本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种用于斜拉桥的钢-uhpc组合梁及施工方法。
背景技术
斜拉桥是一种索支承体系桥梁，即在索塔上用若干斜向拉索支承起主梁以跨越较大的河谷等障碍。拉索对主梁起到多点弹性支承作用，使梁内弯矩和梁体尺寸大大减小，跨越能力显著增大。斜拉桥的抗风稳定性优于悬索桥，景观效果较好，施工工艺成熟，造价经济，对于300～1000m的跨径均有很好的适用性，是大跨度桥梁采用的最主要桥型。
斜拉桥主梁不仅需要承担因自重、汽车以及附属设施等桥面荷载产生的弯矩和剪力，同时还要承担斜拉索水平分力引起的轴向压力。目前应用较多的斜拉桥主梁形式有混凝土梁、钢梁、钢-混组合梁以及钢-混混合梁(中跨钢梁、边跨混凝土梁)。混凝土主梁自重较大，在自身收缩徐变及外部荷载的作用下，运营期间容易产生开裂等病害，通常情况下只适用于跨径较小的斜拉桥(400m以下)。钢梁自重较轻，适用于较大跨径的斜拉桥(600m以上)，但其造价往往较昂贵，并且常用的正交异性板钢桥面在车轮荷载作用下极易出现桥面疲劳开裂和桥面铺装破损的病害，难以根除。钢-混组合梁兼顾钢材抗拉、混凝土抗压的特点，既避免了混凝土梁自重过大导致斜拉索、索塔及其基础造价过高的问题，同时也避免了纯钢结构主梁造价过高、桥面易疲劳破坏的问题，其优越的技术经济性能非常适用于跨径400～600m的斜拉桥。但是，传统的钢-混组合梁的桥面板通常采用c60混凝土，桥面板厚一般较大(26～30cm)，使得钢-混组合梁与钢梁相比自重仍较大，由此引起斜拉索规格、索塔尺寸加大，降低了其经济性，限制了其应用于更大跨度斜拉桥的可能性。
随着桥梁技术的发展，uhpc(ultra-highperformanceconcrete，超高性能混凝土)材料成为可能的选择。uhpc抗拉、抗压强度高，抗裂性能好，作为桥面板材料不仅可有效改善桥面板的受力性能和耐久性，而且还可大大减小桥面板的厚度从而显著减轻组合梁自重，使得组合梁斜拉桥能够向着更大跨径(600m以上)发展。扁平箱形钢-uhpc组合梁必须整体吊装施工，不利于在山区及其他施工条件较差的环境下应用。此外，uhpc材料湿接缝的力学性能是影响其应用的关键因素，传统的矩形缝力学性能和抗裂性能无法满足要求。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种性能好、造价低、施工条件适应性强、有利于斜拉桥向着更大跨径发展的钢-uhpc组合梁及施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于斜拉桥的钢-uhpc组合梁，包括两根平行布置的主纵梁、两根以上与主纵梁相连的横梁、以及两块以上uhpc预制板，各所述横梁沿纵向均匀布置于两根所述主纵梁之间，相邻两根所述横梁中部通过中间纵梁相连，所述主纵梁、中间纵梁以及相邻两根横梁配合形成钢梁格，各所述预制板一一对应地搭设于各所述钢梁格上，所述主纵梁上设有uhpc主纵向现浇带，所述中间纵梁上设有uhpc中间纵向现浇带，所述横梁上设有uhpc横向现浇带，所述主纵向现浇带、中间纵向现浇带以及横向现浇带内均设有现浇带钢筋和剪力件，所述预制板内设有沿纵向和横向布置的预制板钢筋，各所述预制板钢筋两端伸出至所述预制板外并与对应的现浇带钢筋相连，所述主纵向现浇带内的剪力件与所述主纵梁相连，所述中间纵向现浇带内的剪力件与所述中间纵梁相连，所述横向现浇带内的剪力件与所述横梁相连。
作为上述技术方案的进一步改进：所述预制板上部的边缘下凹，所述主纵向现浇带、所述中间纵向现浇带和所述横向现浇带上部均延伸至对应的下凹处上方。uhpc材料湿接缝的力学性能是影响其应用的关键因素，由此本发明进一步将湿接缝采用阶梯状接缝，比传统的矩形缝具有更高的力学性能和抗裂性能，由水平抗剪提供纵向抗拉能力，湿接缝可以达到比母材更高的性能，有效解决了该问题。
作为上述技术方案的进一步改进：所述预制板与所述主纵向现浇带的结合面为锯齿面，可使预制板分担斜拉索传递给主纵梁压力的能力更强；预制板与中间纵向现浇带、横向现浇带的结合面采用常规的平面即可。
作为上述技术方案的进一步改进：所述预制板与所述钢梁格之间设有橡胶垫。设置橡胶垫可避免预制板直接与钢梁格接触，造成钢梁格表面损坏，同时也有利于提高预制板铺设在钢梁格上的稳定性，在浇注各现浇带时防止混凝土浆逸走。
作为上述技术方案的进一步改进：所述预制板下部与所述钢梁格接触的位置厚度加大，有利于提高预制板自身的受力性能。
作为上述技术方案的进一步改进：所述主纵梁采用工字型断面，主纵梁包括主纵梁顶板、主纵梁腹板以及主纵梁底板，所述主纵梁顶板与所述剪力件相连，所述主纵梁腹板外侧焊接有多块纵向加劲钢板，多块所述纵向加劲钢板沿竖向均匀布置，所述主纵梁顶板与最上侧的所述纵向加劲钢板之间、相邻的两所述纵向加劲钢板之间、以及最下侧的所述纵向加劲钢板与所述主纵梁底板之间均焊接有外横向加劲钢板，所述主纵梁腹板内侧焊接有内横向加劲钢板。该种结构的主纵梁结构简单、可靠，具有较大的抗弯刚度，局部稳定性强，能够承受较大的弯矩和斜拉索水平分力引起的轴向压力。
作为上述技术方案的进一步改进：所述横梁采用工字型端面，横梁包括横梁顶板、横梁腹板以及横梁底板，所述横梁顶板与所述剪力件相连，所述横梁腹板上焊接有水平加劲钢板以及多块竖向加劲钢板，多块所述竖向加劲钢板沿横向均匀布置，所述横梁腹板与所述内横向加劲钢板之间设置有拼接钢板，所述拼接钢板与所述横梁腹板之间、以及拼接钢板与所述内横向加劲钢板之间分别通过高强螺栓连接。横梁主要用来为桥面板提供支撑，并将桥面荷载传递至主纵梁上，该种结构的横梁结构简单、可靠，自身的局部稳定性强。
作为上述技术方案的进一步改进：所述中间纵梁采用工字型断面，中间纵梁包括中间纵梁顶板、中间纵梁腹板以及中间纵梁底板，中间纵梁顶板与所述剪力件相连，所述中间纵梁腹板的竖向尺寸小于所述主纵梁腹板的竖向尺寸，所述中间纵梁腹板与横梁中部的所述竖向加劲钢板之间通过高强螺栓连接。中间纵梁主要用来横向分隔桥面板，减少桥面板的起吊重量，同时也作为中间纵向现浇带的模板。
一种上述的用于斜拉桥的钢-uhpc组合梁的施工方法，包括以下步骤：
s1：各钢构件和预制板加工：分段加工制造主纵梁、横梁及中间纵梁，并在主纵梁上安装锚拉板，在主纵梁、横梁以及中间纵梁上安装剪力件，在各钢构件表面进行防腐涂装；根据uhpc预制板的设计尺寸安装模板，绑扎预制板钢筋，且配置的预制板钢筋两端需伸出至预制板的模板以外，浇筑超高性能混凝土并进行养护，达到设计强度后脱模存放；
s2：利用桥面行走吊机，桥位逐段悬臂分别拼装主纵梁、横梁及中间纵梁以形成钢梁格，安装斜拉索锚固于锚拉板上并进行第一次张拉；
s3：利用桥面行走吊机，逐段吊装安装预制板，将预制板布置于钢梁格上；
s4：浇筑各现浇带：绑扎主纵向现浇带、中间纵向现浇带以及横向现浇带的现浇带钢筋，并将对应的现浇带钢筋与预制板中伸出的预制板钢筋互相连接，浇注各现浇带超高性能混凝土使各预制板与钢梁格连接成整体；
s5：对各现浇带进行养护，达到设计强度后对斜拉索进行第二次张拉；
s6：循环进行步骤s2至s5，直至全桥合龙；
s7：在桥面上加铺磨耗层并进行养护，完成施工。
作为上述技术方案的进一步改进：步骤s1中，对浇筑的超高性能混凝土预制板进行蒸汽养护，脱模存放时间不少于两个月；步骤s5中对浇筑的各超高性能混凝土现浇带进行蒸汽养护。采用高温蒸汽养护，且脱模后存放时间不少于两个月，能够最大程度减少uhpc桥面板收缩徐变对主梁结构的不利影响。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的用于斜拉桥的钢-uhpc组合梁，主纵梁、纵向相邻的两根横梁、及中间纵梁叠合形成钢梁格，采用uhpc预制板作为桥面板并铺设于钢梁格上，通过预制板内的预制板钢筋与现浇带内的现浇带钢筋连接，实现预制板与各现浇带的连接，通过各钢梁上设置的剪力件，实现现浇带与各钢梁之间的连接，从而将桥面板与钢梁格连接为整体，保证了主梁的连接性能和整体受力性能；且钢梁格可以采用钢梁格整体吊装，也可以采用桥位散件拼装，弥补了扁平箱形钢-uhpc组合梁必须整体吊装施工的不足，有利于在山区及其他施工条件较差的环境下应用；中间纵梁将桥面横向分为两部分，减少了预制板的起吊重量，降低了施工难度，同时也可作用中间纵向现浇带的模板；uhpc桥面板厚度可减少至17cm，相比混凝土桥面板可以降低40％的板厚，预制板吊装重量大大减轻，降低了吊装施工难度，同时整个主梁自重也大幅度减轻，进而可以减小斜拉索规格和索塔尺寸，抗震性能好，节省工程造价，还能使组合梁斜拉桥向着更大跨径发展；uhpc桥面板抗拉、抗裂性能优越，且耐久性非常好，不需设置预应力钢束即可满足桥面板的抗裂性要求，使主梁构造及施工变得更为简单；uhpc桥面板后期收缩徐变较小，不仅可以有效地减小混凝土桥面板收缩徐变引起的开裂问题，而且还能大大缩短预制板存放时间，缩短工期；uhpc桥面板刚度较大，疲劳性能好，且与桥面铺装的结合性强，可以有效避免正交异性板钢桥面容易出现的疲劳开裂和铺装破损，降低了桥梁养护的难度和全寿命周期成本。
本发明公开的施工方法，施工难度低，周期短，钢梁格采用桥位散件拼装，弥补了扁平箱形钢-uhpc组合梁必须整体吊装施工的不足，有利于在山区及其他施工条件较差的环境下应用。
附图说明
图1是本发明用于斜拉桥的钢-uhpc组合梁的俯视结构示意图。
图2是图1中的a-a视图。
图3是图1中的b-b视图。
图4是本发明中的主纵向现浇带的结构示意图。
图5是本发明中的中间纵向现浇带的结构示意图。
图6是本发明中的横向现浇带的结构示意图。
图7是本发明中的锚拉板的结构示意图。
图中各标号表示：1、中间纵梁；2、主纵梁；3、预制板；4、横梁；5、主纵向现浇带；6、中间纵向现浇带；7、横向现浇带；8、现浇带钢筋；9、剪力件；10、预制板钢筋；11、橡胶垫；12、主纵梁顶板；13、主纵梁腹板；14、主纵梁底板；15、纵向加劲钢板；16、外横向加劲钢板；17、内横向加劲钢板；18、横梁顶板；19、横梁腹板；20、横梁底板；21、水平加劲钢板；22、竖向加劲钢板；23、拼接钢板；24、高强螺栓；25、中间纵梁顶板；26、中间纵梁腹板；27、中间纵梁底板；28、锚拉板；29、锚拉板加劲钢板；30、主纵梁锚拉加劲钢板。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1至图7示出了本发明的一种实施例，本实施例的用于斜拉桥的钢-uhpc组合梁，主纵梁2有两道，平行布置在两侧，主纵梁2上为主纵向现浇带5；中间纵梁1有一道，布置在两道主纵梁2中间，将桥面横桥向二等分，中间纵梁1上为中间纵向现浇带6；横梁4上为横向现浇带7。在主纵梁2、中间纵梁1、横梁4围成的矩形格顶面设置10mm厚橡胶垫11，uhpc预制板3搁置其上，通过各现浇带、剪力件9与钢梁格连接成整体。
钢梁格的主纵梁2为工字形断面，由主纵梁顶板12、主纵梁腹板13、主纵梁底板14构成，主纵梁2高2960mm(或称竖直方向的尺寸)，其中主纵梁顶板12宽900mm、厚40mm；主纵梁腹板13高2840mm、厚32mm；主纵梁底板14宽1000mm、厚80mm。为增强主纵梁顶板12、主纵梁腹板13和主纵梁底板14的局部稳定主纵梁腹板13外侧沿竖向等间距焊接有三块纵向加劲钢板15，相邻两块纵向加劲钢板15之间、主纵梁顶板12与最上方的纵向加劲钢板15之间、以及主纵梁底板14与最下方的纵向加劲钢板15之间均焊接有外横向加劲钢板16，主纵梁腹板13内侧焊接有内横向加劲钢板17。中间纵梁1为高度较小的工字形钢构件，截面高370mm，主要用于横桥向分割桥面板的作用，以减少预制板3的吊装重量，同时作为中间纵向现浇带6的模板。预制板3采用含钢纤维超高性能混凝土，内设纵向和横向的预制板钢筋10，预制板钢筋10采用普通钢筋。以中间纵梁1为界，uhpc预制板3横桥向分为两块，单块预制板3长12980mm、宽3000mm，标准厚度170mm，预制板3与主纵梁2、中间纵梁1及横梁4接触的位置局部加厚至230mm，预制板3与钢梁格顶面之间设置10mm厚橡胶垫11。在主纵梁2顶面设置有uhpc主纵向现浇带5，在中间纵梁1顶面设置有uhpc中间纵向现浇带6，通过焊接在主纵梁2、中间纵梁1顶面的剪力件9与主纵梁2、中间纵梁1连接。其中，剪力件9优选采用剪力钉；主纵向现浇带5、中间纵向现浇带6底部分别宽820mm和400mm，厚度均为240mm，主纵向现浇带5、中间纵向现浇带6内设现浇带钢筋8，现浇带钢筋8采用普通钢筋。
钢梁格的横梁4高度略小于主纵梁2高度，也采用工字形断面，由横梁顶板18、横梁腹板19、横梁底板20构成，中心线处梁高2760mm，其中横梁顶板18、横梁底板20均宽600mm、厚24mm；横梁腹板19厚14mm。为确保横梁腹板19的局部稳定，横梁腹板19上焊接水平加劲钢板21和多块竖向加劲钢板22，多块竖向加劲钢板22沿横向均匀布置。横梁4端部通过拼接钢板23及高强螺栓24与主纵梁2的内横向加劲钢板17相连，横梁4中部的竖向加劲钢板22与中间纵梁1的中间纵梁腹板26通过高强螺栓24拼接，最终形成钢梁格。横梁4顶面设置横向现浇带7，同样通过剪力钉与横梁顶板18连接。横向现浇带7底部宽500mm，厚240mm，内设现浇带钢筋8，现浇带钢筋8采用普通钢筋32。锚拉板28焊接于主纵梁顶板12上，锚拉板28中心线与主纵梁腹板13对齐，斜拉索通过锚拉板28与主梁进行锚固。其中，锚拉板28配置有两块锚拉板加劲钢板29，主纵梁顶板12与锚拉板加劲钢板29的焊缝位置下方相应焊接有主纵梁锚拉加劲钢板30。
本实施例的施工方法，首先对钢梁格进行逐段悬臂拼装并安装斜拉索，随后分块吊装对应梁段的uhpc预制板3，最后分区域施工uhpc横向现浇带7、主纵向现浇带5和中间纵向现浇带6并进行高温蒸汽养护，待各现浇带达到设计强度后二次张拉斜拉索，再架设下一梁段，如此循环直至合龙。为了最大程度减小uhpc桥面板收缩徐变对主梁结构的不利影响，预制板3采用高温蒸汽养护，并在预制场存放不少于2个月。
本实施例的用于斜拉桥的钢主-uhpc组合梁的施工方法具体如下：
1)分梁段加工制造主纵梁2、横梁4、中间纵梁1以及锚拉板28，将锚拉板28组焊于主纵梁顶板12上，并在主纵梁2、横梁4及中间纵梁1顶面焊接圆柱头剪力钉，在钢结构表面做防腐涂装；根据单块uhpc预制板3的尺寸安装模板，绑扎预制板钢筋10，预制板中配制的预制板钢筋10两端需从预制板3边缘接缝处伸出，浇注超高性能混凝土并进行高温蒸汽养护，达到设计强度后脱模存放不少于2个月。
2)利用桥面行走吊机，桥位逐段悬臂拼装主纵梁2、横梁4及中间纵梁1以形成钢梁格，安装斜拉索锚固于锚拉板28上并进行第一次张拉。
3)桥位逐段吊装预制板3，搁置于钢梁格顶面的橡胶垫11上；
4)绑扎主纵向现浇带中5、中间纵向现浇带6及横向现浇带7中的现浇带钢筋8，采用焊接或绑扎的方式连接对应的现浇带钢筋8和预制板3伸出的预制板钢筋10，浇注各现浇带超高性能混凝土使各预制桥面板与钢梁格连成整体。
5)对各现浇带进行高温蒸汽养护，达到设计强度后对斜拉索进行第二次张拉。
6)循环进行上述步骤2～步骤5，直至全桥合龙。
7)在桥面板上加铺磨耗层并进行养护，完成施工。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。