流线型钢混凝土叠合箱梁.pdf

本发明公开了一种流线型钢-混凝土叠合箱梁，涉及桥梁工程技术领域，用于大跨桥梁的主梁，其在叠合箱梁两侧设置风嘴结构，桥面板采用预制混凝土板与后浇混凝土层组成的叠合结构。本发明在使用时，叠合箱梁为流线型的单箱单室或单箱多室横断面，风嘴结构为多边形开口薄壁结构，并在叠合桥面板内施加纵、横向预应力。本发明有效提高了主梁截面的抗扭刚度和抗风稳定性，显著改善了桥面板的整体性和耐久性，拓展了叠合梁在斜拉桥等大跨桥梁中的应用。

1、  一种流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述叠合箱梁由钢主梁结构、叠合桥面板和风嘴结构(16)构成；风嘴结构(16)置于叠合箱梁两侧，整个叠合箱梁横断面呈流线型单箱。

2、  根据权利要求1所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述钢主梁结构由外侧钢纵梁(1)、内侧钢纵梁(21)、钢小纵梁(2)、钢横梁(3)、钢底板(4)和钢斜底板(5)构成；外侧钢纵梁(1)、内侧钢纵梁(21)、钢小纵梁(2)和钢横梁(3)正交布置，组成钢梁格；内侧钢纵梁(21)、钢横梁(3)将叠合箱梁分割成若干腔室。

3、  根据权利要求2所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述外侧钢纵梁(1)、内侧钢纵梁(21)、钢横梁(3)为“T”型横断面，钢小纵梁(2)为“工”型横断面，在外侧钢纵梁(1)、内侧钢纵梁(21)、钢小纵梁(2)、钢横梁(3)的上翼缘设置抗剪连接件(6)；
钢底板(4)和钢斜底板(5)，为带纵向加劲肋(7)的钢板，纵向加劲肋(7)横断面为“U”型、“T”型或“L”型其中之一。

4、  根据权利要求1所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述叠合桥面板，由预制混凝土板(8)和后浇混凝土层(9)构成；叠合桥面板内施加纵、横向预应力。

5、  根据权利要求4所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述预制混凝土板(8)，为钢筋混凝土板，其厚度为160～200mm，板内设有纵向预应力钢束管道(10)和横向预应力钢束管道(11)，板顶面设有凸出的抗剪构造钢筋(20)；预制混凝土板(8)的平面尺寸与钢梁格相适配，其周缘置于钢梁格的上翼缘，支承长度不小于5cm；预制混凝土板(8)内的受力钢筋由周侧面伸出形成胡子筋(12)，邻近的两预制混凝土板(8)的胡子筋(12)至少有1/3长度相互焊接。

6、  根据权利要求4所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述后浇混凝土层(9)，其厚度为60～120mm，覆盖在预制混凝土板(8)顶面上，并浇注相邻预制混凝土板(8)与钢梁格上翼缘形成的“U”型槽口；后浇混凝土层(9)内部设有构造钢筋网(13)，其钢筋直径为8～12mm。

7、  根据权利要求4所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述叠合桥面板内施加纵、横向预应力，通过纵向预应力钢束(14)和横向预应力钢束(15)分别穿过若干相邻预制混凝土板(8)内的纵向预应力钢束管道(10)和横向预应力钢束管道(11)并张拉实现；预应力钢束(14)、(15)穿过的若干相邻预制混凝土板(8)，其顶面及相邻槽口应已浇注后浇混凝土层(9)，并相互连成整体；当后浇混凝土层(9)达到至少70％强度时，方可张拉预应力钢束。

8、  根据权利要求3所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述抗剪连接件(6)，为栓钉、开孔钢板或槽钢其中之一。

9、  根据权利要求5所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述抗剪构造钢筋(20)，为圆弧形或三角形，直径为8～12mm，高度为40～100mm。

10、  根据权利要求1所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其特征在于：所述风嘴结构(16)，由带纵向加劲肋(17)的钢板(18)和钢横隔板(19)构成，横断面为多边形开口薄壁结构型式；通过焊接或栓接与外侧钢纵梁(1)固连。

流线型钢—混凝土叠合箱梁
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体地说是一种用于大跨桥梁的流线型钢—混凝土叠合箱梁结构。
背景技术
用于桥梁主梁的钢—混凝土叠合梁是由主梁钢结构和混凝土桥面板通过抗剪连接件组合在一起共同工作的结构。相比钢箱梁桥，叠合梁桥以混凝土桥面板取代正交异性钢桥面板，节约钢材，且桥面铺装简便可靠；相比混凝土箱梁桥，叠合梁桥除桥面板外，其余部分采用钢结构，大大降低了上部结构重量，节约了下部结构造价。
对于叠合梁斜拉桥等大跨桥梁，目前常用的叠合主梁横断面形式包括采用双工字型钢梁的叠合主梁结构、采用分离式钢箱梁的叠合主梁结构、采用整体式钢箱梁的叠合主梁结构等。这些主梁横断面或为开口断面，抗扭刚度差；或外形钝化，抗风性能不甚理想。如果抗风要求较高，则需采取必要措施。
此外，在现有的大跨叠合梁桥中，桥面板通常采用预制混凝土板，通过现浇钢梁格顶面的接缝混凝土使预制混凝土板与钢梁形成整体共同工作。该方法虽然通过增长预制混凝土板龄期减小了混凝土收缩徐变的不利影响，但桥面整体性较差，在湿接缝附近易出现混凝土开裂等耐久性问题，加拿大Annacis桥等已出现了这方面病害。
上述问题限制了叠合梁在斜拉桥等大跨桥梁中的进一步应用。
为提高叠合梁斜拉桥等大跨桥梁的抗风性能，目前采用的主要方式有：1)对于采用双工字型钢梁的叠合主梁，在主梁外侧设置导流板，如青州闽江大桥，该桥为主跨605m的双塔双索面斜拉桥，桥面宽29m，设计基本风速36m/s；2)对于采用分离式钢箱梁的叠合主梁，在主梁两侧设置风嘴结构，风嘴由薄壁结构构成，薄壁结构的横断面呈三角形(该发明已申请中华人民共和国国家知识产权局发明专利，申请号：200610025774.5)，如颗珠山大桥，该桥为主跨332m的双塔双索面斜拉桥，桥面宽35m，设计基本风速42m/s；3)对于采用整体式钢箱梁的叠合主梁，在主梁的斜腹板下缘设置检修轨道结构，该检修轨道结构由轨道和轨道支撑块组成(该发明已申请中华人民共和国国家知识产权局发明专利，申请号：200610025063.8)，如东海大桥，该桥为主跨420m的双塔中央索面斜拉桥，桥面宽33m，设计基本风速42m/s。这些措施能够提高该类型桥的抗风稳定性，但并未完全解决跨径大、桥面宽的叠合梁桥的抗风问题，主梁横断面仍有提高抗扭刚度、改善气动外形的空间，尚需进一步发展。
2004年，清华大学聂建国发明了一种用于公路桥梁及工业与民用建筑楼盖体系的钢—混凝土叠合板组合梁(中华人民共和国国家知识产权局发明专利，专利号：200410062214.8)：在钢梁上焊接抗剪连接件，实心钢筋混凝土或空心钢筋混凝土预制板横向搭于工字型钢梁或箱形钢梁的上翼缘上，其板端伸出胡子筋相互交叉，相互焊接，然后浇混凝土后浇层而成。相比现浇混凝土板组合梁，叠合板组合梁节省了模板，减少了现场混凝土湿作业量，缩短施工工期；相比预制混凝土板组合梁，叠合板组合梁整体性有明显改善。该类型组合梁在建筑结构及中小跨径城市桥梁中已得到较广泛的应用，在斜拉桥等大跨桥梁中尚未有应用报道，但其为改善大跨桥梁桥面整体性提供了一种有效措施。目前把叠合板组合梁技术应用于斜拉桥等大跨桥梁尚存在以下技术难点：大跨斜拉桥跨径大、桥面宽，在主跨跨中及边跨过渡墩附近的无索区主梁承受较大的纵向拉力，且在主梁纵梁处桥面板还受到很大的横向拉应力作用，因此仅靠叠合桥面板结构并不能完全解决桥面混凝土开裂的问题，还需进一步研究符合斜拉桥等大跨桥梁结构受力、构造特点的新型措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流线型钢—混凝土叠合箱梁，抗扭刚度大，抗风性能好，有效解决桥面板混凝土易开裂的问题，提高整个桥面结构的耐久性。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述叠合箱梁由钢主梁结构、叠合桥面板和风嘴结构(16)构成；风嘴结构(16)置于叠合箱梁两侧，整个叠合箱梁横断面呈流线型单箱。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述钢主梁结构由外侧钢纵梁(1)、内侧钢纵梁(21)、钢小纵梁(2)、钢横梁(3)、钢底板(4)和钢斜底板(5)构成；外侧钢纵梁(1)、内侧钢纵梁(21)、钢小纵梁(2)和钢横梁(3)正交布置，组成钢梁格；内侧钢纵梁(21)、钢横梁(3)将叠合箱梁分割成若干腔室。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述外侧钢纵梁(1)、内侧钢纵梁(21)、钢横梁(3)为“T”型横断面，钢小纵梁(2)为“工”型横断面，在外侧钢纵梁(1)、内侧钢纵梁(21)、钢小纵梁(2)、钢横梁(3)的上翼缘设置抗剪连接件(6)；
钢底板(4)和钢斜底板(5)，为带纵向加劲肋(7)的钢板，纵向加劲肋(7)横断面为“U”型、“T”型或“L”型其中之一。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述叠合桥面板，由预制混凝土板(8)和后浇混凝土层(9)构成；叠合桥面板内施加纵、横向预应力。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述预制混凝土板(8)，为钢筋混凝土板，其厚度为160～200mm，板内设有纵向预应力钢束管道(10)和横向预应力钢束管道(11)，板顶面设有凸出的抗剪构造钢筋(20)；预制混凝土板(8)的平面尺寸与钢梁格相适配，其周缘置于钢梁格的上翼缘，支承长度不小于5cm；预制混凝土板(8)内的受力钢筋由周侧面伸出形成胡子筋(12)，邻近的两预制混凝土板(8)的胡子筋(12)至少有1/3长度相互焊接。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述后浇混凝土层(9)，其厚度为60～120mm，覆盖在预制混凝土板(8)顶面上，并浇注相邻预制混凝土板(8)与钢梁格上翼缘形成的“U”型槽口；后浇混凝土层(9)内部设有构造钢筋网(13)，其直径为8～12mm。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述叠合桥面板内施加纵、横向预应力，通过纵向预应力钢束(14)和横向预应力钢束(15)分别穿过若干相邻预制混凝土板(8)内的纵向预应力钢束管道(10)和横向预应力钢束管道(11)并张拉实现；预应力钢束(14)、(15)穿过的若干相邻预制混凝土板(8)，其顶面及相邻槽口应已浇注后浇混凝土层(9)，并相互连成整体；当后浇混凝土层(9)达到至少70％强度时，方可张拉预应力钢束。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述抗剪连接件(6)，为栓钉、开孔钢板或槽钢其中之一。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述抗剪构造钢筋(20)，为圆弧形或三角形，直径为8～12mm，高度为40～100mm。
所述的流线型钢—混凝土叠合箱梁，其所述风嘴结构(16)，由带纵向加劲肋(17)的钢板(18)和钢横隔板(19)构成，为多边形开口薄壁横断面；通过焊接或栓接与外侧的钢纵梁(1)固连。
本发明相对于现有技术的主要优点为：
采用设置风嘴结构的流线型叠合箱梁断面，其抗扭刚度大，抗风性能好，增大了大跨叠合梁桥在跨越海峡、高山峡谷等高风速地区的适用范围；采用预制混凝土板与现浇混凝土层组成的叠合桥面板，叠合桥面板内施加纵、横向预应力，增大了桥面整体性，有效解决了常用预制板叠合梁在湿接缝附近易出现混凝土开裂的不足，提高了整个桥面结构的整体性和耐久性，拓展了叠合梁在斜拉桥等大跨桥梁中的应用。
附图说明
图1为本发明的流线型钢—混凝土叠合箱梁结构示意图；
图2为图1中的A部放大示意图；
图3为叠合箱梁钢主梁结构示意图；
图4为预制混凝土板示意图；
图5为风嘴结构示意图；
图6为单箱单室叠合箱梁示意图。
具体实施方式
请参见图1～6所示，为本发明的一种流线型钢—混凝土叠合箱梁。叠合箱梁由钢主梁结构、叠合桥面板和风嘴结构16构成；风嘴结构16置于叠合箱梁两侧，整个叠合箱梁呈流线型单箱横断面。钢主梁结构由外侧钢纵梁1、内侧钢纵梁21、钢小纵梁2、钢横梁3、钢底板4和钢斜底板5构成；外侧钢纵梁1、内侧钢纵梁21、钢小纵梁2和钢横梁3正交布置，组成钢梁格；内侧钢纵梁21、钢横梁3将叠合箱梁分割成若干腔室。外侧钢纵梁1、内侧钢纵梁21、钢横梁3为“T”型横断面，钢小纵梁2为“工”型横断面，在外侧钢纵梁1、内侧钢纵梁21、钢小纵梁2、钢横梁3的上翼缘设置抗剪连接件6。钢底板4和钢斜底板5为带纵向加劲肋7的钢板，纵向加劲肋7横断面为“U”型、“T”型或“L”型其中之一。叠合桥面板由预制混凝土板8和后浇混凝土层9构成；叠合桥面板内施加纵、横向预应力。预制混凝土板8为钢筋混凝土板，其厚度为160～200mm，应满足施工荷载、预应力钢束设置等要求。板内设有纵向预应力钢束管道10和横向预应力钢束管道11，板顶面设有凸出的抗剪构造钢筋20。预制混凝土板8的平面尺寸与钢梁格相适配，其周缘置于钢梁格的上翼缘，支承长度不小于5cm。预制混凝土板8内的受力钢筋由周侧面伸出形成胡子筋12，邻近的两预制混凝土板8的胡子筋12至少有1/3长度相互焊接，起抵抗桥面板局部负弯矩及纵向抗剪的作用。后浇混凝土层9覆盖在预制混凝土板8顶面上，并浇注相邻预制混凝土板8与钢梁格上翼缘形成的“U”型槽口；后浇混凝土层9内部设有构造钢筋网13，其直径为8～12mm。后浇混凝土层9厚度为60～120mm，应满足抗剪构造钢筋20及构造钢筋网13的保护层厚度要求。叠合桥面板内施加纵、横向预应力，通过纵向预应力钢束14和横向预应力钢束15分别穿过若干相邻预制混凝土板8内的纵向预应力钢束管道10和横向预应力钢束管道11并张拉实现；预应力钢束穿过的若干相邻预制混凝土板8，其顶面及相邻槽口应已浇注后浇混凝土层9，并相互连成整体；当后浇混凝土层9达到至少70％强度时，方可张拉预应力钢束。抗剪连接件6为栓钉、开孔钢板或槽钢其中之一。抗剪构造钢筋20为圆弧形或三角形，直径为8～12mm，高度为40～100mm。抗剪连接件6和抗剪构造钢筋20保证了主梁钢结构、预制混凝土板8和后浇混凝土层9的有效粘结。风嘴结构16由带纵向加劲肋17的钢板18和钢横隔板19构成，为多边形开口薄壁横断面，其形状和尺寸需通过风洞试验或数值模拟方法确定。钢横隔板19纵桥向位置与钢横梁3一致；风嘴结构16通过焊接或栓接与外侧钢纵梁1固连。