本发明设计桥梁建造技术领域，尤其涉及一种功能分区设计的部分敞口钢梁及其施工工艺。
背景技术：
连续梁桥在我国应用广泛，连续梁桥的内力分布特点是在中支座处有很大的负弯矩和剪力作用。传统的混凝土连续梁通过在中支座处混凝土顶板配置预应力来抵抗负弯矩，施工环节繁琐，工期较长，不满足市政桥梁快速施工的要求。传统钢梁桥，一般为单箱室或单箱多室截面，整体吊装重量大，因此一般采用节段吊装并在现场焊接成整体，这样造成现场焊接量大，再加之箱内焊接环境较差，焊接质量难以保证。节段划分时会出现纵横向分块，不利于现场施工质量控制及施工速度的提高。
功能分区设计的部分敞口钢梁具有以下优点：(1)钢箱梁采用分区设计理念，平行钢主梁载支座附近横梁采用闭口钢梁截面，内部灌注混凝土，在保证结构纵向承载能力的同时，增加结构横向刚度及稳定性，防止支座脱空。(2)相对传统钢箱梁，结构敞口比例提高，在封闭条件下的现场焊接工作量减少，施工人性化程度提高，施工质量更易于保证。(3)施工时平行钢主梁先施工，再施工中间横梁及其上正交异性钢桥面板，这样使得主梁吊装重量减少，可采用整孔无支架或少支架吊装主梁，施工占地较少，对城市相交道路交通影响较小，所以有必要提供一种部分敞口钢梁。所以有必要提供一种功能分区设计的部分敞口钢梁。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种刚度大、结构合理、施工便捷以及便于养护的功能分区设计的部分敞口钢梁及其施工工艺。
为实施上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种功能分区设计的部分敞口钢梁，包括钢主梁、正交异性钢桥面板、中横梁、悬臂梁及闭口钢箱梁；其中，所述钢主梁为两条，两条钢主梁之间设置有若干敞口段中横梁，每个钢主梁的侧壁上设置有若干悬臂梁，钢主梁内设置有若干敞口段箱内横隔板，并且相应的敞口段箱内横隔板、敞口段中横梁与悬臂梁设置在同一平面内，钢主梁、若干敞口段箱内横隔板以及若干敞口段中横梁形成敞口钢箱梁；闭口钢箱梁位于支座上，闭口钢箱梁由钢主梁、闭口封底板及闭口部分钢箱腹板共同组成，钢主梁内设置闭口横隔板，两条钢主梁之间设置有两块梁间闭口横隔板，两块梁间闭口横隔板相连在一起；两条钢主梁上设置有正交异性钢桥面板。
本发明进一步的改进在于，闭口钢箱梁内填充有混凝土；梁间闭口横隔板与箱内闭口横隔板之间设置有对拉钢筋。
本发明进一步的改进在于，敞口段箱内横隔板由开口横隔板及焊接在开口横隔板上的内衬板组成，开口横隔板上开设有长方形孔，长方形孔的四个角处设置有圆形倒角，内衬板焊接在开口横隔板上开口的上缘处，并与开口横隔板垂直设置，内衬板的端部设置有圆形倒角。
本发明进一步的改进在于，正交异性钢桥面板的端部与悬臂梁的端部平齐；两条钢主梁的梁高相同，钢主梁高度根据跨径布置采用等截面设计或变截面设计。
本发明进一步的改进在于，每条钢主梁由带若干加劲肋的底板及两道平行的钢主梁腹板组成，底板上设置有两块钢主梁腹板，两块平行的钢主梁腹板与底板垂直设置，且钢主梁腹板设置在底板上的两侧，两块钢主梁腹板与底板形成空腔；
闭口钢箱梁中的钢主梁腹板、闭口部分钢箱腹板、梁间闭口横隔板、箱内闭口横隔板及闭口封底板上均设置有螺柱焊钉，闭口钢箱梁内下部设置有钢筋网片。
本发明进一步的改进在于，正交异性钢桥面板端部设置有封端板，封端板与悬臂板端部相接触。
本发明进一步的改进在于，敞口钢箱梁段中横梁由敞口段中横梁横隔板及敞口段中横梁内衬板组成，敞口段中横梁横隔板一端与一条主钢梁侧壁相连，另一端与另外一条主钢梁侧壁相连，敞口段中横梁横隔板的顶面与钢主梁腹板上端平齐，敞口段中横梁横隔板上开设倒u形孔，u形孔上设置有圆弧倒角；敞口段中横梁内衬板设置在u形孔的顶部。
本发明进一步的改进在于，悬臂梁由悬臂板及弧形的悬臂衬板组成，弧形悬臂衬板焊接在悬臂板下缘，悬臂板下缘采用二次曲线过度，悬臂衬板采用呈弧形。
一种功能分区设计的部分敞口钢梁的施工方法，包括以下步骤：
1)施工桥墩基础和桥墩墩台，预制两条平行钢主梁，然后在每条钢主梁内焊接若干敞口段箱内横隔板和闭口横隔板；
2)浇筑盖梁并安装盖梁及桥台支座；
3)在墩顶或地面支架上组拼两条平行钢主梁，并逐段吊装或整体顶推两条平行钢主梁；
4)在地面支架上于两条钢主梁之间焊接两块相连的闭口封底板，在闭口封底板两端焊接有两块梁间闭口横隔板，梁间闭口横隔板与钢主梁垂直，然后两条钢主梁之间设置有闭口部分钢箱腹板，闭口部分钢箱腹板垂直设置在闭口封底板上，形成闭口钢箱梁；然后吊装至两条平行钢主梁之间并焊接在钢主梁上；
5)焊接悬臂梁及敞口段横梁；
6)绑扎钢筋网片后安装在闭口钢箱梁内部，然后焊接对拉钢筋；
7)安装正交异性钢桥面板；
8)向闭口钢箱梁内部浇筑混凝土；
9)施工混凝土桥面铺装层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在两条钢主梁之间设置有若干敞口段中横梁，每个钢主梁的侧壁上设置有若干悬臂梁，钢主梁内设置有若干敞口段箱内横隔板，并且相应的敞口段箱内横隔板、敞口段中横梁与悬臂梁设置在同一平面内，钢主梁、若干敞口段箱内横隔板以及若干敞口段中横梁形成敞口钢箱梁；闭口钢箱梁位于支座上，闭口钢箱梁由钢主梁、闭口封底板及腹板共同组成，钢主梁内设置闭口横隔板，两条钢主梁之间设置有两块梁间闭口横隔板，两块梁间闭口横隔板相连在一起敞口钢箱梁和闭口钢箱梁一起形成本发明的功能分区设计的部分敞口钢梁，基于功能分区设计，传力更明确，用钢梁更省。本发明中敞口部分比例相对常规钢梁高，有效减少了封闭施焊作业量，施工人性化程度更高，质量更易于保证，后期也更加便于检查，易于养护保养。本发明的分区设计可以更好地适应城市桥梁桥面变宽或者异形的需求，封闭箱室可以保持不变，仅通过调整箱室个数和箱室之间的敞口部分宽度来调节整体梁宽。本发明适用范围广，上部结构采用部分敞口钢箱梁，可根据跨径需要，梁高可设为等截面或变截面，适应城市桥梁对桥梁跨径的不同需要。桥宽的不同需要。
本发明的钢梁可根据不同结构体量选择多种施工工艺。由于用该结构钢量省，吊装重量轻，在桥宽不大的情况下可以整孔吊装。桥宽较大时，平行钢主梁可先行吊装或者顶推，相对于常规单箱室钢箱梁，吊装或者顶推单元更轻，单元长度可以更长，施工速度更快；在跨径较大情况下，可以先施工闭口部分并，并作为施工敞口部分钢梁的作业平台，因此不需要支架，对桥下交通干扰少。本发明结构合理、受力性能良好，施工简单、施工工期短，造型美观，易于养护，适用范围广，能有效解决现有市政桥梁结构施工不便、对交通影响大的问题，能够改善钢梁支座处受力性能和疲劳性能。
附图说明
图1为本发明的部分敞口钢梁结构示意图。
图2为图1的a-a截面结构示意图。
图3为图1的b-b截面结构示意图。
图4为图1中敞口段中横梁结构示意图。
图5为悬臂梁的结构示意图。
图6为敞口段箱内横隔板结构示意图。
图7为闭口部分钢箱梁立面图。
图8为闭口部分钢箱梁地面平面图。
图9为本发明的部分敞口钢梁侧视图。
附图标记说明：
1—钢主梁；2—正交异性钢桥面板；3—敞口段中横梁；
4—悬臂梁；5—闭口钢箱梁；6—敞口段箱内横隔板；
7—螺柱焊钉；8—钢筋网片；1-1—加劲底板；
1-2—钢主梁腹板；2-1—封端板；
3-1—敞口段中横梁横隔板；3-2—敞口段中横梁内衬板；
3-3—梁间闭口横隔板；
4-1—悬臂板；4-2—悬臂衬板；
5-1—闭口封底板；5-2—闭口部分钢箱腹板；
5-3—梁间闭口横隔板；
6-1—开口横隔板；6-2—敞口段箱内横隔板内衬板；
6-3—箱内闭口横隔板；
9—敞口钢箱梁；10—支座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明
如图1所示，一种功能分区设计的部分敞口钢梁，包括钢主梁1、正交异性钢桥面板2、中横梁3、悬臂梁4及闭口钢箱梁5。其中，所述钢主梁1为两条，每条钢主梁1上设置有若干加劲肋，两条钢主梁1之间设置有若干敞口段中横梁3，即两条钢主梁1通过若干敞口段中横梁3连接，若干敞口段中横梁3平行设置。每个钢主梁1的侧壁上设置有若干悬臂梁4，钢主梁1内设置有若干敞口段箱内横隔板6，并且敞口段箱内横隔板6、敞口段中横梁3与悬臂梁4设置在钢主梁1的同一高度处，即两条钢主梁1上同一高度处的隔板6、中横梁3与悬臂梁4位于同一平面内，钢主梁1、若干敞口段箱内横隔板6以及若干敞口段中横梁3形成敞口钢箱梁9。
如图1、图3和图9所示，闭口钢箱梁5位于支座10上，闭口钢箱梁5纵向即沿钢主梁1长度方向的长度约为2.5m～3.0m。闭口钢箱梁5由钢主梁1、闭口封底板5-1及闭口部分钢箱腹板5-2共同组成单箱四室钢箱梁，其中，两条钢主梁1之间设置有两块相连的闭口封底板5-1，闭口封底板5-1两端设置有两块梁间闭口横隔板3-3，梁间闭口横隔板3-3与钢主梁1垂直，两条钢主梁1之间设置有闭口部分钢箱腹板5-2，闭口部分钢箱腹板5-2垂直设置在闭口封底板5-1上。在闭口段，钢主梁1内设置闭口横隔板6-3，两条钢主梁1之间设置有两块梁间闭口横隔板3-3，两块梁间闭口横隔板3-3相连在一起，梁间闭口横隔板3-3以及闭口横隔板6-3的上下缘均设置有槽口，方便主梁1上的加劲肋通过。
如图1所示，闭口钢箱梁5内填充混凝土以保证支座10有效传力。
参见图6，在敞口钢箱梁段，敞口段箱内横隔板6由开口横隔板6-1及焊接在开口横隔板6-1上的内衬板6-2组成，开口横隔板6-1上开设有长方形孔，长方形孔的四个角处设置有圆形倒角，内衬板6-2焊接在开口横隔板6-1上开口的上缘处，并与开口横隔板6-1垂直设置，相应的，内衬板6-2的端部设置有圆形倒角，敞口段箱内横隔板6上下缘设置有槽口，方便主梁1上的加劲肋通过。
两条钢主梁1上设置有正交异性钢桥面板2，即敞口钢箱梁9和闭口钢箱梁5上方设置正交异性钢桥面板2；正交异性钢桥面板2的端部与悬臂梁4的端部平齐，悬臂梁4起支撑两条平行钢主梁1外侧正交异性钢桥面板2的作用。
两条钢主梁1梁高可根据跨径布置采用等截面设计或变截面设计。两条平行钢主梁1的中心间距可根据桥宽要求调整，若桥宽较宽，必要时可横向布置多条所述平行钢主梁1。
如图1、图2以及图6所示，每条钢主梁1由带若干加劲肋的底板1-1及两道平行的钢主梁腹板1-2组成，底板1-1上设置有两块钢主梁腹板1-2，两块平行的钢主梁腹板1-2与底板1-1垂直设置，并且设置钢主梁腹板1-2设置在底板1-1上的两侧，两块钢主梁腹板1-2与底板1-1形成空腔。如图1所示，正交异性钢桥面板2底面端部设置有封端板2-1，封端板2-1与悬臂板4端部相接触。
如图1、图2以及图4所示，敞口段中横梁3设置于敞口钢箱梁段，敞口钢箱梁段中横梁3由敞口段中横梁横隔板3-1及敞口段中横梁内衬板3-2组成，敞口段中横梁横隔板3-1一端与一条主钢梁1侧壁相连，另一端与另外一条主钢梁1侧壁相连，敞口段中横梁横隔板3-1的顶面与钢主梁腹板1-2上端平齐，敞口段中横梁横隔板3-1上开设倒u形孔，u形孔上设置有圆形倒角。敞口段中横梁内衬板3-2连接于敞口段中横梁横隔板3-1下缘及倒角处，即敞口段中横梁内衬板3-2设置在u形孔的顶部。敞口段中横梁横隔板3-1上缘设置槽口，方便主梁1上的加劲肋通过。中横梁横隔板3-1及内衬板3-2组成并形成倒t形结构。
如图1、图2以及图5所示，悬臂梁4由悬臂板4-1及弧形的悬臂衬板4-2组成，弧形悬臂衬板4-2焊接在悬臂板4-1下缘，悬臂衬板4-2满足受力和景观效果两方面要求。悬臂梁4通长布置于钢箱梁桥上。悬臂板4-1下缘采用二次曲线过度，悬臂衬板4-2与二次曲线形状对应呈弧形。悬臂梁4上缘开设有槽口，方便主梁1上的加劲肋通过。
如图7和图8所示，为保证灌注混凝土与闭口钢箱梁5共同工作，闭口钢箱梁5中的钢主梁腹板1-2、闭口部分钢箱腹板5-2、梁间闭口横隔板3-3、箱内闭口横隔板6-3及闭口封底板5-1上均设置有螺柱焊钉7，螺柱焊钉7一般采用
为保证灌注混凝土后闭口钢箱梁5横隔板不鼓曲，应在梁间闭口横隔板3-3与箱内闭口横隔板6-3之间设置对拉钢筋。每个箱室布置不应少于5个。
一种功能分区设计的部分敞口钢梁的施工工艺，包括以下步骤：
1)施工桥墩基础和桥墩墩台，同时或提前预制两条平行钢主梁1，然后在每条钢主梁1内焊接若干敞口段箱内横隔板6和闭口横隔板6-3；
2)浇筑盖梁并安装盖梁及桥台支座；
3)在墩顶或地面支架上组拼两条平行钢主梁1，并逐段吊装或整体顶推两条平行钢主梁1；
4)在地面支架上于两条钢主梁1之间焊接两块相连的闭口封底板5-1，在闭口封底板5-1两端焊接有两块梁间闭口横隔板3-3，梁间闭口横隔板3-3与钢主梁1垂直，然后两条钢主梁1之间设置有闭口部分钢箱腹板5-2，闭口部分钢箱腹板5-2垂直设置在闭口封底板5-1上，形成闭口钢箱梁5；然后吊装至两条平行钢主梁1之间并焊接在钢主梁1上；
5)焊接悬臂梁4及敞口段横梁3；
6)绑扎钢筋网片8后安装在闭口钢箱梁5内部，然后焊接对拉钢筋；
7)安装正交异性钢桥面板2；
8)向闭口钢箱梁内部浇筑混凝土；
9)施工混凝土桥面铺装层。
10)设置防撞护栏、伸缩缝、铺装及其他附属设施。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。