一种预应力混凝土‑波形腹板钢箱结合梁混合梁结构体系的制作方法

本发明型属于桥梁工程领域，具体涉及一种预应力混凝土-波形腹板钢箱结合梁混合梁结构体系。

背景技术：

桥梁结构自20世纪50年代之后得到了迅速的发展，近年来因为材料科学的不断发展，预应力混凝土梁桥在跨度200m以下时，因为其造价低，刚度大等优点，已经成为了工程技术人员的第一选择。但是工程技术实践发现当跨度较大时，预应力混凝土梁桥存在梁体跨中持续下挠的问题，导致行车不平顺，而且腹板开裂严重，很多桥梁在未达到其设计使用年限的时候就需要进行大修或者直接需要拆除重新建造。采用钢箱梁桥可以在一定程度上解决预应力混凝土梁桥的上述缺点，但是钢箱梁桥成本较高，施工复杂，桥面铺装易损等缺陷限制了其发展和应用。可见，单一形式的预应力混凝土梁桥已经无法满足工程应用的需要。

随着波形钢腹板混凝土组合梁桥的应用越来越广泛，其缺点也越来越受到重视，由于下翼缘混凝土板和下翼缘钢板的结合部浇筑空间狭小，混凝土浇筑质量难以保证。并且，在修建大跨径波形钢腹板混凝土组合连续梁桥时，由于根部梁高很高，需要断面尺寸很大的波形钢腹板，会存在以下的缺点：(1)大断面尺寸波形钢腹板的加工难度很大，大大提高了施工难度和建设成本；(2)大跨径连续梁桥根部抗剪要求很高，大断面尺寸的剪切屈曲问题依旧是困扰工程界的难题；(3)根部梁高太高、波形钢腹板断面尺寸太大、需要设置很长一段的内衬混凝土段，会增加桥梁的自重和建设成本，因此波形钢腹板混凝土组合梁的跨径存在局限性。

随着工程技术水平的发展，桥梁的跨径也在不断增长，主梁在长度方向采用单一的材料往往很难在受力性能和工程经济性方面取得一个良好的平衡点。因此，在上个世纪七十年代，工程技术人员提出了在主梁的长度方向采用钢梁和混凝土梁混合使用的结构形式，如重庆石板坡长江大桥复线桥、温州瓯江大桥等。这种结构形式较单一结构在受力性能和经济性方面有所提升，但仍然存在着不可避免的其他问题：钢梁段和预应力混凝土梁段刚度变化大，过渡段构造复杂，导致过渡不平顺、传力效果差；钢桥面铺装成本较高，施工过程复杂，与混凝土桥面相比铺装的耐久性较差；位于主跨跨中部分的钢梁段处于正弯矩区，顶部钢板受压不能充分发挥钢材的力学特点，且顶板和腹板需要设置大量的加劲肋以避免钢板的稳定性问题。

以上所述结构形式大大限制了连续梁桥或刚构桥跨越能力的发展。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种预应力混凝土-波形腹板钢箱结合梁混合梁结构体系，可以充分利用钢材和混凝土材料各自的优点，同时避免其在受力方面的缺点，在提升桥梁的跨越能力的情况下，解决混合梁的连接问题，桥面铺装困难的问题，温度影响下次内力的问题等，大大简化了铺装工作对于机械的要求，并且对于预应力混凝土梁段与钢梁连接导致刚度过渡不平顺，导致行车舒适性降低的缺点进行了改进。

技术方案：一种预应力混凝土-波形腹板钢箱结合梁混合梁结构体系，包括桥墩和主梁上部构造，所述主梁上部构造包括预应力混凝土箱梁段、波形腹板钢箱结合梁段和钢混结合段，所述波形腹板钢箱结合梁段位于桥梁主跨跨中部分，所述预应力混凝土箱梁段位于主跨支座部分和边跨，所述预应力混凝土箱梁段和波形腹板钢箱结合梁段之间通过钢混结合段连接过渡。

进一步的，波形腹板钢箱结合梁段包括混凝土桥面板和波形腹板钢箱结构，所述混凝土桥面板与所述波形腹板钢箱结构通过剪力件连接。

进一步的，波形腹板钢箱结构包括钢顶板、波形钢腹板和钢底板，所述波形钢腹板分别与钢顶板和钢底板焊接连接，所述钢顶板上设有剪力件，所述混凝土桥面板与所述钢顶板通过剪力件连接，所述钢底板上设置有纵向加劲肋，所述纵向加劲肋与钢底板焊接连接。

进一步的，波形腹板钢箱结构包括翼缘板、波形钢腹板和钢底板，所述波形钢腹板分别与翼缘板和钢底板焊接连接，所述翼缘板上设有剪力件，所述混凝土桥面板与翼缘板通过剪力件连接，所述钢底板上设置有纵向加劲肋，所述纵向加劲肋与钢底板焊接连接。

进一步的，混凝土桥面板可根据需求和施工条件进行预制，并预留混凝土后浇缝，与所述钢顶板或翼缘板通过剪力件现浇连接。

进一步的，伸入波形钢腹板通过横向钢筋与预应力混凝土箱梁段的腹板连接，在靠近预应力混凝土箱梁段的一侧设有横隔梁，在波形钢腹板钢箱结合梁段与预应力混凝土箱梁段连接处设置空腹式钢横隔板。

进一步的，剪力件形式可以为栓钉连接件、PBL连接件等。

有益效果：本发明型专利公开了一种预应力混凝土-波形腹板钢箱结合梁混合梁结构体系，包括桥墩和主梁上部构造，其优点在于：

(1)梁体不为单一预应力混凝土结构，在跨中处采用波形腹板钢箱结合梁，可以减轻结构自重，解决预应力混凝土箱梁体跨中持续下挠和开裂的问题，并且可以有效减小梁高，增大通航净空。

(2)波形腹板钢箱结合梁采用组合结构，位于跨中正弯矩区，受压区采用混凝土顶板形式，受拉区采用钢底板形式，可以充分发挥混凝土和钢材各自的材料性能。

(3)跨中部位所采用的波形腹板钢箱混凝土结合梁相比现有结合梁，波形腹板钢箱结合梁的腹板采用波形钢腹板，无需设置加劲肋，且由于其纵向褶皱效应，可以减轻钢与混凝土温度膨胀系数差别引起的温度次内力，以及混凝土收缩徐变在钢梁段中引起的次内力；钢底板上设置的纵向加劲肋可以保证钢底板受力均匀，不失稳。

(4)波形腹板钢箱结合梁采用混凝土桥面板，能够解决传统钢-混凝土混合梁中钢箱梁桥面铺装施工复杂、易损坏和耐久性差等问题。

(5)预应力混凝土箱梁段和波形腹板钢箱结合梁段之间设置钢混过渡段，使预应力混凝土箱梁段和波形腹板钢箱结合梁段连接传力更加可靠，刚度过度更加平顺，增加行车的舒适度。

(6)可以在工厂预制混凝土桥面板，在现场采用混凝土后浇缝与波形钢腹板上翼缘板顶部的剪力件连接形成整体，从而加快施工进度。

本发明克服了传统预应力混凝土箱梁和钢箱梁单一体系的各自缺点，具有受力性能好、经济性好和跨越能力高等优点。本结构体系有效减轻自重，增加跨越能力，并可减小跨中挠度，避免了预应力混凝土箱梁跨中持续下挠和开裂和普通钢箱梁腹板稳定性差的缺点。波形腹板钢箱结合梁通过混凝土桥面板与桥面铺装层连接，可以避免普通钢箱梁桥面铺装施工困难、易损坏和耐久性差等问题。其中波形腹板钢箱结合梁采用工厂预制，现场施工便捷，缩短建设工期。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明波形腹板钢箱结合梁段截面示意图。

图3是本发明波形腹板钢箱结合梁段进一步优选截面示意图。

图4是本发明波形腹板钢箱结合梁段与预应力混凝土箱梁段连接方式水平剖面俯视示意图。

图5是本发明波形腹板钢箱结合梁段腹板与预应力混凝土箱梁段进一步优选连接方式水平剖面俯视示意图。

图6是本发明钢混结合段纵剖面示意图。

图7是本发明钢混结合段与预应力混凝土箱梁连接处横截面示意图。

图8是本发明钢混结合段与波形腹板钢箱结合梁连接处横截面示意图。

图中：1、桥墩，2、预应力混凝土箱梁段，3、波形腹板钢箱结合梁段，4、钢混结合段，3.1、混凝土桥面板，3.2、剪力件，3.3、钢箱结合梁段处波形钢腹板，3.4、纵向加劲肋，3.5、钢底板，3.6、翼缘板，3.7、钢顶板，4.1、钢混结合段处波形钢腹板，4.2、内衬混凝土，4.3、钢底板，4.4、横隔梁，4.5、底板栓钉，4.6腹板栓钉，4.7、横向钢筋，4.8空腹式钢横隔板。

具体实施方式

以下结合附图所示实例对本发明作进一步说明。

本发明公开了一种预应力混凝土-波形腹板钢箱结合梁混合梁结构体系，包括桥墩和主梁上部构造，主梁上部构造包括预应力混凝土箱梁段2、波形腹板钢箱结合梁段3和钢混结合段4，波形腹板钢箱结合梁段3位于桥梁主跨跨中部分，为主跨跨径的1/4～1/3，预应力混凝土箱梁2位于主跨支座部分和边跨，预应力混凝土箱梁段2和波形腹板钢箱结合梁段3之间通过钢混结合段4连接过渡。

本发明所示预应力混凝土-波形腹板钢箱结合梁混合梁结构体系可在桥梁建设中根据需求多处设置，其中在桥梁跨中段采用波形腹板钢箱结合梁3，在桥墩支点处附近采用预应力混凝土箱梁2，可减轻桥梁自重，减小桥梁跨中挠度，提高桥梁跨越能力。

本发明中，预应力混凝土箱梁区段2与波形腹板钢箱结合梁段3沿纵向通过钢混结合段4连接在一起，构成连续梁体系。波形腹板钢箱结合梁3的波形钢腹板3.3伸入预应力混凝土箱梁段2腹板内，并且在钢混结合段4腹板内侧浇筑内衬混凝土4.2，伸入的波形钢腹板4.1通过腹板栓钉4.6与内衬混凝土4.2连接。波形腹板钢箱结合梁段3的伸入的波形钢腹板4.1，通过横向钢筋4.7或者腹板栓钉4.6与预应力混凝土箱梁段2的腹板相连接。波形腹板钢箱结合梁段3钢底板3.5伸入预应力混凝土箱梁底板内，钢底板3.5上设置剪力件，并浇筑内衬混凝土，为大跨桥梁提供了理想的过渡方式，保证了连接段的刚度过渡平顺，确保行车舒适。

作为本发明的实施方案，波形腹板钢箱结合梁3包括混凝土桥面板3.1和波形腹板钢箱结构，混凝土桥面板3.1与波形钢腹板钢箱结构通过剪力键3.2连接。

作为本发明的实施方案，波形腹板钢箱结构包括钢顶板3.7、波形钢腹板3.3和钢底板3.5，波形钢腹板3.3分别与钢顶板3.7和钢底板3.5焊接连接，钢顶板3.7上设有纵向剪力件3.2，混凝土桥面板3.1与钢顶板3.7通过剪力件3.2连接。

作为本发明的实施方案，波形腹板钢箱结构包括翼缘板3.6、波形钢腹板3.3和钢底板3.5，翼缘板3.6与波形钢腹板3.3上缘焊接连接，混凝土桥面板3.1与翼缘板3.6通过剪力件3.2连接。

作为本发明的优选方案，混凝土桥面板3.1可根据需求和施工条件进行预制，并预留混凝土后浇缝，与翼缘板3.6通过剪力件3.2现浇连接。

作为本发明的实施方案，钢底板3.5上设置有纵向加劲肋3.4，纵向加劲肋3.4与钢底板3.5焊接连接。

作为本发明的实施方案，钢混结合段4是连接预应力混凝土箱梁段2和波形腹板钢箱结合梁段3的过渡部分，设置于正、负弯矩交替作用区，其连接构造包括伸入预应力混凝土箱梁2腹板内的伸入波形钢腹板4.1，在伸入波形钢腹板4.1内侧浇筑内衬混凝土4.2形成组合腹板，在钢底板4.3上设置剪力件4.5并浇筑混凝土形成组合底板，且在与预应力混凝土箱梁段2的连接处设有横隔梁4.4。

作为本发明的实施方案，伸入波形钢腹板4.1通过剪力件与内衬混凝土4.2连接；伸入波形钢腹板4.1通过横向钢筋4.7与预应力混凝土梁2的腹板连接。

作为本发明的优选方案，钢混结合段4的伸入波形钢腹板4.1通过腹板栓钉4.6与预应力混凝土箱梁2的腹板连接。

作为本发明的实施方案，在钢混结合段4与波形腹板钢箱结合梁段3的连接处设置空腹式钢横隔板4.8。

作为本发明的实施方案，剪力件形式可以为栓钉连接件、PBL连接件等。

作为本发明的实施方案，混合梁结构体系可以应用于连续梁桥或刚构桥。

当然，本发明创造不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造的精神前提下还可作出等同变形或者替换，这些等同的变形和替换均包含在本申请权利要求所限定的范围之内。