一种超高性能钢管混凝土斜拉桥及施工方法

本发明涉及桥梁工程，具体为一种超高性能钢管混凝土斜拉桥及施工方法。

背景技术：

1、斜拉桥主要的受力构件为受压弯作用的索塔和主梁，二者均在承压能力上有很大的需求。斜拉桥桥塔以承压为主。斜拉桥主梁由斜拉索支承，相邻拉索间距较小，主梁所受弯矩较小，但在斜拉索的水平分力作用下主梁同样承受较大压力。

技术实现思路

1、针对现有技术中斜拉桥的主梁以及索塔承受压力较大的问题，本发明提供一种超高性能钢管混凝土斜拉桥及施工方法，解决主梁及桥塔采用普通混凝土所导致的结构自重过大、耐久性较差及施工效率低等问题。本发明可以充分发挥uhpc和钢材的材料强度，减轻结构自重，增大施工节段长度、提高结构耐久性。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种超高性能钢管混凝土斜拉桥，包括桩基、承台、主梁、桥塔和斜拉索，承台固定于桩基上，桥塔固定于承台上，主梁和桥塔均由具有超高承压性能的矩形钢管-uhpc结构组成，主梁采用超高性能钢管混凝土桁架式主梁或者箱形主梁，桥塔采用钢管-uhpc箱形结构，桥塔与主梁之间通过多根斜拉索进行连接。

4、优选的，当主梁为超高性能钢管混凝土桁架式主梁时，主梁包括上弦杆、下弦杆和腹杆，上弦杆、下弦杆之间通过布设在同一平面的腹杆进行连接，上弦杆、下弦杆均采用超高性能钢管混凝土杆件，腹杆采用空钢管。

5、优选的，超高性能钢管混凝土杆件包括矩形钢管、uhpc和设置于矩形钢管内部侧壁的纵向pbl加劲肋，uhpc填充于矩形钢管内部。

6、优选的，腹杆的两端采用栓焊结合法分别与上弦杆和下弦杆连接，形成桁架节段。

7、优选的，当主梁为箱形主梁时，主梁包括顶板、腹板和底板，顶板和底板之间通过腹板进行连接；顶板、腹板和底板均采用超高性能钢管混凝土板件。

8、优选的，超高性能钢管混凝土板件包括外侧钢板、内侧钢板、灌注在内外侧钢板间的uhpc以及纵向pbl加劲肋。

9、优选的，桥塔采用箱形薄壁空心截面。

10、优选的，桥塔由多个超高性能钢管混凝土板件组合而成。

11、优选的，斜拉索一端锚固于桥塔的箱形节段超高性能混凝土内壁上，另一端临时锚固在主梁悬拼节段上。

12、一种超高性能钢管混凝土斜拉桥的施工方法，包括以下步骤：

13、s1，建造桩基、承台，将预制的桥塔节段拼装成桥塔，并将桥塔固定于承台上；

14、s2，采用悬臂拼装方法，在桥塔两侧对称施工，将主梁预制节段进行悬臂拼装；

15、s3，将斜拉索的一端与主梁悬臂节段临时锚固，另一端与桥塔的超高性能混凝土内壁进行锚固；

16、s4，待拼接完成后张拉斜拉索调整索力，固定桥塔与主梁；

17、s5，将主梁与边墩进行合龙。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、本发明一种超高性能钢管混凝土斜拉桥采用超高性能混凝土(uhpc)，其强重比显著优于普通混凝土，将其应用至上述斜拉桥结构可以大幅减小构件几何尺寸，减轻结构自重，从而增大桥梁的跨越能力。此外uhpc耐久性能优异，其经蒸养后徐变变形小。同时钢管-uhpc具有承载能力高、塑性韧性较好、耐火性好、施工方便及经济性好的特点。由于斜拉桥桥型核心优势，应用钢管-uhpc材料于桥塔、主梁，可以充分发挥uhpc高承压性能，达到自重轻于钢结构的目标。因此，斜拉桥中采用钢管uhpc材料是减轻桥梁结构自重、增大节段长度、降低吊装设备的要求、缩短工期、增加施工效率、提高结构耐久性的有效方式。

20、本发明将矩形钢管内灌注uhpc并设置开孔钢板加劲肋的结构首次应用于斜拉桥结构，该结构具有承压性能的优异的特点，且斜拉桥的主要结构主梁与主塔均为承压构件。主梁和主塔外壁均为矩形钢管，有利于和斜拉索的锚固。同时由于结构具有超高的承压性能，因此可以把结构的截面尺寸设计的小一些，重量也能减轻。这样在施工阶段也可以一次性拼装更长的节段。在桥梁跨径不变的前提下，可以显著减低所需要的节段总数量，降低节段之间拼接的工作，提高施工效率。

21、本发明采用钢管-uhpc作为主梁及桥塔的主要组成材料。采用钢管混凝士桥塔、主梁，可以简化索梁、索塔锚固构造。斜拉索荷载首先作用于钢管再传递至uhpc，钢管起到了荷载的分散作用。因此超高性能钢管混凝土塔、梁具有较好地锚固性能，能充分发挥uhpc和钢材性能，应用其强重比较大的特性，减轻结构自重，提高结构耐久性；同时由uhpc制作的预制装配节段重量较轻，可以增大预制节段长度，降低吊装设备要求，减少节段总数量，缩短工期，提升施工效率。

22、本发明所采用的超高性能钢管混凝土箱形桥塔，以承压为主，其截面较大，采用薄壁箱形钢管-uhpc形式，减轻桥塔结构自重，节省材料；同时采用将斜拉索连接在桥塔箱形截面内壁超高性能混凝土上，将内力进行调整分配，优化传力，简化斜拉索锚固构造。

23、本发明所采用的钢管-uhpc斜拉桥施工方法，采用悬臂拼装的施工方法，由于主梁轻量化，其节段预制长度随之相应增加，主梁节段总数降低，同时吊装设备的要求降低，工期缩短，施工效率得以提高。

技术特征：

1.一种超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，包括桩基、承台、主梁(2)、桥塔(1)和斜拉索(3)，承台固定于桩基上，桥塔(1)固定于承台上，主梁(2)和桥塔(1)均由具有超高承压性能的矩形钢管(12)-uhpc(13)结构组成，主梁(2)采用超高性能钢管混凝土桁架式主梁(2)或者箱形主梁(2)，桥塔(1)采用钢管-uhpc(13)箱形结构，桥塔(1)与主梁(2)之间通过多根斜拉索(3)进行连接。

2.根据权利要求1所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，当主梁(2)为超高性能钢管混凝土桁架式主梁(2)时，主梁(2)包括上弦杆(5)、下弦杆(6)和腹杆，上弦杆(5)、下弦杆(6)之间通过布设在同一平面的腹杆进行连接，上弦杆(5)、下弦杆(6)均采用超高性能钢管混凝土杆件，腹杆采用空钢管。

3.根据权利要求2所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，超高性能钢管混凝土杆件包括矩形钢管(12)、uhpc(13)和设置于矩形钢管(12)内部侧壁的纵向pbl加劲肋(14)，uhpc(13)填充于矩形钢管(12)内部。

4.根据权利要求2所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，腹杆的两端采用栓焊结合法分别与上弦杆(5)和下弦杆(6)连接，形成桁架节段。

5.根据权利要求1所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，当主梁(2)为箱形主梁(2)时，主梁(2)包括顶板(9)、腹板(10)和底板(11)，顶板(9)和底板(11)之间通过腹板(10)进行连接；顶板(9)、腹板(10)和底板(11)均采用超高性能钢管混凝土板件。

6.根据权利要求5所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，超高性能钢管混凝土板件包括外侧钢板、内侧钢板、灌注在内外侧钢板间的uhpc(13)以及纵向pbl加劲肋(14)。

7.根据权利要求1所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，桥塔(1)采用箱形薄壁空心截面。

8.根据权利要求7所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，桥塔(1)由多个超高性能钢管混凝土板件组合而成。

9.根据权利要求1所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥，其特征在于，斜拉索(3)一端锚固于桥塔(1)的箱形节段超高性能混凝土内壁上，另一端临时锚固在主梁(2)悬拼节段上。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的超高性能钢管混凝土斜拉桥的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种超高性能钢管混凝土斜拉桥及施工方法，该斜拉桥包括桩基、承台、主梁、桥塔和斜拉索，承台固定于桩基上，桥塔固定于承台上，主梁采用超高性能钢管混凝土桁架式主梁或者箱形主梁，桥塔采用矩形钢管‑超高性能混凝土箱形结构，桥塔和主梁通过多根斜拉索连接。本发明采用钢管‑UHPC作为主梁及桥塔的主要组成材料，能充分发挥UHPC和钢材性能，应用其强重比较大的特性，减轻结构自重，提高结构耐久性；同时由UHPC制作的预制装配节段重量较轻，可以增大预制节段长度，降低吊装设备要求，降低节段数量，缩短工期，提高施工效率。同时UHPC材料耐久性能较好，在蒸养后徐变变形小，可以显著改善结构耐久性能。

技术研发人员：刘永健,周绪红,马印平,陈鸿杰,王琨,刘江,姜磊,孙立鹏
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21