一种波形钢-超高强粉末混凝土组合箱梁连续刚构桥

摘要

本发明涉及一种波形钢‑超高强粉末混凝土组合箱梁连续刚构桥，包括墩梁固结段和腹板梁段，腹板梁段分为第一腹板梁段和第二腹板梁段，第一腹板梁段、第二腹板梁段和墩梁固结段沿顺桥向依次连接，第一腹板梁段和第二腹板梁段之间设有横隔板，腹板梁段包括由上至下依次设置的顶板、双肢波形钢腹板和混凝土底板，第二腹板梁段的双肢波形钢腹板底部填充有灌填混凝土，顶板包括置于双肢波形钢腹板上的波形钢板，波形钢板上设有由超高强粉末混凝土浇筑而成的混凝土层。与现有技术相比，本发明具有抗屈曲能力强和跨径大等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程桥梁领域，尤其是涉及一种波形钢-超高强粉末混凝土组合箱梁连续刚构桥。

背景技术

混凝土箱梁桥，指顶底板和腹板均采用混凝土的箱梁桥，因其优良的抗弯抗扭性能以及突出的性价比，成为50-270m范围内的主要桥型，但近年来的工程实践发现，混凝土箱梁桥在超过100m后，容易出现腹板开裂和梁体持续下挠的病害。其原因在于梁桥跨径增加到一定程度后，自重恒载增长过快，箱体抗剪抗拉强度相对不足。桥梁界对解决此类病害有着共识，一种方法是进一步加大混凝土箱梁的结构尺寸，并增加预应力束和普通钢筋的用量，通过增加结构抗力来应对快速增长的荷载，但这种做法本身会增加梁体恒载，使得材料用量进一步增加，尤其是跨径超过200m后，全桥性价比急剧下降，从而丧失了对其他桥型的竞争优势。另一种方法是通过改善箱体材料，选择承载能力大自重却相对较轻的钢材形成组合结构箱梁，来实现箱梁桥跨径的有效突破。

波形钢腹板混凝土箱梁桥就是上述第二种方法中的一种，波形钢腹板混凝土箱梁桥的顶板和底板采用混凝土，腹板采用波形钢，原有混凝土箱梁的混凝土腹板替换成波形钢腹板后，不仅减轻了自重，而且腹板开裂的问题也得到很好解决。波形钢腹板混凝土箱梁桥因其优良的受力性能，在国内公路和市政桥梁上发展迅猛，跨径不断加大。但随着跨径不断增加，腹板高度相应增加，波形钢腹板混凝土箱梁桥的波形钢腹板会发生屈曲现象，受波形钢腹板屈曲安全性的限制，其跨径难以突破200m。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种波形钢-超高强粉末混凝土组合箱梁连续刚构桥，抗屈曲能力强，跨径大。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种波形钢-超高强粉末混凝土组合箱梁连续刚构桥，包括墩梁固结段和腹板梁段，所述的腹板梁段分为第一腹板梁段和第二腹板梁段，所述的第一腹板梁段、第二腹板梁段和墩梁固结段沿顺桥向依次连接，所述的第一腹板梁段和第二腹板梁段之间设有横隔板，所述的腹板梁段包括由上至下依次设置的顶板、双肢波形钢腹板和混凝土底板，所述的第二腹板梁段的双肢波形钢腹板底部填充有灌填混凝土，所述的顶板包括置于双肢波形钢腹板上的波形钢板，所述的波形钢板上设有由超高强粉末混凝土浇筑而成的混凝土层。

所述的墩梁固结段下方设有与其固结的桥墩，所述的墩梁固结段采用预应力混凝土箱梁结构，结构简单，便于维护，该结构的顶板也采用超高强粉末混凝土浇筑，以保持墩梁固结段与第二腹板梁段的顺接；

所述的顶板通过采用超高强粉末混凝土，在满足结构受力的情况下减小了顶板的厚度以及重量，所述的双肢波形钢腹板减小了顶板的横桥向跨径，降低了顶板的负弯矩峰值，可取消顶板的横桥向预应力束，简化结构。

所述的第二腹板梁段的灌填混凝土与混凝土底板采用的混凝土相同，构成槽型混凝土底腹板，所述的第二腹板梁段中混凝土底板的厚度小于第一腹板梁段中混凝土底板的厚度，通过减小第二腹板梁段的混凝土底板厚度，并在双肢波形钢腹板底部间填充灌填混凝土，在不增加槽型混凝土底腹板恒载的情况下提高双肢波形钢腹板的抗屈曲能力，从而加大了刚构桥的跨径。

进一步地，所述的波形钢板通过双面焊接与双肢波形钢腹板连接，所述的波形钢板上沿纵桥向设有若干个位于混凝土层内的第二开孔板，实现波形钢板与混凝土层的连接。

进一步地，所述的双肢波形钢腹板底部设有第一通孔，所述的混凝土底板内部设有贯通钢筋和底板钢筋，所述的双肢波形钢腹板插入混凝土底板内，所述的贯通钢筋穿过第一通孔后与底板钢筋焊接。

进一步地，所述的第二腹板梁段的双肢波形钢腹板的两块波形钢腹板底部通过水平穿过灌填混凝土的对拉螺栓连接；

进一步地，所述的第二腹板梁段的双肢波形钢腹板的两块波形钢腹板上均设有埋在灌填混凝土内的第二开孔板或剪力钉。

进一步地，所述的顶板沿横桥向的截面厚度由两端向中部逐渐增大，所述的混凝土层设有沿纵桥向的孔道，所述的孔道内设有预应力钢束，所述的双肢波形钢腹板上缘设有锚固点，所述的预应力钢束的端部锚固在锚固点上。

进一步地，所述的墩梁固结段和横隔板上均设有用于进入双肢波形钢腹板内腔的第一人行通孔，所述的墩梁固结段和横隔板上均设有用于进入箱梁内腔的第二人行通孔，所述的横隔板通过剪力钉跟双肢波形钢腹板以及顶板连接，所述的横隔板插入混凝土底板内部，并通过普通钢筋与混凝土底板连接。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明包括墩梁固结段和腹板梁段，腹板梁段包括第一腹板梁段和第二腹板梁段，第一腹板梁段、第二腹板梁段和墩梁固结段顺桥向依次连接，第二腹板梁段中双肢波形钢腹板的高度随着刚构桥的跨径增大而增大，其抗屈曲能力下降，本发明通过在双肢波形钢腹板底部间填充灌填混凝土，第二腹板梁段的灌填混凝土与混凝土底板构成槽型混凝土底腹板，并减薄第二腹板梁段的混凝土底板厚度，在不增加槽型混凝土底腹板恒载的情况下提高双肢波形钢腹板的抗屈曲能力，从而加大刚构桥跨径；

(2)本发明顶板包括置于双肢波形钢腹板上的波形钢板，波形钢板上设有由超高强粉末混凝土浇筑而成的混凝土层，在满足结构受力的情况下减小了顶板的厚度以及重量，使得桥梁恒载大幅减少，从而加大刚构桥跨径。

(3)本发明双肢波形钢腹板减小了顶板的横桥向跨径，降低了顶板的负弯矩峰值，可取消顶板的横桥向预应力束，简化结构；

(4)本发明双肢波形钢腹板底部设有第一通孔，混凝土底板内部设有贯通钢筋和底板钢筋，双肢波形钢腹板插入混凝土底板内，贯通钢筋穿过第一通孔后与底板钢筋焊接，使混凝土底板和双肢波形钢腹板连接稳定；

(5)本发明第二腹板梁段的双肢波形钢腹板的两块波形钢腹板通过穿过灌填混凝土的对拉螺栓连接，提高了灌填混凝土前后双肢波形钢腹板的抗屈曲能力；

(6)本发明双肢波形钢腹板的两块波形钢腹板底部均设有埋在灌填混凝土内的第二开孔板或剪力钉，进一步保证灌填混凝土和双肢波形钢腹板连接稳定，提高了抗屈曲能力；

(7)本发明顶板的混凝土层上设有沿纵桥向的孔道，孔道内设有预应力钢束，双肢波形钢腹板上缘设有锚固点，所述的预应力钢束的端部锚固在锚固点上，减少了剪力滞效应，安全性好；

(8)本发明墩梁固结段采用预应力混凝土箱梁结构，墩梁固结段下方设有与其固结的桥墩，取代支座，便于维护；

(9)本发明墩梁固结段和横隔板上均设有用于进入双肢波形钢腹板内腔的第一人行通孔和进入箱梁内部的第二人行通孔，便于灌填混凝土的施工和双肢波形钢腹板的后期维护。

附图说明

图1为桥梁总体分段示意图；

图2为图1中的A-A截面示意图；

图3为图1中的B-B截面示意图；

图4为双肢波形钢腹板的立面示意图；

图5为第二腹板梁段中双肢波形钢腹板的平面示意图；

图6为图5中的C-C截面示意图；

图7为图5中的D-D截面示意图；

图8为图7中的E-E截面示意图；

图9为复合顶板的示意图；

1.第一腹板梁段，2.第二腹板梁段，3.墩梁固结段，4.顶板，5.双肢波形钢腹板，6.混凝土底板，7.横隔板，8.灌填混凝土，9.第一人行通孔，10.对拉螺栓，11.第一开孔板，12.桥墩，41.波形钢板，42.混凝土层，43.第二开孔板，44.孔道，45.锚固点，51.第一通孔，61.贯通钢筋，62.底板钢筋，91.第二人行通孔，111.第二通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种波形钢-超高强粉末混凝土组合箱梁连续刚构桥，如图1、图2、图3、图4和图9，包括墩梁固结段3和腹板梁段，所述的腹板梁段分为第一腹板梁段1和第二腹板梁段2，所述的第一腹板梁段1、第二腹板梁段2和墩梁固结段3沿顺桥向依次连接，所述的第一腹板梁段1和第二腹板梁段2之间设有横隔板7，所述的腹板梁段包括由上至下依次设置的顶板4、双肢波形钢腹板5和混凝土底板6，所述的第二腹板梁段2的双肢波形钢腹板5底部填充有灌填混凝土8，所述的顶板4包括置于双肢波形钢腹板5上的波形钢板41，所述的波形钢板41上设有由超高强粉末混凝土浇筑而成的混凝土层42；

墩梁固结段3下方设有与其固结的桥墩12，墩梁固结段3采用预应力混凝土箱梁结构，易于维护，墩梁固结段3的顶板也采用超高强粉末混凝土浇筑，以保持墩梁固结段3与第二腹板梁段2的顺接；

顶板4通过采用超高强粉末混凝土，在满足结构受力的情况下减小了顶板4的厚度以及重量，使得桥梁恒载大幅减少，双肢波形钢腹板5减小了顶板4的横桥向跨径，降低了顶板4的负弯矩峰值，可取消顶板4的横桥向预应力束，简化结构。

通过减薄第二腹板梁段2中混凝土底板6的厚度并在双肢波形钢腹板5底部间填充灌填混凝土8，灌填混凝土8与混凝土底板6采用的混凝土相同，灌填混凝土8和混凝土底板6构成槽型混凝土底腹板，第二腹板梁段2中混凝土底板6的厚度小于第一腹板梁段1中混凝土底板6的厚度，通过减薄第二腹板梁段2的混凝土底板6厚度，在不增加槽型混凝土底腹板恒载的情况下提高双肢波形钢腹板5的抗屈曲能力，从而加大刚构桥跨径。

如图9，波形钢板41上沿纵桥向设有若干个位于混凝土层42内的第二开孔板43，实现波形钢板41与混凝土层42的连接，波形钢板41通过双面焊接与双肢波形钢腹板5连接；

如图5、图6、图7和图8，双肢波形钢腹板5上设有第一通孔51，混凝土底板6内部设有贯通钢筋61和底板钢筋62，双肢波形钢腹板5插入混凝土底板6内，贯通钢筋61穿过第一通孔51后与底板钢筋62焊接；

第二腹板梁段2的双肢波形钢腹板5的两块波形钢腹板底部通过水平穿过灌填混凝土8的对拉螺栓10连接。

第二腹板梁段2的双肢波形钢腹板5的两块波形钢腹板底部均设有埋在灌填混凝土8内的第一开孔板11。

顶板4沿横桥向的截面厚度由两端向中部逐渐增大，混凝土层42设有沿纵桥向的孔道44，孔道44内设有预应力钢束，双肢波形钢腹板5上缘设有锚固点45，预应力钢束的端部锚固在锚固点45上，以减少剪力滞效应。

双肢波形钢腹板5的两块波形钢腹板的间距不小于0.8m，墩梁固结段3和横隔板7上均设有沿横桥向的宽度为0.6m的用于进入双肢波形钢腹板5内腔的第一人行通孔9，墩梁固结段3和横隔板7上还设有用于进入箱梁内部的第二人行通孔91，第一人行通孔9和第二人行通孔91有助于工作人员进入双肢波形钢腹板5内腔进行灌填混凝土8的施工和双肢波形钢腹板5的后期维护。

横隔板7通过剪力钉跟双肢波形钢腹板5以及顶板4连接，横隔板7插入混凝土底板6内部，通过普通钢筋连接。

实施例2

本实施例中，第二腹板梁段2的双肢波形钢腹板5的两块波形钢腹板底部均设有埋在灌填混凝土8内的剪力钉，双肢波形钢腹板5通过剪力钉与灌填混凝土8连接，其它与实施例1相同。

实施例1和实施例2提出了一种波形钢-超高强粉末混凝土组合箱梁连续刚构桥，通过在双肢波形钢腹板5底部间填充灌填混凝土8，灌填混凝土8与混凝土底板6采用的混凝土相同，灌填混凝土8和混凝土底板6构成槽型混凝土底腹板，通过减薄第二腹板梁段2的混凝土底板6厚度，在不增加槽型混凝土底腹板恒载的情况下提高双肢波形钢腹板5的抗屈曲能力，从而加大刚构桥跨径；

同时顶板4包括置于双肢波形钢腹板5上的波形钢板41，波形钢板41上设有由超高强粉末混凝土浇筑而成的混凝土层42，在满足结构受力的情况下减小了顶板4的厚度以及重量，使得桥梁恒载大幅减少，也有助于加大刚构桥跨径。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。