一种装配式钢混组合桥梁上部结构及其施工工艺的制作方法

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种装配式钢混组合桥梁上部结构及其施工工艺。


背景技术：

2.为了缓解交通压力，城市建设者常常通过修建高架桥的立体交通方式来疏导交通。目前国内城市高架桥梁多采用宽幅现浇箱梁形式，该方案不需要在城市内占用大片土地来建设预制场。箱梁结构统一，造型较美观，对宽度和跨径变化适应性强。现浇箱梁高架桥的桥墩一般为双柱墩，无帽梁节省桥下净空，为桥下行车创造了条件。但现浇箱梁也有一些缺陷，主梁制造需要搭设满堂支架，长期阻断交通，施工现场会产生粉尘和噪音污染，影响沿线居民的正常生活。为解决现浇箱梁产生的不利影响，近年来预制装配化桥梁被广泛地重视和应用。目前常用的装配化桥梁上部结构主要有整孔预制混凝土梁(空心板、小箱梁、t梁)、节段预制钢混组合梁和节段预制混凝土大箱梁。从场地占用面积、设备规模、设备周转利用、构件运输难度等方面分析，上述几种方案均有一定不足。
3.整孔预制混凝土梁结构形式主要包括空心板、小箱梁、t梁。该方案具有设计施工标准化，模板利用率高等优点。但该类桥梁上部结构梁高较小，结构轻盈。但整孔预制梁长度一般为20～30m，对于中心城区的建设场地，运输难度大，易造成交通拥堵。
4.钢混组合梁桥中比较常见的是简支梁结构，一般上翼缘为混凝土板，而下翼缘则为钢梁。相对于传统的钢筋混凝土结构，钢混组合梁自重更轻，有利于预制节段的吊装和运输；此外，钢混组合梁桥还可以更好降低梁高，有助于提升桥下净空利用率。
5.钢混组合梁的钢梁一般采用螺栓连接，对安装拼装的精度要求较高。预制件的安装需要较高的施工水平，在施工过程中常出现两片梁螺栓孔难以对齐的情况。由于钢混组合梁相对混凝土梁造价较高，且主梁景观效果一般，故应用有限，导致预制构件模板的利用率较低，造成前期投入的厂房和制造设备处于长期闲置状态。
6.节段预制拼装大箱梁结构在城市桥梁建设中有所应用，但仍尚未得到量大面广的推广。国内外双向六车道桥梁基本上采用整幅式单箱多室断面或分离式双幅桥梁。单箱多室和大悬臂单箱单室断面预制效率高，但构件尺寸大，对运输条件、制造及安装设备要求高。横向分幅同步安装的分箱室双主梁结构预制效率相比单箱单室断面略低，单室构件尺寸相对较小，对运输条件、制造及安装设备要求较低。
7.通过比较可以看出，上述三种装配化桥梁上部结构形式各有优劣。针对市区内房屋密集、交通拥堵的场地建设条件，三种上部结构均有一定的不足。针对这种情况，现阶段，有必要提出一种新型桥梁上部结构形式，以适应城市一定建设条件的高架桥快速施工需求。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明提出了一种装配式钢混组合桥梁上部结构及其施工工艺，主要
针对城市内房屋密集、道路交通条件较差的高架桥建设场地情况，及预制构件运输难度，减小机械吊装重量降低施工难度角度考虑，对现有的装配化上部结构进行改造，从而适应相对苛刻的建设条件。
9.本发明的技术方案是这样实现的：
10.一方面，本发明提供了一种装配式钢混组合桥梁上部结构，包括：
11.钢箱梁段，所述钢箱梁段包括钢横梁，用于沿桥梁宽度方向安装在桥墩上，所述钢横梁长度两侧分别对称设置有若干外伸钢梁，若干所述外伸钢梁等间距排布在钢横梁侧壁；
12.钢混组合段，位于相邻两组钢箱梁段之间，包括混凝土梁段及对称设置在混凝土梁段长度方向两端的钢混结合段，所述混凝土梁段设置有若干条，其数量与外伸钢梁数量一致，所述钢混结合段包括钢构段及钢混段，所述钢混段插接于混凝土梁段内并与之固定连接，钢构段与外伸钢梁焊接。
13.在上述技术方案的基础上，优选的，所述钢横梁包括围合成箱体结构的第一顶板、第一底板和两块第一腹板，第一底板下表面用于沿桥梁宽度方向与桥墩连接，第一顶板表面用于连接桥面现浇层，第一腹板外表面与外伸钢梁焊接，所述第一顶板、第一底板及第一腹板内侧沿桥梁宽度均设置有若干第一加劲肋。
14.在上述技术方案的基础上，优选的，所述外伸钢梁包括围合成箱体结构的第二顶板、第二底板和两块第二腹板，第二顶板与第一顶板焊接，第二底板及第二腹板垂直焊接第一腹板，第二底板的长度小于第二顶板的长度，第二底板与第一底板齐平，第二顶板沿第一顶板长度方向往两侧分别水平延伸形成有第一翼缘板，第一翼缘板与第一顶板焊接，所述第二顶板、第二底板和第二腹板内侧沿桥梁长度方向均设置有若干第二加劲肋。
15.进一步，优选的，所述第一顶板、第一底板及两块第一腹板之间间隔连接有若干纵向隔板，所述纵向隔板和第二腹板对齐。
16.在上述技术方案的基础上，优选的，所述钢构段包括围合成箱体结构的第三顶板、第三底板两块第三腹板，第三顶板沿桥梁宽度方向两端分别延伸出与第一翼缘板长度相对的第二翼缘板，第三顶板与第二顶板焊接，第二翼缘板与第一翼缘板焊接，第三腹板与第二腹板焊接，第三底板与第二底板焊接，所述第三顶板、第三底板和第三腹板内侧沿桥梁长度方向均设置有若干第三加劲肋，钢构段远离外伸钢梁的一侧固定连接所述钢混结合段。
17.进一步，优选的，两块所述第三腹板之间水平间隔设置有至少一块水平隔板，所述第三顶板与第三底板之间竖直间隔设置有至少一块竖直隔板，所述水平隔板、竖直隔板截面沿纵向采用变截面形式。
18.在上述技术方案的基础上，优选的，所述钢混结合段包括承压板、若干横钢隔板及纵钢隔板，承压板与钢构段远离外伸钢梁的一侧焊接，若干所述钢隔板的水平间隔固定设置在承压板上，纵钢隔板间隔竖直穿过横钢隔板，并与横钢隔板焊接，横钢隔板及纵钢隔板之整体插接于混凝土梁段中并与混凝土梁段固定连接，横钢隔板及纵钢隔板上焊接有若干栓钉。
19.在上述技术方案的基础上，优选的，所述混凝土梁段包括两个混凝土梁节段，两个混凝土梁节段的一端与钢混段连接，另一端通过主梁剪力键进行连接。
20.进一步，优选的，所述混凝土梁段还包括一个或多个混凝土梁连接段，所述混凝土
梁连接段及混凝土梁节段之间均通过主梁剪力键进行连接。
21.另一方面，本发明还公开了一种装配式钢混组合桥梁上部结构施工工艺，采用了上述装配式钢混组合小箱梁结构，包括如下步骤：
22.s1、根据一跨上的主梁长度对混凝土梁段进行节段划分，规划所需混凝土梁节段长度；
23.s2、根据桥梁宽度要求，预制钢箱梁段；
24.s3、预制钢混结合段，将钢混结合段中的钢混段放置到预制摸板中，进行结合现浇混凝土梁节段，完成钢混组合段的预制；
25.s4、采用下行式架桥机运梁，吊装一组钢箱梁段安装在桥跨一端的桥墩上；
26.s5、吊装一组钢混组合段，在架桥机上就位后，使钢构段与桥跨一端的外伸钢梁进行焊接；
27.s6、吊装另一组钢箱梁段安装在桥跨另一端的桥墩上，吊装另一组钢混组合段，并使两组钢混组合段上的混凝土梁节段通过主梁剪力键完成连接，再将钢混组合段上的钢构段与另一组外伸钢梁进行焊接；
28.s7、重复s5和s6步骤，并对钢混组合段之间的湿接缝进行绑扎浇注，完成主梁横向联系；
29.s8、对整联主梁底板进行正弯矩预应力张拉，再对整联主梁顶板进行负弯矩张拉；
30.s9、张拉完成后，架桥机移至下一跨，重复上述步骤进行主梁拼装。
31.本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
32.(1)本发明公开的装配式钢混组合桥梁上部结构，通过设置钢箱梁端及钢混组合段，这些构件均可以进行预制，构件长度小，方便运输到高架桥现场进行拼装形成主梁，避免了传统主梁因长度及重量较大，导致吊装运输困难、不便于施工的问题；同时，上述构件无需现场进行浇注施工，使得拼装方式效率更高，适合于城市房屋密集、道路交通条件较差的高架桥建设场地；在梁端处用钢箱梁段代替现浇混凝土横梁，既可以提高施工效率，又可以充分利用钢材的高强度而设置双支座，从而取消帽梁，解决帽梁侵占桥下净空问题；
33.(2)混凝土梁段与钢箱梁端之间通过钢混结合段进行连接，确保钢混结合段能可靠传递内力，保证主梁刚度均匀过渡和变形连续；
34.(3)竖直隔板截面沿纵向采用变截面形式，主要起到均匀分散钢混结合件应力和刚度渐变过渡的作用；
35.(4)张拉主梁底板正弯矩束，用于抵抗跨中正弯矩，同时可以起到紧固预制构件段并使其连接成整体的作用。张拉主梁墩顶负弯矩束，用于抵抗墩顶负弯矩，并进一步加强预制构件段连接。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明公开的装配式钢混组合桥梁上部结构的立体结构示意图；
38.图2为本发明公开的钢箱梁段的立体结构示意图；
39.图3为本发明公开的钢混组合段的立体结构示意图；
40.图4为本发明公开的钢混结合段的立体结构示意图；
41.图5为本发明公开的装配式钢混组合桥梁上部结构的平面结构示意图；
42.附图标记：
43.1、钢箱梁段；2、钢混组合段；11、钢横梁；12、外伸钢梁；21、混凝土梁段；22、钢混结合段；23、钢构段；24、钢混段；111、第一顶板；112、第一底板；113、第一腹板；114、第一加劲肋；115、纵向隔板；121、第二顶板；122、第二底板；123、第二腹板；124、第一翼缘板；125、第二加劲肋；231、第三顶板；232、第三底板；233、第三腹板；234、第二翼缘板；235、第三加劲肋；236、水平隔板；237、竖直隔板；241、承压板；242、横钢隔板；243、纵钢隔板；244、栓钉；211、混凝土梁节段；212、混凝土梁连接段。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
45.本实施例是针对城市道路条件差、房屋密集处的高架桥建设所提出的桥梁设计方案，常规的小箱梁为多支座体系，主梁下方需设置桥墩帽梁。由于帽梁的存在，导致桥墩侵占了桥下净空，并且桥梁也显得不美观。从施工效率角度看，小箱梁墩顶连续段钢筋布置复杂，钢筋现场绑扎及焊接工作量大，使得工期大幅度延长。同时对于上述房屋密集场所，显然，现场运输、施工均有不同程度困难。
46.为此，本发明提出了装配式钢混组合桥梁上部结构，其是采用预制构件方法，在桥梁现场拼装实现桥梁上部结构(主梁)的施工。
47.具体而言，如图1所示，结合图2，本发明实施例公开了一种装配式钢混组合桥梁上部结构，包括钢箱梁段1和钢混组合段2。
48.钢箱梁段1，沿桥梁宽度方向安装在桥墩上，桥梁长度方向一跨的两端所处的桥墩上均设置钢箱梁段1。钢箱梁段1包括钢横梁11，钢横梁11长度和桥梁宽度适配，钢横梁11为空心箱体结构，钢箱梁的底部用于安装在桥墩上，钢箱梁在预制过程中，可沿长度方向进行等分为若干个节段，这样方便运输到现场进行装配，避免因钢横梁11太长，无法运输到房屋密集的场地中。
49.钢横梁11长度两侧分别对称设置有若干外伸钢梁12，若干外伸钢梁12等间距排布在钢横梁11侧壁，外伸钢梁12用于与钢混组合段2进行连接，为了方便运输拼装施工，本实施例通过在钢横梁11长度方向两侧等间距设置若干外伸钢梁12，由此，可以通过预制多条钢混组合段2，然后在桥梁现场进行整个主梁宽度方向铺设。
50.钢混组合段2，位于相邻两组钢箱梁段1之间，作为一跨上主梁的组成部分，其是承载整个桥梁上部负载，通常情况下，混凝土小箱梁是作为主梁的主要部分，混凝土小箱梁与钢横梁11段在相接位置，由于材料和板件尺寸不同，截面在强度和刚度上存在突变情况。在钢混结合位置，构件受力复杂，设计上需重点考虑。
51.为此，本实施例的钢混组合段2包括混凝土梁段21及对称设置在混凝土梁段21长度方向两端的钢混结合段22，混凝土梁段21设置有若干条，其数量与外伸钢梁12数量一致，由此，可以沿宽度方向铺设，构成桥梁整联。钢混结合段22包括钢构段23及钢混段24，钢混段24插接于混凝土梁段21内并与之固定连接，钢构段23与外伸钢梁12焊接。
52.由此设置，通过预制钢混结合段22，然后在预制混凝土梁段21时，将钢混结合段22上的钢混段24放置到预制模板中，进行浇注预制出混凝土梁段21，此时混凝土梁段21与钢混结合段22牢固为一体，由于钢构件的材质与外伸钢梁12一致，通过焊接方式，可以将钢构件与外伸钢梁12进行连接，由此实现钢混组合段2的两端分别与两个钢箱梁段1上的外伸钢梁12进行焊接。钢混结合段22能可靠的将混凝土梁段21的内应力传递到钢横梁11上，并通过桥墩传递到基础上，保证主梁刚度均匀过渡和变形连续。同时，混凝土梁段21及钢混结合段22均可以在工厂进行预制，无需现场浇注施工，上述预制构件体积小，可以根据桥跨长度及运输条件进行节段划分，保证运输和装配可操作性。
53.本发明公开的装配式钢混组合桥梁上部结构，通过设置钢箱梁端及钢混组合段2，这些构件均可以进行预制，构件长度小，方便运输到高架桥现场进行拼装形成主梁，避免了传统主梁因长度及重量较大，导致吊装运输困难、不便于施工的问题；同时，上述构件无需现场进行浇注施工，使的拼装方式效率更高，适合于城市房屋密集、道路交通条件较差的高架桥建设场地；在梁端处用钢箱梁段1代替现浇混凝土横梁，既可以提高施工效率，又可以充分利用钢材的高强度而设置双支座，从而取消帽梁，解决帽梁侵占桥下净空问题。
54.作为本发明较佳实施方式，钢横梁11包括围合成箱体结构的第一顶板111、第一底板112和两块第一腹板113，第一底板112下表面用于沿桥梁宽度方向与桥墩连接，由此可以省去帽梁，美观性好，同时提高桥下净空。第一顶板111表面用于连接桥面现浇层，可以在第一顶板111表面设置布置剪力钉，方便第一顶板111上浇注现浇层后与第一顶板111牢固结合。第一腹板113外表面与外伸钢梁12焊接，第一顶板111、第一底板112及第一腹板113内侧沿桥梁宽度均设置有若干第一加劲肋114。由此设置，可以提高整个钢横梁稳定性及抗负载能力。
55.由于钢混组合段2需要和钢箱梁段1进行连接，如果直接将多条钢混组合段2与钢横梁11的第一腹板113进行连接，无法进行准确的对位，会导致装配时误差累计，拼装精度降低，为此本发明实施例在钢横梁11两侧的第一腹板113上预先进行焊接外伸钢梁12。
56.具体的，外伸钢梁12包括围合成箱体结构的第二顶板121、第二底板122和两块第二腹板123，第二顶板121与第一顶板111焊接，第二底板122及第二腹板123垂直焊接第一腹板113，第二底板122的长度小于第二顶板121的长度，第二底板122与第一底板112齐平，第二顶板121沿第一顶板111长度方向往两侧分别水平延伸形成有第一翼缘板124，第一翼缘板124用于和下文所述的混凝土梁段21的翼缘对齐，第一翼缘板124与第一顶板111焊接，第二顶板121、第二底板122和第二腹板123内侧沿桥梁长度方向均设置有若干第二加劲肋125，可以提高外伸钢梁12的稳定性。同时上述结构设置，使得外伸钢梁12的形状可以和混凝土梁段21的形状一致，同时，外伸钢梁12在钢横梁11上进行预先焊接，保证了后续钢混组合段2在与钢箱梁段1拼装时可以精准对位，减少容错率。
57.作为一些优选实施方式，所述第一顶板111、第一底板112及两块第一腹板113之间间隔连接有若干纵向隔板115，纵向隔板115和第二腹板123对齐，通过设置纵向隔板115，可
以进一步提高钢横梁11竖直方向抗压能力，同时，纵向隔板115和第二腹板123对齐，可以将钢混组合段2的应力很好的传递到钢横梁11上，并通过桥墩传递到基础上，提高钢横梁强度及稳定性。
58.需要说明的是，由于一般高架桥梁为双向6车道，桥梁宽度达到了24m，由此一来，如果直接预制24m的钢箱梁段1，不方便运输，同时吊装难度较大，需要重型设备在场，占用场地，不适合道路较窄环境下作业。为了保证钢箱梁便于运输及吊装，本实施例在预制钢箱梁段1时，可以将钢横梁11进行节段划分，例如等间距划分为4段，每一段钢横梁11两侧预先焊接一个或多个外伸钢梁12，由此一来，减少了钢横梁11段的长度，便于运输到现场，再进行拼装焊接，可操作性提高，施工难度小，效率也会大大提高。
59.作为本发明的较佳实施方式，参照附图3和4所示，钢构段23包括围合成箱体结构的第三顶板231、第三底板232两块第三腹板233，第三顶板231沿桥梁宽度方向两端分别延伸出与第一翼缘板124长度相对的第二翼缘板234，第三顶板231与第二顶板121焊接，第二翼缘板234与第一翼缘板124焊接，第三腹板233与第二腹板123焊接，第三底板232与第二底板122焊接，由此设置，通过将钢构段23的外轮廓做成和外伸钢梁12外轮廓一致，方便对齐后进行焊接。需要说明的，为了保证焊接后，焊缝在纵向方向能够提供较大荷载，可以预先将钢构段23的外端面和外伸钢梁12的外端面交错设置，由此以来，二者焊接后，焊缝不在同一竖直平面上，即可提高抗剪切能力，提高整个主梁的抗负载能力。
60.第三顶板231、第三底板232和第三腹板233内侧沿桥梁长度方向均设置有若干第三加劲肋235，由此设置，可以提高钢构段的稳定性。钢构段23远离外伸钢梁12的一侧固定连接钢混结合段22。
61.为了将混凝土梁段21的内应力传递到钢箱梁段1上，本实施例采用的方案是：两块第三腹板233之间水平间隔设置有至少一块水平隔板236，第三顶板231与第三底板232之间竖直间隔设置有至少一块竖直隔板237，水平隔板236、竖直隔板237截面沿纵向采用变截面形式。由此设置，主要起到均匀分散钢混结合件应力和刚度渐变过渡的作用。
62.为了使钢混结合段22与混凝土梁段21进行连接，本实施例采用的方案是：钢混结合段22包括承压板241、若干横钢隔板242及纵钢隔板243，承压板241与钢构段23远离外伸钢梁12的一侧焊接，若干所述横钢隔板242的水平间隔固定设置在承压板241上，纵钢隔板243间隔竖直穿过横钢隔板242，并与横钢隔板242焊接，横钢隔板242及纵钢隔板243之整体插接于混凝土梁段21中并与混凝土梁段21固定连接，横钢隔板242及纵钢隔板243上焊接有若干栓钉244。由此设置，在进行预制混凝土梁段21时，将横钢隔板242及纵钢隔板243之整体插入到预制摸板中，在整个预制摸板中放置钢筋束或钢筋笼，然后进行混凝土浇注，使预制完成的混凝土梁段21通过钢混结合段22牢固的固定为一体，同时通过栓钉244和剪力键，加强钢混段24和混凝土梁段21之间的连接。
63.由于一跨上的主梁主要部分主要是混凝土梁段21组成，如果直接预制一整条混凝土梁段21，会因混凝土梁段21太长，在房屋密集的环境下，无法运输，施工困难，因此，本发明采用的方案是：对混凝土梁段21进行划分为两段，即混凝土梁段21包括两个混凝土梁节段211，两个混凝土梁节段211的一端与钢混段24连接，另一端通过主梁剪力键进行连接。由此一来，可以在工厂将混凝土梁节段211与钢混结合段22结合在一起进行钢混组合段2的预制，然后在施工现场，首先将一组钢混组合段2与桥跨一端的钢箱梁段1连接，然后通过主梁
剪力键再和另一组钢混组合段2进行焊接，最后将另一组钢混组合段2与桥跨另一端的钢箱梁段1进行焊接。
64.作为一些实施例而言，当一跨的主梁长度过长，两组钢混组合段2长度仍然过长，不方便运输，为此，本发明采用的方案是：混凝土梁段21还包括一个或多个混凝土梁连接段212，混凝土梁连接段212及混凝土梁节段211之间均通过主梁剪力键进行连接。在本实施例中，混凝土梁连接段212为常见的混凝土小箱梁，和混凝土梁节段211形状相同，由此设置，通过两个钢混组合段2、一个或多个混凝土梁连接段212的预制，可以减少整个主梁构件的长度，方便运输及施工。
65.另一方面，参照附图5所示，本发明还公开了一种装配式钢混组合桥梁上部结构施工工艺，包括如下步骤：
66.s1、根据一跨上的主梁长度对混凝土梁段21进行节段划分，规划所需混凝土梁节段211长度；
67.值得注意的是，混凝土梁段21通常划分为两个混凝土梁节段211，且两个混凝土梁节段211长度相同，如果两个混凝土梁节段211长度过长，可以在规划设计一个或多个混凝土梁连接段212，混凝土梁连接段212和混凝土梁节段211外轮廓相同。
68.s2、根据桥梁宽度要求，预制钢箱梁段1；
69.可以将钢横梁11进行节段划分，规划为多个长度相同的钢横梁11节段，方便运输及现场拼装，在预制现场，可以将钢横梁11节段两侧预先焊接外伸钢梁12。
70.s3、预制钢混结合段22，将钢混结合段22中的钢混段24放置到预制摸板中，进行结合现浇混凝土梁节段211，完成钢混组合段2的预制；
71.s4、采用下行式架桥机运梁，吊装一组钢箱梁段安装在桥跨一端的桥墩上；
72.s5、吊装一组钢混组合段2，在架桥机上就位后，使钢构段23与桥跨一端的外伸钢梁12进行焊接；
73.s6、吊装另一组钢箱梁段安装在桥跨另一端的桥墩上，吊装另一组钢混组合段，并使两组钢混组合段上的混凝土梁节段通过主梁剪力键完成连接，再将钢混组合段上的钢构段与另一组外伸钢梁进行焊接；
74.s7、重复s5和s6步骤，并对钢混组合段2之间的湿接缝进行绑扎浇注，完成主梁横向联系；
75.s8、对整联主梁底板进行正弯矩预应力张拉，用于抵抗跨中正弯矩，同时可以起到紧固预制构件段并使其连接成整体的作用。张拉端设置在钢横梁的第一腹板侧壁。
76.再对整联主梁顶板进行负弯矩张拉；用于抵抗墩顶负弯矩，并进一步加强预制构件段连接，张拉端设置在混凝土梁段顶板的预留槽内。
77.s9、张拉完成后，架桥机移至下一跨，重复上述步骤进行主梁拼装。
78.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。