一种装配式拉筋钢管混凝土组合梁及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，具体为一种装配式拉筋钢管混凝土组合梁及其施工方法。

背景技术

近十多年来，随着国家经济与城市交通的发展，跨江跨海桥梁日益增多，组合梁在桥梁工程中所占比重越来越大，桥梁建设向“更长、更高、更轻”的趋势发展，跨度日益增大，体形越来越复杂，新材料的应用日益增多，结构体系越来越新颖，施工技术越来越先进。组合梁可以充分利用钢与混凝土的性能，大大提高承载力与抗弯刚度，缩小截面尺寸，增加梁的跨度，装配化程度高。

组合梁作为承受竖向荷载的抗弯构件，充分发挥了材料优势，具有优异的抗弯性能，装配化程度高，组合梁由于其自身的优点及特点，已越来越被人们重视，并越来越多地应用于工程实际。目前工程中普遍采用的工字钢组合梁有如下技术不足之处：1.梁截面高度较高时，工字钢容易发生整体失稳现象，需要通过焊加劲肋的方式来避免这种现象，增加了用钢量，施工不方便；2.工字钢的耐火等级差，不利于抗火。

因此，研发一种经济实用，施工方便的装配式拉筋钢管混凝土组合梁结构形式具有十分重要的实践意义和社会经济价值。

发明内容

本发明提供了一种承载力高、抗弯刚度大的装配式拉筋钢管混凝土组合梁及其施工方法，本发明受理合理，装配化程度高，施工方便，大大缩短了工期，解决了钢管约束效果不足、钢管与混凝土之间粘结不良的问题，与传统工字钢组合梁相比，提高了梁的跨度与稳定性，减少了桥墩的数量，节约了工程造价，适用于公路桥梁结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种装配式拉筋钢管混凝土组合梁，包括沿桥面板长度方向延伸的、多根平行布设的拉筋矩形钢管混凝土梁，相邻所述拉筋矩形钢管混凝土梁之间通过均匀布的多根工字钢梁连接，设置在最外侧的两根所述拉筋矩形钢管混凝土梁的外侧面顶部焊接有变截面工字钢梁，桥面板支撑固定在拉筋矩形钢管混凝土梁、工字钢梁和变截面工字钢梁的顶部。

本实施方式中，所述拉筋矩形钢管混凝土梁、工字钢梁和变截面工字钢梁顶面平齐，所述工字钢梁与拉筋矩形钢管混凝土梁顶面上沿梁长方向焊接有开孔加劲肋，所述桥面板与拉筋矩形钢管混凝土梁、工字钢梁通过开孔加劲肋连接为整体。

本实施方式中，所述拉筋矩形钢管混凝土梁与工字钢梁通过装配式螺栓节点相互连接。

本实施方式中，所述拉筋矩形钢管混凝土梁为纵梁，工字钢梁为横梁，拉筋矩形钢管混凝土梁与工字钢梁相互垂直。

本实施方式中，所述工字钢梁的高度为拉筋矩形钢管混凝土梁高度1/2。

本实施方式中，所述拉筋矩形钢管混凝土梁包括拉筋矩形钢管和浇筑在钢管内的混凝土，所述拉筋矩形钢管包括U型槽钢、预留孔洞的普通钢板和双向对拉筋，所述双向对拉筋与U型槽钢内壁通过焊接机器人三边焊接，然后将预留孔洞的普通钢板与槽钢焊接，将所述槽钢开口端封闭，所述双向对拉筋第四边与普通钢板通过焊接机器人焊接拼装成拉筋矩形钢管，混凝土通过普通钢板上预留的孔洞浇筑进拉筋矩形钢管内形成拉筋矩形钢管混凝土梁。

本实施方式中，所述桥面板由多块预制实心混凝土板相互装配形成，所述预制实心混凝土板的连接面上预留有U型钢筋，相邻的预制实心混凝土板通过U型钢筋、构造钢筋和开孔加劲肋交错布置形成浇筑带，所述浇筑带上浇筑有混凝土将相邻的预制实心混凝土板连接为整体。

本发明还包括一种装配式拉筋钢管混凝土组合梁的施工方法，具体包括如下步骤：

a、根据实际施工情况确定拉筋矩形钢管、工字钢、变截面工字钢、预制实心混凝土板和开孔加劲肋的尺寸，准备用于组装拉筋矩形钢管的U型槽钢、预留孔洞的普通钢板以及双向对拉筋，双向对拉筋在钢管内部沿纵向均匀布置，所述双向对拉筋与U型槽钢内壁通过焊接机器人三边焊接，普通钢板与槽钢焊接，所述双向对拉筋与普通钢板通过焊接机器人焊接拼装成拉筋矩形钢管；

b、将组装好的拉筋矩形钢管在施工现场吊装到位，然后混凝土通过普通钢板上预留的孔洞浇筑进拉筋矩形钢管内形成拉筋矩形钢管混凝土梁；

c、将工字钢梁与拉筋矩形钢管混凝土梁通过装配式螺栓节点连接，变截面工字钢梁沿纵向焊接在拉筋矩形钢管混凝土梁外壁上，将开孔加劲肋沿梁长方向焊接在工字钢梁与拉筋矩形钢管混凝土梁上表面；

d、将预制实心混凝土板布置在拉筋矩形钢管混凝土梁和工字钢梁形成的梁体上进行拼装，相邻的预制实心混凝土板通过U型钢筋、构造钢筋和开孔加劲肋交错布置形成浇筑带，所述浇筑带上浇筑有混凝土将相邻的预制实心混凝土板连接为整体形成完整的桥面板。

本实施方式中，所述双向对拉筋包括相互焊接的环形箍筋、横筋和纵向定位钢筋，所述横筋和环形箍筋相互垂直布设，所述纵向定位钢筋分别连接环形箍筋的四个角点。

采用上述技术方案后，本发明具有以下优点：

1、结构整体承载力与刚度大：由于拉筋矩形钢管对混凝土约束效果好，拉筋限制了混凝土与钢管之间的滑移，与工字钢组合梁相比，受压区混凝土板与部分核心混凝土共同参与受力，大大提高了整体结构的承载力与刚度。

2、结构整体的跨度更大；采用上述方案，将槽钢、预留孔洞的普通钢板以及双向对拉筋拼装焊接成拉筋矩形钢管，在拉筋矩形钢管内浇筑混凝土，然后通过装配式螺栓节点和工字钢梁相连，在工字钢梁与拉筋钢管混凝土梁上表面焊接开孔加劲肋，最后通过装配预制实心混凝土板，形成完整的桥面板。整个过程装配化程度高，双向对拉筋弥补了矩形钢管对于混凝土的约束不足，增强了钢管与混凝土之间的粘结，内填混凝土与双向对拉筋可以防止钢管局部屈曲，装配式拉筋钢管混凝土组合梁与工字钢组合梁相比，受压区混凝土板与部分核心混凝土共同参与受力，梁受压区面积大大增加，承载力与刚度明显增加。梁体较高，跨度较大时，混凝土对钢管的支撑作用以及钢管对混凝土约束可以避免梁的整体失稳，使组合梁结构性能得到进一步优化。

3、装配化程度高，施工进度快：拉筋矩形钢管、开孔加劲肋、预制实心混凝土板可以在工厂提前预制装配好，拉到现场吊装，装配化程度高，大大缩短了施工周期。

4、具有更强的稳定性：本发明与传统组合梁相比，在钢截面面积相同的情况下，其抗弯刚度和承载力比较大。在合理的设计情况下，采用相同面积的钢管和工字钢，拉筋矩形钢管混凝土组合梁的承载力和刚度高于相应的工字钢组合梁，且具有和工字钢组合梁类似的力学性能。在跨度较大、梁体较高的情况下，拉筋矩形钢管混凝土组合梁由于混凝土对钢管的支撑以及钢管对于混凝土的包裹约束，能在较长时间内不丧失其稳定承载能力。

本发明与工字钢组合梁相比，拉筋矩形钢管混凝土组合梁中混凝土板与部分核心混凝土共同参与受力，梁受压区面积大大增加，提高了承载力与刚度；内填混凝土和双向对拉筋可以防止钢管局部屈曲，双向对拉筋可以减少钢管与混凝土之间的滑移，增强钢管与混凝土之间的粘结，使得变形减小，从而增强了钢管的稳定性和延性。因此与工字钢组合梁相比，拉筋矩形钢管混凝土组合梁的刚度和承载力、整体稳定性、延性都较为优越。拉筋矩形钢管混凝土组合梁的优越性还在于装配化程度高，施工进度快，所有构件均可在工厂提前加工完成。

综上所述，本发明承载力高、抗弯刚度大、延性好、整体稳定性强、受力合理、施工方便的装配式拉筋钢管混凝土组合梁，既弥补了钢管约束效果不足的缺陷，增强了钢管与混凝土之间的粘结，又解决了工字钢组合梁高度和跨度较大时梁失稳的问题，适用于公路桥梁。

附图说明

图1是本发明应用在公路桥梁的结构示意图。

图2是本发明的剖面结构示意图。

图3(a)是本发明拉筋矩形钢管结构示意图。

图3(b)是本发明预留孔洞的普通钢板结构平面示意图。

图3(c)是本发明双向对拉筋结构示意图。

图4是本发明桥面板的平面结构示意图。

图5是本发明预制实心混凝土板剖面结构示意图。

图中：1、拉筋矩形钢管混凝土梁；2、工字钢梁；3、装配式螺栓节点；4、变截面工字钢梁；5、桥面板；6、开孔加劲肋；7、拉筋矩形钢管；8、混凝土；9、U型槽钢；10、普通钢板；11、双向对拉筋；12、环向箍筋；13、横筋；14、纵向定位钢筋；15、预制实心混凝土板；16、U型钢筋；17、构造钢筋。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图及实施实例，对发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如附图1至图5，一种装配式拉筋钢管混凝土组合梁，包括沿桥面板5长度方向延伸的、多根平行布设的拉筋矩形钢管混凝土梁1，相邻所述拉筋矩形钢管混凝土梁1之间通过均匀布的多根工字钢梁2连接，所述拉筋矩形钢管混凝土梁1与工字钢梁2通过装配式螺栓节点3相互连接。

设置在最外侧的两根所述拉筋矩形钢管混凝土梁1的外侧面顶部焊接有变截面工字钢梁4，所述拉筋矩形钢管混凝土梁1为纵梁，工字钢梁2为横梁，拉筋矩形钢管混凝土梁1与工字钢梁2相互垂直，所述拉筋矩形钢管混凝土梁1、工字钢梁2和变截面工字钢梁4顶面平齐，所述工字钢梁2与拉筋矩形钢管混凝土梁1顶面上沿梁长方向焊接有开孔加劲肋6，所述桥面板5由多块预制实心混凝土板15相互装配形成，所述预制实心混凝土板15的连接面上预留有U型钢筋16，相邻的预制实心混凝土板15通过U型钢筋16、构造钢筋17和开孔加劲肋6交错布置形成浇筑带，所述浇筑带上浇筑有混凝土将相邻的预制实心混凝土板15连接为整体形成完整的桥面板。

本实施例中，所述拉筋矩形钢管混凝土梁1包括拉筋矩形钢管7和浇筑在钢管内的混凝土8，所述拉筋矩形钢管7包括槽钢9、预留孔洞的普通钢板10和双向对拉筋11，所述双向对拉筋11与槽钢9内壁通过焊接机器人三边焊接，然后将预留孔洞的普通钢板10与槽钢9焊接，将所述槽钢9开口端封闭，所述双向对拉筋11第四边与普通钢板10通过焊接机器人焊接拼装成拉筋矩形钢管7，所述混凝土8通过普通钢板10上预留的孔洞浇筑进拉筋矩形钢管7内形成拉筋矩形钢管混凝土梁1。所述工字钢梁2的高度为拉筋矩形钢管混凝土梁1高度1/2。所述工字钢梁2、变截面工字钢梁4、U型槽钢9和普通钢板10采用Q345级钢，如图3(a)、图3(b)、图3(c)，制作双向对拉筋11采用钢筋的型号HRB400，直径不小于10mm，所述双向对拉筋11由环向箍筋12、横筋13以及纵向定位钢筋14相互焊接而成，所述纵向定位钢筋14沿梁长方向通长布置，所述双向对拉筋11应在钢管内部沿纵向均匀布置。上述所述混凝土8的强度不低于C40。所述开孔加劲肋6采用Q345级钢。所述预制实心混凝土板15强度不低于C40。

具体的装配式拉筋钢管混凝土组合梁的施工方法，如下：

1、根据实际施工情况确定拉筋矩形钢管、工字钢、变截面工字钢、预制实心混凝土板和开孔加劲肋的尺寸，准备用于组装拉筋矩形钢管7的U型槽钢9、预留孔洞的普通钢板10以及双向对拉筋11，双向对拉筋11在钢管内部沿纵向均匀布置，所述双向对拉筋11与槽钢9内壁通过焊接机器人三边焊接，普通钢板10与槽钢9焊接，所述双向对拉筋11与普通钢板10通过焊接机器人焊接拼装成拉筋矩形钢管7；

2、将组装好的拉筋矩形钢管7在施工现场吊装到位，然后混凝土8通过普通钢板10上预留的孔洞浇筑进拉筋矩形钢管7内形成拉筋矩形钢管混凝土梁1；

3、将工字钢梁2与拉筋矩形钢管混凝土梁1通过装配式螺栓节点3连接，变截面工字钢梁4沿纵向焊接在拉筋矩形钢管混凝土梁1外壁上，将开孔加劲肋6沿梁长方向焊接在工字钢梁2与拉筋矩形钢管混凝土梁1上表面；

4、将预制实心混凝土板15布置在拉筋矩形钢管混凝土梁1和工字钢梁2形成的梁体上进行拼装，相邻的预制实心混凝土板15通过U型钢筋16、构造钢筋17和开孔加劲肋6交错布置形成浇筑带，所述浇筑带上浇筑有混凝土将相邻的预制实心混凝土板15连接为整体形成完整的桥面板5。

此外，需要说明的是，本专利不局限于上述实施方式，只要其零件未说明具体尺寸或形状的，则该零件可以为与其结构相适应的任何尺寸或形状，且不论在其材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。