应用于独塔自锚式悬索桥的主梁.pdf

本发明公开了一种应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，它包括位于悬索桥主跨部的钢加劲梁以及位于边跨部和锚跨部的混凝土加劲梁，所述钢加劲梁和混凝土加劲梁通过钢混结合部连接过渡，钢混结合部处的混凝土加劲梁外包有承压钢板，承压钢板与钢混结合部处的钢加劲梁固接。本发明是一种结构简单、既能满足独塔自锚式悬索桥的施工效率要求、又能满足桥梁受力强度要求、且经济性相对较高的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁。

1、  一种应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：它包括位于悬索桥主跨部的钢加劲梁(31)以及位于边跨部和锚跨部的混凝土加劲梁(32)，所述钢加劲梁(31)和混凝土加劲梁(32)通过钢混结合部(33)连接过渡，钢混结合部(33)处的混凝土加劲梁(32)外包有承压钢板(61)，承压钢板(61)与钢混结合部(33)处的钢加劲梁(31)固接。

2、  根据权利要求1所述的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：所述钢混结合部(33)处钢加劲梁(31)内设有横隔板(64)。

3、  根据权利要求1或2所述的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：所述钢加劲梁(31)内部沿纵向设有纵梁(7)，纵梁(7)位于钢加劲梁(31)内顶板与底板之间，所述纵梁(7)内沿纵向铺设有纵向加劲板(71)，纵梁(7)内沿横向铺设有横向加劲板(72)。

4、  根据权利要求3所述的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：所述纵梁(7)与钢加劲梁(31)的底板之间设有梁底加劲件(8)，所述梁底加劲件(8)包括纵向加劲钢板(81)和横向加劲钢板(82)，纵向加劲钢板(81)沿纵向铺设于纵梁(7)与钢加劲梁(31)的底板之间，纵向加劲钢板(81)上间隔布置有横向加劲钢板(82)。

5、  根据权利要求1或2所述的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：所述钢混结合部(33)处内部设有用来连接钢加劲梁(31)和混凝土加劲梁(32)的PBL剪力连接件(5)和栓钉(51)，所述PBL剪力连接件(5)为设置于钢加劲梁(31)的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插设有钢筋，所述栓钉(51)装设于承压钢板(61)上。

6、  根据权利要求4所述的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：所述钢混结合部(33)处内部设有用来连接钢加劲梁(31)和混凝土加劲梁(32)的PBL剪力连接件(5)和栓钉(51)，所述PBL剪力连接件(5)为设置于钢加劲梁(31)的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插设有钢筋，所述栓钉(51)装设于承压钢板(61)上。

7、  根据权利要求1或2所述的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：所述钢混结合部(33)处钢加劲梁(31)内底板、顶板以及腹板上均设有U型肋(62)，U型肋(62)上设有π型加劲肋(63)。

8、  根据权利要求6所述的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：所述钢混结合部(33)处钢加劲梁(31)内底板、顶板以及腹板上均设有U型肋(62)，U型肋(62)上设有π型加劲肋(63)。

应用于独塔自锚式悬索桥的主梁
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，尤其涉及一种应用于独塔自锚式悬索桥的主梁。
背景技术
目前，在200～600m跨度范围内的桥梁较多采用斜拉桥结构和拱式结构，随着技术的进步，在这一领域出现了自锚式悬索桥的结构形式以作为补充。在地基承载能力较差、有通航要求的跨江(河)的地方建桥，如采用斜拉桥结构，由于斜拉桥需要较大跨径边跨进行平衡，造价较高；如采用拱式结构桥梁，则采用无推力拱同样也必须采用较大边跨进行平衡，如采用有推力拱，则必须修建庞大的基础，造价高而且不利于环境保护。相比之下，自锚式悬索桥兼有以上两种结构的优点而避免了两种结构的不足，具有较大竞争优势。由于在悬索桥中，桥面重量和车辆等荷载都是通过与吊杆(索)相连的主缆传递给索塔和主缆两端的锚碇，而自锚式悬索桥的主缆直接拉在桥两端的主梁上，让主缆两端的水平力互相抵消，这样相比于与地锚式悬索桥，自锚式悬索桥取消了大体积的锚碇施工，节省了工程造价，但自锚式悬索桥的主梁也需承受更大的压应力。在经济性更高、景观效果更好的独塔自锚式悬索桥中，对主梁的强度要求也更高，为此需要对主梁的结构进行一系列改进以满足自锚式悬索桥，尤其是独塔自锚式悬索桥的强度要求和安全性要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、既能满足独塔自锚式悬索桥的施工效率要求、又能满足桥梁受力强度要求、且经济性相对较高的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，其特征在于：它包括位于悬索桥主跨部的钢加劲梁以及位于边跨部和锚跨部的混凝土加劲梁，所述钢加劲梁和混凝土加劲梁通过钢混结合部连接过渡，钢混结合部处的混凝土加劲梁外包有承压钢板，承压钢板与钢混结合部处的钢加劲梁固接。
所述钢混结合部处钢加劲梁内设有横隔板。
所述钢加劲梁内部沿纵向设有纵梁，纵梁位于钢加劲梁内顶板与底板之间，所述纵梁内沿纵向铺设有纵向加劲板，纵梁内沿横向铺设有横向加劲板。
所述纵梁与钢加劲梁的底板之间设有梁底加劲件，所述梁底加劲件包括纵向加劲钢板和横向加劲钢板，纵向加劲钢板沿纵向铺设于纵梁与钢加劲梁的底板之间，纵向加劲钢板上间隔布置有横向加劲钢板。
所述钢混结合部处内部设有用来连接钢加劲梁和混凝土加劲梁的PBL剪力连接件和栓钉，所述PBL剪力连接件为设置于钢加劲梁的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插设有钢筋，所述栓钉装设于承压钢板上。
所述钢混结合部处钢加劲梁内底板、顶板以及腹板上均设有U型肋，U型肋上设有π型加劲肋。
与现有技术相比，本发明的优点就在于：
1、本发明的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，在独塔自锚式悬索桥的主跨部采用钢加劲梁架设，在小跨径边跨和锚跨部分采用混凝土加劲梁架设，这使得主梁的整体造价大大降低，两种材料的性能和优势都得到充分利用，比单纯使用昂贵钢材的加劲梁更加节省、成本更小，同时还能够承受更大的压应力，经济效益非常可观；
2、本发明的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，在钢混结合部设置了剪力连接件和预应力连接件用来连接钢加劲梁和混凝土加劲梁，实现了两种材料在钢混结合部受力的平缓传递和刚度过渡，满足了力在加劲梁中传递的顺畅性和连续性，避免了出现应力集中和折角，从而解决了连接钢加劲梁和混凝土加劲梁的钢混结合部容易发生刚度突变的弱点；
3、本发明的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，在钢混结合部混凝土梁段外包有承压钢板，承压钢板与钢混结合部内的钢箱梁固接，这使得混凝土加劲梁、钢混结合部和钢加劲梁形成一个整体以承受外部荷载。在钢混混结合部的钢箱梁段内增设横隔板，以增加钢混结合部内钢箱梁的刚度，从而能够有效防止钢混结合部出现应力集中，保证力传递的顺畅性；
4、本发明的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，通过在钢加劲梁内设置纵梁，使得钢加劲梁顶底板的应力能较为均匀的分布，主缆的水平力也可通过锚跨直接传到纵梁上。纵梁自身采用由纵向加劲板和横向加劲板组成的格子板加强，可以提高纵梁的稳定性。另外，纵梁在横向布置上的适当间距，还可以减小钢加劲梁在顶推施工过程中的横向变形和横向受力；本发明进一步在钢加劲梁内设置梁底加劲件，以降低钢加劲梁顶推施工过程中的局部压应力，防止钢加劲梁底板局部失稳，满足钢加劲梁连续滑行的需要。
附图说明
图1是本发明应用于独塔自锚式悬索桥的整体结构示意图；
图2是本发明中钢混结合部的结构示意图；
图3是本发明中钢加劲梁的结构示意图；
图4是钢加劲梁内纵梁的结构示意图。
图例说明：
1、主缆                            2、索塔
3、主梁                            31、钢加劲梁
32、混凝土加劲梁                   33、钢混结合部
4、吊杆                            5、PBL剪力连接件
51、栓钉                           61、承压钢板
62、U型肋                          63、π型加劲肋
64、横隔板                         7、纵梁
71、纵向加劲板                     72、横向加劲板
8、梁底加劲件                      81、纵向加劲钢板
82、横向加劲钢板
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
参见图1、图2、图3和图4所示，一般的独塔自锚式悬索桥包括一个索塔2以及主缆1、主梁3和吊杆4，主缆1的中部支承于索塔2的顶部，主缆1的两端固定于主梁3上，主梁1通过吊杆4悬吊于主缆1的下方。本发明的应用于独塔自锚式悬索桥的主梁，它包括位于悬索桥主跨部的钢加劲梁31以及位于边跨部和锚跨部的混凝土加劲梁32，所述钢加劲梁31和混凝土加劲梁32通过钢混结合部33连接过渡，钢混结合部33处的混凝土加劲梁32外包有承压钢板61，承压钢板61与钢混结合部33处的钢加劲梁31固接。主缆1的水平轴力在钢混结合部33处通过连接件由混凝土加劲梁32非常顺畅的传至承压钢板61，并由承压钢板61通过钢混结合部33内的钢箱梁传至钢加劲梁31。由于承压钢板61与钢加劲梁31直接焊接，这使得混凝土加劲梁32、钢混结合部33和钢加劲梁31形成一个整体以承受外部荷载。在较佳实施例中，钢混结合部33处钢加劲梁31内设有横隔板64，横隔板64在钢混结合部33内的间距相比钢加劲梁31标准节段内的间距缩短了二分之一。同时，对钢加劲梁31顶板、底板和腹板也进行了局部加厚，将作用应力控制在疲劳限值以内。钢加劲梁31内部沿纵向设有纵梁7，纵梁7位于钢加劲梁31内顶板与底板之间，所述纵梁7内沿纵向铺设有纵向加劲板71，纵梁71内沿横向铺设有横向加劲板72。纵梁7与钢加劲梁31的底板之间设有梁底加劲件8，所述梁底加劲件8包括纵向加劲钢板81和横向加劲钢板82，纵向加劲钢板81沿纵向铺设于纵梁7与钢加劲梁31的底板之间，纵向加劲钢板81上间隔布置有横向加劲钢板82。纵梁7的布置可以使钢加劲梁31顶板、底板应力较为均匀的分布，主缆1的水平力通过锚跨也可以直接传到钢加劲梁31的纵梁7上。纵梁7自身采用的由纵向加劲板71、横向加劲板72组成的格子板加强，以提高纵梁7的稳定性。另外，如果对钢加劲梁31采取顶推法进行施工，那纵梁7在横向布置上的适当间距还可以减小钢加劲梁31在顶推施工过程中的横向变形和横向受力。若采用顶推法对钢加劲梁31进行施工，那么在施工过程中，当钢加劲梁31的悬臂长度超过一定范围后梁的挠度会迅速增大，支座处转角也增大，支座与梁的接触面积迅速减小，梁底局部应力迅速增高，梁的局部稳定问题突出。为了适应对钢加劲梁31可能采取的顶推施工方法，如图3所示，本发明在钢加劲梁31内的纵梁7与钢加劲梁31的底板之间设置一种梁底加劲件8，以降低顶推施工过程中的局部压应力。梁底加劲件8包括纵向加劲钢板81和横向短钢板82，纵向加劲钢板81沿纵向通长铺设于纵梁7与钢加劲梁31底部之间，纵向加劲钢板81上间隔布置有横向短钢板82，横向短钢板82可以加强钢加劲梁底板的面外刚度，防止底板局部失稳，满足钢加劲梁31在顶推施工过程中连续滑行的需要。钢混结合部33处内部设有用来连接钢加劲梁31和混凝土加劲梁32的PBL剪力连接件5和栓钉51，所述PBL剪力连接件5为设置于钢加劲梁31的底板、顶板以及腹板延伸段设置的传剪肋条，传剪肋条上开设有孔，孔内插设有钢筋，所述栓钉51装设于承压钢板61上。在具体实施例中，PBL剪力连接件5的具体构造是在钢加劲梁31的顶板、底板及腹板延伸段设传剪肋条，肋条上开有ф60mm的圆孔，孔中穿有Φ20mm的二级钢筋，剪力连接件主要用来加强混凝土和钢材两种材料的粘结性能。通过PBL剪力连接件5和预应力可将钢材料和混凝土材料很好的结合。承压钢板61上布置有ф19×140mm的圆柱墩头剪力钉作为栓钉51，用以传递剪力和扭矩，剪力、扭矩从桥面及腹板的PBL剪力键传递到钢加劲梁31上。钢混结合部33处钢加劲梁31内底板、顶板以及腹板上均设有U型肋62，U型肋62上设有π型加劲肋63。
其中，本实施例中，钢加劲梁31为全焊单箱三室钢箱梁，其上、下翼缘为正交异性板结构，采用顶推工艺进行钢加劲梁31的施工。自锚式悬索桥与其它桥型不同，其主缆1直接锚固在主梁3的两端，主梁3需要直接承受主缆1锚固点的水平轴力和竖向分力，形成自平衡体系。主梁3上主缆1锚固点的设计非常复杂，但采用混凝土材料建造锚跨以后，设计就变得比较简单，可借此充分发挥混凝土自重大的优势，将主缆1锚固点的体积做得很大，使其具备良好的锚固和压重作用，抵消了主缆1的竖向分力，避免锚跨端支座产生负反力。主缆1提供的巨大水平轴力还可为主梁3提供免费预应力，大大减少预应力材料的用量，降低工程造价。本实施例中，主梁3的边跨位于索塔2一侧的河堤上方，也采用混凝土材料建造，一来节省了桥梁用料的成本，另外在河堤上建墩也便于施工，减小施工成本，同时不影响河道的航运。主梁3的主跨位于河道上方，全部为钢加劲梁31，这不仅能够实现主梁3较大的跨越能力，而且通过对钢加劲梁31采用顶推施工方法，还可以减少工期，不影响河道的航运。因此，针对主梁3不同结构段上性能要求的不同及所处现场施工条件的差异，主梁3采用了在不同位置使用不同材料进行建造的混合梁结构模式，这不仅使各类建筑材料的性能和优点得到了充分的利用，也从整体上降低了桥梁建造的成本，其经济性和性能上的优越性是显而易见的。