7）吊装钢桁梁5顶部的预制混凝土桥面板12，并浇筑湿接缝；

（8）张拉合刚构桥体外预应力钢束3；

（9）完成刚构桥的附属工程及桥面铺装，完成施工。

钢桁架施工可以采用浮吊架设法或桥面吊机悬臂拼装法架设。对 于河中桥孔，当自然环境满足要求时，可将钢桁架在岸边进行整体拼 装，用浮吊调运安装整段钢桁架。而在一些水深、流急、桥高、跨大 和桥下通航通车条件下，钢桁架的施工宜采用桥面吊机悬臂拼装法架 设。

该刚构桥有效地减轻了桥梁自重，解决了预应力大跨连续刚构桥因 恒载应力过高而难以提高跨越能力的难题，有效改善因混凝土收缩徐 变对大跨结构后期线型变化的不良影响；这种结构既加大了主跨的刚 度和重量，减小了主跨内力和变形，又可减少或避免边跨端支点出现 负反力；该刚构桥经济性能好，主跨跨中采用钢桁架和混凝土桥面板 组合结构，相比普通预应力混凝土桥梁和中跨采用钢箱梁的钢混混合 桥梁都大大降低了工程造价，节省了费用；相对于单一使用混凝土箱 梁的桥梁大大加大了桥梁跨度。

钢桁架可采用桁架构件在工厂进行加工和预拼、拆散后采用构件方 式包装运输到桥位、在桥头两端再将构件拼装成桁片或桁段并通过一 定的施工方式进行桁段或桁片的安装架设方案，从而这种桥型的施工 受交通条件和施工场地影响较小，在山区和其他交通不便的地方也能 正常施工，而且施工方法快捷、迅速，有利于保证工期、提高施工效 率。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本 发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。