一种公铁合建钢混组合桁架梁

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种公铁合建钢混组合桁架梁。

背景技术

桁架梁为公铁合建桥梁的主要桥型，也是大跨度公铁合建斜拉桥加劲梁的优选结构。

相关技术中，适用于四线铁路的公铁合建梁桥一般采用三片主桁架上下同宽的矩形截面，相邻的主桁架之间设置桁式横联，此种公铁合建梁桥存在以下不足：①全梁为钢结构，用钢量大，维养费用高，并且钢结构的自重轻，用于斜拉桥的边跨时，配重能力低，需要加长边跨或额外压重；②横联占用桁高，不但增加用钢量，而且增加了公路桥面的标高，经济性低；③三片主桁架的中桁架与边桁架受力不均匀，设计中需要放大安全系数来计入这种不均匀性，由此，会造成钢材浪费。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的主要目的在于提供一种受力良好且经济性相对较高的公铁合建钢混组合桁架梁。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供了一种公铁合建钢混组合桁架梁，包括：

下层混凝土桥面结构；

两片主桁架，所述两片主桁架沿横桥向间隔设置，所述下层混凝土桥面结构设置在所述两片主桁架的底部；

设置在所述两片主桁架的顶部的上层桥面结构，所述上层桥面结构包括上层桥面板和多根第一横梁，所述多根第一横梁沿纵桥向间隔设置，所述上层桥面板铺设在所述多根第一横梁上；每根所述第一横梁包括第一变截面梁和两根第二变截面梁；所述第一变截面梁设置在所述两片主桁架之间，所述第一变截面梁沿长度方向的相对两端分别具有与对应的所述主桁架连接的第一变截面段，每个所述第一变截面段的截面高度从与对应的所述主桁架连接的一端朝远离对应的所述主桁架的一端逐渐变小；每片所述主桁架背离所述第一变截面梁的一侧分别设置一根所述第二变截面梁，每根所述第二变截面梁分别具有与对应的所述主桁架连接的第二变截面段，每根所述第二变截面梁的所述第二变截面段的截面高度从与对应的所述主桁架连接的一端朝远离对应的所述主桁架的一端逐渐变小；

两片副桁架，每片所述主桁架背离所述第一变截面梁的一侧分别设置一片所述副桁架，每片所述副桁架的顶端与所述上层桥面结构连接，每片所述副桁架的底端与所述下层混凝土桥面结构或对应的所述主桁架连接。

一种实施方式中，所述第一变截面段的底面从与对应的所述主桁架连接的一端朝远离对应的所述主桁架的一端向上倾斜；

所述第二变截面段的底面从与对应的所述主桁架连接的一端朝远离对应的所述主桁架的一端向上倾斜。

一种实施方式中，所述第一变截面段的底面的坡度为1:8～1:4；和/或，

所述第二变截面段的底面的坡度为1:8～1:4。

一种实施方式中，所述主桁架包括上弦杆和多根主桁腹杆，所述多根主桁腹杆的顶端与所述上弦杆连接，所述多根主桁腹杆的底端与所述下层混凝土桥面结构连接；

所述第一变截面梁沿长度方向的相对两端分别与对应的所述主桁架的所述上弦杆和所述主桁腹杆连接，每根所述第二变截面梁分别与对应的所述主桁架的所述上弦杆和所述主桁腹杆连接。

一种实施方式中，所述下层混凝土桥面结构包括箱梁和多根横隔梁，所述多根横隔梁设置在所述箱梁中且沿纵桥向间隔设置，所述多根主桁腹杆的底端与箱梁连接；或，

所述下层混凝土桥面结构为混凝土π形梁，所述多根主桁腹杆的底端与所述混凝土π形梁连接。

一种实施方式中，所述上层桥面结构的宽度大于所述下层混凝土桥面结构的宽度。

一种实施方式中，所述两片主桁架竖向设置，所述两片副桁架倾斜设置，每片所述副桁架的底端与对应的所述主桁架连接。

一种实施方式中，每片所述副桁架与对应的所述主桁架之间的夹角为18度～35度。

一种实施方式中，所述上层桥面结构还包括两根边上弦，每根所述第二变截面梁背离所述第一变截面梁的一端分别与一根所述边上弦连接；

所述副桁架包括多根副桁腹杆，每片所述副桁架的所述多根副桁腹杆的顶端伸入对应的所述第二变截面梁中且与对应的所述边上弦连接，每片所述副桁架的所述多根副桁腹杆的底端与对应的所述主桁架连接。

一种实施方式中，所述上层桥面结构还包括设置在所述上层桥面板下侧的多根第二横梁，每相邻的两根所述第一横梁之间至少设置有一根所述第二横梁，每根所述第二横梁包括第一子横梁和两根第二子横梁，所述第一子横梁设置在所述两片主桁架之间，且与所述两片主桁架的所述上弦杆连接，每片所述主桁架背离所述第一子横梁的一侧分别设置一根所述第二横梁，每根所述第二横梁分别与对应的所述主桁架的所述上弦杆连接。

一种实施方式中，所述上层桥面板为正交异性桥面板或混凝土桥面板。

本申请实施例提供了一种公铁合建钢混组合桁架梁，该公铁合建钢混组合桁架梁设置了下层混凝土桥面结构、两片主桁架、两片副桁架和多根第一横梁，第一横梁具有第一变截面梁和两根第二变截面梁的第一横梁，该公铁合建钢混组合桁架梁主要具有以下优势：1、下层混凝土桥面结构可以减少用钢量和养护工作量，尤其用在斜拉桥的边跨时，下层混凝土桥面结构既是受力构件，又起到压重作用，融边跨压重和结构受力于一体，节省工程造价；2、两片主桁架受力明确，在设计中不需要放大安全系数，钢材用量相对较少；3、位于公铁合建钢混组合桁架梁的同一个墩顶上的支座反力分布均匀，设计难度较小；4、第一变截面梁上的每个第一变截面段的截面高度均从与对应的主桁架连接的一端朝远离对应的主桁架的一端逐渐变小，每根第二变截面梁的第二变截面段的截面高度也均从与对应的主桁架连接的一端朝远离对应的主桁架的一端逐渐变小，由此，可以改善第一横梁的受力、增强两片主桁架的整体性、增强角点刚度、防止角点畸变，两片主桁架之间也不需要通过桁式横联进行连接，在节省用钢量的同时，可以降低上层桥面板的标高，经济性相对较高。也就是说，本申请实施例的公铁合建钢混组合桁架梁受力良好、设计难度较小且经济性相对较高。

附图说明

图1为本申请第一实施例的公铁合建钢混组合桁架梁的第一横梁设置位置处的横截面示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1所示的公铁合建钢混组合桁架梁的第二横梁设置位置处的横截面示意图；

图4为图1所示的公铁合建钢混组合桁架梁的第一横梁与第二横梁之间的横截面示意图；

图5为本申请第二实施例的公铁合建钢混组合桁架梁的第一横梁设置位置处的横截面示意图；

图6为本申请第三实施例的公铁合建钢混组合桁架梁的第一横梁设置位置处的横截面示意图。

附图标记说明

下层混凝土桥面结构10；箱梁11；横隔梁12；主桁架20；上弦杆21；主桁腹杆22；下弦杆23；上层桥面结构30；上层桥面板31；第一横梁32；第一变截面梁321；第一变截面段321a；第一变截面段的底面321b；第二变截面梁322；第二变截面段322a；第二变截面段的底面322b；第二横梁33；第一子横梁331；第二子横梁332；边上弦34；副桁架40；副桁腹杆41。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请中，“横桥向”、“顶”、“底”方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，“纵桥向”为公铁合建钢混组合桁架梁的延伸方向。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请实施例提供了一种公铁合建钢混组合桁架梁，请参阅图1、图3和图4，该公铁合建钢混组合桁架梁包括下层混凝土桥面结构10、两片主桁架20、上层桥面结构30和两片副桁架40；两片主桁架20沿横桥向间隔设置，下层混凝土桥面结构10设置在两片主桁架20的底部；上层桥面结构30设置在两片主桁架20的顶部，上层桥面结构30包括上层桥面板31和多根第一横梁32，多根第一横梁32沿纵桥向间隔设置，上层桥面板31铺设在多根第一横梁32上；每根第一横梁32包括第一变截面梁321和两根第二变截面梁322；第一变截面梁321设置在两片主桁架20之间，第一变截面梁321沿长度方向的相对两端分别具有与对应的主桁架20连接的第一变截面段321a，每个第一变截面段321a的截面高度从与对应的主桁架20连接的一端朝远离对应的主桁架20的一端逐渐变小，也就是说，第一变截面段321a的截面高度沿第一变截面段321a的轴线方向从一端向另一端逐渐变小，且每个第一变截面段321a的截面高度相对较高的一端与对应的主桁架20连接；每片主桁架20背离第一变截面梁321的一侧分别设置一根第二变截面梁322，每根第二变截面梁322分别具有与对应的主桁架20连接的第二变截面段322a，每根第二变截面梁322的第二变截面段322a的截面高度从与对应的主桁架20连接的一端朝远离对应的主桁架20的一端逐渐变小，也就是说，第二变截面段322a的截面高度沿第二变截面段322a的轴线方向从一端向另一端逐渐变小，每根第二变截面梁322的第二变截面段322a也是截面高度相对较高的一端与对应的主桁架20连接；每片主桁架20背离第一变截面梁321的一侧分别设置一片副桁架40，每片副桁架40的顶端与上层桥面结构30连接，每片副桁架40的底端与下层混凝土桥面结构10或对应的主桁架20连接，也就是说，每片副桁架40的底端可以与下层混凝土桥面结构10连接，也可以与对应的主桁架20连接。

具体地，上层桥面结构30可以用于车辆行驶，下层混凝土桥面结构10可以用于列车行驶，根据需要，下层混凝土桥面结构10上可以铺设四线铁路，也可以铺设两线铁路或单线铁路。

本申请实施例的公铁合建钢混组合桁架梁设置了下层混凝土桥面结构10、两片主桁架20、两片副桁架40和多根第一横梁32，第一横梁32具有第一变截面梁321和两根第二变截面梁322的第一横梁32，该公铁合建钢混组合桁架梁主要具有以下优势：1、下层混凝土桥面结构10可以减少用钢量和养护工作量，尤其用在斜拉桥的边跨时，下层混凝土桥面结构10既是受力构件，又起到压重作用，融边跨压重和结构受力于一体，节省工程造价；2、两片主桁架20受力明确，在设计中不需要放大安全系数，钢材用量相对较少；3、位于公铁合建钢混组合桁架梁的同一个墩顶上的支座反力分布均匀，设计难度较小；4、第一变截面梁321上的每个第一变截面段321a的截面高度均从与对应的主桁架20连接的一端朝远离对应的主桁架20的一端逐渐变小，每根第二变截面梁322的第二变截面段322a的截面高度也均从与对应的主桁架20连接的一端朝远离对应的主桁架20的一端逐渐变小，由此，可以改善第一横梁32的受力、增强两片主桁架20的整体性、增强角点刚度、防止角点畸变，两片主桁架20之间也不需要通过桁式横联进行连接，在节省用钢量的同时，可以降低上层桥面板31的标高，经济性相对较高。也就是说，本申请实施例的公铁合建钢混组合桁架梁受力良好、设计难度较小且经济性相对较高。

本申请实施例的上层桥面板31可以为正交异性桥面板或混凝土桥面板(如图6所示)，也就是说，上层桥面结构30与主桁架20之间可以是正交异性板-桁组合结构，也可以是钢混结合板-桁组合结构。

一实施例中，请参阅图1，第一变截面段321a的底面321b从与对应的主桁架20连接的一端朝远离对应的主桁架20的一端向上倾斜；第二变截面段322a的底面322b从与对应的主桁架20连接的一端朝远离对应的主桁架20的一端向上倾斜，也就是说，第一变截面段321a和第二变截面段322a主要采用的是底面倾斜的结构形式。

一实施例中，请参阅图1，第一变截面段321a的底面321b的坡度为1:8～1:4，该坡度既可以满足第一变截面梁321的受力要求，又便于加工制造。

一实施例中，请参阅图1，第二变截面段322a的底面322b的坡度为1:8～1:4，该坡度既可以满足第二变截面梁322的受力要求，又便于加工制造。

一实施例中，请参阅图1，主桁架20包括上弦杆21和多根主桁腹杆22，多根主桁腹杆22的顶端与上弦杆21连接，多根主桁腹杆22的底端与下层混凝土桥面结构10连接；第一变截面梁321沿长度方向的相对两端分别与对应的主桁架20的上弦杆21和主桁腹杆22连接，每根第二变截面梁322分别与对应的主桁架20的上弦杆21和主桁腹杆22连接。也就是说，第一变截面梁321与主桁架20的连接位置，以及第二变截面梁322与主桁架20的连接位置均位于上弦杆21与主桁腹杆22的连接节点处，由此，可以更好地增强两片主桁架20的整体性、防止角点畸变。

另外，多根主桁腹杆22的底端与下层混凝土桥面结构10连接，相当于是将下层混凝土桥面结构10作为主桁架20的下弦杆23，由此，不需要在主桁架20上再单独设置下弦杆23，从而可以进一步节省钢材用量。

在本申请实施例中，主桁腹杆22的顶端可以通过整体节点与上弦杆21相连，主桁腹杆22的底端与下层混凝土桥面结构10之间可以通过剪力键连接。

下层混凝土桥面结构10可以有多种结构形式，比如，一实施例中，请参阅图1，下层混凝土桥面结构10包括箱梁11和多根横隔梁12，多根横隔梁12设置在箱梁11中且沿纵桥向间隔设置，多根主桁腹杆22的底端与箱梁11连接，也就是说，下层混凝土桥面结构10与主桁架20之间可以是混凝土箱梁-桁组合结构

另一实施例中，请参阅图5，下层混凝土桥面结构10也可以为混凝土π形梁，多根主桁腹杆22的底端与混凝土π形梁连接。

一实施例中，请参阅图1，上层桥面结构30的宽度大于下层混凝土桥面结构10的宽度。

具体地，相关技术中，适用于四线铁路的公铁合建钢混组合桁架梁一般采用的是上下同宽的矩形截面，但是，为了满足车辆行驶需求，与下层铁路桥面相比，上层公路桥面一般需要较大的宽度，而上下同宽的矩形截面会使下层铁路桥面的闲置较多，由此造成下层铁路桥面浪费。

而本申请一实施例将上层桥面结构30的宽度设置成大于下层混凝土桥面结构10的宽度，可以使得上层桥面结构30和下层混凝土桥面结构10能够与公路、铁路的布置相匹配，由此，可以避免铁路下层混凝土桥面结构10的闲置浪费。

一具体的实施例中，请参阅图1，两片主桁架20竖向设置，两片副桁架40倾斜设置，每片副桁架40的底端与对应的主桁架20连接。也就是说，本申请的公铁合建钢混组合桁架梁可以采用上宽下窄的倒梯形截面，该倒梯形截面刚度大、整体性强且结构布置紧凑，在节省材料的同时也可以便于施工。

另外，每片副桁架40与对应的主桁架20之间的夹角不宜太大，也不宜太小，夹角太大会增加副桁架40与对应的主桁架20之间的构造的复杂性，夹角太小会使得副桁架40与对应的主桁架20之间产生折角而影响受力，较优选地，每片副桁架40与对应的主桁架20之间的夹角可以为18度～35度。

一实施例中，请参阅图1、图2至图4，上层桥面结构30还包括两根边上弦34，每根第二变截面梁322背离第一变截面梁321的一端分别与一根边上弦34连接；副桁架40包括多根副桁腹杆41，每片副桁架40的多根副桁腹杆41的顶端伸入对应的第二变截面梁322中且与对应的边上弦34连接，也就是说，位于公铁合建钢桁梁斜拉桥同一侧的第二变截面梁322、副桁腹杆41和边上弦34相互连接形成整体结构，由此，可以进一步提高公铁合建钢桁梁斜拉桥的稳定性和整体性。每片副桁架40的多根副桁腹杆41的底端与对应的主桁架20连接，具体地，每片副桁架40上的副桁腹杆41的底端可以与对应的主桁架20上的主桁腹杆22的底端节点连接。

一实施例中，请参阅图3，上层桥面结构30还包括设置在上层桥面板31下侧的多根第二横梁33，每相邻的两根第一横梁32之间至少设置有一根第二横梁33，每根第二横梁33包括第一子横梁331和两根第二子横梁332，第一子横梁331设置在两片主桁架20之间，且与两片主桁架20的上弦杆21连接，每片主桁架20背离第一子横梁331的一侧分别设置一根第二横梁33，每根第二横梁33分别与对应的主桁架20的上弦杆21连接。

具体地，第二横梁33可以采用普通的等截面梁，第二横梁33只与上弦杆21连接，而不与主桁腹杆22连接，由此，在便于施工的同时，还可以进一步优化结构受力。

上述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。