一种混合梁桥分离式钢箱梁高精度连接装配方法

1.本发明属于桥梁施工技术领域，具体涉及一种混合梁桥分离式钢箱梁高精度连接装配方法。


背景技术：

2.钢-混凝土混合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构形式，由于降低了主梁截面高度，满足了桥下通航高度要求，在跨平原湖泊地区得到了广泛应用。它主要是在桥梁纵向用事先预制好的钢梁来取代中间部分的混凝土梁，由于整体式钢箱梁钢箱梁截面一般高度较小，工人箱内焊接难度较大，尤其夏季温度较高，施工条件恶劣，施工质量难以保证，因此目前国内通过将传统混合梁桥的钢箱梁段改进为分离式钢箱梁。然而分离式钢箱梁在横向与纵向连接上容易存在施工误差，难以保证各分离式钢箱梁在各施工方向上高精度对齐连接成为整体式钢箱梁，影响施工质量。
3.在拼装分离式钢箱梁过程中，通常在纵向利用预应力钢束将其与钢箱梁过渡段连接，在横向采用螺栓连接，其中为了保证其强度和连接整体性，螺栓连接会进行一定的加固措施。
4.中国专利cn211772742u公开了一种钢-混桥梁纵向全断面多向等效连接构件，将预应力钢束锚固在钢混结合段的钢格室后浇筑与加劲肋等高的混凝土。
5.中国专利cn1107477751a公开了一种异性钢拱肋与钢箱梁连接设置及其安装方法，在螺栓的安装平面提供法兰型垫板，螺栓可穿过法兰型垫板与钢箱梁连接。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种混合梁桥分离式钢箱梁高精度连接装配方法。
7.为达到上述目的，提出以下技术方案：
8.一种混合梁桥分离式钢箱梁高精度连接装配方法，包括如下步骤：
9.1)在两侧边跨位置进行地面硬化和满堂支架搭设，浇筑边跨段混凝土主梁及纵跨端部悬臂混凝土梁；
10.2)在悬臂混凝土梁上架设挂篮，采用挂篮施工法浇筑剩余混凝土梁，剩余混凝土梁一端与悬臂混凝土梁连接，另一端作为混凝土过渡段；
11.3)混凝土过渡段与钢混结合段连接，钢混结合段与钢箱梁过渡段连接；
12.4)中跨钢箱梁段纵向采用预应力钢束将其锚固于钢混结合段承压板上，承压板采用无间断承压板并在其内部满布剪力钉，待预应力钢束伸至承压板后用锚具固定，横向采用螺栓和焊接组合连接的方式，钢箱梁过渡段和钢箱梁段的钢箱梁为分离式钢箱梁，在各分离式钢箱梁的“工字型”横隔板的上翼缘和腹板处设置沿拼接方向逐渐放大的螺栓孔，并放上螺栓垫片提供安装平面进行螺栓连接，在下翼缘段利用坡口焊接，将各分离式钢箱梁横向连为整体，采用双导梁架桥机吊装架设中跨的钢箱梁段，钢箱梁段与钢箱梁过渡段连接，浇筑混凝土至实心；
13.5)待全桥施工完成后，进行桥面板浇筑。
14.进一步地，步骤4)的浇筑过程为从钢混结合段顶部钢板的连通下料孔下料，通过各层间串筒灌入整个箱体浇筑成实心，形成结合实体。
15.进一步地，所述的钢混结合段处承压板单个剪力钉的承载力设计值计算公式为
[0016][0017]
式中，ee为混凝土弹性模量，as为圆柱头焊钉钉杆截面面积，f为圆柱头剪力钉抗拉强度设计值，γ为栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比；
[0018][0019]
式中，n'为单排剪力钉数量，h为钢混结合段(4)高度，s为剪力钉排布间距；
[0020][0021]
式中，n为剪力钉排数，[q]为单排剪力钉承载能力，q为剪应力，f为钢混结合段所受剪力，s
*
为钢混结合段组合截面中性轴面积矩，a为剪力钉受力面积，i为组合截面惯性矩，b为组合截面宽。
[0022]
进一步地，所述钢箱梁段的螺栓布置，根据钢箱梁段吊装顺序的不同截面处剪力进行布置，上翼缘和腹板的螺栓孔数量的计算公式为
[0023][0024]
式中，n2为螺栓群数量，q2为剪力，nv为螺栓受剪面数目，单剪取1，双剪取2，d为螺栓杆直径，为螺栓抗剪强度设计值。
[0025]
进一步地，所述螺栓排列采用紧凑布置，端部螺栓至边缘距离为3d，螺栓之间的间距为1.5d，d为螺栓杆的直径。
[0026]
进一步地，所述坡口焊接的焊缝强度的计算公式为
[0027][0028]
式中，m为下翼缘段所受弯矩，s
x
焊缝截面对中和轴面积矩，i
x
为对x轴的惯性矩，q为焊缝截面所受剪力，t下翼缘段厚度，w
x
为截面模量，为焊缝抗拉强度。
[0029]
进一步地，坡口焊接，为弥补焊接处的错台，在宽度方向做成坡度不大于0.4的斜角。
[0030]
本发明的有益效果在于：本发明通过设置混凝土实心段外加钢混结合段来实现混凝土与钢的连接，在分离式钢箱梁的拼接工艺上，沿横向逐渐放大分离式钢箱梁的螺栓孔，逐次补偿因单箱单室分离式钢箱梁较长设置了密集的螺栓连接节点而产生的横向累计误差，防止因误差积累量过大一次性消除对结构产生影响，保证各分离式钢箱梁间对齐；在横
向采用螺栓与焊接组合连接的方式，焊接减小放大孔径螺栓的不完全连接产生的影响，螺栓连接抵抗因焊接产生的残余应力，充分发挥螺栓连接和焊接的优势，加强了分离式钢箱梁横向连接的整体性，提高了混合梁桥的施工质量。
附图说明
[0031]
图1为本发明的边跨段混凝土主梁、悬壁混凝土梁和剩余混凝土梁的示意图；
[0032]
图2为本发明的钢混结合段示意图；
[0033]
图3为本发明的大横隔板的连接方式示意图；
[0034]
图4为本发明的小横隔板的连接方式示意图；
[0035]
图5为a处的细节放大图；
[0036]
图6为本发明的桥梁分段施工示意图；
[0037]
图7为本发明的分离式钢箱梁纵向连接示意图；
[0038]
图8为本发明的分离式钢箱梁螺栓孔径示意图；
[0039]
图9为本发明的剪力图；
[0040]
图10为本发明的中跨钢箱梁段弯矩图。
[0041]
图中：1、边跨段混凝土主梁；2、悬臂混凝土梁；3、混凝土过渡段；4、钢混结合段；41、承压板；42、下料孔；5、钢箱梁过渡段；6、钢箱梁段；7、横隔板；71、上翼缘；72、腹板；73、螺栓孔；74、螺栓垫片；75、坡口。
具体实施方式
[0042]
下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步地说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
[0043]
实施例
[0044]
一种混合梁桥分离式钢箱梁高精度连接装配方法，具体包括如下步骤：
[0045]
1)如图1所示，在两侧边跨位置进行地面硬化和满堂支架搭设，浇筑边跨段混凝土主梁1及纵跨端部1.5m悬臂混凝土梁2；
[0046]
2)在悬臂混凝土梁2上架设挂篮，采用挂篮施工法浇筑剩余混凝土梁，剩余混凝土梁一端与悬臂混凝土梁2连接，另一端作为混凝土过渡段3，混凝土过渡段3的长度为1.5m；
[0047]
3)钢箱梁过渡段5和钢箱梁段6的钢箱梁为分离式钢箱梁，钢箱梁高1.45m，顶板宽18.75m，挑臂长2.5m，底板宽13.79m，分离式钢箱梁通过大的横隔板7和小的横隔板7连接，如图3所示，大的横隔板7高度与钢箱梁高度一致，大的横隔板7顶边与钢箱梁顶板焊接，大的横隔板7的左右分别与钢箱梁左右两侧焊接，横隔板7沿中线分割成左右两块并在分割面焊接，上下两边的腹板72都需要进行连接；如图4所示，小的横隔板7高度约为钢箱梁高度的1/3，横隔板7沿中线分割成左右两块并在分割面焊接；在分割处的各个平面的两侧面分别包夹设置连接板，并通过螺栓固定，各钢箱梁通过螺栓横向连接构成整体的钢箱梁过渡段5和钢箱梁段6，钢混结合段4面向钢箱梁的端部设置的钢箱梁过渡段5中增加其顶板、底板以及横隔板7厚度，并设置横向加劲肋；如图2所示，钢混结合段4内部设有的承压板41，如图8所示，本实施例的剪力钉采用ml15的钢，材料等级为4.6级，取f＝215mpa，γ＝1.65，根据公
式式和求得出单排剪力钉的承载力[q]＝50mpa，根据公式可求得在剪力q＝8361.1kn的作用下，需要的剪力钉排数为n＝5.85排，则需要布置6排剪力钉，采用每排11个，剪力钉焊接于承压板41上，混凝土过渡段3与钢混结合段4连接，钢混结合段4与钢箱梁过渡段5焊接连接，将钢箱梁过渡段5和钢箱梁段6运至施工现场，并采用手拉葫芦勾住钢箱梁过渡段5顶板的吊耳，通过手拉葫芦的钢索将钢箱梁过渡段5提升至指定标高位置后进行焊接；
[0048]
4)采用双导梁架桥机吊装架设中跨的钢箱梁段6，钢箱梁段6与钢箱梁过渡段5连接，如图2所示，从钢混结合段4顶部钢板的连通下料孔42下料，通过各层间串筒灌入整个箱体，形成结合实体。
[0049]
中跨的钢箱梁段6纵向采用预应力钢束将其锚固于钢混结合段4的承压板41上，横向采用螺栓和焊接组合连接的方式，本实施例采用m16高强螺栓承压型连接，材料强度等级为8.8级，大小的横隔板7的上翼缘71部分螺栓盖板采用连续型盖板，螺栓受剪面数为1面，如图5所示，根据螺栓受剪承载力计算公式，可得单个螺栓抗剪强度其中螺栓杆直径为d＝16mm；并根据螺栓孔73数计算公式、剪力图和弯矩图(图9和图10)，将横向面3个连接区域进行计算，得出在0至l/4的上翼缘71处所需螺栓孔73数孔；l/4至l/2段所需螺栓孔73数孔，由剪力图和弯矩图可知，横隔板7两连接段的剪应力相近，因此上翼缘71螺栓孔73数采用相同的量，l/2到3l/4为2孔；腹板72处所需螺栓孔73数孔，其中，各孔间距按照最小容许间距进行排布，各分离式钢箱梁的“工字型”横隔板7上翼缘71和腹板72处沿装配方向分别在规范容许设置标准孔与放大孔，在横向初次装配处，如图6所示，按照安装顺序的方向，设置上翼缘71和腹板72的孔径为17.5mm的标准孔，在第二片与第三片钢箱梁连接处设置19mm的放大孔，在第三片与第四片钢箱梁连接处设置20mm放大孔，逐渐放大的螺栓孔73直径，方便螺栓杆调整固定位置，逐次补偿因单箱单室分离式钢箱梁较长设置了密集的螺栓连接节点而产生的横向累计误差，防止因误差积累量过大一次性消除对结构产生影响，保证各分离式钢箱梁间对齐，装配方向逐渐放大的螺栓孔73，并放上螺栓垫片74提供安装平面进行螺栓连接；如图5所示，在下翼缘段利用坡口75进行焊接，为弥补焊接处的错位，在宽度方向做成坡度不大于1：2.5的斜角，从而将分离式钢箱梁横向连为整体；其中，焊缝采用q390钢进行对接焊接，由于焊缝为直角对接焊缝，取其长度lw为下翼缘有效对接长度l，根据焊缝抗拉强度计算公式，得出单条焊缝抗拉强度为满足设计要求。
[0050]
5)待全桥施工完成后，进行桥面板浇筑，得到如图7所示的整桥。