本實用新型涉及橋梁設計施工技術領域,尤其涉及一種輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋體系。
背景技術:
:
矮塔斜拉橋又稱部分斜拉橋,它兼有斜拉橋和懸澆變截面預應力混凝土連續(xù)梁橋二種橋型的結構優(yōu)點,具有較大的剛度和較低的橋塔高度,橋型美觀,跨越能力大,在100-300米跨徑范圍內具有很強的競爭力,是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ臉蛐徒Y構。近十年來,其發(fā)展速度尤為迅猛,在全世界范圍內已有近百座矮塔斜拉橋建成,其中有50余座在我國境內。
目前的剛構橋橋梁結構形式不合理,容易發(fā)生跨中下?lián)吓c腹板開裂問題,矮塔斜拉橋作為介于斜拉橋與剛構橋之間的結構形式,由于其同時采用體內預應力與體外預應力,橋梁的經(jīng)濟跨越能力更大,達到200-300m,但目前的矮塔斜拉橋主要采用混凝土主梁,其梁體自重大,在一段時間的運營后,仍可能出現(xiàn)跨中下?lián)吓c腹板開裂問題,因此提出一種主梁為組合結構的輕質混合梁矮塔斜拉橋體系以大幅降低主梁自重,避免橋梁在營運使用出現(xiàn)跨中下?lián)吓c腹板開裂問題,具有顯著的工程意義。
技術實現(xiàn)要素:
:
本實用新型的目的在于提供一種輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋體系,以降低矮塔斜拉橋結構體系跨中梁段主梁結構自重,提高跨中梁段主梁的抗彎剛度,使結構受力性能優(yōu)化,形成一種結構更加簡單,自重更輕,具有更廣闊工程運用前景的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋體系。
為實現(xiàn)上述目的,本實用新型提出的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋體系,包括:矮塔、斜拉索、連接梁段、鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段、工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段、支座梁段和橋墩,所述矮塔垂直固接在所述支座梁段的上方,所述橋墩垂直固接在所述支座梁段的下方作為橋梁的支撐,所述斜拉索一端固接在所述矮塔的頂端,所述斜拉索的另一端固接在所述工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段上,所述工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段一端通過所述連接梁段與所述鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段固接,所述工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段的另一端與所述支座梁段固接,所述支座梁段采用混凝土截面。
上述技術方案中,所述矮塔的高度為中跨跨徑L的1/20~1/8,所述鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段的長度為中跨跨徑L的 1/4~1/3,所述工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段的長度為中跨跨徑L的3/14~3/7,所述支座梁段的單側長度為中跨跨徑L的 1/15~1/20。通過大量的計算及優(yōu)化,規(guī)定了各個梁段的比例長度,以達到結構形式最優(yōu)化的效果。
上述技術方案中,所述連接梁段包括:連接梁段下翼緣鋼縱梁、腹桿、上翼緣鋼縱梁、連接梁段腹板鋼殼、連接梁段鋼殼內栓釘、安裝臺座、上翼緣鋼橋面板、上翼緣鋼橫梁、連接段鋼殼端板和下翼緣鋼蓋板,連接梁段的抗彎剛度大于兩個相鄰梁段,其抗彎剛度大于相鄰梁段保證了在發(fā)生結構極限荷載破壞時,不會發(fā)生在連接節(jié)點位置的破壞。
上述技術方案中,所述鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段由跨中混凝土橋面板、跨中鋼桁架腹桿、跨中鋼桁架下弦桿和跨中鋼桁架下弦橫桿構成,所述跨中鋼桁架腹桿固定設置在所述跨中混凝土橋面板與跨中鋼桁架下弦桿及跨中鋼桁架下弦橫桿之間,所述跨中鋼桁架下弦桿與跨中鋼桁架下弦橫桿垂直相接,所述跨中混凝土橋面板采用強度大于C60的高性能纖維混凝土,采用高強度高性能纖維混凝土可以大幅的降低板的厚度,減輕跨中鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段的重量。
上述技術方案中,所述工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段是由工字型混凝土截面與鋼桁架腹桿構成的空間結構。
上述技術方案中,所述工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段由頂部的混凝土頂板、底部的混凝土底板以及固定設置在所述混凝土頂板和混凝土底板之間的鋼桁架腹桿和混凝土腹板組成,所述混凝土頂板、混凝土底板和混凝土腹板內設置有張拉預應力。
上述技術方案中,所述支座梁段采用單箱多室混凝土截面形式,所述支座梁段由支座梁段上翼緣板、支座梁段外腹板、支座梁段內底板和支座梁段內腹板組成,所述支座梁段外腹板和所述支座梁段內腹板固定設置在所述支座梁段上翼緣板和支座梁段內底板之間。
本實用新型中三個梁段的連接方法如下:
在施工時,首先通過桁架桿拼接螺栓將工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段的鋼桁架腹桿與連接梁段的腹桿平行對接,連接梁段下翼緣鋼縱梁與工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段的連接面上布置連接段端部栓釘,通過在連接梁段的工字型鋼殼與工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段的工字型模板內一體澆筑鋼筋混凝土,使工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合段與連接梁段結合為整體;連接梁段的連接段鋼殼端板外部設置跨中鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段的安裝臺座,鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段整體預制后吊裝上安裝臺座,之后在工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段、連接梁段、與鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段內張拉預應力筋,使以上個梁段整體工作;下翼緣鋼蓋板采用開放式,可以使混凝土的澆筑更為方便。
本實用新型與現(xiàn)有技術方案相比具有以下有益效果和優(yōu)點:
本實用新型在靠近支座梁段采用混凝土截面,提供強大的抗壓與抗扭能力;在斜拉索錨固段采用工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合截面,并將斜拉索錨固在該截面的混凝土腹板上,工字型混凝土的底板提供強大的抗壓能力;跨中梁段采用鋼桁架-混凝土橋面板組合結構,不僅可大幅降低跨中梁段主梁結構自重,減小跨中彎矩,而且能夠大幅提高跨中梁段主梁的抗彎剛度,使結構受力性能大幅優(yōu)化;與現(xiàn)有的矮塔斜拉橋對比,本實用新型專利公開的橋梁體系結構簡單,自重更輕,工程構件預制化程度大幅提升,施工速度顯著增快。
附圖說明
圖1為輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋立面圖;
圖2為支座梁段橫截面圖;
圖3為工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合截面圖;
圖4為跨中鋼桁架-混凝土橋面板組合截面圖;
圖5為桁架腹桿連接示意圖;
圖6為連接梁段立面布置示意圖;
圖7為連接梁段鋼殼結構布置示意圖;
圖8為連接梁段桁架結構布置示意圖;
圖9為連接梁段鋼橋面板布置示意圖;
圖10為84+220+84m輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋立面布置圖;
圖11-1為圖10的A-A剖面圖;
圖11-2為圖10的B-B剖面圖;
圖11-3為圖10的C-C剖面圖;
圖12為96+240+96m輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋立面布置圖;
圖13-1為圖12的A-A剖面圖;
圖13-2為圖12的B-B剖面圖;
圖13-3為圖12的C-C剖面圖;
附圖標號說明:1、矮塔;2、斜拉索;3、連接梁段;4、鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段;5、工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段;6、支座梁段;7、橋墩;8、連接段端部栓釘;9、桁架桿拼接螺栓;31、連接梁段下翼緣鋼縱梁;32、腹桿;33、上翼緣鋼縱梁;34、連接梁段腹板鋼殼;35、下翼緣鋼蓋板;36、連接梁段鋼殼內栓釘;37、安裝臺座;38、上翼緣鋼橋面板;39、上翼緣鋼橫梁;310、連接段鋼殼端板;41、跨中混凝土橋面板;42、跨中鋼桁架腹桿;43、跨中鋼桁架下弦桿;44、跨中鋼桁架下弦橫桿;51、混凝土頂板;52、鋼桁架腹桿;53、混凝土底板;54、混凝土腹板; 61、支座梁段上翼緣板;62、支座梁段外腹板;63、支座梁段內底板;64、支座梁段內腹板。
具體實施方式
為便于更好的理解本實用新型的目的、結構、特征以及功效等,現(xiàn)結合附圖圖1至圖13-3和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述。
實施例1:
如圖1所示,本實施例中的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋體系,包括:矮塔1、斜拉索2、連接梁段3、鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4、工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5、支座梁段6和橋墩 7,矮塔1垂直固接在支座梁段6的上方,橋墩7垂直固接在支座梁段6的下方作為橋梁的支撐,斜拉索2一端固接在矮塔1的頂端,另一端固接在工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5上,工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5一端通過連接梁段3與鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4固接,工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5的另一端與支座梁段6固接,支座梁段6采用混凝土截面。
如圖10所示,本實施例中的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋跨徑組合為84+220+84m,橋塔高25m,橋面寬度為15m。采用本實用新型提出的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋結構體系,靠近支座梁段 6的單側長度為中跨跨徑L的1/15~1/20,取為12m;中跨的工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5的長度為中跨跨徑L的3/14~3/7,取為66m(包括連接段3m),邊跨的工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5的長度為中跨跨徑L的3/14~3/7,取為72m。鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4的長度為中跨跨徑L的1/3~1/4,取為64m,矮塔1的高度為中跨跨徑L的1/20~1/8,取為25m。
如圖5至圖8所示,連接梁段3包括:連接梁段下翼緣鋼縱梁 31、腹桿32、上翼緣鋼縱梁33、連接梁段腹板鋼殼34、下翼緣鋼蓋板35、連接梁段鋼殼內栓釘36、安裝臺座37、上翼緣鋼橋面板 38、上翼緣鋼橫梁39和連接段鋼殼端板310,連接梁段3的抗彎剛度大于兩個相鄰梁段,其抗彎剛度大于相鄰梁段保證了在發(fā)生結構極限荷載破壞時,不會發(fā)生在連接節(jié)點位置的破壞。
如圖4所示,鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4由跨中混凝土橋面板41、跨中鋼桁架腹桿42、跨中鋼桁架下弦桿43和跨中鋼桁架下弦橫桿44構成,跨中鋼桁架腹桿42固定設置在跨中混凝土橋面板41與跨中鋼桁架下弦桿43及跨中鋼桁架下弦橫桿44之間,跨中鋼桁架下弦桿43與跨中鋼桁架下弦橫桿44垂直相接,跨中混凝土橋面板41采用強度大于C60的高性能纖維混凝土,采用高強度高性能纖維混凝土可以大幅的降低板的厚度,減輕跨中鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4的重量。
如圖3所示,工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5是由工字型混凝土截面與鋼桁架腹桿構成的空間結構。工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5由頂部的混凝土頂板51、底部的混凝土底板53以及固定設置在混凝土頂板51和混凝土底板53之間的鋼桁架腹桿52 和混凝土腹板54組成。混凝土頂板51、混凝土底板53和混凝土腹板54內設置有張拉預應力。
如圖2所示,支座梁段6采用單箱多室混凝土截面形式。支座梁段6由支座梁段上翼緣板61、支座梁段外腹板62、支座梁段內底板63和支座梁段內腹板64組成,支座梁段外腹板62和支座梁段內腹板64固定設置在支座梁段上翼緣板61和支座梁段內底板63 之間。
如圖11-1至11-3所示,跨中鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段的截面高度為2.4~3m,橋面板厚度為25cm,橋面板寬15m,桁架截面底部寬度為6m;工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段的截面圖高度為3~5.4m,上翼緣寬度為15m,下翼緣混凝土板寬度為6m;支座梁段的橫截面高度為5.4~6.6m,箱梁上翼緣寬度為15m,下翼緣混凝土板寬度為6m,主梁立面下翼緣線型呈1.8次拋物線變化。
本實施例中的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋結構體系設計與普通矮塔斜橋設計對比,跨中結構自重下降50%,橋梁跨越能力大幅提升。
本實用新型中三個梁段的連接方法如下:
如圖5和圖6所示,在施工時,首先通過桁架桿拼接螺栓9將工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5的鋼桁架腹桿52與連接梁段 3的腹桿32平行對接,連接梁段下翼緣鋼縱梁31與工字型混凝土- 鋼桁架腹桿組合梁段5的連接面上布置連接段端部栓釘8,通過在連接梁段3的工字型鋼殼與工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5 的工字型模板內一體澆筑鋼筋混凝土,使工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5與連接梁段3結合為整體;連接梁段3的連接段鋼殼端板310外部設置跨中鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4的安裝臺座37,鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4整體預制后吊裝上安裝臺座37,之后在工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5、連接梁段3、與鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4內張拉預應力筋,使以上3個梁段整體工作;下翼緣鋼蓋板35采用開放式,可以使混凝土的澆筑更為方便。
實施例2:
如圖1所示,本實施例中的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋體系,包括:矮塔1、斜拉索2、連接梁段3、鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4、工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5、支座梁段6和橋墩 7,矮塔1垂直固接在支座梁段6的上方,橋墩7垂直固接在支座梁段6的下方作為橋梁的支撐,斜拉索2一端固接在矮塔1的頂端,另一端固接在工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5上,工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5一端通過連接梁段3與鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4固接,工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5的另一端與支座梁段6固接,支座梁段6采用混凝土截面。
如圖12所示,本實施例中的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋跨徑組合為96+240+96m,橋塔高30m,橋面寬度為24m。采用本實用新型提出的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋結構體系,靠近支座梁段 6的單側長度為中跨跨徑L的1/15~1/20,取為16m;中跨的工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5的長度為中跨跨徑L的3/14~3/7,取為66m(包括連接段3m),邊跨的工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5的長度為中跨跨徑L的3/14~3/7,取為80m。鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4的長度為中跨跨徑L的1/3~1/4,取為76m,矮塔1高度為中跨跨徑L的1/20~1/8。
如圖5至圖8所示,連接梁段3包括:連接梁段下翼緣鋼縱梁 31、腹桿32、上翼緣鋼縱梁33、連接梁段腹板鋼殼34、下翼緣鋼蓋板35、連接梁段鋼殼內栓釘36、安裝臺座37、上翼緣鋼橋面板 38、上翼緣鋼橫梁39和連接段鋼殼端板310,連接梁段3的抗彎剛度大于兩個相鄰梁段,其抗彎剛度大于相鄰梁段保證了在發(fā)生結構極限荷載破壞時,不會發(fā)生在連接節(jié)點位置的破壞。
如圖4所示,鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4由跨中混凝土橋面板41、跨中鋼桁架腹桿42、跨中鋼桁架下弦桿43和跨中鋼桁架下弦橫桿44構成,跨中鋼桁架腹桿42固定設置在跨中混凝土橋面板41與跨中鋼桁架下弦桿43及跨中鋼桁架下弦橫桿44之間,跨中鋼桁架下弦桿43與跨中鋼桁架下弦橫桿44垂直相接,跨中混凝土橋面板41采用強度大于C60的高性能纖維混凝土,采用高強度高性能纖維混凝土可以大幅的降低板的厚度,減輕跨中鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4的重量。
如圖3所示,工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5是由工字型混凝土截面與鋼桁架腹桿構成的空間結構。工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5由頂部的混凝土頂板51、底部的混凝土底板53以及固定設置在混凝土頂板51和混凝土底板53之間的鋼桁架腹桿52 和混凝土腹板54組成。混凝土頂板51、混凝土底板53和混凝土腹板54內設置有張拉預應力。
如圖2所示,支座梁段6采用單箱多室混凝土截面形式。支座梁段6由支座梁段上翼緣板61、支座梁段外腹板62、支座梁段內底板63和支座梁段內腹板64組成,支座梁段外腹板62和支座梁段內腹板64固定設置在支座梁段上翼緣板61和支座梁段內底板63 之間。
如圖13-1至13-3所示,跨中桁架-混凝土橋面板組合截面梁段的高度為2.8~3.4m,橋面板厚度為25cm,橋面板寬24m,桁架截面底部寬度為14m;工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段的截面圖高度為3.4~5.6m,上翼緣寬度為24m,下翼緣混凝土板寬度為14m;支座梁段橫截面高度為5.6~7.0m,箱梁上翼緣寬度為24m,下翼緣混凝土板寬度為14m,主梁立面下翼緣線型呈1.8次拋物線變化。
本實施例中的輕質混合梁單索面矮塔斜拉橋結構體系設計與普通矮塔斜橋設計對比,跨中結構自重下降55%,橋梁跨越能力大幅提升。
本實用新型中三個梁段的連接方法如下:
如圖5和圖6所示,在施工時,首先通過桁架桿拼接螺栓9將工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5的鋼桁架腹桿52與連接梁段 3的腹桿32平行對接,連接梁段下翼緣鋼縱梁31與工字型混凝土- 鋼桁架腹桿組合梁段5的連接面上布置連接段端部栓釘8,通過在連接梁段3的工字型鋼殼與工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5 的工字型模板內一體澆筑鋼筋混凝土,使工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5與連接梁段3結合為整體;連接梁段3的連接段鋼殼端板310外部設置跨中鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4的安裝臺座37,鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4整體預制后吊裝上安裝臺座37,之后在工字型混凝土-鋼桁架腹桿組合梁段5、連接梁段3、與鋼桁架-混凝土橋面板組合梁段4內張拉預應力筋,使以上3個梁段整體工作;下翼緣鋼蓋板35采用開放式,可以使混凝土的澆筑更為方便。
最后說明的是,以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制,盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解,可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換,而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍,其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍中。