预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥及其施工方法

摘要

本发明公开了一种预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥及其施工方法，采用预制鱼腹波形钢腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹波形钢腹板梁下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。腹板采用鱼腹波形可大幅降低桥梁自重，在下翼缘采用钢包混凝土构件并预留预应力孔道以张拉预应力显著提高波形钢腹板梁梁体的刚度与抗弯能力，解决了波形钢腹板组合梁体外预应力筋的空气暴露问题，大幅提高了预应力筋的耐久与可靠性能。同时，该结构的波形钢腹板预应力钢混组合简支梁可方便的运输、预制、拼装，完全能够满足工厂预制构件与现场快速安装的要求。据此，发明人还建立了相应的施工方法，采用该法施工安全、方便、快捷。

说明书

技术领域

本发明属于交通运输桥涵工程领域，尤其涉及一种预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预 应力钢混组合简支梁桥及其施工方法。

背景技术

随着立体交通基础设施的发展，在密集人口区域城市桥梁施工或高速公路跨线施工 时，面临着繁忙交通条件下桥梁结构施工过程不中断交通的问题，这对施工安全性要求高、 施工周期要求短，同时还要兼顾景观与环保要求。波形钢腹板组合梁桥具有自重轻、刚度 大的优势，但其体外预应力束的耐久性于施工的复杂性制约了该结构的广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种可快速预制拼装、不中断交通、安全可靠、耐久 性强、绿色环保的预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥及其施工方 法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预 应力钢混组合简支梁桥，采用预制鱼腹波形钢腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹波形钢 腹板梁下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。

该钢混组合简支梁桥的矢跨比控制在1/15-1/20之间，下翼缘鱼腹线型为悬链线或抛 物线。

该钢混组合简支梁桥的支座截面高度与跨中最大高度之比控制在1/2-2/3之间。

上述预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥的施工方法，包括以下 步骤：

<1>提前预制混凝土桥面板和预制鱼腹波形钢腹板梁

预制鱼腹波形钢腹板梁时，焊接加工预制单元的下翼缘钢包混凝土构件的钢材部分， 采用钢梁制梁台架，将下翼缘钢包混凝土构件、波形钢腹板、上翼缘板、腹板钢柱、支座 腹板、支座加劲肋、支座下翼缘板焊接成单片鱼腹波形钢腹板梁预制单元；在下翼缘钢包 混凝土构件内绑扎钢筋笼并在构件内通长设置波纹管，波纹管穿过下翼缘构件带孔横隔板 通过支座线；之后焊接包板，安装混凝土斜模板，浇筑下翼缘钢包混凝土构件内混凝土；

<2>现场吊装

下翼缘钢包混凝土构件内混凝土养护完成后，将预制鱼腹波形钢腹板梁运输到施工现 场并定位吊装；多片鱼腹波形钢腹板梁之间，采用空腹式横隔板连接；焊接完成后，现场 现浇支座端部横梁，之后吊装预制混凝土桥面板，浇筑桥面板湿接缝混凝土；

<3>张拉预应力

混凝土养护完成后，张拉下翼缘钢包混凝土构件内的预应力筋，形成预制拼装的鱼腹 波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥。

预制混凝土桥面板的吊装龄期在180天以上，混凝土桥面板采用预留现浇孔并在现浇 孔内预留钢筋，吊装时通过现浇连接上翼缘上表面集束式剪力钉与孔内预留钢筋连接。

每个鱼腹波形钢腹板梁预制单元包括两片波形梁；沿波形钢腹板每隔2-4m设置一道 腹板钢柱，波形钢腹板在前后边界与钢柱连接，在上下边界与钢上翼缘、钢包混凝土下翼 缘连接，腹板钢柱与腹板共同与上翼缘板连接。

下翼缘钢包混凝土构件与鱼腹波形钢腹板连接，下翼缘钢包混凝土构件内每隔2-4m 对应腹板钢柱的下方设置一个开洞横隔板，在下翼缘钢包混凝土构件的腹板、底板和包板 上布置剪力钉，下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土在整个预制单元制作完成、内装钢筋与 波纹管后再现浇。

下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土采用细粒连续级配抗裂混凝土；桥面板的横向湿接 缝采用速凝微膨胀混凝土，纵向湿接缝采用速凝混凝土。

支座附近的腹板与顶底板表面布置剪力钉群；上翼缘板上表面采用长、短两种剪力钉 布置方式，短剪力钉为均布式，短剪力钉的长度为5-10cm；长剪力钉为集束式，长度为 20-25cm。

空腹式横隔板由空腹式横隔上弦杆、下弦杆、斜杆组成，各杆件之间采用节点板连接， 其中横隔上弦杆采用节点板与腹板钢柱连接在一起。

为满足立体交通施工的严格要求，发明人设计了一种预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内 预应力钢混组合简支梁桥，采用预制鱼腹波形钢腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹波形 钢腹板梁下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。 其中，腹板采用鱼腹波形可大幅降低桥梁自重，在下翼缘采用钢包混凝土构件并预留预应 力孔道以张拉预应力可显著提高波形钢腹板梁梁体的刚度与抗弯能力，解决了波形钢腹板 组合梁体外预应力筋的空气暴露问题，大幅提高了预应力筋的耐久与可靠性能。同时，该 结构的波形钢腹板预应力钢混组合简支梁可方便的运输、预制、拼装，完全能够满足工厂 预制构件与现场快速安装的要求。据此，发明人还建立了相应的施工方法，采用该法施工 安全、方便、快捷。

附图说明

图1是本发明预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥的结构立面示 意图。

图2是本发明预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥中预制混凝土 桥面板的布置图。

图3是图2预制桥面板中单块桥面板上预留孔洞和钢筋的布置图。

图4是本发明预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥跨中横截面 图。

图5是单个预制单元的横截面示意图。

图6是上翼缘承托混凝土现浇以及剪力钉布置图。

图7是支座部位布置立面详图。

图8是应用本发明预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥的某城市 立交跨线桥40m主跨立面图。

图9是图8中主跨跨中横截面图。

图10是图8中主跨支座横截面图。

图11是图8中主跨下翼缘钢包混凝土构件横截面图。

图12是图8中下翼缘钢包混凝土构件立体图。

图13是图8中预制鱼腹波形钢腹板梁节段立体图。

图中：1预制混凝土桥面板，1a预制桥面板预留槽孔，1b预制桥面板预留槽孔内连接 钢筋，1c预制桥面板周边的湿接缝连接钢筋，2下翼缘钢包混凝土构件，2a下翼缘钢包混 凝土构件内的开洞横隔板，2b下翼缘钢包混凝土构件内表面布置的栓钉，2c下翼缘钢包 混凝土构件内浇筑的细粒连续级配混凝土体，2d下翼缘钢包混凝土构件包板，2e下翼缘 钢包混凝土构件底板，2f下翼缘钢包混凝土构件腹板，3波形钢腹板4，上翼缘板，5腹 板钢柱，6支座腹板，7支座加劲肋；7a支座支承加劲肋，7b支座横向加劲肋，7c支座竖 向加劲肋，8支座下翼缘板，9鱼腹式波形钢腹板梁预制单元，10空腹式横隔板，10a空 腹式横隔板上弦杆，10b空腹式横隔板斜杆，10c空腹式横隔板下弦杆，10d节点板，11 支座端部横梁，12桥面湿接缝，12a横向湿接缝，12b纵向湿接缝，13下翼缘钢包混凝土 构件内的预应力筋，14上翼缘上表面均布式短剪力钉，15上翼缘板承托，16上翼缘集束 式长剪力钉，17预制桥面板下架设的小纵梁，18小纵梁上的剪力钉，19支座腹板表面布 置的剪力钉群。

具体实施方式

一、预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥的基本结构

采用预制鱼腹波形钢腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹波形钢腹板梁下翼缘采用钢 包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。(见图1)，其矢跨比控 制在1/15-1/20之间，下翼缘鱼腹线型为悬链线或抛物线；其支座截面高度与跨中最大高 度之比控制在1/2-2/3之间。靠近支座区域腹板沿主梁的长度控制根据主梁的设计剪力确 定，支座附近的剪力应满足：

V≤t_fh_ff_v+0.75A_gf_gtanθ+A_sf_stanθ

式中，V为设计剪力，tf为腹板厚度，hf为腹板高度，fv为腹板抗剪强度设计值， Ag为钢绞线总面积，fg为钢绞线抗拉强度设计值，θ为钢绞线或钢包混凝土翼缘与水平 方向夹角，As为钢包翼缘钢材面积，fs为钢包翼缘钢材抗拉强度设计值。

二、预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥的施工方法

<1>提前预制混凝土桥面板和预制鱼腹波形钢腹板梁

预制混凝土桥面板的吊装龄期在180天以上，使桥面板收缩徐变对结构的影响降到较 低水平，混凝土桥面板采用预留现浇孔1a并在现浇孔内预留钢筋1b，吊装时通过现浇连 接上翼缘上表面集束式剪力钉16与孔内预留钢筋1b连接。(图2与图3)

预制鱼腹波形钢腹板梁时，焊接加工预制单元的下翼缘钢包混凝土构件2的钢材部分， 采用钢梁制梁台架，将下翼缘钢包混凝土构件2、波形钢腹板3、上翼缘板4、腹板钢柱5、 支座腹板6、支座加劲肋7、支座下翼缘板8焊接成单片鱼腹波形钢腹板梁预制单元9；在 下翼缘钢包混凝土构件2内绑扎钢筋笼并在构件内通长设置波纹管，波纹管穿过下翼缘构 件带孔横隔板2a通过支座线；之后焊接包板2b，安装混凝土斜模板，浇筑下翼缘钢包混 凝土构件内混凝土2c；(见图1与图4)

其中，每个鱼腹波形钢腹板梁预制单元包括两片波形梁(见图5)；沿波形钢腹板每隔 2-4m设置一道腹板钢柱5，波形钢腹板在前后边界与钢柱连接，在上下边界与钢上翼缘、 钢包混凝土下翼缘连接，腹板钢柱5与腹板3共同与上翼缘板4连接。

下翼缘钢包混凝土构件与鱼腹波形钢腹板1连接，下翼缘钢包混凝土构件内每隔2-4m 对应腹板钢柱5的下方设置一个开洞横隔板2a，在下翼缘钢包混凝土构件的腹板2f、底 板2e和包板2d上布置剪力钉(包板2d先不焊上)，下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土在 整个预制单元制作完成、内装钢筋与波纹管后再现浇。由于下翼缘钢包混凝土构件的钢结 构为开口结构，故设置开洞横隔板以增加结构的整体性；采用钢包板可以最大限度的方便 混凝土的现浇施工，有效增加下翼缘混凝土与钢下翼缘的整体性。靠近支座部位梁截面高 度较小时，下翼缘钢包混凝土构件与腹板可采用高强度钢，但最大强度不超过主体钢材强 度的2倍；在抗截面高度较小、钢梁抗剪强度不足时，可考虑采用高强度钢以承受较大的 剪力。

下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土2c采用细粒连续级配抗裂混凝土，可以有效的包 裹波纹管并防止裂纹出现；桥面板的横向湿接缝12a采用速凝微膨胀混凝土，纵向湿接缝 12b采用速凝混凝土，使得桥面板在纵向获得一定的预压力，有利于桥梁结构的整体受力， 并可有效防止桥面板开裂，提高桥面板耐久性。

支座附近的腹板与顶底板表面布置剪力钉群19，用以连接后期的现浇混凝土支座端部 横梁；上翼缘板上表面采用长、短两种剪力钉布置方式，短剪力钉14为均布式，短剪力 钉的长度为5-10cm，用以现浇预制上翼缘板承托15；长剪力钉为集束式16，长度为 20-25cm，根据预制桥面板连接孔的位置分布，用以连接预制混凝土桥面板1。(见图6)

<2>现场吊装

下翼缘钢包混凝土构件内混凝土养护完成后，将预制鱼腹波形钢腹板梁运输到施工现 场并定位吊装；多片鱼腹波形钢腹板梁之间，采用空腹式横隔板10连接；焊接完成后， 现场现浇支座端部横梁11，之后吊装预制混凝土桥面板1，浇筑桥面板湿接缝12混凝土；

空腹式横隔板由空腹式横隔上弦杆10a、下弦杆10b、斜杆10c组成，各杆件之间采 用节点板10d连接，其中横隔上弦杆采用节点板10d与腹板钢柱5连接在一起。

<3>张拉预应力

混凝土养护完成后，张拉下翼缘钢包混凝土构件2内的预应力筋13，形成预制拼装的 鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥。

三、预制拼装的鱼腹波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥的应用

某城市立交跨线桥的主跨跨径为40m，双向六车道，桥梁横向设计宽度为21.5m，下 部跨越城市八车道主干道，业主要求不能中断交通，故采用本发明提出的预制拼装的鱼腹 波形钢腹板体内预应力钢混组合简支梁桥方案。

主跨为40m，矢跨比选取为1/16，跨中钢梁高度为3.0m，承托厚度为0.1m，桥面板 厚度为0.2m，支座部位钢梁高度为1.5m。单片钢梁间距选为3m，左右两侧悬臂挑出2.2m， 中部悬臂挑出2.0m，下翼缘钢包混凝土构件内共设置8个预应力钢筋孔，每孔采用一束7 φ15.2mm1860预应力钢绞线。横向采用6片预制鱼腹波形钢腹板预应力钢混组合简支梁。 该桥主跨的立面见图8，跨中横截面见图9，支座横截面见图10，下翼缘钢包混凝土构件 的截面土与立体图见图11-12，预应力波形钢腹板组合梁钢梁预制节段的立体图见图13。

本发明采用的方法在钢梁预制完成后在2-3天内将主跨钢梁吊装完成，并在夜晚吊装 混凝土桥面板，现场湿作业量小，吊装快速、安全，无扬尘作业，大幅降低了城市桥梁施 工对交通的妨碍。