一种钢-UHPC组合杆件桁梁桥及其施工方法

本发明涉及桥梁工程，具体涉及一种钢-uhpc组合杆件桁梁桥及其施工方法。

背景技术：

1、桁梁桥在桥梁建设领域中有广泛的应用，在桁梁桥中主弦杆是主要受力构件，自重和造价占比均较高。目前大跨径钢桁梁桥的主弦杆多采用箱型截面，制作选用的钢板厚度较厚，有时甚至采用厚度超过40mm的特厚钢板，而采用特厚钢板制作主弦杆会产生一些困难，首先钢材单价较高，导致主弦杆造价较高，其次特厚板制作过程中由于辊压道数少，钢材内部组织致密程度较差，相较于薄板强度受力时容易产生应力集中，且特厚板焊接时难度较大，不仅坡口尺寸大、焊缝道数多，而且焊接热量大、散热慢，导致钢弦杆的焊接拘束度大，增加了焊接裂纹的萌生风险，此外，对于受压主弦杆，为了防止杆件在巨大的轴力作用下失稳，还需在箱型截面内壁设置复杂的加劲肋，增加了用钢量，进一步增加了成本和施工难度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种施工简便、经济性好的钢-uhpc组合杆件桁梁桥及其施工方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种钢-uhpc组合杆件桁梁桥，包括多个依次连接的桁梁桥节段，所述桁梁桥节段包括用于承受压力的受压主弦杆、用于承受拉力的钢受拉主弦杆、钢平联、钢横梁以及钢腹杆，所述受压主弦杆包括箱型钢内壳和外包所述箱型钢内壳的uhpc箱型外壳，所述uhpc箱型外壳与箱型钢内壳外表面紧密贴合并通过连接在箱型钢内壳上的剪力连接件进行连接，所述箱型钢内壳采用高强钢板。

4、作为上述技术方案的进一步改进：

5、所述箱型钢内壳内壁设有多个间隔布置的横隔板，所述uhpc箱型外壳中设有构造钢筋。

6、所述剪力连接件为栓钉连接件，所述栓钉连接件焊接连接在箱型钢内壳的外表面并嵌入uhpc箱型外壳中。

7、所述剪力连接件为pbl连接件。

8、所述受压主弦杆的各节点位置处设有用于与桁梁桥的其他钢结构构件连接的节点板。

9、所述节点板直接连接在箱型钢内壳上，对应节点位置处的uhpc箱型外壳为部分外包。

10、相邻桁梁桥节段中两根受压主弦杆之间通过第一连接接头连接，相邻桁梁桥节段中受压主弦杆与钢受拉主弦杆之间通过第二连接接头连接。

11、所述第一连接接头包括由箱型钢内壳向uhpc箱型外壳外延伸出的连接结构、两个所述连接结构之间的第一连接焊缝及现浇成型的外包uhpc接缝，所述连接结构上对应设有剪力连接件，所述第二连接接头包括固接在箱型钢内壳端部的连接钢板及所述连接钢板与钢受拉主弦杆之间的第二连接焊缝。

12、所述钢横梁顶面铺设有预制uhpc桥面板，所述钢横梁与预制uhpc桥面板之间通过现浇uhpc接缝连接。

13、一种钢-uhpc组合杆件桁梁桥的施工方法，应用于如上述钢-uhpc组合杆件桁梁桥中，包括以下步骤：

14、s1、在厂内制造受压主弦杆，通过切割、焊接等施工工艺形成箱型钢内壳，并在箱型钢内壳外表面焊接剪力连接件，在受压主弦杆的节点位置处，直接在箱型钢内壳上焊接节点板，在箱型钢内壳四周搭设外模并以箱型钢内壳为内模，浇筑uhpc，对uhpc进行高温蒸汽养护，养护完成后拆除外模，形成受压主弦杆杆件；

15、s2、厂内制造桁梁桥其他钢构件，按照现有钢桁梁桥常规施工工艺，分别制造钢受拉主弦杆、钢平联、钢横梁、钢腹杆等其他钢构件；

16、s3、节段拼装，对于受压主弦杆之间的连接，先将相邻节段中的钢结构焊接连接，然后浇筑uhpc形成外包uhpc接缝，对于受压主弦杆与钢受拉主弦杆之间的连接，将设在箱型钢内壳端部的连接钢板与钢受拉主弦杆焊接连接，其余钢结构杆件之间通过焊接连接，形成桁梁桥节段，该过程可以在厂内完成，也可以在桥址处支架上完成，视实桥施工工艺而定；

17、s4、采用一次性落架方法架设桁架梁，通过拆除满堂支架等工艺，形成桁梁桥；

18、s5、架设预制uhpc桥面板，完成预制uhpc桥面板的制作、运输和吊装，并在钢横梁顶面位置浇筑uhpc桥面板接缝并养护，完成桥面板施工。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，将受压主弦杆设计成由箱型钢内壳和uhpc箱型外壳形成的组合结构形式，且箱型钢内壳采用高强钢板，高强钢和uhpc这两种材料的设计抗压强度比和弹性模量比较为接近，能够充分发挥两种材料的抗压强度，能够较好的协同受力，且箱型钢内壳与uhpc箱型外壳通过剪力连接件形成组合受力，箱型钢内壳与uhpc箱型外壳协同受压，uhpc箱型外壳无需采用厚钢板，而采用常规厚度钢板即可，有效避免了特厚钢板焊接工艺复杂且焊接变形大等问题，同时uhpc箱型外壳对箱型钢内壳起到加劲作用，能够大大简化甚至取消箱型钢内壳的加劲构造，进一步减少了用钢量，降低了成本和施工难度。另一方面，在相同轴压力下，由于uhpc板的截面面积约为钢板的3～4倍，而uhpc的密度约为钢材的1/3，因此，钢-uhpc受压主弦杆的自重与常规受压钢主弦杆的自重能够大体持平或略微增加，而uhpc的单价远低于钢材，因此，钢-uhpc受压主弦杆的造价会低于相同轴压力下采用钢板制作的造价，具有良好的经济性，此外，施工时箱型钢内壳作为浇筑uhpc箱型外壳的内模，无需拆除，方便搭设，具有良好的便利性。

技术特征：

1.一种钢-uhpc组合杆件桁梁桥，包括多个依次连接的桁梁桥节段，所述桁梁桥节段包括用于承受压力的受压主弦杆(1)、用于承受拉力的钢受拉主弦杆(2)、钢平联(3)、钢横梁(4)以及钢腹杆(5)，其特征在于：所述受压主弦杆(1)包括箱型钢内壳(11)和外包所述箱型钢内壳(11)的uhpc箱型外壳(12)，所述uhpc箱型外壳(12)与箱型钢内壳(11)外表面紧密贴合并通过连接在箱型钢内壳(11)上的剪力连接件(13)进行连接，所述箱型钢内壳(11)采用高强钢板。

2.根据权利要求1所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：所述箱型钢内壳(11)内壁设有多个间隔布置的横隔板(14)，所述uhpc箱型外壳(12)中设有构造钢筋。

3.根据权利要求2所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：所述剪力连接件(13)为栓钉连接件，所述栓钉连接件焊接连接在箱型钢内壳(11)的外表面并嵌入uhpc箱型外壳(12)中。

4.根据权利要求2所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：所述剪力连接件(13)为pbl连接件。

5.根据权利要求1所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：所述受压主弦杆(1)的各节点位置处设有用于与桁梁桥的其他钢结构构件连接的节点板(6)。

6.根据权利要求5所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：所述节点板(6)直接连接在箱型钢内壳(11)上，对应节点位置处的uhpc箱型外壳(12)为部分外包。

7.根据权利要求1所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：相邻桁梁桥节段中两根受压主弦杆(1)之间通过第一连接接头(7)连接，相邻桁梁桥节段中受压主弦杆(1)与钢受拉主弦杆(2)之间通过第二连接接头(8)连接。

8.根据权利要求7所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：所述第一连接接头(7)包括由箱型钢内壳(11)向uhpc箱型外壳(12)外延伸出的连接结构(71)、两个所述连接结构(71)之间的第一连接焊缝(72)及现浇成型的外包uhpc接缝，所述连接结构(71)上对应设有剪力连接件(13)，所述第二连接接头(8)包括固接在箱型钢内壳(11)端部的连接钢板(81)及所述连接钢板(81)与钢受拉主弦杆(2)之间的第二连接焊缝(82)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：所述钢横梁(4)顶面铺设有预制uhpc桥面板(9)，所述钢横梁(4)与预制uhpc桥面板(9)之间通过现浇uhpc接缝连接。

10.一种钢-uhpc组合杆件桁梁桥的施工方法，应用于如权利要求1至9中任一项所述的钢-uhpc组合杆件桁梁桥，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种钢‑UHPC组合杆件桁梁桥及其施工方法，包括多个依次连接的桁梁桥节段，桁梁桥节段包括用于承受压力的受压主弦杆、用于承受拉力的钢受拉主弦杆、钢平联、钢横梁以及钢腹杆，受压主弦杆包括箱型钢内壳和外包箱型钢内壳的UHPC箱型外壳，UHPC箱型外壳与箱型钢内壳外表面紧密贴合并通过连接在箱型钢内壳上的剪力连接件进行连接，箱型钢内壳采用高强钢板。该钢‑UHPC组合杆件桁梁桥具有受力合理、施工简便、经济性好的优点。

技术研发人员：曹君辉,邱威溶,邵旭东,李盼盼,杨云逸
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25