钢-混凝土组合桥梁结构及组合桥面板的制作方法

本发明涉及桥梁建筑技术领域，具体而言，涉及一种钢-混凝土组合桥梁结构及组合桥面板。

背景技术

在现有桥梁结构中，传统的正交异性钢桥面板主要包括顶板、纵肋、横隔板，传统的正交异性钢桥面板容易出现局部刚度不足，疲劳突出，铺装层易损坏等问题。基于上述考虑，现有技术在传统正交异性钢桥面板上设置了混凝土结构层，二者之间通过连接件连接达到共同受力的效果，从而通过增加桥面板刚度有效降低关键疲劳易损部位应力集中程度，从而达到改善正交异性钢桥面板疲劳开裂和桥面铺装易损问题的目的。但是上述现有技术为直接在传统正交异性钢桥面板上设置各类结构层，顶板与纵肋的焊缝部位以及横隔板与纵肋的连接部位等仍是容易出现开裂。

混凝土箱梁是桥梁最常用的结构形式之一，其具有较大的弯曲和扭转刚度。但随着桥梁跨度的增加，混凝土箱梁的自重会迅速增加，限制了其在大跨度桥梁上的应用，采用钢-混凝土组合结构是降低桥梁自重的有效途径之一。如今,主要有三种类型的钢-混凝土组合桥梁结构:钢-混凝土组合桥面板和钢梁,顶部、底部混凝土板和钢腹板(或钢桁架)梁，以及钢-混凝土组合桥面板、钢桁架和底部钢管混凝土。其中采用上部为混凝土板、下部为桁架的组合桥梁能够大大降低桥梁自重，但是这种结构含有大量的桁架节点，这些节点的疲劳和应力集中使得桥梁的抗弯能力得不到充分利用，从而导致整个结构整体失效。

因此，目前如何在保证桥梁的轻质、高强的基础上从根源上减少焊缝和充分利用梁的抗弯能力是目前钢—混凝土组合梁桥设计中迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种钢-混凝土组合桥梁结构及组合桥面板，以解决现有技术中正交异性钢桥面板疲劳开裂和桥面铺装易损的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钢-混凝土组合桥梁结构，该钢-混凝土组合桥梁结构，包括组合桥面板以及支撑连接桥面板的支撑梁结构，所述组合桥面板包括波形钢顶板、设于波形钢顶板上部的钢筋结构以及浇筑于波形钢顶板以及钢筋结构上并通过连接件与波形钢顶板连接的混凝土结构。

钢-混凝土组合桥梁结构的上部结构采用波形的组合桥面板，波形钢顶板上设置混凝土结构，通过连接件实现二者的有效连接和高效协同受力，降低了混凝土板厚度，减轻了自重，保证了桥梁结构的轻质高强，这样既可以达到所需要的刚度，又可以实现轻质高强。

本发明钢-混凝土组合桥梁结构相较于传统的正交异性钢桥面板，消除了传统钢桥面板纵肋与顶板焊缝，从而彻底取消了传统钢桥面板的纵肋-顶板焊接结构。波形钢腹板既发挥了相较于混凝土腹板容易开裂的问题，又相较于钢管混凝土桁架大大减少了节点的数量，极限抗弯能力明显得到提升，同时降低了造价和减轻了自重。

进一步地，所述钢筋结构包括铺设于波形钢顶板上部且与波形钢顶板波形一致的波形横向钢筋以及设置于波形横向钢筋上部的钢筋网。

进一步地，所述连接件为焊接于波形钢顶板各波谷的t型组合连接销。t型组合连接销可以直接把工字钢沿腹板切割一分为二，其制造工艺快捷，能够直接提供抗剪承载而不需要设计上翼缘，具有良好的经济效益，具有与pbl剪力连接件同等的承载能力，工厂化焊接施工的优异性能、以及降低剪力连接件的高度避免pbl连接件定位贯穿开孔钢板的加强钢筋困难问题的优点，可以在实际工程中大量使用。既保证了组合结构的抗剪能力，又能缩短施工时间。

进一步地，所述支撑梁结构包括设置于波形钢顶板底部两侧的波形钢腹板，各波形钢腹板底部设有钢管混凝土结构，两侧波形钢腹板之间通过横撑结构相连。采用波形钢腹板，由于波形钢腹板的“风琴作用”提高了腹板的抗剪能力，相较于平钢板不需要设置加劲肋即可以保证其刚度，节约了制造成本，保证了桥梁结构的轻质，相较于混凝土腹板彻底解决了腹板开裂的问题。

波形钢腹板具有很强的抗局部屈曲能力，无需加设纵、横向加劲肋，解决因自重制约跨径增大的问题，同时减少下部工程量，降低工程造价。波形钢腹板制作可以实现工厂化，运抵现场后拼装，在施工过程中，可以利用波形钢腹板的自身的刚度和承载能力做组合桥面板的模板，使得桥梁施工更加方便，施工工期更短。同时，波形钢腹板的抗拉强度很大，可以彻底解决腹板混凝土开裂的问题，提高桥梁的耐久性能，保证桥梁在设计合理使用年限内的可靠性。

本发明钢-混凝土组合桥梁结构下部结构的底部采用钢管混凝土结构，充分利用了混凝土的抗压强度高和钢材抗拉性能好的优点，钢管和混凝土共同承受压力荷载，薄壁钢管便不会发生局部屈曲，因而大大提高了构件的极限承载能力，从而使得桥梁的抗弯能力得到充分利用。并且钢管可以在工厂大规模加工，既能提高劳动效率，又能保证钢管的加工质量和完整性。由于在钢管中灌注混凝土，如此可以提高构件的强度和刚度，进而提高整个钢管混凝土结构的强度和刚度，在达到相同的支撑强度时，相较于传统的钢管桁架梁而言，可以采用规格更小的钢管，降低钢材用量，进而降低传统钢管桁架梁的制造成本。进一步地，所述横撑结构包括若干个连接两侧钢管混凝土结构的x型或n型的水平横撑、连接两侧波形钢腹板与两侧钢管混凝土结构的k型的竖向横撑。k型的竖向横撑共有四个连接点，其中两个连接点连接两侧波形钢腹板，另外两个连接点连接连接两侧钢管混凝土结构。

进一步地，所述横撑结构由型钢或钢管构成。

进一步地，所述的波形钢腹板与波形钢顶板焊接相连，所述波形钢腹板与钢管混凝土结构焊接相连。

进一步地，所述混凝土结构为超高性能混凝土结构。超高性能混凝土作为新型水泥基复合材料，具有高抗拉和抗压强度、高弹性模量、高延性、高韧性、高耐久性等特点，是适用的新型组合桥面板结构层材料，引入这一材料作为结构层，能够显著降低结构层厚度从而降低桥面板结构自重。

通过超高性能混凝土能够充分利用钢底板抗拉强度高和超高性能混凝土抗压强度高的材料性能，超高性能混凝土作为铺装层下层，相较于传统的钢桥面板铺装材料的弹性模量大，并通过剪力连接件与波形钢顶板形成整体，使其桥面板的整体刚度增大，在车轮荷载作用下波形钢桥面板由局部应力集中造成的疲劳开裂减少。并且该结构能够大幅度减少钢桥面板结构的几何构型不连续部位的数量和焊缝数量，显著提高钢顶板局部刚度，具有良好的疲劳性能。

根据本发明的另一个方面，提供了一种组合桥面板，该组合桥面板包括波形钢顶板、设于波形钢顶板上部的钢筋结构以及浇筑于波形钢顶板以及钢筋结构上并通过连接件与波形钢顶板连接的混凝土结构。

组合桥面板采用波形的组合桥面板，波形钢顶板上设置混凝土结构，通过连接件实现二者的有效连接和高效协同受力，降低了混凝土板厚度，减轻了自重，这样既可以达到所需要的刚度，又保证了桥梁结构的轻质高强。

本发明组合桥面板相较于传统的正交异性钢桥面板，消除了传统钢桥面板纵肋与顶板焊缝，从而彻底传统钢桥面板的取消了纵肋-顶板焊接结构。波形钢腹板既发挥了相较于混凝土腹板容易开裂的问题，又相较于钢管混凝土桁架大大减少了节点的数量，极限抗弯能力明显得到提升，同时降低了造价和减轻了自重。

进一步地，所述钢筋结构包括铺设于波形钢顶板上部且与波形钢顶板波形一致的波形横向钢筋以及设置于波形横向钢筋上部的钢筋网。

可见，本发明钢-混凝土组合桥梁结构具有自重轻、结构强度和刚度大，抗裂安全度高，整体和稳定性好，施工简便，抗疲劳性能好，耐久性优异等特点，也具有重大的实用价值和良好的经济效益，尤其在钢-混凝土组合桥梁结构的施工建造上具有广阔的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明组合桥面板的结构示意图。

图2为本发明钢-混凝土组合桥梁结构的结构示意图之一。

图3为本发明钢-混凝土组合桥梁结构的结构示意图之二。

图4为现有技术中组合钢桥面板的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

1：组合桥面板；

2：波形钢腹板；

3：钢管混凝土结构；

4：连接件；

5：横撑结构；

51：水平横撑；

52：竖向横撑；

6：钢筋网；

7：波形横向钢筋；

8：波形钢顶板；

9：混凝土结构；

a:顶板；

b：横隔板；

c：纵肋；

d：横隔板和纵肋的焊缝；

e：顶板和纵肋的焊缝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明公开了一种钢-混凝土组合桥梁结构，包括组合桥面板1以及支撑连接桥面板的支撑梁结构，其特征在于，所述组合桥面板1包括波形钢顶板8、设于波形钢顶板8上部的钢筋结构以及浇筑于波形钢顶板8以及钢筋结构上并通过连接件与波形钢顶板8连接的混凝土结构9。

所述钢筋结构包括铺设于波形钢顶板8上部且与波形钢顶板8波形一致的波形横向钢筋7以及设置于波形横向钢筋7上部的钢筋网6。

所述连接件为焊接于波形钢顶板8各波谷的t型组合连接销。

所述支撑梁结构包括设置于波形钢顶板8底部两侧的波形钢腹板2，各波形钢腹板2底部设有钢管混凝土结构3，两侧波形钢腹板2之间通过横撑结构5相连。

所述横撑结构5包括若干个连接两侧钢管混凝土结构3的x型或n型的水平横撑51、连接两侧波形钢腹板2与两侧钢管混凝土结构3的k型的竖向横撑52。

所述横撑结构5由型钢或钢管构成。

所述的波形钢腹板2与波形钢顶板8焊接相连，所述波形钢腹板2与钢管混凝土结构3焊接相连。

所述混凝土结构9为超高性能混凝土结构。

本发明还提供一种组合桥面板包括波形钢顶板8、设于波形钢顶板8上部的钢筋结构以及浇筑于波形钢顶板8以及钢筋结构上并通过连接件与波形钢顶板8连接的混凝土结构9。

所述钢筋结构包括铺设于波形钢顶板8上部且与波形钢顶板8波形一致的波形横向钢筋7以及设置于波形横向钢筋7上部的钢筋网6。

如图4所示，现有技术中的组合钢桥面板包括顶板a；横隔板b；纵肋c，其中纵肋c通过焊接方式与顶板a底部焊接相连，横隔板b通过焊接方式与纵肋c焊接相连，上述连接方式使得组合钢桥面板中产生横隔板和纵肋的焊缝d以及顶板和纵肋的焊缝e。

如图1所示，本发明中组合桥面板1包括波形钢顶板8，焊接于波形钢顶板8各波谷的t型组合连接销，其中，t型组合连接销可以直接把工字钢沿腹板切割一分为二，其制造工艺快捷，能够直接提供抗剪承载而不需要设计上翼缘，具有良好的经济效益，具有与pbl剪力连接件同等的承载能力，焊接时将t型组合连接销的翼缘焊接在波形钢顶板8各波谷上表面。其中所述波形钢顶板8为通过钢板冲压而成。

在所述波形钢顶板8上部铺设波形横向钢筋7，使得所述t型组合连接销穿过波形横向钢筋7，所述波形钢顶板8的波形与波形横向钢7的波形一致，即两者为波峰对应波峰，波谷对应波谷，之后在波形横向钢筋7的上部铺设钢筋网6。钢筋网6为钢筋纵横交错构成的网结构。最后在上述波形钢顶板8铺设好波形横向钢筋7与钢筋网6的结构上浇筑混凝土结构9，所述混凝土结构9即为超高性能混凝土结构。

如图2所示，为本发明钢-混凝土组合桥梁结构的结构之一，包括上述的组合桥面板1以及支撑连接桥面板的支撑梁结构，所述组合桥面板1包括波形钢顶板8、设于波形钢顶板8上部的钢筋结构以及浇筑于波形钢顶板8以及钢筋结构上并通过连接件与波形钢顶板8连接的混凝土结构9。其中所述支撑梁结构包括设置于波形钢顶板8底部两侧的波形钢腹板2，各波形钢腹板2底部设有钢管混凝土结构3。

如图3所示，为本发明钢-混凝土组合桥梁结构的结构之二，包括组合桥面板1以及支撑连接桥面板的支撑梁结构，所述组合桥面板1包括波形钢顶板8、设于波形钢顶板8上部的钢筋结构以及浇筑于波形钢顶板8以及钢筋结构上并通过连接件与波形钢顶板8连接的混凝土结构9。其中所述支撑梁结构包括设置于波形钢顶板8底部两侧的波形钢腹板2，各波形钢腹板2底部设有钢管混凝土结构3，两侧波形钢腹板2之间通过横撑结构5相连。所述横撑结构5包括若干个连接两侧钢管混凝土结构3的x型或n型的水平横撑51、连接两侧波形钢腹板2与两侧钢管混凝土结构3的k型的竖向横撑52。其中，所述水平横撑51以及竖向横撑52均由型钢或钢管构成。所述的波形钢腹板2与波形钢顶板8焊接相连，所述波形钢腹板2与钢管混凝土结构3焊接相连。所述混凝土结构9为超高性能混凝土结构。

本发明中的钢-混凝土组合桥梁结构上部组合桥面板1和下部的支撑梁结构能够同时进行施工操作，以缩短桥梁的建设时间。本发明主要应用于城市桥梁建设结构。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。