一种适用于中小跨径的钢-超高性能混凝土组合桥梁结构的制作方法

本实用新型属于桥梁结构建筑领域，特别涉及一种适用于中小跨径的钢-超高性能混凝土组合桥梁结构。

背景技术：

现阶段中小跨径桥梁广泛采用普通混凝土预制梁桥，而普通混凝土梁桥具有自重大、预应力施工复杂，普通混凝土抗拉强度低，耐久性差的缺点。同时，跨径较大时梁高不易控制，使得普通混凝土预制梁桥不适应对梁高要求严格的城市桥梁。

普通钢-混凝土组合梁桥有效克服了普通混凝土梁桥自重大，梁高不易控制的缺点。同时钢—混凝土组合梁桥具有预制架设方便、绿色环保以及能充分发挥钢材与混凝土材料各自性能的优点。但对于需要快速架设，对耐久性有着较高要求的桥梁，普通钢-混凝土组合桥梁仍存在耐久性能较差、负弯矩区由于拉应力存在导致结构复杂的问题。

超高性能混凝土是一种具有超高强度、韧性以及超长耐久性的水泥基复合材料，具有优异的力学性能，尤其是其具有较高的抗拉强度，能够有效解决钢-混凝土组合梁桥负弯矩区结构复杂，耐久性能差等问题。故采用超高性能混凝土桥面板代替普通混凝土桥面板具有其合理性。但是，如何将超高性能混凝土桥面板与钢梁组合，形成一种易于架设、施工并具有优异耐久性能的结构是需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种自重轻、方便运输架设、施工快速、耐久性好、适用于中小跨径的钢-超高性能混凝土组合桥梁结构。

本实用新型的技术方案是：一种适用于中小跨径的钢-超高性能混凝土组合桥梁结构，包括横向与纵向设置的多个组合梁单元，所述组合梁单元包括下部钢梁结构以及支撑于下部钢梁结构上的桥面板；所述下部钢梁结构包括两个或两个以上沿桥纵向设置的工字型钢梁和横向连接结构，所述工字型钢梁的顶部通过剪力连接件与桥面板连接成一整体；所述横向连接结构横向设于相邻工字型钢梁之间。

进一步，所述桥面板采用超高性能混凝土浇筑构成。

进一步，所述工字型钢梁包括工字型钢梁顶板、工字型钢梁底板以及设于工字型钢梁顶板与工字型钢梁底板之间的工字型钢梁腹板；所述剪力连接件焊接于工字型钢梁顶板的上部。

进一步，所述剪力连接件为焊接在工字型钢梁顶板上的剪力钉；每个工字型钢梁顶板上纵向焊有至少两排剪力钉，每排剪力钉沿桥长方向均匀布置。

所述横向连接结构包括焊接于工字型钢梁腹板的加劲板以及与加劲板焊接或螺栓连接的横梁。

所述桥面板在靠近梁端位置处的厚度大于桥面板其他位置的厚度。

所述桥面板的厚度由跨中的10~15cm在梁端过渡到24~30cm；相应地，所述下部钢梁结构的高度由跨中的80~90cm在梁端过渡到65~75cm。

所述工字型钢梁为焊接钢梁或热轧型钢。

所述横梁为实腹式、桁架式或鱼尾板式横梁。

所述工字型钢梁分节段制作，各节段通过焊接或螺栓相连接。

本实用新型的有益效果：

（1）桥面板采用超高性能混凝土浇筑构成，能显著降低桥梁结构自重，降低了预制桥梁的运输架设难度，同时施工工序较少，能有效加快施工速度。

（2）通过在梁端加厚超高性能混凝土桥面板厚度以及超高性能混凝土优异的抗拉性能，使得梁端负弯矩区桥面板拉应力控制在设计抗拉强度之内，取消了普通钢-混凝土组合梁桥的预应力，简化了负弯矩区施工工序。

（3）充分发挥了超高性能混凝土和钢材优异的力学性能，控制梁高在一个较低的范围，耐久性能优异，在城市立交体系中有着更为广阔的发展空间。

（4）将桥梁横向和纵向分解为数个组合梁单元，组合梁单元在预制厂预制，后直接吊装就位，且由于组合梁单元自重较轻，还可根据施工能力划分组合梁单元，故易于施工、架设。

（5）通过将工字型钢梁的顶部通过剪力连接件与桥面板连接成一整体，并将横向连接结构设于相邻工字型钢梁之间，能够大大提高工字型钢梁的结构稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例组合梁单元的半跨结构示意图；

图2为本实用新型实施例组合梁单元的横断面示意图。

图例说明：

1.下部钢梁结构；2.桥面板；3.工字型钢梁；4.横向连接结构；31.工字型钢梁底板；32.工字型钢梁腹板；33.工字型钢梁顶板；34.剪力连接件；41.加劲板；42.横梁。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1和图2所示：一种适用于中小跨径的钢-超高性能混凝土组合桥梁结构，包括横向与纵向数个组合梁单元，所述组合梁单元包括下部钢梁结构1以及支撑于下部钢梁结构1上的桥面板2，所述下部钢梁结构1包括两个或两个以上沿桥纵向设置的工字型钢梁3和横向连接结构4。所述工字型钢梁3的顶部通过剪力连接件34与桥面板2连接成一整体；所述横向连接结构4横向设于相邻工字型钢梁3之间。

本实施例中，所述的工字型钢梁包括工字型钢梁顶板33、工字型钢梁底板31以及焊接于工字型钢梁顶板33与工字型钢梁底板31之间的工字型钢梁腹板32。所述工字型钢梁顶板33的上部焊接有剪力连接件34，桥面板2和下部钢梁结构1通过剪力连接件34连接形成一个整体。

具体地，桥面板设于工字型钢梁顶板33上，并通过剪力连接件34连接形成一整体。剪力连接件34为剪力钉，每个工字型钢梁顶板33上纵向焊有两排剪力钉，每排剪力钉沿桥长方向均匀布置，相邻剪力钉的纵向间距为15cm，横向间距为13cm，使得工字型钢梁3与桥面板2可靠粘结，防止出现层间滑移。

本实施例中，横向连接结构4设置于跨中。横向连接结构4包括焊接于工字型钢梁腹板32的加劲板41以及与加劲板41焊接或螺栓连接的横梁42。横梁42为实腹式、桁架式或鱼尾板式结构，本实施例的横梁优选为工字型的实腹式钢梁。通过设置横向连接结构，能够提高工字型钢梁3的结构稳定性。加劲板41包括纵向加劲板和横向加劲板，与工字型钢梁腹板32连接，且均与工字型钢梁腹板垂直设置。加劲板41可穿过工字型钢梁腹板32，也可仅连接于工字型钢梁腹板32的一个侧面。

在本实施例中，桥梁全长100m，共四跨，单跨跨径25m。横向分为3个组合梁单元，纵向分为4个组合梁单元，共12个组合梁单元，通过接缝连接。

本实施例中，桥面板在靠近梁端位置处的厚度加厚。单个组合梁单元纵向长度为25m，横向长度为2.8m。桥面板2的厚度由跨中的12cm在梁端过渡到26cm；相应地，下部钢梁结构1的高度由跨中的88cm在梁端过渡到75cm，过渡段长度为1m。在负弯矩区，桥面板受拉而钢梁受压，中小跨径桥梁中，通过超高性能混凝土桥面板加厚可使得桥面板拉应力显著下降至超高性能混凝土设计抗拉强度以内，而其余部分混凝土受压可设置较薄的超高性能混凝土桥面板，降低造价。

在本实施例中，沿桥梁纵向，根据设计计算结果，将组合梁单元的工字型钢梁3沿纵向分为四个节段，每个节段的工字型钢梁底板厚度根据计算结果确定。通过设置成节段式可有效减少用钢量。

本实施例钢-超高性能混凝土组合桥梁结构的施工方法有两种：

第一种施工方法，包括以下步骤：

s101.在钢结构加工厂制作工字型钢梁节段，在预制场将工字型钢梁节段拼接成工字型钢梁3，焊接工字型钢梁顶板33上的剪力连接件34，以及焊接工字型钢梁腹板32的加劲板41，连接加劲板41与横梁42，形成下部钢梁结构，其具体步骤为：

s101.1在工厂内焊接工字型钢梁顶板33、工字型钢梁底板31和工字型钢梁腹板32，形成工字型钢梁节段并送至组合梁预制厂；

s101.2在预制厂焊接工字型钢梁节段，然后焊接工字型钢梁顶板33上的剪力连接件34、垂直工字型钢梁腹板32的加劲板41以及横梁42，形成下部钢梁结构；

s102.在预制场地台座和钢梁上搭设桥面板模板，安装桥面板钢筋，浇筑超高性能混凝土并按设计要求进行养护，形成组合梁单元；

s103.组合梁单元吊装就位，施工接缝；

s104.对桥面板2进行糙化处理，浇筑防撞护栏并安装附属设施成桥。其中，通过对桥面板进行糙化处理，取消了桥面铺装，进一步降低了桥梁自重；同时桥面板的超高韧性，大大降低了桥面板开裂风险，减少了运营成本。

第二种施工方法是预制下部钢梁结构，吊装就位后现场浇筑超高性能混凝土形成整体，具体包括以下步骤：

s201.在钢结构加工厂制作工字型钢梁节段，在预制场工字型钢梁节段拼接成工字型钢梁3，焊接工字型钢梁顶板33上的剪力连接件34，以及焊接工字型钢梁腹板32的加劲板41，连接加劲板41与横梁42，形成下部钢梁结构。

s202.下部钢梁结构1吊装就位，搭设桥面板模板，在模板内浇筑超高性能混凝土，形成组合梁单元。

s203.对桥面板2进行糙化处理，浇筑防撞护栏并安装附属设施成桥。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

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