一种轻型组合梁墩顶纵向连接构造及其施工方法与流程

2021-01-19 11:01:14|

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本发明涉及桥梁构件及其施工技术领域，特别是一种轻型组合梁墩顶纵向连接构造及其施工方法。

背景技术：

目前，装配式钢-混凝土组合梁因能够充分利用钢材受拉的性能、混凝土受压的性能，而得到越来越广泛的应用。但在负弯矩区域会产生混凝土受拉，钢梁受压的不利情况，正常使用阶段，混凝土桥面板易开裂，降低组合梁刚度，影响结构的安全性和耐久性。对于施工性能而言，装配式钢-混凝土组合梁中，桥面板为部分预制，浇筑桥面板接缝工作量大，现场施工工作量大。此外，常规钢-混组合连续梁桥为解决负弯矩区域混凝土受拉、钢梁受压的问题，常常采用墩顶受压区钢梁处设置现浇混凝土，墩顶受拉桥面板通过多种施工措施（如张拉预应力、调整混凝土桥面板浇筑次序、采用临时支撑等）来降低混凝土板的拉应力水平，增加了组合结构桥梁的现场作业量，降低了装配化率。

钢-超高性能混凝土轻型组合梁具有自重轻、强度高、耐久性好、结构高度低、装配化率高的优点，可实现主梁一次成型，整体预制和吊装，适应城市桥梁严苛的净空要求，可尽可能减少对桥下现有交通的干扰，具有广阔的应用前景。将具有优异抗拉性能（较高抗拉强度和稳定的裂缝控制能力）的超高性能混凝土用于受拉区混凝土桥面板，有望解决混凝土桥面板易开裂的难题。

cn108385503a公开了一种装配式轻型组合梁简支变结构连续构造及其施工方法，该构造包括相对设置的两跨钢-超高性能混凝土轻型组合梁预制单元和设置于二者之间的现浇超高性能混凝土墩顶横梁，所述预制单元包括多个工字钢梁、设于工字钢梁上的桥面板和设于工字钢梁端部的连接部。该构造的负弯矩区的受力情况得到改善，但是，该方案存在以下缺陷：（1）其预制单元梁端包括交错布置的纵向连接板，第二纵向连接板相对于第二横向连接板伸出的部分卡合入相邻的第一纵向连接板之间，存在无法施工或施工困难的问题，且焊接于交错卡合部分的纵向连接板的剪力连接件更增加了施工时预制单元安装的难度；（2）桥面板上缘槽口处现浇混凝土量较多，降低了结构装配化率，加大了混凝土收缩开裂风险；（3）第一纵向连接板与第一横向连接板、第一横隔板的底部连接，使得分隔区域的混凝土之间断开，无法保证现浇混凝土浇筑的密实性。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种密实性强，安装与施工便捷，加强横纵向强度，降低混凝土开裂风险的轻型组合梁墩顶纵向连接构造及其施工方法。

本发明的技术方案是：

本发明之一种轻型组合梁墩顶纵向连接构造，包括相对设置的预制单元和设置于二者之间的现浇部件；所述预制单元包括多个工字钢梁、设于工字钢梁上的桥面板和设于工字钢梁端部的连接部；所述连接部包括设于一个预制单元端部的第一连接部和设于另一预制单元上的第二连接部；第一连接部包括连接于工字钢梁之间及工字钢梁两侧的第一横向连接板和第一横隔板，第一连接部上沿每个工字钢梁中心位置对称设置偶数个第一纵向连接板；所述第一纵向连接板与第一横向连接板、第一横隔板的底部之间设有预留空间。

进一步，所述第一纵向连接板与第一横向连接板、第一横隔板的底部之间设有预留空间高度为80~120mm。

进一步，所述第二连接部包括连接于工字钢梁之间及工字钢梁两侧的第二横向连接板和第二横隔板，第二连接部上沿每个工字钢梁中心位置对称设置奇数个第二纵向连接板；第一连接部与第二连接部间现浇超高性能混凝土形成纵向整体结构。

进一步，所述现浇部件沿工字钢梁的底部伸出50~120mm。

进一步，所述桥面板的上缘设置有上缘纵向预埋钢筋；所述上缘纵向预埋钢筋焊接有钢板条。

进一步，所述钢板条相对于第一横隔板或第二横隔板伸出；钢板条间的横向净距为50~90mm，相邻预制单元的钢板条间的纵向净距为90~120mm，钢板条通过搭接钢筋与另一预制单元的桥面板的上缘纵向预埋钢筋下的钢板条连接成整体受力结构；所述搭接钢筋的长度为120~180mm；所述钢板条上焊接有剪力连接件。

进一步，所述第一纵向连接板和第二纵向连接板上设有剪力连接件，所述剪力连接件上绑扎有纵向钢筋。

进一步，所述纵向钢筋的长度为250~450mm，其端部与第一横隔板或第二横隔板的间距为15~35mm，纵向钢筋的上下间距为60~90mm；与剪力连接件进行绑扎后的纵向钢筋成为一端开口的u形钢筋，朝向工字钢梁腹板的第一纵向连接板上的剪力连接件上绑扎的纵向钢筋与邻近的第二纵向连接板上的剪力连接件上绑扎的纵向钢筋包围的混凝土形成核心混凝土柱。

本发明之一种根据前述任一项所述轻型组合梁墩顶纵向连接构造的施工方法，包括以下步骤：

s1：在工厂预制钢-超高性能混凝土轻型组合梁预制单元；

s2：在施工现场架设相对设置的由所述s1预制得到的预制单元，连接第一连接部和第二连接部的两个预制单元相对设置；

s3：用搭接钢筋点焊的方式连接相邻两个预制单元的上缘纵向预埋钢筋下的钢板条，且两个预制单元的下缘纵向预埋钢筋保持交错布置，在第一连接部与第二连接部间现浇超高性能混凝土形成纵向整体结构；

s4：对现浇超高性能混凝土部件进行养护，达到设计强度，即完成所述轻型组合梁墩顶纵向连接的施工。

进一步，所述预制单元的预制方法包括以下步骤：

s11：在工厂焊接腹板、上缘翼、下缘翼形成工字钢梁，或直接采用市场成品热轧工字型钢加工形成工字钢梁；

s12：将两个工字钢梁平行设置并临时固定，并将第一连接部或第二连接部连接固定于两个工字钢梁的端部；

s13：在工字钢梁上缘翼、第一连接部和第二连接部的相应位置焊接剪力连接件；

s14：在第一纵向连接板和第二纵向连接板的剪力连接件相应位置处绑扎纵向钢筋；

s15：在工字钢梁的上方立模，先绑扎桥面板下缘处钢筋网，然后将焊有剪力连接件的钢板条放置其上，再绑桥面板上缘处钢筋网，并将钢板条上表面与钢筋点焊连接，然后浇筑超高性能混凝土，并及时进行养护；

s16：在浇筑超高性能混凝土达到设计要求时，拆除模板，存放至指定位置，形成预制装配式钢-超高性能混凝土轻型组合梁预制单元。

本发明的有益效果：

（1）本发明中墩顶负弯矩区通过设置纵向预埋的钢板条增强了纵向联系，从而现浇部分仅需浇筑所述预制单元工字钢梁中间区域，无需进行t形浇筑，大大减少了混凝土现浇量，从而减少了混凝土的收缩开裂，增强结构横向联系性能；

（2）现浇部件沿工字钢梁的底部伸出一段高度，增加了现浇部件的高度，便于调平，使得墩顶可以直接浇筑支座楔块，便于支座的安装与施工；

（3）第一纵向连接板与第一横向连接板、第一横隔板的底部之间设有预留空间，使得在现浇超高性能混凝土的过程中，让不同分隔区域的混凝土通过此预留区域连接成一整体，从而保证现浇混凝土浇筑的密实性。

（4）第一纵向连接板与第二纵向连接板两侧布置有纵向钢筋，纵向钢筋与相邻的纵向连接板上的剪力连接件进行绑扎，使得第一纵向连接板上的纵向钢筋与邻近的第二纵向连接板上的纵向钢筋包围的混凝土形成核心混凝土柱，加强了纵向连接板受力，提高了湿接缝的承载能力，同时降低了混凝土开裂风险。

附图说明

图1是本实施例不含纵向连接板钢筋的钢结构部分立面图；

图2是图1中c-c处的剖视结构示意图；

图3是图1中a-a处的剖视结构示意图；

图4是图1中b-b处的剖视结构示意图；

图5是第一纵向连接板和第二纵向连接板正反面上剪力连接件布置示意图；

图6是本实施例钢结构部分纵向连接板处钢筋绑扎的示意立面图；

图7是图6中c-c处的剖视结构示意图；

图8是图6中a-a处的剖视结构示意图；

图9是图6中b-b处的剖视结构示意图；

图10是本实施例的混凝土部分立面图；

图11是图10中c-c处的剖视结构示意图；

图12是图10中a-a处的剖视结构示意图；

图13是图10中b-b处的剖视结构示意图；

图14是图10中d-d处的剖视结构示意图。

附图标识说明：

1—预制单元、2—现浇部件、3—工字钢梁、3-1—上缘翼、3-2—腹板、3-3—下缘翼、4—桥面板、5—第一连接部、5-1—第一横向连接板、5-2—第一横隔板、5-3—第一纵向连接板、5-4—预留空间、6—第二连接部、6-1—第二横向连接板、6-2—第二横隔板、6-3—第二纵向连接板、7—剪力连接件、8—钢板条、8-1—搭接钢筋、9—孔洞、10—纵向钢筋。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1~14所示：一种轻型组合梁墩顶纵向连接构造，包括相对设置的预制单元1和设置于二者之间的现浇部件2；每个预制单元1均包括两个工字钢梁3、设于工字钢梁3上的桥面板4和设于工字钢梁3端部的连接部；连接部包括设于一个预制单元1端部的第一连接部5和设于另一预制单元1上的第二连接部6；第一连接部5与第二连接部6配合形成浇筑区域，并现浇超高性能混凝土形成现浇部件2。

本实施例中的现浇部件为现浇墩顶超高性能混凝土，可充分发挥超高性能混凝土优异的抗压性能和钢材的抗拉性能，不仅在整体受力上解决了负弯矩区混凝土桥面板易受拉开裂、钢梁受压易出现稳定问题的难题，也在施工性能方便带来极大的便利，尽可能的减少了现场作业量，提高了装配式钢-超高性能混凝土轻型组合梁的装配化率。工字钢梁、桥面板和预制单元端部的连接部均在工厂一次成型，整体预制形成，结构具有较好的整体性，节省了用钢量，而且大大减少了施工过程中的现场作业量，保证了构件的制造质量，进而为该轻型组合梁墩顶纵向连接构造的受力性能提供保证。第一连接部和第二连接部可加强相邻两个工字钢梁的横向联系，并作为该轻型组合梁墩顶纵向连接构造现浇超高性能混凝土的侧模和底模以方便施工。第一连接部和第二连接部优选通过焊接的方式连接于工字钢梁端部。

本实施例中，预制单元1的标准跨径优选为30m，高度为1.0m，宽度为3.0m，现浇部件2的纵桥向厚度为0.4m。工字钢梁3包括腹板3-2、设于腹板3-2上部的上缘翼3-1和下部的下缘翼3-3，通过焊接而成，工字钢梁3高度为750mm，腹板3-2厚度为16mm，高度为718mm，上翼缘厚度为12mm，宽度为300mm，下翼缘厚度为20mm，宽度为500mm，同一预制单元1的两个工字钢梁3的中心间距为1600mm。

本实施例中，所述现浇部件沿工字钢梁的底部伸出100mm。通过将现浇部件相对于工字钢梁底部伸出一段高度，增加了现浇部件的高度，便于调平，使得墩顶可以直接浇筑支座楔块，便于支座的安装与施工。

本实施例中，第一连接部5包括连接于工字钢梁3之间及工字钢梁3两侧的第一横向连接板5-1和第一横隔板5-2，第一连接部5上沿每个工字钢梁中心位置对称设置偶数个第一纵向连接板5-3；所述第一纵向连接板5-3未伸出至第一横向连接板5-1和第一横隔板5-2的底部，即第一纵向连接板5-3与第一横向连接板5-1、第一横隔板5-2的底部之间设有预留空间5-4。通过设置预留空间5-4，使得在现浇超高性能混凝土过程中，让不同分隔区域的混凝土通过此预留区域连接成一整体，从而保证现浇混凝土浇筑的密实性。优选地，预留空间5-4的高度为100mm。

本实施例中，第二连接部6包括连接于工字钢梁3之间及工字钢梁3两侧的第二横向连接板6-1和第二横隔板6-2，第二连接部6上沿每个工字钢梁中心位置对称设置奇数个第二纵向连接板6-3。第一连接部5与第二连接部6间现浇超高性能混凝土形成纵向整体结构。

本实施例中，一个预制单元1的下缘翼3-3伸出，第一横隔板5-2焊接在工字钢梁3端部，第一横向连接板5-1包括沿下缘翼3-3伸出的板、焊接在两个工字钢梁的下缘翼3-3之间的板和工字钢梁下翼缘两侧的板。第一横隔板5-2与第二横向连接板5-1垂直设置，并将第一横向连接板5-1分隔成朝向工字钢梁3处的内侧部分和远离工字钢梁3处的外侧部分。第一横隔板5-2上还固定焊接有平行设置的两组第一纵向连接板5-3，每组第一纵向连接板5-3的数量为两个，且沿工字钢梁的腹板3-2与第一横隔板5-2连接处对称设置。第一纵向连接板5-3的端部与第一横向连接板5-1外侧部分端部平齐。

另一预制单元1的腹板3-2和下缘翼3-3均伸出，第二横隔板6-2焊接在两个工字钢梁的腹板3-2之间和腹板3-2外侧。第二纵向连接板6-3为腹板3-2相对第二横隔板6-2伸出的部分；该腹板伸出部分的左右两侧的第二横隔板6-2底部均设置有孔洞9，孔洞9的半径优选为50mm。第二横向连接板6-1包括沿下缘翼3-3伸出的板、焊接在两个工字钢梁的下缘翼3-3之间的板和下缘翼3-3外侧的板；第二横隔板6-2与第二横向连接板6-1垂直设置，并将第二横向连接板6-1分隔成朝向工字钢梁3处的内侧部分和远离工字钢梁3处的外侧部分。第二纵向连接板6-3的端部延伸出第二横向连接板6-1外侧部分端部。

第一横隔板5-2和第二横隔板6-2的厚度为16mm，高度与腹板3-2高度一致。

本实施例中，第一横隔板5-2和第二横隔板6-2远离工字钢梁3侧设置有剪力连接件7，剪力连接件7形式为圆柱头焊钉，圆柱头焊钉的高度优选为120mm，相邻圆柱头焊钉的间距优选为200mm。第一纵向连接钢板和第二纵向连接板6-3的两侧也均焊有剪力连接件7，剪力连接件7为圆柱头焊钉，呈交错布置，圆柱头焊钉的高度优选为60mm，相邻圆柱头焊钉间距为150mm。第一横向连接板5-1和第二横向连接板6-1的外侧部分上表面也设置有剪力连接件7，剪力连接件7为圆柱头焊钉，呈交错布置，圆柱头焊钉的高度优选为80mm，相邻圆柱头焊钉间距为200mm。

本实施例中，桥面板4设置于工字钢梁3的上方，并通过剪力连接件7与工字钢梁3连接，桥面板4的厚度优选为120mm。预制单元1两端的桥面板4上缘设置有上缘纵向预埋钢筋，并通过连接钢筋与纵桥向相邻的预制单元1的桥面板4上缘纵向预埋钢筋绑扎连接成整体受力结构。在充分利用超高性能混凝土优异的抗拉性能基础上，该结构进一步加强了墩顶超高性能混凝土连接部的抗弯拉性能且便于现场施工，可有效解决组合梁墩顶负弯矩区混凝土桥面板易受拉开裂的难题。桥面板上还设置有部分伸出的下缘纵向预埋筋，相邻两预制单元的下缘纵向预埋钢筋交错布置，从而进一步加强桥面板纵向连接和整体受力。桥面板上缘预埋钢筋下点焊连接有纵向钢板条8，钢板条8的长度为500mm~2000m（优选为1750mm），宽度为50~100mm（优选为60mm），厚度为5~15mm（优选为10mm），钢板条间横向净距为80mm，相邻预制单元预埋钢板条间纵向净距为100mm。相邻两预制单元的纵向钢板条相对第一横隔板或第二横隔板位置伸出，相邻两预制单元的纵向钢板条在墩顶中间位置通过搭接钢筋连接，搭接钢筋的长度160mm。

本实施例通过在上缘纵向预埋钢筋上焊接钢板条，能够增强纵向联系，从而现浇部分仅需浇筑所述预制单元工字钢梁中间区域，无需进行t形浇筑，大大减少了混凝土现浇量，从而减少了混凝土的收缩开裂，增强结构横向联系性能。

本实施例中，第一纵向连接板与第二纵向连接板两侧布置有纵向钢筋10，纵向钢筋10与相邻的纵向连接板上的剪力连接件7进行绑扎，且其居中布置于现浇部件区域，单根纵向钢筋的长度为250~450mm，其端部与第一横隔板和第二横隔板的间距为15~35mm，纵向钢筋的上下间距为60~90mm。与剪力连接件进行绑扎后的纵向钢筋成为一端开口的u形钢筋，朝向工字钢梁腹板3-2的第一纵向连接板上的剪力连接件7上绑扎的纵向钢筋与邻近的第二纵向连接板上的剪力连接件7上绑扎的纵向钢筋包围的混凝土形成核心混凝土柱，混凝土柱承受开口相反的u形钢筋作用于核心混凝土柱两侧压力，通过核心混凝土柱抗剪而非钢筋与混凝土的黏结作用平衡搭接钢筋拉力，加强了纵向连接板受力，提高了湿接缝的承载能力，同时降低了混凝土开裂风险。

本实施例中，相邻预制单元1相对设置，一个预制单元1的第一连接部5与另一预制单元1的第二连接部6相互匹配，第一横向连接板5-1和第二横向连接板6-1接触，第一纵向连接板5-3与第二纵向连接板6-3均相对于横向连接板伸出至桥墩中心线处，相对于现有将第二纵向连接板设于两个第一纵向连接板之间的区域而言，使得横向施工方便，安装便捷。第一连接部5和第二连接部6共同形成墩顶现浇超高性能混凝土部件区域，现浇超高性能混凝土后形成墩顶现浇超高性能混凝土现浇部件2，其宽度优选为400mm。

本实施例中，桥面板4和现浇部件2均由超高性能混凝土浇筑而成，本实施例的超高性能混凝土为超高性能纤维增强混凝土。

本实施例轻型组合梁墩顶纵向连接构造的施工方法，包括以下步骤：

s1：在工厂预制装配式钢-超高性能混凝土轻型组合梁预制单元1，其具体步骤为：

s1.1：在工厂焊接腹板3-2、上缘翼3-1、下缘翼3-3形成工字钢梁3，或直接采用市场成品热轧工字加工形成工字钢梁3；

s1.2：将两个工字钢梁3平行设置并临时固定，并将第一连接部5或第二连接部6连接固定于两个工字钢梁3的端部上；

s1.3：在所述的工字钢梁3上缘翼3-1、第一连接部5和第二连接部6的相应位置焊接剪力连接件7；

s1.4:在所述的第一纵向连接板5-3和第二纵向连接板6-3的剪力连接件7相应位置上绑扎纵向钢筋10；

s1.5：在所述的工字钢梁3的上方立模，先绑扎桥面板下缘处钢筋网，然后将焊有剪力连接件的钢板条8放置其上，再绑桥面板上缘处钢筋网，并将钢板条上表面与钢筋点焊连接，然后浇筑超高性能混凝土，并及时进行养护；

s1.6：在浇筑超高性能混凝土达到设计要求时，拆除模板，存放至指定位置，形成预制装配式钢-超高性能混凝土轻型组合梁预制单元1。

s2：在施工现场架设相对设置的由所述s1预制得到的预制单元1，连接第一连接部5和第二连接部6的两个预制单元1相对设置，使第一连接部5和第二连接部6配合形成墩顶现浇部件区域；

s3：用搭接钢筋8-1点焊的方式连接相邻两个预制单元1的上缘纵向预埋的钢板条8，并注意下缘纵向预埋筋呈交错布置，在现浇部件2的区域现场浇筑超高性能混凝土；

s4：对现浇部件2进行养护，达到设计强度，即完成所述轻型组合梁墩顶纵向连接的施工。