负弯矩区钢梁加高的钢-混凝土组合梁结构及施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种负弯矩区钢梁加高的钢-混凝土组合梁结构及施工方法。

背景技术

钢-混凝土组合梁结构兼具有钢材与混凝土两种材料的优势，材料利用较合理且经济施工速度快，实用性强，在路桥及建筑领域得到广泛应用。然而，组合结构连续梁负弯矩区的混凝土受拉易开裂，导致组合梁耐久性差。目前主要有以下几种方法应对此问题：一、改变施工顺序，使负弯矩区钢梁充分受拉后施工桥面板来减小桥面板拉应力；二、增加桥面板结构配筋率或使用高性能混凝土来控制裂缝数量及宽度；三、改进施工工艺，采用施加预应力等方法减少或避免混凝土板出现拉应力。但是，改变施工顺序的方法，混凝土桥面板仍承受大部分成桥后长期荷载的不利作用；增加配筋等方法单独使用时长期带裂缝工作，对耐久性存在不利影响；施加预压应力等方法不可避免地也对剪力连接件施加了附加应力，不但增大了钢梁的负担，也削弱了对混凝土板施加的预压应力的效果。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种负弯矩区钢梁加高的钢-混凝土组合梁结构及施工方法，规避传统混凝土桥面板的抗拉强度低的弱点，从构造上的改变来充分利用连续梁负弯矩区钢梁上翼板抗拉强度，以减小混凝土桥面板拉应力，使组合梁受力更加合理，改善该结构负弯矩区病害情况。同时，针对负弯矩区混凝土桥面板可选择有两种优选方案，一是使用薄层超高性能混凝土与钢梁结合共同受力，充分发挥超高性能混凝土抗拉强度高、抗裂性能好的特点；二是使用ECC混凝土使钢梁作为主要受力构件，克服了传统混凝土的易脆性、弱拉伸性的弱点，更好地适应钢梁的变形。两种高性能混凝土都具有自重轻、耐久性与抗疲劳性好等特点，具有良好的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种负弯矩区钢梁加高的钢-混凝土组合梁结构，包括钢梁、混凝土桥面板以及剪力连接件，其特征在于：所述钢梁在负弯矩区段朝上延伸增加梁高，所述混凝土桥面板通过剪力连接件与钢梁连接在一起形成组合梁，所述钢-混凝土组合梁负弯矩区的钢梁嵌入混凝土桥面板。

进一步的，所述钢-混凝土组合梁正弯矩区的混凝土桥面板位于所述钢梁上翼板上部；所述钢-混凝土组合梁负弯矩区的混凝土桥面板位于所述钢梁上翼板下部或包裹着钢梁上翼缘。

进一步的，所述钢-混凝土组合梁负弯矩区的钢梁梁高增加段长度为单孔桥长（即相邻钢梁之间桥孔的长度）的0.2 ~ 0.5倍，梁高变化通过渐变梁高实现，即钢-混凝土组合梁正弯矩区至钢-混凝土组合梁负弯矩区过渡区的钢梁上翼板呈斜向上延伸状。

进一步的，所述负弯矩区钢梁截面上翼板顶平面高于所述混凝土桥面板底平面。

进一步的，所述混凝土桥面板内设置上下两层钢筋网，所述钢筋网由一定间距的纵向和横向钢筋组成；所述钢-混凝土组合梁负弯矩区内的钢梁腹板开设有供横向钢筋横穿的圆孔，圆孔位置与横向钢筋一一对应。

进一步的，所述钢梁梁高渐变段上翼板开设有通孔，所述通孔的位置与混凝土桥面板纵向钢筋相对应，所述混凝土桥面板纵向钢筋贯穿钢梁上翼缘通孔。

进一步的，所述钢-混凝土组合梁负弯矩区的剪力连接件按一定的间距布置在钢梁上翼缘下部或者钢梁上翼缘的上部和下部上下对称设置。

进一步的，所述钢-混凝土组合梁的钢梁高度渐变段处的上翼缘上、下表面按一定的间距布置剪力连接件。

进一步的，所述混凝土桥面板或所述钢梁上翼缘与混凝土桥面板上部铺设桥面铺装。

负弯矩区钢梁加高的钢-混凝土组合梁结构的施工方法，按以下步骤进行：

S1: 钢梁加工与制造：在桥梁下部结构建造过程中，同时进行钢梁的加工与制造，钢梁梁高渐变段上翼板转角处平顺处理，降低应力集中；根据混凝土桥面板纵横向钢筋设计位置，在与钢筋对应的钢梁腹板与上翼缘处开圆孔及通孔；

S2：焊接剪力连接件：按一定的间距在钢梁上焊接剪力连接件，钢梁加高段剪力连接件焊接于上翼缘下部或上部与下部；

S3: 钢梁架设：采用吊装、顶推或拖拉方法进行钢梁架设，安装钢梁之间的横向联结结构；

S4：利用钢模板或压型钢板作为底模，其中压型钢板在混凝土桥面板施工后可不用拆除，在底模上绑扎桥面钢筋网，注意负弯矩区横向钢筋需要贯穿钢梁腹板，纵向钢筋需要贯穿梁高渐变段上翼板，然后浇注混凝土，养护选择自然养护、标准养护或热水养护；

S5：施工护栏或防撞墙；

S6：施工桥面铺装。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：规避了连续组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗拉强度低的弱点，从构造上的改变来充分利用连续梁负弯矩区钢梁上翼板抗拉强度，以减小混凝土桥面板拉应力，使组合梁受力更加合理，改善该结构负弯矩区病害情况，具有良好的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例一的横桥截面结构示意图。

图2为本发明实施例一的负弯矩区钢梁变高结构示意图。

图3为本发明实施例二的横桥截面结构示意图。

图4为本发明实施例二的负弯矩区钢梁变高结构示意图。

图中：1-钢梁， 2-1-正弯矩区混凝土桥面板，2-2-实施例一负弯矩区混凝土桥面板，2-3-实施例二负弯矩区混凝土桥面板，3-剪力连接件，4-通孔，5-圆孔。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~4所示，负弯矩区钢梁加高的钢-混凝土组合梁结构，包括钢梁1，混凝土桥面板2以及剪力连接件3，所述钢梁1在负弯矩区段向上增加梁高，所述混凝土桥面板2通过剪力连接件3与钢梁1连接在一起形成组合梁，所述钢-混凝土组合梁负弯矩区的钢梁1嵌入混凝土桥面板2。

在本发明实施例一中，如图1~2所示，所述正弯矩区混凝土桥面板2-1位于所述钢梁1上翼板上部，所述负弯矩区混凝土桥面板2-2位于所述钢梁1上翼板下部；所述剪力连接件3按一定的间距布置在钢梁1负弯矩区上翼缘下部以及钢梁1高度渐变段处的上翼缘上、下表面；所述钢梁1负弯矩区腹板开若干圆孔5，圆孔位置与所述混凝土桥面板2-2横向钢筋相对应，所述钢梁1梁高渐变段上翼板开若干通孔4，通孔的位置与混凝土桥面板2-2纵向钢筋相对应；所述负弯矩区混凝土桥面板2-2上下两层钢筋网均位于钢梁1负弯矩区上翼板下部。

在本发明实施例二中，如图3~4所示，实施例二与实施例一的主要区别在于：所述负弯矩区混凝土桥面板2-3包裹钢梁1上翼板；所述剪力连接件3按一定的间距布置在钢梁1负弯矩区上翼缘上部和下部；所述负弯矩区混凝土桥面板2-3上下两层钢筋网均分别位于钢梁1负弯矩区上翼板上部和下部。

如图1~4所示，负弯矩区钢梁加高的钢-混凝土组合梁结构的施工方法，包括以下步骤：

S1: 钢梁加工与制造：在桥梁下部结构建造过程中，同时进行钢梁的加工与制造，钢梁梁高渐变段上翼板转角处平顺处理，降低应力集中；根据混凝土桥面板纵横向钢筋设计位置，在与钢筋对应的钢梁腹板与上翼缘处开圆孔及通孔；

S2：焊接剪力连接件：按一定的间距在钢梁上焊接剪力连接件，钢梁加高段剪力连接件焊接于上翼缘下部或上部与下部；

S3: 钢梁架设：采用吊装、顶推或拖拉方法进行钢梁架设，安装钢梁之间的横向联结结构；

S4：利用钢模板或压型钢板作为底模，其中压型钢板在混凝土桥面板施工后可不用拆除，在底模上绑扎桥面钢筋网，注意负弯矩区横向钢筋需要贯穿钢梁腹板，纵向钢筋需要贯穿梁高渐变段上翼板，然后浇注混凝土，养护选择自然养护、标准养护或热水养护；

S5：施工护栏或防撞墙；

S6：施工桥面铺装。

在本发明实施例中，负弯矩区混凝土桥面板2-2或2-3的混凝土材料可有两种优选方案：一、使用薄层超高性能混凝土与钢梁结合共同受力，发挥超高性能混凝土抗拉强度高、抗裂性能好的特点；二、使用ECC混凝土使钢梁作为主要受力构件，克服传统混凝土的易脆性、弱拉伸性的弱点，更好地适应钢梁的变形。此外，这两种高性能混凝土都具有自重轻、耐久性与抗疲劳性好等特点，具有良好的应用前景。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的负弯矩区钢梁加高的钢-混凝土组合连续梁结构及其施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。