一种铁路混合箱梁斜拉桥主梁短钢混结合段结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程设计与施工领域，尤其涉及一种铁路混合箱梁斜拉桥主梁短钢混结合段结构及其施工方法。

背景技术

混合梁斜拉桥边跨采用混凝土梁、中跨采用钢梁，具有边中跨受力平衡、可缩短边跨跨径而降低造价等优势，在公路桥梁中应用广泛，而且也在铁路桥梁中不断发展应用。钢混结合段连接两种不同材料的主梁并传递主梁巨大的内力，是桥梁的薄弱环节之一，时有大跨径公路混合梁斜拉桥的钢混结合段发生钢混脱离、漏水等病害。铁路斜拉桥承受荷载更大，其钢混结合段在混凝土和钢结构之间传递更大的主梁内力，具有构造复杂、传力复杂等特点。既有的铁路混合梁斜拉桥钢混结合段在构造上存在结合段长(长达7m以上)、承压板厚(50～100mm)以及结构构造复杂、用钢量大、钢结构施工困难、后续混凝土浇筑困难等问题；因而，发展构造简洁、传力明确、施工便捷的铁路混合梁斜拉桥钢混结合段连接结构显得非常迫切。

发明内容

本发明提供了一种铁路混合箱梁斜拉桥主梁短钢混结合段结构，解决现有钢混结合段结构结合段长、承压板厚和结构构造复杂的问题。

一种铁路混合箱梁斜拉桥主梁短钢混结合段结构，包括：钢顶板、钢底板以及两端分别连接在钢顶板与钢底板内侧的承压板，钢底板包括中部钢底板平板和设置在钢底板平板两侧的钢斜底板，承压板的两侧面分别为钢混结合段与钢梁过渡段；

钢混结合段一侧设有C形带孔钢板与PBL带孔钢板，C形带孔钢板纵向上与承压板固定连接且上下两侧分别钢顶板、钢底板固定，PBL带孔钢板底边垂直于钢顶板或钢底板设置且同时与承压板垂直相接；

钢梁过渡段一侧设有中腹板、加强腹板、变高加劲肋与钢锚室；中腹板、加强腹板纵向垂直于承压板设置，中腹板、加强腹板的上侧与钢顶板相接，下侧与钢底板相接；变高加劲肋纵向垂直连接于承压板并在竖向上分别与钢顶板、钢底板内侧垂直连接；钢锚室设置于中腹板与加强腹板之间以及相邻变高加劲肋之间，并位于钢顶板、钢底板的内侧；

钢锚室上锚固有预应力加强筋，预应力加强筋的另一端贯穿承压板与钢混结合段并锚固在钢混结合段后方的混凝土梁内。

采用上述技术方案的有益效果：由钢顶板、钢底板、承压板以及腹板和钢锚室组合形成的短钢混结合段结构相较于传统设置的前后承压板结构有效减小了承压板的厚度，并缩短了结合段的长度，减轻了结合段结构的重量，钢底板分为中部钢底板平板及两侧钢斜底板，钢斜底板在保持梁宽的同时可以降低钢梁整体用材，提升钢梁横向抗风性能，而且在钢梁过渡段的钢锚室内设有预应力加强筋，预应力加强筋另一端贯穿承压板锚固在钢混结合段后方的混凝土梁内，提高了整个结构的整体性，使整个结构受力更加明确且更加牢固，由于结合段长度减小，其结构也更加简洁、安装更加方便。

进一步地，上述钢锚室由钢锚板、钢锚室顶板、侧挡板合围形成腔室且钢锚室内部在预应力加强筋张拉完成后灌注混凝土。

采用上述技术方案的有益效果：钢锚室内浇筑混凝土不仅可以提高钢锚板、钢锚室顶板、侧挡板之间的受力传力面积，同时使得预应力更均匀传递至承压板，进而使得结合段混凝土与承压板均匀、紧密压在一起抵抗正负弯矩内力。

进一步地，上述钢顶板与钢底板之间设有两块边腹板，两块边腹板分别位于中腹板、加强腹板的外侧且与其平行，边腹板的外侧设有通风嘴。

采用上述技术方案的有益效果：设置边腹板增加了钢顶板传递力至钢底板的途径，有利于减轻承压板上所受的作用力，而且边腹板与承压板垂直连接，为钢顶板、钢底板之间的结构增加了稳定性；通风嘴用于横向风的导流，减低风作用在主梁上的风阻力，并避免风致涡振、颤振。

进一步地，上述边腹板上设有多块加劲肋，多块加劲肋从高至低依次水平布置且相邻加劲肋之间设置有用于锚固预应力加强筋的钢锚板。

采用上述技术方案的有益效果：水平分层设置的加劲肋配合钢锚板便于形成腔室，为钢锚室的设置提供了位置，增大了边腹板与钢顶板的传力面积，减轻边腹板的集中受力，同时也便于在纵向上对预应力加强筋连接和限位。

进一步地，上述钢梁过渡段一侧的钢顶板与钢底板上均连接有变高加劲肋，相邻变高加劲肋之间设有钢锚板。

采用上述技术方案的有益效果：变高加劲肋一方面起到支撑钢顶板、钢底板的作用，增强钢顶板、钢底板在水平面上的刚度，另一方面为钢锚室的安装提供了条件。

进一步地，上述C形带孔钢板与PBL带孔钢板上均开设有孔洞，孔洞内连接有用于与混凝土加强连接的PBL钢筋。

采用上述技术方案的有益效果：在浇筑混凝土后PBL钢筋将所有PBL带孔钢板与C形带孔钢板连接为一体，整体性更好，防止某一处的PBL带孔钢板损坏而影响整体结构，同时也增加了混凝土与钢构件的结合紧密度。

进一步地，上述钢混结合段一侧的钢顶板、钢底板、承压板上均设置有剪力钉，剪力钉的直径为15～25mm，高度为100～200mm，进一步加强结合段内混凝土与钢顶板、钢底板、承压板的连接，有效地缩短了结合段长度。

进一步地，上述变高加劲肋分为变高段和等高段，等高段与承压板相接，变高段与承压板的距离为500～3000mm，且变高段的斜率为0.16。

采用上述技术方案的有益效果：该形状的加劲肋有利于力的传导和安装的稳定性，并支撑承压板以减小承压板厚度，也有利于减轻结合段的重量。

进一步地，上述承压板的中部开设有大尺寸通孔，通孔的边缘为弧形结构。

采用上述技术方案的有益效果：中部位置开挖通孔便于减轻结合段重量，同时通孔为承压板两侧部件的安装提供了便捷，边缘呈弧形的通孔避免了应力集中，可延长承压板的使用年限。

一种铁路混合箱梁斜拉桥短钢混结合段结构的施工方法，采用上述技术方案，包括以下步骤：

S1：钢顶板、承压板、边腹板、钢底板、PBL带孔钢板、C形带孔钢板、剪力钉、加劲肋、钢锚板均按照图纸进行精确预制，同时对承压板进行挖孔处理；

S2：对预制完成后的部件进行拼装，将PBL带孔钢板和C形带孔钢板垂直焊接于钢顶板、钢底板和承压板对应位置，将加劲肋按设计图纸焊接于钢顶板、钢底板、中腹板、加强腹板上，PBL钢筋穿过孔洞并进行固定；

S3：钢结构施工完成后，按照图纸搭建钢混结合段的混凝土隔墙模板，布置好横向的PBL钢筋，预留出纵向的预应力加强筋的孔道；

S4：待钢混结合段一侧的混凝土隔墙强度达到规范要求后，将纵向的预应力加强筋穿入预留孔道内，安装锚具，逐步张拉预应力加强筋，并将其一端锚固在钢梁过渡段的钢锚板上；

S5：在钢梁过渡段的钢锚室中浇筑混凝土，待预应力加强筋张拉完成后，向预留孔道中灌注水泥浆，以保护预应力加强筋不被锈蚀；

S6：在浇筑完成的钢混结合段上进行其他施工。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明短钢混结合段为一体两面结构，承压板一侧为钢混结合段，另一侧为钢梁过渡段；钢混结合段一侧设置有C形带孔钢板与PBL带孔钢板用于以加强钢顶板、钢底板、承压板之间的刚度和连接，同时浇筑混凝土后PBL钢筋将C形带孔钢板、PBL带孔钢板连接为整体，增加了各部件之间的连接传力途径，并有效缩短了结合段的纵向长度；钢梁过渡段一侧设置有钢锚室、变高加劲肋与腹板，提高了承压板的刚度，为减小承压板的厚度提供了条件，设置预应力加强筋纵向连接了钢梁过渡段、钢混结合段与混凝土梁，使结合段钢结构与混凝土梁紧密连接。

(2)钢锚室内浇筑有混凝土，可以有效的改善腹板、承压板之间的受力传力性能，有利于结合段结构的受力传力及减轻整体结构的振动；钢混结合段一侧浇筑有混凝土，浇筑的混凝土会与剪力钉、PBL钢筋和钢结构连接，靠近承压板中部通孔部分不浇筑混凝土，可以减小钢混结合段的重量。

(3)本发明从减小承压板厚度、浇筑混凝土的用量以及整体结合段结构的长度三个方面降低钢混结合段的重量，节约了工程材料，而且传力更明确、构造更简单、施工更便捷。

附图说明

图1为本发明短钢混结合段结构的立体示意图；

图2为本发明短钢混结合段结构钢梁过渡段一侧示意图；

图3为本发明短钢混结合段结构钢混结合段一侧爆炸图；

图4为本发明中C形带孔钢板与PBL带孔钢板的结构图；

图5为本发明短钢混结合段结构钢梁过渡段预应力钢锚室结构图；

图6为本发明短钢混结合段结构钢梁过渡段的横截面示意图；

图7为图6中A-A截面结构图；

图8为图6中B-B截面结构图；

图9为图6中C-C截面结构图；

图10为图6中D-D截面结构图；

图11为本发明中钢锚室的内部结构示意图。

图中：1-钢顶板，2-承压板，3-边腹板，4-钢底板，5-C形带孔钢板，6-PBL带孔钢板，7-剪力钉，8-加劲肋，9-钢锚板，10-中腹板，11-加强腹板，12-变高加劲肋，13-钢锚室顶板，14-钢锚室，15-钢混结合段，16-钢梁过渡段，17-孔洞，18-预应力加强筋，19-混凝土，20-混凝土隔墙，21-侧挡板，401-钢底板平板，402-钢斜底板，501-过渡段Ⅰ区，502-过渡段Ⅱ区，503-过渡段Ⅲ区，504-通风嘴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参考图1至图11，本发明提供了一种铁路混合箱梁斜拉桥短钢混结合段结构，包括：钢顶板1、钢底板4以及两端分别垂直焊接在钢顶板1与钢底板4内侧的承压板2，承压板2与钢顶板1、钢底板4连接形成的横截面为工字型，承压板2的两侧面分别为钢混结合段15与钢梁过渡段16，钢混结合段15一侧设有C形带孔钢板5与PBL带孔钢板6，钢梁过渡段16一侧设有中腹板10、加强腹板11、变高加劲肋12与钢锚室14。

钢混结合段15一侧设有四块C形带孔钢板5与多块PBL带孔钢板6，四块C形带孔钢板5在铁路纵向上与承压板2焊接，C形带孔钢板5的上下两侧边分别与钢顶板1和钢底板4焊接；

PBL带孔钢板6垂直于钢顶板1或钢底板4设置且同时与承压板2垂直焊接，PBL带孔钢板6与承压板2焊接的位置与另一侧钢梁过渡段16的变高加劲肋12对齐，便于承压板2两侧力的传导。

四块C形带孔钢板5与PBL带孔钢板6上均开设有孔洞17，孔洞17内连接有用于与混凝土加强连接的PBL钢筋，桥梁或结合段结构在受到横向压力时，可以有效保证在扭转力的作用下，混凝土隔墙20不出现横向剪切拉应力。

钢混结合段15一侧的钢顶板1、钢底板4、承压板2上均设置有剪力钉7，剪力钉7的直径为15～25mm，高度为100～200mm，剪力钉7具有传递界面剪力、限制界面滑移、防止混凝土掀起、保证钢结构和混凝土19共同受力以及协调变形的作用。

钢梁过渡段16一侧的中腹板10、加强腹板11纵向垂直于承压板2焊接设置，中腹板10、加强腹板11的上侧与钢顶板1焊接，下侧与钢底板4焊接；变高加劲肋12纵向垂直连接于承压板2并在竖向上分别与钢顶板1、钢底板4内侧垂直连接；中腹板10、加强腹板11设置在钢顶板1中部位置；钢顶板1边缘侧设置有边腹板3，边腹板3与中腹板10、加强腹板11平行，两侧边分别焊接在钢顶板1和钢底板4上，为提高承压板2和钢底板4、钢顶板1的刚度提供了保证。

钢底板4整体呈折线形，包括中部钢底板平板401与焊接在钢底板平板401两侧的钢斜底板402，两侧的钢斜底板402在保持梁宽的同时降低钢梁的整体用料，还可以提升钢梁横向抗风性能，钢底板4水平段上连接有两块中腹板10和两块加强腹板11，加强腹板位于中腹板10内侧且通过钢锚板9与中腹板10连接；钢底板4倾斜段上焊接两块边腹板3，边腹板3上焊接有多块加劲肋8，多块加劲肋8从高至低依次水平布置且相邻加劲肋8之间设置有用于锚固预应力加强筋的钢锚板9，加劲肋8与钢锚板9垂直焊接，形成的腔室为设置钢锚室14提供空间。

两块加强腹板11之间的区域为过渡段Ⅰ区501，中腹板10与相邻加强腹板11之间的区域为过渡段Ⅱ区502，相邻边腹板3与中腹板10之间的区域为过渡段Ⅲ区503，边腹板3外侧为钢底板4和钢顶板1的边缘，一块平整的钢板两端分别焊接在钢底板4和钢顶板1的边缘上形成封闭区域，该平整钢板与边腹板3、钢顶板1、钢底板4合围成的空腔为通风嘴504，用于改善主梁纵向方向的风流通，减小风作用在主梁上的作用力，并避免风致涡振、颤振，而且钢顶板1边缘的作用力提供了传力途径，防止钢顶板1边缘变形。

参考图2与图4，钢梁过渡段16一侧的钢顶板1下方以及刚底板4上方均焊接有变高加劲肋12，变高加劲肋12分为变高段和等高段，等高段与承压板2相接，变高段与承压板2的距离为500～3000mm，且变高段的斜率为0.16，也即变高加劲肋12呈梯形结构，长底边与承压板2垂直焊接，高边与钢底板4或钢顶板1焊接，变高加劲肋12等间距布置，变高加劲肋12之间垂直焊接有钢锚板9，此处的钢锚板9平行于承压板2，用于增加承压板2在纵向上的刚度。

过渡段Ⅰ区501与过渡段Ⅲ区503的钢锚室14由钢锚板9、变高加劲肋12、钢锚室顶板13、侧挡板21和钢底板4合围形成腔室，过渡段Ⅱ区502由钢锚板9、侧挡板21、中腹板10、加强腹板11合围形成腔室，所有的钢锚室14内均填充有混凝土19，用于加强与承压板2之间的受力传力作用面积，为减小承压板2的厚度提供条件。

参考图5、图8，钢锚室14设置于中腹板10与加强腹板11之间以及相邻变高加劲肋12之间，并位于钢顶板1、钢底板4的内侧；钢锚室14的侧挡板21上锚固有预应力加强筋18，预应力加强筋18的另一端穿过承压板2与钢混结合段15并锚固在钢混结合段15后方的混凝土梁内，避免了承压板2上发生应力集中，有利于增加结合段在桥梁纵向的整体性，而且，配合PBL带孔钢板6，减小了承压板2上的应力，从而可以减小承压板2的厚度。

此外，承压板2的中部分别开设有大尺寸的通孔，通孔的边缘为弧形，通孔一方面可以减轻结合段重量，另一方面可以在梁内纵桥向提供检修通道；弧形边缘的通孔也避免了应力集中，防止承压板2从通孔处被破坏。

相较于传统的承压板结构连接，本发明的短钢混结合段结构，用钢锚室14代替了后承压板，有效的减小了前承压板的厚度，并有效地缩短了结合段长度，构件布置更加简洁、合理，板件间的受力传力更加明确。

本发明的短钢混结合段结构的施工方法如下：

S1：钢顶板1、承压板2、边腹板3、钢底板4、若干PBL带孔钢板6、四块C形带孔钢板5、若干剪力钉7、加劲肋8、钢锚板9等部件均按照图纸进行精准预制，同时对承压板2进行挖孔处理，预留空间便于后续施工；

S2：所有部件在工厂加工完成后，可在工厂就地拼装，也可运至现场后进行拼装，将PBL带孔钢板6和C形带孔钢板5垂直焊接于钢顶板1、钢底板4和承压板2对应位置，将加劲肋8按设计图纸焊接于钢顶板1、钢底板4、中腹板10、加强腹板11上，PBL钢筋穿过孔洞17并进行固定；

S3：钢结构施工完成后，按照图纸搭建钢混结合段15的混凝土隔墙20模板，布置好横向的PBL钢筋，预留出纵向的预应力加强筋18的孔道，模板须保证混凝土隔墙20浇筑的尺寸变形与强度要求；

S4：待钢混结合段15一侧的混凝土隔墙20强度达到规范要求后，将纵向的预应力加强筋18穿入预留孔道内，安装锚具，逐步张拉预应力加强筋18，并锚固在钢梁过渡段16的钢锚板9上；

S5：在钢梁过渡段16的钢锚室14中浇筑混凝土19，待预应力加强筋18张拉完成后，向预留孔道中灌注水泥浆，以保护预应力加强筋18不被锈蚀，并使预应力加强筋18与混凝土19黏结成为一体；

S6：在浇筑完成的钢混结合段15上进行其他施工。

以上所述仅为本发明的较优实施例，该实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。