装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁及其施工方法

摘要

一种装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁及其施工方法，包括拉筋矩形钢管桁架，灌注在主弦管的混凝土以及桥面板。所述拉筋矩形钢管桁架由三节段拉筋矩形钢管桁架焊接而成，所述分段拉筋矩形钢管桁架由主弦管、斜腹管、网格型联系管以及变截面工字钢焊接组成，所述桥面板为预制实心混凝土板装配而成，所述桥面板与装配式拉筋矩形钢管桁架通过开孔加劲肋连接为整体。本发明与传统的预应力箱梁相比，刚度大、延性好、受力合理、装配化程度高、施工方便，弥补了钢管约束效果不足，增强了钢管与混凝土之间粘结，增加了梁的跨度，减少了桥墩的数量，提高了经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，具体为一种装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁及其施工方法。

背景技术

近十多年来，随着国家经济与城市交通的发展，跨江跨海桥梁日益增多，组合梁在桥梁工程中所占比重越来越大，桥梁建设向“更长、更高、更轻”的趋势发展，跨度日益增大，体形越来越复杂，新材料的应用日益增多，结构体系越来越新颖，施工技术越来越先进。桁架组合梁可以充分利用桁架刚度大，跨度大，装配化程度高的优势，降低截面尺寸，减轻自重。

桁架组合梁作为承受竖向荷载的抗弯构件，充分发挥了结构优势，具有优异的抗弯性能，装配化程度高，桁架组合梁由于其自身的优点及特点，已越来越被人们重视，并越来越多地应用于工程实际。目前工程中普遍采用的预应力混凝土箱梁有如下技术不足之处：1。梁体自重大，跨度受限；2。预应力损失多，降低了梁的刚度以及使用寿命；3。梁体会出现裂缝，影响正常使用。

因此，研发一种经济实用，施工方便的装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁结构形式具有十分重要的实践意义和社会经济价值。

发明内容

本发明解决现有技术的不足而提供了一种承载力高、抗弯刚度大的装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁及其施工方法，本发明受力合理，装配化程度高，施工方便，大大缩短了工期，解决了钢管约束效果不足、钢管与混凝土之间粘结不良的问题，与传统预应力混凝土箱梁相比，提高了梁的跨度，降低了自重，减少了桥墩的数量，节约了工程造价，适用于公路以及铁路桥梁结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁，包括拉筋矩形钢管桁架，所述拉筋矩形钢管桁架包括主弦管、斜腹管、网格型联系管以及变截面工字钢，所述主弦管内布设有双向对拉筋、并且灌注有混凝土，所述主弦管沿桥面板长度方向布设有四根，四根主弦管包括两根上弦管和两根下弦管，上弦管和下弦管布设的位置使得拉筋矩形钢管桁架的横截面形成一个倒梯形，两根上弦管之间以及两根下弦管之间均通过网格型联系管连接，同侧的上弦管和下弦管之间通过多根斜腹管相互连接，所述上弦管的外侧面上焊接有变截面工字钢，所述桥面板支撑固定在上弦管、网格型联系管和变截面工字钢上。

本实施方式中，所述网格型联系管由焊接在两根上弦管之间以及两根下弦管之间的多根与主弦管垂直布设的横向联系管和焊接在相邻两根横向联系管之间的、与主弦管同向布设的纵向联系管构成，所述连接管和相邻纵向联系管组成工字型。

本实施方式中，所述上弦管和与上弦管连接的网格型联系管上表面沿管长方向固定开孔加劲肋，所述桥面板通过开孔加劲肋与装配式拉筋矩形钢管桁架连接为整体。

本实施方式中，相邻斜腹管首尾靠近或连接设置在主弦管、并且与主弦管连接形成三角形

本实施方式中，所述装配式拉筋矩形钢管桁架沿桥面板长度方向分隔为多个节段拉筋矩形钢管桁架，相邻节段拉筋矩形钢管桁架相互焊接。

本实施方式中，所述主弦管截面形状为矩形，所述斜腹管、横向联系管和纵向联系管的截面形状为方形。

本实施方式中，所述主弦管包括U型槽钢、钢板和双向对拉筋，所述双向对拉筋与U型槽钢内壁通过焊接机器人三边焊接，所述普通钢板与槽钢焊接，将所述槽钢开口端封闭，所述双向对拉筋第四边与普通钢板通过焊接机器人焊接拼装成主弦管，所述主弦管内浇筑有混凝土。

本实施方式中，所述双向对拉筋包括相互焊接的环向箍筋和纵向定位钢筋，所述纵向定位钢筋分别焊接在环形箍筋的四个角点，所述纵向定位钢筋沿梁长方向通长布置，所述双向对拉筋在主弦管内部沿长度方向均匀布置。

本实施方式中，所述桥面板由多块预制实心混凝土板相互装配形成，所述预制实心混凝土板的连接面上预留有U型钢筋，相邻的预制实心混凝土板通过U型钢筋、构造钢筋和开孔加劲肋交错布置形成浇筑带，所述浇筑带上浇筑有混凝土将相邻的预制实心混凝土板连接为整体。

本发明还包括一种装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁的施工方法，包括如下步骤：

a、多个节段拉筋矩形钢管桁架在工厂加工完成，然后运至现场进行吊装；

b、将多个节段的拉筋矩形钢管桁架在施工现场吊装到位，然后进行焊接拼装连接，在主弦管内浇筑混凝土；

c、将开孔加劲肋沿主弦管、横向联系管和纵向联系管管长方向焊接在拉筋矩形钢管桁架上表面；

d、将预制实心混凝土板布置在拉筋矩形钢管桁架上进行拼装，所述预制实心混凝土板端U型钢筋与开孔加劲肋、构造钢筋交错布置形成浇筑带，在浇筑带上浇筑混凝土，形成完整的桥面板。

采用上述技术方案后，本发明具有以下优点：

1、结构整体承载力与刚度大：由于桁架结构自身的优势，与传统的预应力箱梁相比，整体结构跨度更大，承载力与刚度大大提高，双向对拉筋弥补了矩形钢管对混凝土约束的不足，拉筋限制了混凝土与钢管之间的滑移了。

2、装配化程度高：拉筋矩形钢管桁架可以在工厂提前预制好，运送到现场进行吊装拼接，装配化程度高，大大缩短了施工周期。

本发明与传统预应力混凝土箱梁相比，其抗弯刚度和承载力比较大，避免了预应力损失以及混凝土的开裂。在合理的设计情况下，可以增加跨度，降低自重，加快施工进度。

本发明内填混凝土和双向对拉筋可以防止钢管局部屈曲，双向对拉筋可以减少钢管与混凝土之间的滑移，增强钢管与混凝土之间的粘结，从而增强了钢管的稳定性和延性。拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁的优越性还在于装配化程度高，施工进度快，所有构件均可在工厂提前加工完成。

采用上述方案，将工厂预制好的多个节段的拉筋矩形钢管桁架通过焊接连接拼装成完整的拉筋矩形钢管桁架，在主弦管内浇筑混凝土，然后在钢管桁架上表面焊接开孔加劲肋，最后通过装配预制实心混凝土板，形成完整的桥面板。整个过程装配化程度高，双向对拉筋弥补了矩形钢管对于混凝土的约束不足，增强了钢管与混凝土之间的粘结，内填混凝土与双向对拉筋可以防止钢管局部屈曲，装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁与传统预应力混凝土箱梁相比，承载力与刚度明显增加，增加了跨度，降低了自重，使结构性能得到进一步优化。

综上所述，本发明承载力高、抗弯刚度大、跨度大、自重轻、延性好、整体稳定性强、受力合理、施工方便，既弥补了钢管约束效果不足的缺陷，增强了钢管与混凝土之间的粘结，又解决了预应力混凝土箱梁自重大、不适用于跨度较大的情况，本发现适用于公路及铁路桥梁。

附图说明

图1是本发明应用在公路及铁路桥梁的结构示意图。

图2是本发明的多节段拉筋矩形钢管桁架结构示意图。

图3(a)是本发明多个节段拉筋矩形钢管桁架结构详图一。

图3(b)是本发明多个节段拉筋矩形钢管桁架结构详图二。

图3(c)是本发明多个节段拉筋矩形钢管桁架结构详图三。

图4是本发明拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁剖面结构示意图。

图5是本发明主弦管剖面结构示意图。

图6是本发明普通钢板平面图。

图7是本发明双向对拉筋结构示意图。

图8是本发明桥面板平面结构示意图。

图9是本发明预制实心混凝土板剖面结构示意图。

图中：1、拉筋矩形钢管桁架；2、混凝土；3、桥面板；4、节段拉筋矩形钢管桁架；5、主弦管；6、斜腹管；7、网格型联系管；8、变截面工字钢；9、双向对拉筋；10、上弦管；11、下弦管；12、横向联系管；13、纵向联系管；14、开孔加劲肋；15、U型槽钢；16、普通钢板；17、环向箍筋；18、纵向定位钢筋；19、预制实心混凝土板；20、U型钢筋；21、构造钢筋。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图及实施实例，对发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如附图1至图8，一种装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁，包括拉筋矩形钢管桁架1，所述拉筋矩形钢管桁架1包括主弦管5、斜腹管6、网格型联系管7、变截面工字钢8以及双向对拉筋9，所述双向对拉筋9包括相互焊接的环向箍筋17和纵向定位钢筋18，所述双向对拉筋9在主弦管5内部沿长度方向均匀布置。所述主弦管5包括U型槽钢15、普通钢板16和双向对拉筋9，所述双向对拉筋9与U型槽钢15内壁通过焊接机器人三边焊接，所述普通钢板16与U型槽钢15焊接，将所述U型槽钢15开口端封闭，所述双向对拉筋9第四边与普通钢板16通过焊接机器人焊接拼装成主弦管5，所述主弦管5内浇筑有混凝土2。

所述主弦管5沿桥面板3长度方向布设有四根，四根主弦管5包括两根上弦管10和两根下弦管11，上弦管10和下弦管11布设的位置使得拉筋矩形钢管桁架1的横截面形成一个倒梯形，两根上弦管10之间以及两根下弦管11之间均通过网格型联系管7连接，同侧的上弦管10和下弦管11之间通过多根斜腹管6相互连接，相邻斜腹管6首尾靠近或连接与主弦管5连接形成三角形，所述上弦管10的外侧面上焊接有变截面工字钢8，所述上弦管10和与上弦管10连接的网格型联系管7上表面固定有开孔加劲肋14，所述桥面板3支撑在上弦管10、网格型联系管7和变截面工字钢8上，所述桥面板3由多块预制实心混凝土板19相互装配形成，所述预制实心混凝土板19的连接面上预留有U型钢筋20，相邻的预制实心混凝土板19通过U型钢筋20、构造钢筋21和开孔加劲肋14交错布置形成浇筑带，所述浇筑带上浇筑有混凝土将相邻的预制实心混凝土板19连接为整体。

本实施例中，所述网格型联系管7由焊接在每组主弦管5之间的多根与主弦管5垂直布设的横向联系管12和焊接在相邻两根横向联系管12之间的、与主弦管5同向布设的纵向联系管13构成，所述连接管和相邻纵向联系管13组成工字型。所述装配式拉筋矩形钢管桁架1沿桥面板3长度方向分隔为多个节段拉筋矩形钢管桁架4，从而方便运输，相邻节段拉筋矩形钢管桁架相互焊接。所述主弦管5截面形状为矩形，所述斜腹管6、横向联系管12和纵向联系管13的截面形状为方形。

本实施例中，所述主弦管5、斜腹管6、变截面工字钢、横向联系管12和纵向联系管13采用的钢材等级不得低于Q345，斜腹管与主弦管的夹角为60°，制作双向对拉筋9、U型钢筋20和构造钢筋21采用钢筋的型号HRB400，直径不小于10mm，所述混凝土2的强度不低于C40。所述开孔加劲肋14采用得钢材等级不得低于Q345。所述预制实心混凝土板19强度不低于C40。

本发明的装配式拉筋矩形钢管混凝土桁架组合梁的施工方法如下，包括以下步骤：

1)多个节段拉筋矩形钢管桁架应在工厂加工完成，然后运至现场进行吊装。

2)多个节段的拉筋矩形钢管桁架在施工现场吊装到位，然后进行焊接连接，形成完整的拉筋矩形钢管桁架，最后在主弦管内浇筑混凝土；

3)开孔加劲肋沿主弦管、横向联系管和纵向联系管管长方向焊接在拉筋矩形钢管桁架上表面；

4)将预制实心混凝土板布置在拉筋矩形钢管桁架上表面进行拼装，所述预制实心混凝土板端U型钢筋与开孔加劲肋及构造钢筋交错布置形成的浇筑带上浇筑混凝土，形成完整的桥面板。

此外，需要说明的是，本专利不局限于上述实施方式，只要其零件未说明具体尺寸或形状的，则该零件可以为与其结构相适应的任何尺寸或形状，且不论在其材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。