钢-混组合梁桥的设计优化及应用

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我国钢·混组合结构桥的应用与发展

我国钢·混组合结构桥的应用与发展
工程界有识之士正在大力呼吁采用高 性能高强混凝土、采用钢-混组合结构, 推广钢结构,以彻底改变我国工程结构 以混凝土为主的现状,以与发达国家工 程结构、桥梁结构发展趋势保持一致。
残缺的青山绿水
从产量规模上看,中国是世界粗钢产品的最大产出国,2008年粗 钢产量超过6万吨,占世界总量的49%
中国钢铁产量连续12年保持世界第 一,并且遥遥领先于其他国家。中国钢 铁产量比排名2-8位的日本、美国、俄 罗斯、印度、韩国、德国、乌克兰等七 个国家的总和还多!
组合结构桥梁在国外的发展(4/4)
英国,大多数20~160m及以上跨径的公路桥,组合结构 桥梁竞争力很强;德国及美国组合结构桥梁应用更广泛;
总之,组合结构桥梁由于其整体受力的经济性、发挥钢与 混凝土两种材料各自优势的合理性、以及便于施工的突出 优点,在欧美、日本等国的桥梁建设中占有重要地位,德 国、美国的应用范围更加广泛,取得了世人瞩目的成就。
法国组合梁桥在不同跨长上的分布率
钢·混组合结构桥概述
钢-混组合结构定义
在型钢或钢板焊接(或冷压)钢构件,上面、 四周或内部浇筑混凝土,使混凝土与钢构件 形成整体,共同受力的结构,统称为钢-混凝 土组合结构。
由钢梁和混凝土板通过连接件连成整体而共 同受力的承重构件是为钢-混组合梁。
钢-混组合结构的优点
经济适用跨度
新型组合梁桥—少I字梁桥
少I字主梁桥与传统的多主梁桥比较示意如下
新型组合梁桥—少I字梁桥
设定传统多主梁桥各项目指标为100时,相应少I字主梁各项目指标 百分比
钢重 大型板材片数 小型板材片数 焊接长度 涂装面积
新型钢桥架设实例—少I字梁桥
•由于采用少I字梁组合桥面板, 故可不用主体工程支架。由于 采用了厚钢板,提高了屈曲强 度,由于组合桥面板的采用, 可提高横向刚度,使顶推施工 得以实现。

钢-混组合梁桥的应用及其关键技术综述

钢-混组合梁桥的应用及其关键技术综述

钢-混组合梁桥的应用及其关键技术综述随着我国桥梁工程事业的发展,钢-混凝土组合梁桥作为一种新型桥梁结构,目前正广泛应用于公路及城市立交桥中。

本文结合钢-混凝土组合梁桥的结构特点及其应用情况,分析阐述了钢-混组合梁桥的关键技术,为此类桥梁结构的设计与施工提供参考。

标签:钢-混组合梁;结构特点;应用;关键技术1 前言随着我国城市交通基础设施建设的飞速发展,上跨现有道路的公路及城市立交桥越来越多。

该类桥梁施工中受下穿道路通行的影响非常大。

为了减少对被交道路交通的影响,缩短工期,降低风险和管理难度,采用钢-混组合梁桥是比较适宜的。

钢-混组合结构是在钢筋混凝土结构和钢结构的基础上发展起来的一种新型结构。

它和混凝土箱梁相比极大地减轻了结构自重,提高了桥梁的跨越能力;和钢梁相比减少了钢材用量,提高了结构刚度。

所以,钢-混凝土组合梁在我国的公路及城市立交桥建设中得到了广泛应用。

2 钢-混组合梁桥的结构特点组合梁桥采用剪力键将钢梁与钢筋混凝土桥面板结合成整体,钢筋混凝土桥面板不仅直接承受车轮荷载起到桥面板的作用,而且作为主梁的上翼板与钢梁形成组合截面,参与主梁共同作用。

组合梁桥采用最多的是简支梁桥结构形式,因为简支梁最符合组合梁材料分布的合理原则,即梁上翼缘应是适宜受压的混凝土板,下缘是利于受拉的钢梁。

(1)与钢梁相比,钢-混组合梁具有以下特点:a)减少了钢材的用量,节约了造价;b)增大了梁的刚度,有利于整体稳定性;c)采用钢筋混凝土桥面板,有利于沥青面层的结合,提高桥面铺装的耐久性。

(2)与混凝土梁相比,钢-混组合梁具有以下特点:a)结构自重轻,减少了下部基础的工程量;b)已安装钢梁可作为模板使用,节省了模板工程量;c)施工工期短,且对桥下交通的影响小;d)降低了梁高,有利于桥下净空利用率。

3 钢-混组合梁桥应用情况综述钢-混凝土组合梁在我国起步较晚,改革开放以前,虽有少数工程用过组合梁,但未考虑组合效应,而仅仅作为强度储备和为方便施工而已。

钢混凝土组合梁的概念

钢混凝土组合梁的概念

钢混凝土组合梁的概念钢混凝土组合梁是由钢材和混凝土两种材料组合而成的一种结构梁。

钢混凝土组合梁的构造形式主要是将钢材和混凝土分别进行布置,使它们的特点互补,并使结构体系具有更优化的力学性能。

本文将从钢混凝土组合梁的概念、组成材料、优点及应用等方面展开论述。

钢混凝土组合梁的组成材料包括钢材和混凝土,它们各自具有不同的特点和性能。

钢材具有良好的延伸性、可塑性和抗拉性能,能够承受较大的拉力;而混凝土则具有良好的抗压性能,能够承受较大的压力。

通过将两种材料结合起来,钢混凝土组合梁的弯曲性能得到了优化,同时还能够提高梁的承载能力和抗震性能。

钢混凝土组合梁的优点主要体现在以下几个方面。

首先,它能够充分发挥钢材和混凝土的优点,兼顾了钢结构和混凝土结构的特点,大大提高了结构的整体性能。

其次,由于混凝土的抗压性能较好,钢混凝土组合梁在受力时能够充分发挥混凝土的抗压能力,减小了钢材的受力范围,从而降低了钢材的使用量。

此外,钢混凝土组合梁还具有施工方便、经济性好、耐久性高等优点,因此得到了广泛的应用。

钢混凝土组合梁在实际工程中有着丰富的应用。

首先,在建筑领域,钢混凝土组合梁常用于大跨度建筑和高层建筑的结构设计中。

由于钢混凝土组合梁具有较高的承载能力和抗震性能,能够满足大跨度结构的要求,因此得到了广泛的应用。

其次,在桥梁工程中,钢混凝土组合梁也被广泛应用于桥梁梁面的设计中。

由于钢混凝土组合梁具有较好的耐久性和抗腐蚀性能,能够适应各种恶劣的自然环境,因此在桥梁工程中的应用十分广泛。

钢混凝土组合梁在实际工程中的设计和施工过程需要注意一些关键技术。

首先,在梁的设计过程中,需要合理确定钢材和混凝土的布置方式、尺寸和截面形状。

其次,在施工过程中,需要保证钢材和混凝土之间的良好粘结和协同工作。

此外,还需要注意钢材和混凝土在使用过程中的变形和应力分布情况,以保证梁的整体性能。

因此,在钢混凝土组合梁的设计和施工过程中,需要充分考虑各个方面的因素,最大程度地发挥钢混凝土组合梁的优点。

某高速公路钢-混组合梁桥设计分析与研究

某高速公路钢-混组合梁桥设计分析与研究

0引言近些年来,随着我国基础设施建设的快速发展以及钢材制造业新技术的不断涌现,钢材在桥梁工程建设中越来越多的得到应用,桥梁结构体系在施工中严格要求精细化、标准化、信息化的广泛应用。

其中钢-混凝土组合梁作为桥梁工程中常见的结构体系,钢-混组合梁具有结构轻、刚度及跨度大、施工便利,大幅度的缩短工期且不中断交通等优点,已经广泛应用到各种复杂的钢桥中。

钢-混组合梁结构根据各组成部件所处的位置及受力特点,在恒荷载、活荷载作用下各控制截面主要是承受正弯矩,其中组合梁结构中钢箱梁受拉、混凝土桥面板受压,支座负弯矩截面附近主要是填充混凝土来增加梁体的抗压性能,本次设计主要是很好地利用了钢材抗拉强度和混凝土抗压强度这两种材料的力学性能,不仅满足结构的功能使用要求,而且带来很好技术经济效益。

在云南省大理市境内某高速的组合梁设计是运用钢混组合梁结构进行拼装设计,充分发挥了钢梁与混凝土的组合性能优势,更好地提高钢混组合梁桥结构的安全性、经济性和美观性。

1工程概况1.1工程特点本桥是为跨越山谷而设,桥址地形标高为1804.5~1975.2m 之间,相对高差为170.7m ,属构造剥蚀中山地貌区,斜坡脚紧邻平头河,沟谷谷坡地形坡度相对较大,沟谷底地形坡度缓,地表以荒坡、林地为主;桥梁地址区域附近有县道公路相毗邻,交通较为便利。

根据收集的区域地质调查该桥址区邻近未见断裂构造通过,岩体片理发育,岩层中发育有2组节理裂隙。

该桥位于分离式路线段,单幅桥宽为12.5m ,左幅桥和右幅桥之间净距为0.5m ;单幅桥梁跨径布置为:(60+2×70+60)m 钢-混组合梁;组合梁桥平曲线由钢箱梁在制作时沿路线参数加工制作而成,组合梁桥面横坡主要是由横向钢箱梁安装错位及箱梁两侧腹板高度不同而形成的。

通过综合对比分析,为了提高钢箱梁的整体稳定性、降低工程造价、缩短工期,对该桥设计采用预制钢混组合梁拼装方案及(60+2×70+60)m 钢-混组合梁的设计方案,详见图1。

钢—混组合梁(塔)斜拉桥设计参数优化研究

钢—混组合梁(塔)斜拉桥设计参数优化研究

钢—混组合梁(塔)斜拉桥设计参数优化研究钢—混组合梁(塔)斜拉桥设计参数优化研究近年来,钢—混组合梁(塔)斜拉桥在大跨度桥梁设计领域得到了广泛的应用。

其独特的结构形式使其具备了较好的抗弯、抗剪和抗震承载能力,同时还能满足美学和环境要求。

然而,钢—混组合梁(塔)斜拉桥的设计参数选择直接关系到桥梁的安全性、经济性和可持续性,因此,对其进行设计参数优化研究具有重要意义。

首先,设计参数优化研究需要考虑桥梁的结构形式和受力特点。

钢—混组合梁(塔)斜拉桥是由悬索和斜拉系统相互作用形成的整体结构,其受力方式可以分为桥塔、悬索和拉索三个部分。

对于钢—混组合梁(塔)斜拉桥来说,合理选择桥塔的高度、悬索的布置方式和拉索的初始预紧力等参数,可以优化桥梁的整体受力特性,提高桥梁的抗风、抗震性能。

其次,设计参数优化研究还需要考虑材料的选择和施工工艺。

对于钢—混组合梁(塔)斜拉桥来说,钢材具有较好的延性和抗腐蚀性,混凝土则具有较好的抗压性能。

因此,在设计参数优化中,需要合理选择钢材和混凝土的材料强度等参数,以达到经济、安全和环保的要求。

同时,施工工艺对于钢—混组合梁(塔)斜拉桥的性能也有着重要影响。

因此,考虑施工的可行性和效率,优化设计参数也需要考虑施工工艺的要求。

最后,设计参数优化研究还需要进行结构优化与参数优化的综合考虑。

结构优化主要是针对桥塔、悬索和拉索等部分的结构形式进行调整,以达到减少结构重量和材料用量的目的。

而参数优化则是通过对桥梁的设计参数进行调整来实现整体结构的优化。

综合考虑结构优化和参数优化,可以使钢—混组合梁(塔)斜拉桥系统达到更好的经济和安全性能。

综上所述,钢—混组合梁(塔)斜拉桥设计参数优化研究是桥梁设计领域中的重要问题。

通过合理选择桥塔、悬索和拉索等参数,考虑材料和施工工艺的要求,以及结构优化和参数优化的综合考虑,可以实现钢—混组合梁(塔)斜拉桥系统的优化设计,提高桥梁的安全性、经济性和可持续性。

钢混组合梁桥的设计要点和方法

钢混组合梁桥的设计要点和方法
分 析 组 合 梁 桥 相对 于 钢 桥 和混 凝 土 桥 梁 的 优 势所 在 和 主 要 缺 点 。并 提 出 开展 组 合 梁 桥设 计 的 要 点
收 稿 日期 : 2 0 1 7 — 0 2 — 0 6 作者 简介 : 孙涛( 1 9 8 3 一) , 男, 新 疆阿 勒泰 人 , 工程 师 , 从事 路 桥设计 工作 。
弹 性 理 论认 为 在 承 载 能 力 极 限状 态 下 ,钢 混 组 合 梁 是 完全 协 同工 作 的 ,结 构 的破 坏 是 以边 缘
应力水 平超过材料 的允许应力 为标准计算 的 , 因 此 弹性 理 论计 算 承 载 能力 时 , 有 如 下假 定 : ( 1 ) 截 面 的 变形 完 全遵 循 平 截 面假 定 ; ( 2 ) 钢材 和混凝土 为理想 的弹性 体 , 直 到梁 体
中图分 类号 :U 4 4 8 . 2 1 * 6 文献标 志 码 :A 文章编 号 :1 0 0 9 — 7 7 1 6 ( 2 0 1 7) 0 4 — 0 0 6 7 — 0 3
0 引 言
混凝 土和钢材 是现代 工程建设 的主要材料 , 随 着 现 代 土 木 工程 向 可持 续 化 和 经 济 化 的方 向发
2 0 1 7 年 4月第 4期
DO I : 1 0 . 1 6 7 9 9  ̄ . c n k i . c s d q y t h . 2 0 1 7 . 0 4 . 0 2 0
城 市道 桥 与 防 洪
桥梁结构 6 7
钢 混组合 梁桥 的设 计要 点和 方法
孙 涛
( 中咨 华科 交通建 设技 术有 限公 司 , 北 京市 1 0 0 1 9 5)
的破 坏 ;
( 3 ) 钢与混凝 土之 间连接是 安全可靠 的 , 可能 有 微小 的滑 移 , 但 是可 忽 略 ; ( 4 ) 不考 虑混凝 土开裂 对结 构承载 能力 的影 响。 根据钢混组合结构 的计算理论 ,如果钢混 构 件 的连 接 在 承 载 能力 状 态 下 不 发 生 滑移 ,截 面 内 构 件 连 接 完好 ,则 可 以按 照 刚度 分 配原 理 计 算 钢 梁 承 受 的弯矩 、轴 力 和混 凝 土 桥 面板 承受 的 弯 矩 和 轴力 , 结构 内力 的分 配 原 理见 图 1 。 根 据 图 1可 知 , 在截面 弯矩作用 下 , 根 据 弹 性 理 论 分 配 的钢 和 混 凝 土 的 弯 矩 和 轴 力 分

钢与混凝土组合梁桥设计与施工

钢与混凝土组合梁桥设计与施工

钢与混凝土组合梁桥设计与施工摘要:介绍了上海城市轨道交通明珠线特殊大桥-中山北路桥设计与施工概况及主要技术要点和创新点.中山北路桥上跨道路主要干道环线中山北路高架桥,为三跨30m+55m+30m预应力混凝土与钢组合连续梁桥,即边跨为预应力混凝土土箱梁,并自中墩支点向跨中伸出2。

5m与预制箱梁纵向连接,经体系转换形成连续梁,钢梁上桥面板为钢筋混凝土结构,采用剪力钉连接技术形成组合梁。

目前该桥已施工完毕,经验收,质量被评为优良.关键词:组合梁;连接技术;设计与施工技术;一、概述中山北路桥位于轨道交通明珠线与上海市中山北路、西体育路、新市路、西江湾路的交汇处,上跨道路中山北路高架桥,与其斜交角约为30°.桥梁上部结构为三跨(30+55+30米)连续梁结构,其两边跨为预应力混凝土现浇箱梁,梁高为1。

90~2.35米。

中跨为钢-混凝土结合梁,梁高2。

35米,全桥宽8。

9~8.92米。

桥梁中墩采用圆形独柱结构,直径2。

0米,墩高16。

804米(1#墩)和15.604米(2#墩) 。

两边墩为双矩形柱加系梁结构,墩高18.301米(0#墩),15.591米(3#墩).基础均为钻孔灌注桩、承台结构。

二、桥型选择(一)方案选择由于城市交通的发展,城市立交桥跨越主要交通干道时有发生,针对这种跨度大、曲线斜交的桥梁,常采用的桥梁型式有预应力混凝土梁或钢与混凝土结合梁.预应力混凝土梁常用的施工方法有支架现浇和悬臂浇注法,支架施工严重影响相交主路交通,而悬臂浇注时由于采用的挂篮等施工设备需占用一定空间,增加了桥梁高度,而造成不必要的浪费.连续结合梁施工时常采用分段制作现场拼装,主跨接头一般设在弯距零点附近,拼装时须在接头处搭设临时支架,仍会局部影响主路交通。

而简支结合梁梁高较高,跨度受到限制.因此,寻找一种跨度大、重量轻、能预制安装的桥梁结构形式非常必要,预应力混凝土箱梁与结合梁的纵向连接结构,是一种非常有效且有竞争力的方案。

钢-混凝土组合梁的应用和方法

钢-混凝土组合梁的应用和方法

钢-混凝⼟组合梁是在钢结构和混凝⼟结构基础上发展起来的⼀种新型结构型式。

它主要通过在钢梁和混凝⼟翼缘板之间设置剪⼒连接件(栓钉、槽钢等),抵抗两者在交界⾯处的剪⼒及相对滑移,并使之成为⼀个整体⽽共同⼯作。

钢-混凝⼟组合梁同钢筋混凝⼟梁相⽐,可以减轻结构⾃重,减⼩地震作⽤,减⼩截⾯尺⼨,增加有效使⽤空间,节省⽀模⼯序和模板,缩短施⼯周期,增加梁的延性等。

同钢梁相⽐,可以减⼩⽤钢量,增⼤刚度,增加稳定性和整体性,增强结构抗⽕性和耐久性等。

近年来,钢-混凝⼟组合梁在我国城市⽴交桥梁及建筑结构中已得到了越来越⼴泛的应⽤,并且正朝着⼤跨⽅向发展。

钢-混凝⼟组合梁在我国的应⽤实践表明,它兼有钢结构和混凝⼟结构的优点,具有显著的技术经济效益和社会效益,适合我国基本建设的国情,是未来结构体系的主要发展⽅向之⼀。

⼯程概况 新疆阿克苏热电⼚在阿克苏西⼤桥⽔库边向阿克苏市区供热,热⼒管线⾸先要跨越胜利渠,胜利渠为阿克苏西⼤桥电站的排⽔渠,也是阿克苏的主要农业灌溉渠,热⼒管线的桥址位置:上游400⽶为阿克苏西⼤桥⽔电站,下游100m为分⽔闸⼝,⽔渠两侧为混凝⼟护坡,坡度⽐1∶1.5,⽔渠坡⼝宽46⽶,⽔渠深5⽶,胜利渠的⽔不允许断流,因此采⽤⼀跨的桥型⽅案,跨径为52⽶,桥⾯净宽2.5⽶。

⽔渠两岸地质情况良好,为卵砾⽯⼟,⼀般粒径为3~5厘⽶,不超过20厘⽶,地层承载⼒为200kPa。

过⽔渠管道⽀架布置简图和管道截⾯简图如图1、图2所⽰。

该⼯程所在地区冻⼟深度为111cm;极端最低⽓温为零下23.2℃,极端⽓温为39.6℃,年平均⽓温为8.9℃;风速26s/m,基本风压0.65kN/m2;年平均降⽔量为60.4 毫⽶,年平均蒸发量为1198.4毫⽶;海拔⾼度1102-1104⽶,积雪深度0.14⽶,基本雪压0.2kN/m2;热⼒管线设计压⼒为1.6MPa,设计温度313℃;地震烈度为8度,所在地公路⾃然区划为VI2区。

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钢-混组合梁桥的设计优化及应用作者:周俊书李兵任亚来源:《中国科技纵横》2020年第06期摘要:近年来,钢-混凝土组合梁桥因其施工快速及结构性能优越而越来越多地被应用于高速公路的建设中。

以某高速公路互通主线的钢-混组合连续梁桥为背景,介绍了该类型梁桥的基本结构形式,阐述了钢-混组合连续梁桥设计过程中优化负弯矩区混凝土桥面板受力采取的措施,为类似桥梁设计优化提供思路。

关键词:钢-混组合梁;连接件;负弯矩区混凝土中图分类号:U448.2 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)06-0130-021设计背景随着科学技术的进步,中国桥梁建设工作在近年来迅速发展,预应力混凝土箱梁由于施工工艺成熟,施工质量优异等优点而被广泛应用。

然而,随着桥梁对大跨径需求的增加,传统的混凝土箱梁桥由于结构自重大、地震响应大、腹板后期开裂等问题日益突出,已逐渐满足不了大跨径桥梁建设的需求。

大跨径桥梁趋于选择自重更轻、跨越能力更大的结构形式。

钢-混凝土组合梁桥相较于传统的混凝土箱梁桥具有自重小、结构轻巧美观、施工周期短、不中断下穿公路的通行等优点,而越来越多地被应用于高速公路的建设中。

钢-混凝土组合梁是由混凝土桥面板和钢梁通过剪力连接件组合共同承受荷载的梁。

在设计过程中,尽力让混凝土桥面板承受压应力,钢梁承受拉应力,以此充分发挥各自材料特性来使结构的经济效益最大化。

然而在钢-混组合连续梁的设计过程中,不可避免墩存在顶负弯矩区域的混凝土桥面板承受拉应力、钢梁承受压应力。

此时需要采取措施控制混凝土桥面板开裂和钢梁承压局部失稳的问题。

如根据路线设计要求,半径较小的曲線组合梁桥还应考虑弯扭耦合效应[1]。

即将通车的杨寨东互通主线桥主跨部分采用36m+60m+42m的组合结构,本文将介绍其设计优化过程中采取的相关措施。

2工程概况杨寨东互通K0+412.5主线大桥位于武汉城市圈环线高速公路大随至汉十段杨寨东互通内,为跨越麻竹高速而设。

桥梁左幅桥宽8.25m,跨径为11×20m+(36+60+42)m+4×20m的连续小箱梁和钢-混凝土组合梁;桥梁右幅桥宽12.75m,跨径为11×20m+(42+60+36)m+4×20m的连续小箱梁和钢-混凝土组合梁。

其中跨越麻竹高速主线按照8车道41m路幅预留,且建设期不中断麻竹高速公路的交通通行,受制于上跨麻竹高速主线的净空要求,预应力混凝土箱梁方案不再适用。

在钢-混凝土组合梁与钢箱梁的方案选择过程中,钢筋混凝土桥面相较于钢桥面板虽然自重更大,但经济指标更好、整体性能好、受力可靠、铺装病害较少、易于后期养护。

在满足各指标的前提下,杨寨东互通K0+412.5主线大桥第三联采用钢-混组合梁整体跨越麻竹高速,麻竹高速中央分隔带不设桥墩。

3结构设计优化3.1钢梁钢-混组合梁中钢梁的截面形式由早先的钢板梁发展到工字梁、钢箱梁、槽形钢梁、钢桁梁等。

由于本桥位于半径为320m的圆曲线及缓和曲线上,超高变化较大,弯扭耦合效应较为突出,故采用了抗扭刚度较大的开口钢箱作为钢主梁的截面形式。

考虑到左右幅截面形式的协调性,左、右幅桥钢主梁横桥向皆为双箱单室组合箱梁结构,钢梁高度2100mm,开口钢箱之间采用1300mm高的联系梁连接。

左幅桥开口钢箱每个腹板对应的上翼缘宽800mm,厚度为16mm、36mm;箱梁底板在正弯矩区厚度为18mm、20mm,在负弯矩区为24mm厚;两道腹板厚度为14mm。

腹板采取不等高设计,以满足桥梁横坡的要求,减弱弯扭耦合效应。

右幅桥开口钢箱每个腹板对应的上翼缘宽900mm,厚度为18mm、36mm、20mm;箱梁底板在正弯矩区厚度为18mm、22mm,在负弯矩区为28mm厚;两道腹板厚度为18mm。

双幅桥纵向每4m设置一道横隔板,支座附近适当加密。

为提高开口钢箱梁钢板的局部稳定性,在中支座12m的范围内每道底板加劲肋间布置四排栓钉,栓钉沿桥纵向间距150mm,并灌注高度为400mm的C50混凝土,并在底板混凝土顶面配置一层钢筋网,以保证底板混凝土与钢的双重组合作用,发挥混凝土的抗压能力,提高负弯矩区钢梁的局部稳定性。

3.2混凝土桥面板混凝土桥面板可分为预制混凝土桥面板和现浇混凝土桥面板。

大多钢-混凝土组合梁桥的混凝土桥面板会采用全厚度的预制混凝土桥面板和现浇微膨胀高性能混凝土作湿接缝的施工方法。

其优点是施工最为便捷,但受制于部分主梁位于缓和曲线上,预制桥面板间存在空隙、钢筋不贯通,预制桥面板并不能较好地协同承受车辆荷载。

因此,本桥采用8cm厚预制混凝土板和17cm厚现浇混凝土叠合构成25cm厚的钢筋混凝土叠合板作为混凝土桥面板。

左幅桥预制板长130cm,右幅桥预制板长245cm,宽90cm,预制混凝土板上表面应保证一定的粗糙度,预制板安装前,事先将橡胶条牢固粘在钢梁上翼缘板的外边,避免浇筑后浇层混凝土出现漏浆现象。

将预制部分运输至现场,支撑在焊有连接件的钢梁上,作为现浇层混凝土的模板,并铺设现浇层钢筋后浇现浇层形成叠合板。

此施工方法的能节省立模工序、加快施工进度、不中断下部交通、减轻吊装重量、提高混凝土整体性,具有较好的综合效益。

在钢-混组合连续梁这类超静定结构体系中,不可避免存在混凝土受拉开裂、钢梁受压失稳的区域——中支点附近负弯矩区。

减小负弯矩区域的混凝土拉应力易于实践的主要措施有:预加荷载法、提高配筋率、调整支点标高法、设置预应力钢束等[2]。

预加荷载法最直接的应用就是采用合理的施工顺序:在连续钢梁架设焊接完成以后拆除临时支撑,在其正弯矩区域内先铺设预制板并现浇混凝土。

中支点附近的负弯矩区段钢梁能有一定预应力,在此状态下现浇负弯矩区段的桥面板,可有效减小负弯矩区域混凝土桥面板的拉应力。

提高配筋率是限制负弯矩区混凝土开裂最传统的方法,但其缺点也较为突出,过于密集排布的钢筋不利于负弯矩区混凝土浇筑时充分振捣,而且在收缩徐变、温度变化作用下会加剧开裂。

调整支点标高法:架设焊接钢梁后,抬高中支点,降低边支点,浇筑叠合板待其硬化后,将各支点恢复至原位,此时全长桥面板均有一定压应力储备。

此外,在大跨径连续组合梁桥负弯矩区桥面板合理布置预应力钢束控制其开裂最为有效的方法,但是也有以下局限性:在小半径组合梁上的运用应充分考虑其施工的可行性;部分预应力会通过连接件增大其区域内的钢梁压应力促成钢梁的局部失稳;预应力后浇区预留槽处混凝土拉应力较大。

本桥左幅钢梁各腹板间分别布置4根15-6预应力钢束,右幅钢梁各腹板间分别布置8根15-6预应力钢束,并通过调整连接件的类型来控制负弯矩区钢梁压应力。

3.3连接件连接键是保障混凝土桥面板和钢梁协同工作的关键,也是中外学者研究的热点所在。

常见的栓钉连接件不仅能在混凝土桥面板与钢梁之间承担纵向抗剪抗滑移以此保证二者的协同变形,而且能抵抗横纵向弯曲导致的混凝土桥面板与钢梁的分离以及混凝土桥面板的掀起。

连接件的抗剪能力也是控制负弯矩区混凝土桥面板开裂的关键因素。

削弱连接件的抗剪能力,保留其抵抗桥面板与钢梁分离的能力,使桥面板与钢梁界面不分离,混凝土桥面板能一定程度地滑移,达到释放桥面板拉应力、降低钢梁压应力、减小预应力损失的目的,这种新型连接技术被定义为“抗拔不抗剪”连接技术[3]。

经过不断试验应用,抗拔不抗剪连接件也由最初的滑动式[4]、T型[5]改进为螺杆式[6]。

大量试验研究结果表明,在几乎不降低组合结构整体承载力的前提下,采用抗拔不抗剪连接件释放负弯矩区混凝土桥面板拉应力提高其抗裂性[7]。

由于螺杆式抗拔不抗剪连接件具有中心对称的特点[6],在接触面内能360°释放桥面板拉应力,故对于此类曲线桥更为适用。

在正弯矩区钢梁与桥面板之间需抗滑移抗掀起,考虑连接件须穿过钢筋间隙,本桥左幅桥钢梁每道上翼缘布置7列,右幅桥钢梁每道上翼缘布8列,熔后长度为180mm的Φ22圆柱头栓钉,横向间距均为100mm,沿梁轴线方向间距150mm,保证钢梁与混凝土桥面板的协同工作;在本桥负弯矩区采用“抗拔不抗剪”连接技术,左、右幅桥钢梁每道上翼缘共布3列抗拔不抗剪螺杆式连接件,横向间距250mm,沿梁轴线方向间距250mm,混凝土桥面板在二者接触面上允许一定程度错动,仅限制其竖向位移。

通过对本桥的有限元计算分析,结果显示:当负弯矩区连接件采用与正弯矩区一致的栓釘时,在荷载长期效应组合下负弯矩区混凝土拉应力最大值为4.9MPa,在荷载短期效应组合下负弯矩区混凝土拉应力最大为5.8MPa;而将负弯矩区连接件优化采用抗拔不抗剪连接新技术时,负弯矩区桥面板在荷载长、短期效应组合下都能始终处于受压状态,在荷载短期效应组合下压应力最大值为6.5MPa,最小值为1.9MPa,负弯矩区混凝土桥面板具有较大安全储备。

可见,采用此类连接新技术优化设计能极大改善负弯矩区混凝土桥面板开裂问题。

4结语随着我国钢产量的不断增长和钢材加工技术的提高,在很多以往只能采用预应力钢筋混凝土桥的工程中,组合梁桥方案也越来越具有竞争力。

负弯矩区混凝土桥面板抗裂和剪力连接键的选择是组合梁桥设计中的重点。

即将通车的杨寨东互通主线桥第三联采用36m+60m+42m曲线半径为320m的连续组合梁桥,该桥采用预制与现浇相叠合的预应力混凝土桥面板、拴钉与螺杆式抗拔不抗剪连接件、双箱单室开口钢箱断面;在设计过程中通过采用合理的施工顺序、提高配筋率、调整支点标高法、设置预应力钢束、采用抗拔不抗剪连接件等方式优化负弯矩区混凝土桥面板受力,为类似桥梁设计优化提供思路。

参考文献[1] 齐书瑜,张彦玲,张德莹.曲线组合梁在负弯矩和扭矩联合作用下受力性能的试验研究[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2016(3):1-6.[2] 郑和晖,巫兴发,黄跃,等.大跨度钢-混组合连续梁负弯矩区桥面板抗裂措施[J].中外公路,2014,34(5):152-155.[3] 聂建国,陶慕轩,聂鑫,等.抗拔不抗剪连接新技术及其应用[J].土木工程学报,2015,48(04):7-14.[4] 聂建国,陶慕轩,张振学.纵向可滑动的钢-混凝土抗掀起连接件及其施工方法:中国,ZL201010598394.7[P].2011-06-08.[5] 聂建国,陶慕轩.纵向不抗剪T型抗拔连接件及其施工方法:中国,ZL201110065691.X[P].2011-09-14.[6] 聂建国,陶慕轩.纵向不抗剪螺杆式抗拔连接件及其施工方法:中国,ZL2011104150033.9[P].2012-04-25.[7] 聂鑫,聂建国,陶慕轩,等.采用新型抗拔不抗剪连接件的连续组合梁桥研究[J].哈尔滨工业大学学报,2012,44(S1):95-100.。

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