鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)及施工方法與流程

本發(fā)明涉及一種用于土木工程橋梁技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

橋梁是公路、鐵路、城市道路和農(nóng)村道路及水利建設(shè)中，為了跨越各種障礙(如河流、或其它結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)物。按結(jié)構(gòu)形式，橋梁一般可分梁橋、拱橋、斜拉橋和吊橋；按所使用的材料類型，橋梁一般可分為木橋、圬工橋、鋼筋混凝土橋、鋼橋、鋼混組合結(jié)構(gòu)橋梁等。

梁橋是以受彎為主的主梁作為承重構(gòu)件的橋梁。主梁可以是實(shí)腹梁或桁架梁。鋼混組合結(jié)構(gòu)梁橋是由鋼材和混凝土兩種不同性質(zhì)的主梁材料，經(jīng)組合而成的一種新型橋梁結(jié)構(gòu)形式。由于此類橋梁充分利用了鋼材的抗拉性能與混凝土的抗壓性能，能顯著改善鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和提高經(jīng)濟(jì)性，且具有施工方便、造型美觀、環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，因此越來越廣泛的應(yīng)用于橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)梁橋一般采用混凝土橋面板與鋼板梁、鋼箱梁、或鋼桁架梁相結(jié)合的方式。由于實(shí)腹鋼混組合梁(鋼板組合梁、鋼箱組合梁)自重較輕，實(shí)腹鋼板極易受到風(fēng)荷載影響；空腹鋼混組合梁(鋼桁架組合梁)無法像傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，頂、底板混凝土內(nèi)施加預(yù)應(yīng)力以抵抗恒載和活載，因此跨越能力受到較大局限；傳統(tǒng)鋼梁拼裝施工時(shí)，懸臂施工較為困難，需搭設(shè)落地支架用于鋼梁拼裝臨時(shí)支撐。由此總體上看，傳統(tǒng)鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)梁橋的主要不足是：(1)實(shí)腹鋼混組合梁抗風(fēng)能力較差(2)空腹鋼混組合梁預(yù)應(yīng)力施加困難，跨越能力受到局限(3)施工復(fù)雜，施工場(chǎng)地占用較大。

所以在這種背景下，開發(fā)一種滿足具備更大的跨越能力和施工更加方便的，新的鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合結(jié)構(gòu)梁橋結(jié)構(gòu)形式，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于提供一種鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)及施工方法，從結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)在受力機(jī)理方面提高傳統(tǒng)鋼混組合結(jié)構(gòu)梁橋的承載能力，與傳統(tǒng)的施工方法銜接良好，便于實(shí)施。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施：

一種鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)，包括混凝土頂板、混凝土底板、腹板鋼管、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線、體外預(yù)應(yīng)力索和橫隔板，所述的腹板鋼管設(shè)置在混凝土頂板和混凝土底板之間，腹板鋼管頂部和底部設(shè)有剪力鍵，腹板鋼管通過剪力鍵、鋼管定位鋼筋與混凝土頂、底板連接形成鋼混組合主梁框架，所述的橫隔板橫向設(shè)置在鋼混組合梁框架內(nèi)部，每隔一段距離設(shè)置一道，與混凝土頂、底板澆筑固結(jié)為整體，用于增加梁體橫向剛度；所述的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線埋設(shè)在頂、底板混凝土內(nèi)，所述的體外預(yù)應(yīng)力索設(shè)置在鋼混組合梁框架內(nèi)部，一端錨固在梁端的橫隔板上，另一端錨固在墩頂?shù)臋M隔板上，中間部分穿過橫隔板上的體外預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向鋼套管后，完成設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力豎向轉(zhuǎn)向。進(jìn)一步的，所述的混凝土頂板和底板為節(jié)段施工，澆筑前每個(gè)節(jié)段均埋設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋管道。

進(jìn)一步的，所述的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋穿過相應(yīng)節(jié)段預(yù)應(yīng)力鋼筋管道張拉錨固，并通過管道壓漿后，使體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋與頂、底板混凝土結(jié)合為整體后，與頂、底板混凝土共同承受施工荷載及一期恒載。

進(jìn)一步的，所述的腹板鋼管為中空鋼管，沿著混凝土頂板和混凝土底板的縱向方向，對(duì)稱布置有兩列中空鋼管，每列中空鋼管包括多個(gè)傾斜設(shè)置且依次相連的中空鋼管。

進(jìn)一步的，相鄰兩根腹板鋼管頂端及底端通過剪力鍵螺栓板連接，形成縱向三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，多根鋼管依次相互連接，形成主梁腹板，承受剪力及部分彎矩。

進(jìn)一步的，所述的體外預(yù)應(yīng)力索根據(jù)設(shè)計(jì)承載能力，可橫向?qū)ΨQ設(shè)置多條，承受運(yùn)營期活載。

進(jìn)一步的，所述的橫隔板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括中橫隔板、墩頂橫隔板和端橫隔板，中橫隔板設(shè)計(jì)有多個(gè)，位于墩頂和梁端之間的梁體中部，其內(nèi)部預(yù)埋體外預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向鋼套管，用于輔助體外預(yù)應(yīng)力索轉(zhuǎn)向；墩頂橫隔板位于墩頂位置，端橫隔板位于梁端，其內(nèi)部也預(yù)埋錨固套筒，用于體外預(yù)應(yīng)力索錨固。

對(duì)所述的鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)施工方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：在墩頂托架平臺(tái)上拼裝0號(hào)塊梁段底板模板并綁扎底板鋼筋，按照設(shè)計(jì)要求布置并預(yù)埋預(yù)應(yīng)力管道，拼裝本節(jié)段腹板鋼管，并將鋼管底部剪力鍵臨時(shí)固定在底板相應(yīng)設(shè)計(jì)位置；

步驟2：澆筑0號(hào)塊底板混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90％時(shí)，進(jìn)行底板體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線管道穿束，張拉、錨固；

步驟3：墩頂托架平臺(tái)上搭設(shè)滿堂支架及頂板施工平臺(tái)，同步驟1，進(jìn)行0號(hào)塊主梁頂板立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉施工。混凝土澆筑前微調(diào)位于頂板內(nèi)鋼管頂部剪力鍵位置，使其符合設(shè)計(jì)要求；

步驟4：在墩頂梁段頂面兩端對(duì)稱拼裝掛籃系統(tǒng)，并進(jìn)行加載試驗(yàn)；

步驟5：在掛籃底模平臺(tái)上拼裝1#梁段底板模板并綁扎底板鋼筋，按照設(shè)計(jì)要求布置并預(yù)埋預(yù)應(yīng)力管道，拼裝連接本節(jié)段腹板鋼管，并將鋼管底部剪力鍵臨時(shí)固定在底板相應(yīng)設(shè)計(jì)位置；

步驟6：澆筑1號(hào)塊梁段底板混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90％時(shí)，進(jìn)行底板體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線管道穿束，張拉、錨固；

步驟7：在掛籃頂板平臺(tái)上1號(hào)塊梁段頂板立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉施工?；炷翝仓拔⒄{(diào)位于頂板內(nèi)鋼管頂部剪力鍵位置，使其符合設(shè)計(jì)要求；

步驟8：掛籃系統(tǒng)前移，重復(fù)步驟5～步驟7，進(jìn)入下一節(jié)段主梁施工，直至全橋合龍；

步驟9：當(dāng)施工至橫隔板位置，立模綁扎橫隔板鋼筋，并預(yù)埋轉(zhuǎn)向或錨固裝置；

步驟10：體外預(yù)應(yīng)力索穿過相應(yīng)的錨固塊及轉(zhuǎn)向塊，張拉至設(shè)計(jì)荷載錨固。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)頂板及底板采用了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)頂板為混凝土的鋼桁架組合梁相比，極大提高了梁體承載能力

(2)腹板采用鋼管桁架，解決了實(shí)腹鋼板混凝土組合梁橋極易受到風(fēng)荷載影響的不足，且材料用量較少，具有良好的工程經(jīng)濟(jì)性；

(3)采用掛籃懸臂施工，施工安全可靠，節(jié)省了施工場(chǎng)地及機(jī)具設(shè)備。

(4)該結(jié)構(gòu)利用頂?shù)装寤炷良邦A(yù)應(yīng)力承擔(dān)大部分的彎矩，腹板鋼管承擔(dān)大部分的剪力，結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)受力明確。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)立面示意圖；

圖2為鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)局部放大示意圖；

圖3為鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)a-a斷面示意圖；

圖4為腹板鋼管拼裝示意圖；

圖5為鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)懸臂施工示意圖；

圖中：1-鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)，2-混凝土頂板，3-混凝土底板，4-腹板鋼管，5-體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，6-體外預(yù)應(yīng)力索，7-橫隔板，8-剪力鍵，9-體外預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向鋼套管，10-剪力鍵螺栓板，11-鋼管定位鋼筋，12-中橫隔板，13-墩頂橫隔板，14-端橫隔板，15-掛籃系統(tǒng)，16-底板平臺(tái)、17-頂板平臺(tái)。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在(1)實(shí)腹鋼混組合梁抗風(fēng)能力較差；(2)空腹鋼混組合梁預(yù)應(yīng)力施加困難，跨越能力較?。?3)支架施工復(fù)雜，施工場(chǎng)地占用較大。為了解決如上的技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)及施工方法。

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述。

本發(fā)明提供了一種相對(duì)于傳統(tǒng)鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力機(jī)理及承載效率較高、具備更大的跨越能力、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量及施工難度較小的一種鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)。

結(jié)合圖1、圖2所示，一種鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)構(gòu)1，包括混凝土頂板2、混凝土底板3、腹板鋼管4、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線5、體外預(yù)應(yīng)力索6、橫隔板7。

結(jié)合圖3、圖4所示，腹板鋼管4設(shè)置在混凝土頂板2和混凝土底板3之間，腹板鋼管4頂部和底部設(shè)有剪力鍵8，腹板鋼管4通過剪力鍵8、鋼管定位鋼筋11與頂、底板混凝土連接形成鋼混組合梁框架。

結(jié)合圖1、圖2、圖3所示，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線5埋設(shè)在頂、底板混凝土內(nèi)；體外預(yù)應(yīng)力索6設(shè)置在鋼混組合梁框架內(nèi)部，一端錨固在梁端橫隔板14上，另一端錨固在墩頂橫隔板13，中間部分穿過橫隔板體外預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向鋼套管9后，完成設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力豎向轉(zhuǎn)向；橫隔板7位于鋼混組合梁框架內(nèi)部，每隔一段距離設(shè)置一道，與頂、底板混凝土澆筑固結(jié)為整體，用于增加梁體橫向剛度。

結(jié)合圖1、圖2所示，混凝土頂板2和底板3為節(jié)段施工，澆筑前每個(gè)節(jié)段均埋設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋管道。

結(jié)合圖1、圖2所示，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋穿過相應(yīng)節(jié)段預(yù)應(yīng)力鋼筋管道張拉錨固，并通過管道壓漿后，使體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線5與頂、底板混凝土結(jié)合為整體后，與頂、底板混凝土共同承受施工荷載及一期恒載。

結(jié)合圖2、圖3、圖4所示，腹板鋼管4為中空鋼管包括多根，沿著沿著混凝土頂板和混凝土底板的縱向方向，對(duì)稱布置有兩列中空鋼管，每列中空鋼管均豎向斜向設(shè)置，相鄰兩根腹板鋼管頂端及底端通過剪力鍵螺栓板10連接，形成縱向三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，多根鋼管依次相互連接，形成主梁腹板，承受剪力及部分彎矩。

結(jié)合圖2、圖3所示，體外預(yù)應(yīng)力索6根據(jù)設(shè)計(jì)承載能力，可橫向?qū)ΨQ設(shè)置多條，承受運(yùn)營期活載。

結(jié)合圖1、圖2、圖3所示，橫隔板7為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分為中橫隔板12、墩頂橫隔板13和端橫隔板14，中橫隔板12位于墩頂和梁端之間的梁體中部，內(nèi)部預(yù)埋體外預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向鋼套管9，用于輔助體外預(yù)應(yīng)力鋼筋轉(zhuǎn)向；墩頂橫隔板13位于墩頂位置，端橫隔板14位于梁端，內(nèi)部預(yù)埋錨固套筒，用于體外預(yù)應(yīng)力索錨固。

對(duì)鋼管腹板預(yù)應(yīng)力鋼混組合主梁結(jié)施工方法，進(jìn)行詳細(xì)說明，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：在墩頂托架平臺(tái)上拼裝0號(hào)塊梁段底板模板并綁底板鋼筋，按照設(shè)計(jì)要求布置并預(yù)埋預(yù)應(yīng)力管道，拼裝連接本節(jié)段腹板鋼管4，并將鋼管底部剪力鍵8臨時(shí)固定在底板相應(yīng)設(shè)計(jì)位置；

步驟2：澆筑0號(hào)塊底板混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90％時(shí)，進(jìn)行底板體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線5管道穿束，張拉、錨固；

步驟3：墩頂托架平臺(tái)上搭設(shè)滿堂支架及頂板施工平臺(tái)，同步驟1，進(jìn)行0號(hào)塊主梁頂板立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉施工?；炷翝仓拔⒄{(diào)位于頂板內(nèi)鋼管頂部剪力鍵8位置，使其符合設(shè)計(jì)要求；

步驟4：在墩頂梁段頂面兩端對(duì)稱拼裝掛籃系統(tǒng)15，并進(jìn)行加載試驗(yàn)；

步驟5：在掛籃底板平臺(tái)16上拼裝1#梁段底板模板并綁扎底板鋼筋，按照設(shè)計(jì)要求布置并預(yù)埋預(yù)應(yīng)力管道，拼裝連接本節(jié)段腹板鋼管4，并將鋼管底部剪力鍵8臨時(shí)固定在底板相應(yīng)設(shè)計(jì)位置；

步驟6：澆筑1號(hào)塊梁段底板混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90％時(shí)，進(jìn)行底板體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線5管道穿束，張拉、錨固；

步驟7：在掛籃頂板平臺(tái)17上1號(hào)塊梁段頂板立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉施工?；炷翝仓拔⒄{(diào)位于頂板內(nèi)鋼管頂部剪力鍵8位置，使其符合設(shè)計(jì)要求；

步驟8：掛籃系統(tǒng)15前移，重復(fù)步驟5～步驟7，進(jìn)入下一節(jié)段主梁施工，直至全橋合龍；

步驟9：當(dāng)施工至橫隔板7位置，立模綁扎橫隔板鋼筋，并預(yù)埋轉(zhuǎn)向或錨固裝置；

步驟10：體外預(yù)應(yīng)力索6穿過相應(yīng)的錨固塊及轉(zhuǎn)向塊，張拉至設(shè)計(jì)荷載錨固。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。