CN111305079A - 一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁及施工方法，属于桥梁施工技术领域，解决了现有钢桁腹混凝土组合桥梁在施工过程中对运输、起吊能力要求高、施工精度低、施工周期长和桥梁整体性差的问题。本发明包括多个节段单元，所述节段单元为钢桁腹混凝土组合桥梁节段单元，所述节段单元包括预制开口槽型梁和现浇顶板，现浇顶板设置在预制开口槽型梁的顶部。本发明预制与现浇工艺相结合，缩短了施工周期、提高了施工质量、保证了桥梁的整体性。

Description

一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，尤其涉及一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁及施工方法。

背景技术

钢桁腹混凝土组合桥梁是一种新型的组合结构桥梁，在构造上采用钢桁式腹杆代替混凝土箱梁中的混凝土腹板,将腹杆端部节点直接嵌固在混凝土顶、底板承托中,形成由混凝土顶板、钢桁腹杆、混凝土底板、体外和体内预应力钢束共同工作的组合结构体系。在我国，组合结构桥梁起步较晚，钢桁腹混凝土组合桥梁更是少之又少。与传统的混凝土梁相比，采用钢桁架结构能够显著降低结构自重，提高跨越性能，抗风能力优越，经济效益佳，并且兼具美学功能。因此，该种桥型在国内拥有广阔的发展空间。

现有技术中，在钢桁腹混凝土组合桥梁的结构上，钢桁腹采用“V”型钢腹杆，由于组合桥梁的抗剪能力取决于腹板处的钢构件，因此，“V”型腹杆的截面尺寸往往比较大、钢腹杆间距也较小，给钢构件的制作与安装带来困难，特别是随着桥梁跨径的增大，这种不利会制约该类桥型的发展。

在钢桁腹混凝土组合桥梁的施工方法上，该类组合桥梁的构件较多，且各构件的定位、连接较为复杂，使得桥梁的建设施工具有一定的难度。目前该类桥型的施工方法主要是悬臂浇筑、支架现浇和节段全预制拼装。采用悬臂浇筑或者支架现浇的施工方法时，由于钢桁腹节点构造复杂，节段定位难度大等问题，导致节段连接精确度很难控制，施工质量难以保证，并且施工周期长；而节段全预制拼装的施工方法，不仅对运输能力、现场设备的起吊能力要求高，还存在装配误差的累积造成成桥线形差、主梁顶板不连续、桥梁整体性差等问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁及施工方法，用以解决现有钢桁腹混凝土组合桥梁在施工过程中对运输、起吊能力要求高、施工精度低、施工周期长和桥梁整体性差的问题。

本发明提供了一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，包括多个节段单元，所述节段单元为钢桁腹混凝土组合桥梁节段单元，所述节段单元包括预制开口槽型梁和现浇顶板，现浇顶板设置在预制开口槽型梁的顶部。

进一步，预制开口槽型梁包括钢桁腹、钢竖杆、底板、连接件和半连接件，钢桁腹一端与底板连接，另一端与连接件连接，钢竖杆一端与钢桁腹连接，另一端与半连接件连接，连接件、半连接件均与现浇顶板连接。

进一步，所述钢桁腹设置有两组，两组钢桁腹对称设置在底板的两侧。

进一步，所述钢竖杆对称设置在底板的两端，同侧钢竖杆与所述钢桁腹设置在同一竖直平面内，钢竖杆的上端与所述半连接件连接并嵌入现浇顶板，钢竖杆的侧面与底板端面平齐。

进一步，所述钢竖杆为设置有加强肋的槽型钢；钢竖杆设置有螺栓孔群。

一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁的施工方法，所述施工方法用于施工上述的预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，步骤包括：

步骤1：准备预制开口槽型梁；

将第n节段单元的预制开口槽型梁运输到施工位置，n≥2；

步骤2：节段单元初步定位；

步骤3：节段单元第一次连接；

安装钢竖杆腹部内的螺栓群，完成第n节段单元与第n-1节段单元的第一次连接；

步骤4：搭接模板和支架；

步骤5：节段单元第二次连接，得到预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁。

进一步，所述步骤2中，所述节段单元初步定位是通过第n节段单元底板的凸块与第n-1节段单元底板的凹槽对接完成。

进一步，所述步骤3中，螺栓群的螺栓穿过第n节段单元与第n-1节段单元的相邻钢竖杆，将第n节段单元与第n-1节段单元固定在一起。

进一步，所述步骤4中，支架搭接在第n节段单元的预制开口槽型梁上，支架的上端支撑现浇顶板的模板。

进一步，所述步骤5中，第n节段单元现浇顶板的混凝土强度达到要求后，张拉第n节段单元现浇顶板的预应力束，完成第n节段单元与第n-1节段单元的第二次连接。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)第一斜腹杆的上端和第二斜腹杆的上端连接同一个连接件并嵌入现浇顶板，第一斜腹杆和第二斜腹杆与底板的顶面的夹角为50°～70°，使钢桁腹呈“∧”字型，“∧”字型的钢桁腹传力路线明确、强度高、稳定性好，保证了桥梁的拼装精度及稳定性；

(2)钢竖杆的腹部内设置有安装螺栓群的螺栓孔群，螺栓群的螺栓穿过第n节段单元与第n-1节段单元的相邻钢竖杆，将第n节段单元与第n-1节段单元固定在一起，钢竖杆既是预制开口槽型梁的拼接件，又在现浇顶板现浇过程中与吊机共同承担节段单元的荷载，并与钢桁腹组合成“W”型，增加了现浇顶板和底板间的传力路径，增大了腹杆面积，提高了桥梁的稳定性与抗剪刚度；

(3)预制开口槽型梁在工厂内完成预制，在工厂内预制钢桁腹、钢竖杆和底板，现场拼接节段单元，避免了由于现有技术中钢桁腹节点构造复杂而导致的节段定位难度大的问题，缩短了施工周期，保证了钢桁腹的精确定位，提高了施工精度和质量；

(4)现场浇筑混凝土顶板，既能减轻预制开口槽型梁的重量，降低对运输能力、起吊能力的要求，而且能够调整现浇顶板标高以降低装配误差，保证了现浇顶板的连续性，行车舒适、桥梁整体性好；

(5)利用钢桁腹杆件间的通透性，支架能够穿过钢桁腹和钢竖杆之间的空隙外伸到模板的翼缘下，直接在底板上搭接现浇顶板的支架，模板设置在支架上，省去了现浇顶板支架平台的搭建，施工更加便捷。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例一的预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁节段单元的结构示意图；

图2为实施例一的预制开口槽型梁的结构示意图；

图3为实施例二的吊机固定于第n-1节段单元示意图；

图4为实施例二的吊机起吊第n节段单元预制开口槽型梁示意图；

图5为实施例二的搭接第n节段单元支架和模板示意图；

图6为实施例二的第n节段单元施工完成示意图。

附图标记：

1-预制开口槽型梁；11-钢桁腹；111-第一斜腹杆；112-第二斜腹杆；12-钢竖杆；121-螺栓孔群；122-第一钢竖杆；123-第二钢竖杆；13-底板；131-凹槽；14-连接件；15-半连接件；16-节点；17-半节点；2-现浇顶板；21-模板；221-竖向支架；222-斜撑支架；223-横向联系；224-纵向联系；3-吊机；31-吊索；32-卷扬机；33-滑轮。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明的一个具体实施例，如图1-图2所示，公开了一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，包括多个节段单元，节段单元为钢桁腹混凝土组合桥梁节段单元，节段单元包括预制开口槽型梁1和现浇顶板2，现浇顶板2设置在预制开口槽型梁1的顶部；预制开口槽型梁1包括钢桁腹11、钢竖杆12、底板13、连接件14和半连接件15，钢桁腹11一端与底板13连接，另一端与连接件14连接，钢竖杆12一端与钢桁腹11连接，另一端与半连接件15连接，连接件14、半连接件15均与现浇顶板2连接。

钢桁腹11为钢管构件，采用钢管构件减轻了预制开口槽型梁1的整体重量。钢桁腹11设置有两组，两组钢桁腹11对称设置在底板13的两侧；钢桁腹11呈“∧”字型，钢桁腹11包括第一斜腹杆111和第二斜腹杆112，第一斜腹杆111和第二斜腹杆112与底板13的顶面的夹角相等，为50°～70°。具体地，第一斜腹杆111的上端和第二斜腹杆112的上端连接同一个连接件14并嵌入现浇顶板2中，钢桁腹11的下端与钢竖杆12的下端连接半连接件15并嵌入底板13中，第一斜腹杆111、第二斜腹杆112和连接件14的连接处形成节点16；钢桁腹11、钢竖杆12和半连接件15的连接处形成半节点17。“∧”字型的钢桁腹传力路线明确、强度高、稳定性好，保证了桥梁的拼装精度及稳定性。

钢竖杆12对称设置在底板13的两端，钢竖杆12与底板13垂直，为了保证钢竖杆12能够与钢桁腹11的连接，同侧钢竖杆12与钢桁腹11设置在同一竖直平面内；钢竖杆12的上端与半连接件15连接并嵌入现浇顶板2，具体地，钢竖杆12的上端与半连接件15焊接后嵌入现浇顶板2中，钢竖杆12的侧面与底板13的端面平齐，具体地，钢竖杆12的腹板所在竖直面与底板13的端面齐平，便于相邻两个预制开口槽型梁1的固定连接。需要说明的是，钢竖杆12的上下两端均连接有半连接件15，半连接件15与钢竖杆12连接时，保证半连接件15不超过钢竖杆12的设置有螺栓孔121的腹板所在的竖直面，避免相邻钢竖杆12连接时发生干涉。

钢竖杆12为设置有横向加强肋和纵向加强肋的槽型钢，为了便于相邻钢竖杆12的连接，钢竖杆12的槽口朝向钢桁腹11，钢竖杆12的腹部内设置有安装螺栓群的螺栓孔群121，具体地，螺栓孔群121设置在槽型钢的腹板上。

本实施例中，钢竖杆12包括第一钢竖杆122和第二钢竖杆123，第一斜腹杆111的上端和第二斜腹杆112的上端与同一个连接件14焊接后嵌入现浇顶板2中，第一斜腹杆111的下端和第一钢竖杆122的下端与同一个半连接件15焊接后嵌入底板13中，第二斜腹杆112的下端和第二钢竖杆123的下端与同一个半连接件15焊接后嵌入底板13中。

同侧的第一钢竖杆122、钢桁腹11和第二钢竖杆123连接为“W”型，上端嵌入现浇顶板2，下端嵌入底板13中，此结构的设置增加了现浇顶板2和底板13间的传力路径，增大了腹杆面积，提高了桥梁的稳定性与抗剪刚度。

底板13的一端设置有凹槽131，具体地，凹槽131设置为2个，2个凹槽131关于底板13沿桥梁方向的对称面对称，底板13的另一端设置有与凹槽131适配的凸块，以便相邻预制开口槽型梁1拼装时通过凹槽131和凸块完成初步定位，结构简单，操作方便。

连接件14由Twin-PBL连接件和栓钉构成，栓钉设置在连接件14的底面上，连接件14的侧面开孔用于贯穿钢筋，增加栓钉可以提高连接件14的抗拔与抗剪能力，以保证准确传递剪力。半连接件15为连接件14长度的一半。

实施例二

本发明的一个具体实施例，如图3-图6所示，公开了一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁的施工方法，该施工方法用于施工实施例一的预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，步骤包括：

步骤1：准备预制开口槽型梁；

对预制开口槽型梁1进行预制，将第n节段单元的预制开口槽型梁1运输到施工位置，n≥2。

将预制开口槽型梁1在工厂内完成制作，再运输到施工现场，既能保证钢桁腹11的精确定位，又能提高底板13混凝土的质量。在工厂内预先对钢桁腹11、钢竖杆12和底板13进行预制，输送到现场进行节段单元的拼接，避免了由于现有技术中钢桁腹节点构造复杂而导致的节段定位难度大的问题，缩短了施工周期，保证了钢桁腹的精确定位，提高了施工精度和质量。

步骤2：节段单元的初步定位；

将吊机3向前移动至n-1节段单元的底板上，利用吊索31将第n节段单元的预制开口槽型梁1起吊，通过第n节段单元的底板13的凸块与第n-1节段单元的底板13的凹槽131对接，完成第n节段单元的预制开口槽型梁1与第n-1节段单元的初步定位。

需要说明的是，吊机3是设置有吊索31、卷扬机32和滑轮33的菱形吊机，吊机3固定在第n-1节段单元的现浇顶板2上起吊第n节段单元的预制开口槽型梁1。

步骤3：节段单元的第一次连接；

安装钢竖杆12腹部内的螺栓群，完成第n节段单元与第n-1节段单元的第一次连接。

具体地，螺栓群的螺栓穿过第n节段单元与第n-1节段单元的相邻钢竖杆12，将第n节段单元与第n-1节段单元固定在一起。

步骤4：搭接支架与模板；

在第n节段单元的预制开口槽型梁1上搭接现浇顶板2的模板21和支架，在连接件14、半连接件15与模板21之间绑扎钢筋，并浇筑混凝土。

支架搭接在第n节段单元的预制开口槽型梁1上，支架的上端支撑现浇顶板2的模板21。支架包括竖向支架221、斜撑支架222、横向联系223和纵向联系224；斜撑支架222设置在竖向支架221的外侧。本实施例中设置有多个竖向支架221、多个斜撑支架222、多个横向联系223和多个纵向联系224；竖向支架221、斜撑支架222、横向联系223和纵向联系224之间通过铁丝连接固定。

现场浇筑混凝土顶板，既能减轻预制开口槽型梁的重量，降低对运输能力、起吊能力的要求，而且能够调整现浇顶板标高以降低装配误差，保证了现浇顶板2的连续性，行车舒适、桥梁整体性好。

利用钢桁腹11的杆件间的通透性，支架能够穿过钢桁腹11和钢竖杆12之间的空隙外伸到模板21的翼缘下，直接在底板13上搭接现浇顶板2的支架，省去了现浇顶板支架平台的搭建，施工更加便捷。

步骤5：节段单元的第二次连接，得到预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁；

待第n节段单元现浇顶板2的混凝土强度达到要求后，张拉第n节段单元现浇顶板2的预应力束，完成第n节段单元与第n-1节段单元的第二次连接，至此完成第n节段单元的施工。

综上，本发明的组合桥梁，第一斜腹杆的上端和第二斜腹杆的上端连接同一个连接件并嵌入现浇顶板，第一斜腹杆和第二斜腹杆与底板的顶面的夹角为50°～70°，使钢桁腹呈“∧”字型，“∧”字型的钢桁腹传力路线明确、强度高、稳定性好，保证了桥梁的拼装精度及稳定性；钢竖杆的腹部内设置有安装螺栓群的螺栓孔群，螺栓群的螺栓穿过第n节段单元与第n-1节段单元的相邻钢竖杆，将第n节段单元与第n-1节段单元固定在一起，并与钢桁腹组合成“W”型，增加了现浇顶板和底板间的传力路径，增大了腹杆面积，提高了桥梁的稳定性与抗剪刚度。

本发明的施工方法，预制开口槽型梁在工厂内完成预制，在工厂内预制钢桁腹、钢竖杆和底板，现场拼接节段单元，避免了由于现有技术中钢桁腹节点构造复杂而导致的节段定位难度大的问题，缩短了施工周期，保证了钢桁腹的精确定位，提高了施工精度和质量。

本发明的施工方法，现场浇筑混凝土顶板，既能减轻预制开口槽型梁的重量，降低对运输能力、起吊能力的要求，而且能够调整现浇顶板标高以降低装配误差，保证了现浇顶板的连续性，行车舒适、桥梁整体性好。

本发明的施工方法，利用钢桁腹杆件间的通透性，支架能够穿过钢桁腹和钢竖杆之间的空隙外伸到模板的翼缘下，直接在底板上搭接现浇顶板的支架，模板设置在支架上，省去了现浇顶板支架平台的搭建，施工更加便捷。

本发明预制与现浇工艺相结合，克服了钢桁腹现场施工定位困难、节段单元整体吊装重量大、装配误差累积导致成桥线形差等问题，缩短了施工周期、提高了施工质量、保证了桥梁的整体性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，其特征在于，包括多个节段单元，所述节段单元为钢桁腹混凝土组合桥梁节段单元，所述节段单元包括预制开口槽型梁(1)和现浇顶板(2)，现浇顶板(2)设置在预制开口槽型梁(1)的顶部。

2.根据权利要求1所述的预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，其特征在于，预制开口槽型梁(1)包括钢桁腹(11)、钢竖杆(12)、底板(13)、连接件(14)和半连接件(15)，钢桁腹(11)一端与底板(13)连接，另一端与连接件(14)连接，钢竖杆(12)一端与钢桁腹(11)连接，另一端与半连接件(15)连接，连接件(14)、半连接件(15)均与现浇顶板(2)连接。

3.根据权利要求2所述的预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，其特征在于，所述钢桁腹(11)设置有两组，两组钢桁腹(11)对称设置在底板(13)的两侧。

4.根据权利要求1所述的预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，其特征在于，所述钢竖杆(12)对称设置在底板(13)的两端，同侧钢竖杆(12)与所述钢桁腹(11)设置在同一竖直平面内，钢竖杆(12)的上端与所述半连接件(15)连接并嵌入现浇顶板(2)，钢竖杆(12)的侧面与底板(13)端面平齐。

5.根据权利要求4所述的预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，其特征在于，所述钢竖杆(12)为设置有加强肋的槽型钢；钢竖杆(12)设置有螺栓孔群(121)。

6.一种预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁的施工方法，其特征在于，所述施工方法用于施工权利要求1-5任一所述的预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁，步骤包括：

步骤1：准备预制开口槽型梁；

将第n节段单元的预制开口槽型梁(1)运输到施工位置，n≥2；

步骤2：节段单元初步定位；

步骤3：节段单元第一次连接；

安装钢竖杆(12)腹部内的螺栓群，完成第n节段单元与第n-1节段单元的第一次连接；

步骤4：搭接模板(21)和支架；

步骤5：节段单元第二次连接，得到预制拼装钢桁腹混凝土组合桥梁。

7.根据权利要6所述的施工方法，其特征在于，所述步骤2中，所述节段单元初步定位是通过第n节段单元底板(13)的凸块与第n-1节段单元底板(13)的凹槽(131)对接完成。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤3中，螺栓群的螺栓穿过第n节段单元与第n-1节段单元的相邻钢竖杆(12)，将第n节段单元与第n-1节段单元固定在一起。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述步骤4中，支架搭接在第n节段单元的预制开口槽型梁(1)上，支架的上端支撑现浇顶板(2)的模板(21)。

10.根据权利要求5-9所述的施工方法，其特征在于，所述步骤5中，第n节段单元现浇顶板(2)的混凝土强度达到要求后，张拉第n节段单元现浇顶板(2)的预应力束，完成第n节段单元与第n-1节段单元的第二次连接。

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