一种竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥及施工方法

摘要

本发明涉及一种竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥，包括两桥墩，两桥墩之间横设有位于其上方的钢梁，所述钢梁与桥墩之间设置有支座，所述桥墩上预埋有沿竖向设置并向上伸出的地脚螺杆，所述地脚螺杆上端穿过钢梁端部的螺栓孔后由位于钢梁上侧的地脚螺母锁紧固定，其中所述支座位于所述地脚螺杆的内侧，所述钢梁上以及钢梁与桥墩的连接处浇筑有混凝土使钢梁和桥墩连接成整体。本发明还提供相应的一种竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥的施工方法。该竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥简化了施工，节约了空间，有利于在恶劣环境中施工。

说明书

技术领域

本发明涉及一种竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥及施工方法，属于桥梁领域。

背景技术

由于整体式桥台桥梁取消了伸缩缝，降低了桥梁的维护成本，提高了行车舒适度，在世界范围内得到了广泛的应用。钢筋混凝土刚架桥是整体式桥台桥梁的一种，它可以节约成本，提高行驶质量并具有良好的抗震性能。

由于普通钢筋混凝土刚架桥上部结构的自重太大，只有跨长在15米以内才能保证经济效益。预应力钢-混凝土复合材料刚架桥可以提升跨长的同时保证经济效益。这类桥是采用钢-混凝土结构来充分利用两种材料的特性并将施加了预应力的钢梁与桥墩整体连接。然而，普通预应力钢-混凝土复合材料钢架桥是将制作好的预应力钢-混凝土梁放置在桥墩上，然后整体连接形成钢架桥，需要占用空间对钢梁施加预弯应力并浇筑混凝土，还需要重型设备将钢-混凝土梁安放到桥墩上与桥墩整体连接。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种经济、节约空间和施工方便的竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥及施工方法。

本发明采用的方案是：一种竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥，包括两桥墩，两桥墩之间横设有位于其上方的钢梁，所述钢梁与桥墩之间设置有支座，所述桥墩上预埋有沿竖向设置并向上伸出的地脚螺杆，所述地脚螺杆上端穿过钢梁端部的螺栓孔后由位于钢梁上侧的地脚螺母锁紧固定，其中所述支座位于所述地脚螺杆的内侧，所述钢梁上以及钢梁与桥墩的连接处浇筑有混凝土使钢梁和桥墩连接成整体。

进一步的，所述地脚螺杆采用抗拉强度900—950Mpa的高强钢筋。

同时，本发明还提供相应的一种竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥的施工方法，它包括下列步骤：（1）浇筑两桥墩，并在桥墩上预埋地脚螺杆，地脚螺杆沿竖向设置并向上伸出桥墩上端面；（2）在桥墩上位于地脚螺杆的内侧安装支座；（3）在两桥墩之间横设位于支座上方的钢梁，并使得地脚螺杆上端穿过钢梁端部的螺栓孔；（4）地脚螺杆上端由位于钢梁上侧的地脚螺母锁紧以施加竖向预紧力；（5）在钢梁上以及钢梁与桥墩的连接处浇筑混凝土。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥的简化了施工，节约了空间，有利于在恶劣环境中施工；另外，对地脚螺杆施加竖向预应力可以有效的产生对钢梁的预弯应力，节约了成本，提高行驶质量并具有良好的抗震性能。

附图说明

图1是本发明实施例中钢梁与桥墩连接示意图；

图2是本发明实施例中地脚螺杆施加竖向预应力示意图；

图3是本发明实施例构造剖面图；

图4是本发明地脚螺杆施加竖向预应力后钢梁的受力与弯矩图；

图5是本发明浇筑混凝土后钢梁的受力与弯矩图；

图6是本发明中钢梁的实际弯矩图；

图中标号说明：1-桥墩、2-地脚螺杆、3-混凝土、4-钢梁、5-地脚螺母、6-支座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1~3所示，一种竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥，包括两桥墩1，两桥墩1之间横设有位于其上方的钢梁4，所述钢梁4与桥墩1之间设置有支座6，所述桥墩1上预埋有沿竖向设置并向上伸出的地脚螺杆2，所述地脚螺杆2上端穿过钢梁4端部的螺栓孔后由位于钢梁4上侧的地脚螺母5锁紧固定，简化了施工，节约了空间，以施加其竖向预紧力，从而产生对钢梁4的预弯应力。其中所述支座6位于所述地脚螺杆2的内侧，即其中桥墩靠近两桥墩中间位置一侧为内侧，而远离两桥墩中间位置一侧为外侧，所述钢梁4上以及钢梁4与桥墩1的连接处浇筑有混凝土3使钢梁4和桥墩1连接成整体，浇筑上混凝土的钢梁形成该钢-混凝土复合刚架桥的主梁。

在本实施例中，所述地脚螺杆2采用抗拉强度900—950Mpa的高强钢筋，钢梁4可采用普通钢材，所述混凝土3可以采用普通混凝土或自密实混凝土，地脚螺母5可使用普通螺母。

该竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥受力和弯矩情况如图4~6所示。

由图中可计算得出，所述支座6处截面弯矩为：

钢梁4中心截面弯矩为：

其中地脚螺杆的刚度为：

（其中w是钢梁上均布荷载，L为支座6之间的水平距离，E为钢梁弹性模量，e为支座6到地脚螺杆2之间的水平距离，为地脚螺杆2弹性模量，为地脚螺杆2截面积，l为地脚螺杆2长度）

根据所求、、和已知混凝土3和钢梁4材料特性可得钢-混凝土主梁截面大小。

同时，本发明还提供相应的一种竖向预应力钢-混凝土复合刚架桥的施工方法，它包括下列步骤：（1）浇筑两桥墩1，并在桥墩1上预埋地脚螺杆2，地脚螺杆2沿竖向设置并向上伸出桥墩1上端面；（2）在桥墩1上位于地脚螺杆2的内侧安装支座6；（3）在两桥墩1之间横设位于支座上方的钢梁4，并使得地脚螺杆2上端穿过钢梁4端部的螺栓孔；（4）地脚螺杆2上端由位于钢梁4上侧的地脚螺母5锁紧以施加竖向预紧力，从而产生对钢梁4的预弯应力，简化了施工，节约了空间；（5）在钢梁4上以及钢梁4与桥墩1的连接处浇筑混凝土3使其连接成整体形成钢-混凝土复合材料刚架桥。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。