预应力、钢混凝土组合结构框架构件.pdf

本实用新型涉及一种用于构建人车分流、低架的车行天桥的桥梁组合结构构件。本发明采用框架结构将抗拉性能强的钢材、抗压性能强的混凝土通过相互组合分别合理的用在构件的拉伸区及压缩区，形成高性能、经济性的组合结构构件，提供了一种预应力、钢—混凝土组合结构框架构件。采用上述结构充分发挥了钢材和混凝土材料的各自材料特性，大幅减少工程材料，同时可实现规模化、工业化生产，现场施工只需拼装组合，简便易行，实现快速施工，减少对城市交通的影响，大大降低施工成本，减少投资、节约城建成本，取得良好的综合经济效益。

1.  一种预应力、钢-混凝土组合结构框架构件，其特征在于：该框架构件包括上层预应力钢筋混凝土板(1)，下层钢结构框架(2)，框架构件的平面尺寸根据机动车道的标准宽度采用定尺寸设计；钢结构框架(2)上设有框架间相互连接固定的阴阳插接头(6)，预应力钢筋混凝土板(1)周边设置有便于相互拼装配合及安装弹性嵌缝材料的连接槽(7)，预应力钢筋混凝土板(1)与钢结构框架(2)通过连接件相结合成为组合结构，连接件的一端焊接于钢结构框架(2)的钢桁梁(10)上表面，整个连接件埋置于预应力钢筋混凝土板(1)中。

2.  根据权利要求1所述的预应力、钢-混凝土组合结构框架构件，其特征在于：所述的框架构件的宽度尺寸为3.75m、3.5m、3.25m、3m。

3.  根据权利要求1所述的预应力、钢-混凝土组合结构框架构件，其特征在于：所述的钢结构框架(2)的立柱(3)用截面尺寸为150mm～300mm的H型钢制作，或采用钢管混凝土。

4.  根据权利要求1所述的预应力、钢-混凝土组合结构框架构件，其特征在于：所述的预应力钢筋混凝土板(1)内横、纵两个方向上布置有预应力筋(8)，在其内部还设有多个连接件容置孔(9)；预应力钢筋混凝土板(1)位于所述的钢结构框架(2)的钢桁梁(10)上方，钢桁梁(10)的上表面对应容置孔(9)的地方焊接有连接件，连接件置于容置孔(9)之中，容置孔(9)内填充有无收缩砂浆。

5.  根据权利要求4所述的预应力、钢-混凝土组合结构框架构件，其特征在于：所述的连接件为圆柱头焊钉连接件、型钢连接件、钢筋连接件。

6.  根据权利要求1、2、3所述的预应力、钢-混凝土组合结构框架构件，其特征在于：所述的预应力钢筋混凝土板(1)由波折钢板(12)、钢筋网(14)、横、纵两个方向布置的后张预应力筋(8)、现浇的混凝土层构成；波折钢板(12)位于钢结构框架(2)的钢桁梁(10)顶面之上，穿过波折钢板(12)在钢桁梁(10)顶面上等间距焊接有连接件，通过连接件使钢桁梁(10)与波折钢板(12)、混凝土相结合，形成组合框架。

7.  根据权利要求6所述的预应力、钢-混凝土组合结构框架构件，其特征在于：所述的波折钢板(12)厚度为0.8～4mm，相邻波峰间距为100～300mm，波折角度为30°。

8.  根据权利要求6所述的预应力、钢-混凝土组合结构框架构件，其特征在于：所述的连接件为刚度滞后连接件(13)，由圆柱头焊钉和包裹在圆柱头焊钉杆部2/3处的树脂砂浆构成。

预应力、钢—混凝土组合结构框架构件
技术领域
本实用新型涉及一种可拆卸、可拼装的桥梁构件。具体地涉及一种用于构建人车分流、低架的车行天桥的桥梁组合结构构件。
这里的“组合结构”一词理解为：由外露的钢梁或钢桁梁通过连接件(剪力件)与钢筋混凝土板相互结合，使混凝土与钢梁或钢桁梁成为整体，并且能够共同承担作用力的构件或结构。
背景技术
传统桥梁一般为解决交通跨越江、河、山谷、铁道、障碍物或实现机动车的立体交叉分流而设，其必然要采用大跨度的结构形式，常用的有：简支梁结构、连续梁结构、连续刚构、斜拉索结构、悬索结构、拱结构。
专利说明书01214905.5《可拆卸及移动人车通道装置》提出了一种有效解决人车分流的新思路，在原机动车道上沿纵向方向设置车行通道，在车行通道下方沿横向方向设置仅供行人通行的通道或活动空间，其桥梁结构是低架的、极小跨度的，同时直接安装于原机动车路面之上，根据机动车路面的宽度进行铺装，在这种应用模式下，采用上述已有的桥梁结构形式无疑不是最经济的。这就需要一种模块拼装式、极小跨度、良好的力学性能，同时便于运输、快速拼装组合，综合经济性优的模块构件来构建该功能的桥梁。
发明内容
发明目的：
本实用新型要解决的技术问题是为构建实现人车分流、低架的车行天桥提供一种极小跨度、具有良好的力学性能，同时便于运输、快速拼装组合，综合经济性优的桥梁构件。
技术方案：
为解决上述技术问题，本发明采用框架结构将抗拉性能强的钢材、抗压性能强的混凝土通过相互组合分别合理的用在构件的拉伸区及压缩区，形成高性能、经济性的组合结构构件，即提供一种预应力、钢—混凝土组合结构框架构件。
为便于按照机动车道的标准宽度进行拼装形成整体桥面，同时考虑构件承受的荷载和结构上的力学性能要求，框架构件的宽度尺寸可根据机动车道的标准宽度采用定尺寸设计，具体尺寸可选择3.75m、3.5m、3.25m、3m，长度尺寸(即纵向跨度)考虑到行人通行空间的要求和荷载分布、框架单独受力的力学要求也采用定尺寸设计，具体可选择4.2m、4.5m，其跨度极小。采用定尺寸设计除有可按车道宽度快速拼装桥面的好处外，其另一目的是满足了工厂定型、批量生产的需要。
框架构件包括上层预应力钢筋混凝土板，下层钢结构框架。钢结构框架的立柱可采用截面尺寸为150mm～300mm的H型钢制作，或采用钢管混凝土，立柱之间通过焊接或栓接连接梁、斜腹杆形成框架。钢结构框架上设有框架间相互连接固定的阴阳插接头，以方便下部钢结构框架的快速拼装组合并连接牢固；预应力钢筋混凝土板周边设置有便于相互拼装配合及安装弹性嵌缝材料的连接槽，可实现预应力钢筋混凝土板之间的无缝对接，有效防止雨水渗漏，同时保证桥面平顺，减少桥面行车噪音。
预应力钢筋混凝土板与钢结构框架通过连接件(剪力件)相结合成为组合结构，连接件的一端焊接于钢结构框架的钢桁梁上表面，整个连接件埋置于预应力钢筋混凝土板中。连接件的主要作用是承受钢桁梁和混凝土板之间界面上的纵向剪力，抵抗两者之间的相对滑移，同时也承担拉拔力，抵抗两者之间的掀起作用。通过连接件的组合作用，使位于钢桁梁上部的预应力钢筋混凝土板兼作桥面板并主要承担由弯矩引起的纵向压应力，而下部的钢桁梁则主要承受拉应力，两种材料扬长避短，各尽所能，协同工作，充分发挥其在结构中的作用，因而由此形成的组合结构框架构件的承载能力和刚度将远远超过非组合的独立结构形式。
在本实用新型的一种具体实施方案中，预应力钢筋混凝土板采用先张预应力施工法整块预制，在横、纵两个方向上布置预应力筋，在预应力钢筋混凝土板上预留多个连接件容置孔；在所述的钢结构框架的钢桁梁上表面对应容置孔的地方以较小的间距集中焊接连接件，形成连接件集群；将预应力钢筋混凝土板安装在钢结构框架之上，使连接件集群置于容置孔之中，用无收缩砂浆填充连接件容置孔，使预应力钢筋混凝土板与钢结构框架结合成一体，承担外力。本方案中的连接件可为圆柱头焊钉连接件、型钢连接件、钢筋连接件。圆柱头焊钉连接件，由于其力学性能不具有方向性，较容易设置，可优先采用。
在本实用新型的另一种具体实施方案中预应力钢筋混凝土板采用后张预应力施工法在钢结构框架上布置波折钢板直接浇筑，在钢结构框架的钢桁梁上布置波折钢板，波折钢板与钢桁梁顶面焊接，穿过波折钢板在钢桁梁顶面等间距焊接刚度滞后连接件，在波折钢板之上布置钢筋网，在横、纵两个方向布置预应力筋，浇筑混凝土层，通过刚度滞后连接件使钢桁梁与混凝土结合，混凝土达到设计强度后，张拉预应力筋。上述的刚度滞后连接件，其构造为在圆柱头焊钉杆部的2/3包裹树脂砂浆，在圆柱头焊钉与钢桁梁顶面焊接的根部涂抹树脂砂浆，树脂砂浆由环氧树脂和硅沙按一定比例配制而成，通过这些刚度滞后型的材料实现连接件刚度的滞后发挥。本方案由于采用现浇后张预应力施工工艺，若使用普通的刚性连接件，在张拉预应力筋施加预应力时，混凝土通过刚性连接件与钢桁梁已完全结合，共同受力，会发生一部分预应力作用到钢桁梁上，使预应力不能有效的施加给混凝土面板，将使混凝土面板的力学性能提高受到限制。而使用刚度滞后连接件的情况下，利用连接件刚度滞后的作用，预应力就能够有效的施加给混凝土面板。在达到刚度滞后时效时间后，连接件的刚度与普通焊钉连接件的刚度几乎相同，钢桁梁与混凝土就完全组合在一起承担荷载，共同发挥作用。本方案采用的波折钢板厚度为0.8～4mm，相邻波峰间距为100～300mm，与浇筑后的混凝土相结合后形成的混凝土板结构层整体性能更好，有效防止混凝土开裂，外形美观大方，兼备混凝土及钢桥面板的诸多优点，同时波折钢板又可以作为模板使用，容易实现快速、安全施工，并且保证施工质量。
有益效果：
本实用新型为构建人车分流、低架的车行天桥提供了一种桥梁组合结构框架构件，采用上述结构充分发挥了钢材和混凝土材料的各自材料特性，大幅减少工程材料，同时可实现规模化、工业化生产，现场施工只需拼装组合，简便易行，实现快速施工，减少对城市交通的影响，大大降低施工成本，减少投资、节约城建成本，取得良好的综合经济效益。
下面结合附图和实施例对本发明作详细的描述。
附图说明
图1为本实用新型的第一种实施方式的结构立体图
图2为图1左上角局部剖视放大图
图3为本实用新型的第二种实施方式的结构立体图
图4为图3左上角局部剖视放大图
具体实施方式
如图1、图2所示的框架构件，其宽度尺寸根据机动车道的标准宽度采用定尺寸设计，具体尺寸可选择3.75m、3.5m、3.25m、3m，长度尺寸(即纵向跨度)考虑到行人通行空间的要求和荷载分布、框架单独受力的力学要求也采用定尺寸设计，具体可选择4.2m、4.5m，其跨度极小。采用的定尺寸设计，充分考虑了整体桥面的荷载分布特点，单体框架构件承受的荷载和结构上的力学性能要求。其好处是：便于按照机动车道的标准宽度进行拼装形成整体桥面，同时，其另一目的是满足了工厂定型、批量生产的需要。
框架构件包括上层预应力钢筋混凝土板(1)，下层钢结构框架(2)。钢结构框架(2)的立柱(3)可采用截面尺寸为150mm～300mm的H型钢制作，或采用钢管混凝土，立柱(3)之间通过焊接或栓接连接梁(4)、斜腹杆(5)形成框架。钢结构框架(2)上设有框架间相互连接固定的阴阳插接头(6)，以方便下部钢结构框架的快速拼装组合并连接牢固；预应力钢筋混凝土板(1)周边设置有便于相互拼装配合及安装弹性嵌缝材料的连接槽(7)，可实现预应力钢筋混凝土板之间的无缝对接，有效防止雨水渗漏，同时保证桥面平顺，减少桥面行车噪音。
预应力钢筋混凝土板(1)与钢结构框架(2)通过连接件的作用相结合成为组合结构。
在本实用新型的一种实施方式中，预应力钢筋混凝土板(1)采用先张预应力施工法整块预制，在横、纵两个方向上布置预应力筋(8)，在预应力钢筋混凝土板(1)上预留多个连接件容置孔(9)；在钢结构框架的钢桁梁(10)上表面对应容置孔(9)的地方以较小的间距集中焊接圆柱头焊钉连接件(11)，形成连接件集群；将预应力钢筋混凝土板(1)安装在钢结构框架(2)之上，使连接件集群置于容置孔(9)之中，用无收缩砂浆填充连接件容置孔(9)，使预应力钢筋混凝土板(1)与钢结构框架(2)结合成一体，承担外力。圆柱头焊钉连接件(11)的主要作用是承受钢桁梁(10)和混凝土板(1)之间界面上的纵向剪力，抵抗两者之间的相对滑移，同时也承担拉拔力，抵抗两者之间的掀起作用。通过连接件的组合作用，使位于钢桁梁(10)上部的预应力钢筋混凝土板(1)兼作桥面板并主要承担由弯矩引起的纵向压应力，而下部的钢桁梁(10)则主要承受拉应力，两种材料扬长避短，各尽所能，协同工作，充分发挥其在结构中的作用，因而由此形成的组合结构框架构件的承载能力和刚度将远远超过非组合的独立结构形式。
如图3、图4所示，在本实用新型的第二种实施方式中，给出了另一种预应力钢筋混凝土板与钢结构框架的组合方式。在该方案中预应力钢筋混凝土板(1)采用后张预应力施工法在钢结构框架(2)上布置波折钢板(12)直接浇筑，在钢结构框架(2)的钢桁梁(10)上布置波折钢板(12)，波折钢板(12)与钢桁梁(10)顶面焊接，穿过波折钢板(12)在钢桁梁(10)顶面等间距焊接刚度滞后连接件(13)，在波折钢板(12)之上布置钢筋网(14)，在横、纵两个方向布置预应力筋(8)，浇筑混凝土层，通过刚度滞后连接件(13)使钢桁梁(10)与混凝土板(1)结合，混凝土达到设计强度后，张拉预应力筋。上述的刚度滞后连接件(13)，其构造为在圆柱头焊钉杆部的2/3包裹树脂砂浆，在圆柱头焊钉与钢桁梁顶面焊接的根部涂抹树脂砂浆，树脂砂浆由环氧树脂和硅沙按一定比例配制而成，通过这些刚度滞后型的材料实现连接件刚度的滞后发挥。本方案由于采用现浇后张预应力施工工艺，若使用普通的刚性连接件，在张拉预应力筋施加预应力时，混凝土通过刚性连接件与钢桁梁已完全结合，共同受力，会发生一部分预应力作用到钢桁梁上，使预应力不能有效的施加给混凝土面板，将使混凝土面板的力学性能提高受到限制。而使用刚度滞后连接件的情况下，利用连接件刚度滞后的作用，预应力就能够有效的施加给混凝土面板。在达到刚度滞后时效时间后，连接件的刚度与普通焊钉连接件的刚度几乎相同，钢桁梁与混凝土就完全组合在一起承担荷载，共同发挥作用。本方案采用的波折钢板(12)，厚度为0.8～4mm，相邻波峰间距为100～300mm，波折角度为30°，与浇筑后的混凝土相结合后形成的混凝土板结构层整体性能更好，有效防止混凝土开裂，外形美观大方，兼备混凝土及钢桥面板的诸多优点，同时波折钢板又可以作为模板使用，容易实现快速、安全施工，并且保证施工质量。