一种混凝土加劲格栅板桥面板及其设计方法与流程

本发明涉及桥梁建造，具体为一种混凝土加劲格栅板桥面板及其设计方法。

背景技术：

1、随着交通运输发展的需求，公路与城市道路桥梁的行车道数量及桥面宽度不断增加。为了应对发展需求，近数十年来对于宽幅混凝土桥梁(含钢混租合梁等)，往往采用如下处理方式：

2、1.增加横向支撑(腹板)数量，控制桥面板横向跨径：

3、为了满足桥面板的受力，宽幅桥梁依然采用与窄幅桥一至的最大箱室宽度b控制，通过增加横向支撑的纵向通长腹板数量，控制桥面板横向计算跨径。

4、很显然，该种设计方案并无法增加两侧翼缘悬臂长度，增加的腹板(横向支撑)已远超过截面抗剪需求，带来不必要的主梁截面增长，进一步加大了主梁自重荷载效应及基础需求等总体建设规模。这种不必要的材料增长随桥梁跨径增大、梁高及腹板高度增加而进一步明显。

5、增加桥面板厚度，以适应桥面板局部受力需求：

6、为适应宽幅大箱室截面的桥面板横向跨径增加，采用了增大桥面板/底板的设计方案，以适应桥面板局部受力需求。

7、很显然，该种设计方案同样较难增加已经过大的两侧翼缘悬臂长度，实际工程中，顶底板厚度往往由以往的180～250mm厚度增加至280～350mm。这样的通长厚板结构，其厚度增加超过了截面总体受力需求，也将带来不必要的主梁截面增长及建设规模增加。同时，在既往工程统计中，箱室宽度达7.5m～8.5m以上的箱梁，不少工程中均出现横向受力导致的纵桥向裂缝相关报道及文献记载。

8、2.增设横隔板及悬臂加劲，加强桥面板横向抗弯刚度

9、为了满足桥面板横向受力需求，在桥面板厚度不增加或增加不多情况下，通过增设横隔板及悬臂加劲，加强桥面板横向抗弯刚度。

10、通过横隔板及悬臂加劲，可以很直观增加桥面板的横向抗弯刚度。但实际工程设计中，从节段施工的便利性出发，横隔板纵桥向间距往往每个施工节段设置一道，或6～8m设置一道。而其中仅在横隔板纵向间距l小于箱室宽度b时的情况下，桥面板局部受力才会按纵向小跨径进行包络计算，受力明显改善。但横隔板及加劲的自重也较大，过密的横隔板设置也进一步大幅度增加了主梁自重，增大了桥梁纵向总体受力负荷。而较稀疏的横隔板依然受结构支撑有效宽度限制，无法大幅改善桥面板受力模式，仍有部分桥梁出现局部裂缝病害报道。

11、其中，能查到的相似专利申请更多是大跨径横向加劲悬臂及横隔板造型优化相关内容，并未能出现实质上改善桥面板受力的新构造及设计理论方式。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种混凝土加劲格栅板桥面板及其设计方法，解决了传统宽幅桥面板，为满足局部弯矩受力需求，采用的增加纵向腹板数量、增加桥面板厚度及增设横隔板的设计方式，造成主梁上部结构自重大幅增加，并进一步增加了结构总体纵向荷载负荷及建设规模，不利于桥梁设计的轻型化发展的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种混凝土加劲格栅板桥面板，包括钢筋混凝土桥面顶板、混凝土纵肋、混凝土横肋，所述桥面板下方的钢筋混凝土纵肋和钢筋混凝土横肋组成格栅加劲肋/板，所述钢筋混凝土纵肋可为任何适合形状的梁式或板式结构，所述混凝土加劲格栅桥面板通常作为整体构件与腹板、吊杆、立柱、底板、弦杆等构造中的一个或多个构件现浇或预制拼装组成主梁梁体结构。

5、一种混凝土加劲格栅板桥面板的设计方法，包括上述所述的混凝土加劲格栅板桥面板，具体操作如下：

6、利用具有一定抗弯刚度的横纵加劲组成的格栅构造，将桥面板的局部受力模式由大跨径单向板模式，分割转变成双向板或小跨径单向板模式，以适应桥面板局部受力需求。所述设计方法通常将常规实体板式桥面板的局部受力跨径由6～8米以上降低至3～4m，从而降低桥面板厚度至合理的18～25cm；

7、采用混凝土格栅加劲格栅板作为桥面板的核心总体设计步骤如下：

8、s1、根据桥梁总体计算，调整主梁截面高度h0后得到优化后的桥面板厚度c，该厚度c合理范围往往为18～25cm之间；

9、s2、根据桥梁总体计算获得的主梁截面高度h0，设置主梁截面桥面板横向支撑/纵肋间距(实体腹板或桁架式腹板间距)b，该间距b合理范围往往为2h0～2.5h0；

10、s3、如桥梁总体跨径计算l0＞20c，且桥面板横向支撑间距b＞20c时，桥面板应设置横肋，与横向支撑/纵肋组成格栅板。横肋合理间距l往往为12c～20c，横纵肋/板合理高度h往往为1/6b～1/8b，宽度b往往为1c～2c。而横桥向两侧翼缘板悬臂长度b’合理范围为0～1.2b，其中如b’＞0.5b且b’＞8c(此时c为悬臂根部厚度)时，则需设置横向预应力钢束或设置悬臂横向加劲肋/板，而如1.2b＞b’＞0.8b时，宜设置外侧纵肋。最终桥面板局部受力计算跨径可控制在5m之内；

11、s4、根据上述原则设定的格栅桥面板，根据项目实施条件及工艺，可设置为现浇或预制结构，而处于主梁高度h0范围内，格栅桥面板高度h以外的主梁桥面板截面横向支撑/纵肋(实体腹板或桁架式腹板)，可整体上根据具体主梁截面形式设为钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、钢板梁组合梁及钢箱组合梁等等结构；

12、s5、采用拟真分析或采用桥梁一、二次体系叠加等方式校验结构受力状态，确保结构安全可靠并完成设计依据的计算。

13、优选的，所述混凝土纵肋包含混凝土中纵肋、也可能包含混凝土边纵肋，所述混凝土横肋包含混凝土中横肋、也可能包含混凝土边横肋/桥面板悬臂横肋，所述混凝土桥面板与下方横纵肋/板之间连接处可有倒角过渡也可没有倒角过渡。

14、优选的，所述其中的参数，可能会因为材料性能变化或地区施工工艺、水平及设计习惯有所调整。但这些调整，并不改变通过格栅化设计，将桥面板局部计算跨径由腹板、横隔板及板端支撑间距，减小至桥面板横纵肋/板间距最小值的核心思路。

15、优选的，所述混凝土为c30以上钢筋混凝土或c40以上预应力混凝土构件，所述混凝土可为普通硅酸盐混凝土也可为其它材料配比的高性能混凝土，所述钢筋混凝土纵肋可为任何适合形状的梁式或板式结构，所述混凝土桥面板与下方横纵肋/板之间连接处可有倒角过渡也可没有倒角过渡。

16、(三)有益效果

17、本发明提供了一种混凝土加劲格栅板桥面板及其设计方法。具备以下有益效果：

18、该混凝土加劲格栅板桥面板及其设计方法，通过混凝土加劲格栅桥面板构造的定义，将加劲格栅桥面板从以往的桥面板及其加劲、横隔板和支撑结构，独立成为整体构件，满足预制拼装模块化模式。另一方面通过桥面板具有一定抗弯刚度的混凝土纵横肋组成的格栅构造，并根据格栅尺寸设置支撑条件，降低了桥面板的局部受力计算跨径，从而降低桥面板厚度，进而降低桥梁自重及建设规模。从而在交通运输发展不断增大的桥面宽度需求下，满足桥梁轻型化及模块化的设计及建造需求。