钢混工字组合梁及桥梁结构的制作方法

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种钢混工字组合梁及桥梁结构。


背景技术：

2.钢混组合结构，是通过剪力钉等连接件将混凝土和钢材两种材料连成整体从而能够共同受力的结构，能够充分发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点。工字组合梁因其简洁、灵巧、高效的特点在中小跨度桥梁中应用较多。
3.现有应用在桥梁中的钢混组合结构，采用钢横梁作为主支撑，与钢纵梁相连，在钢横梁上且位于每一个钢纵梁的底部均需要设置支座，通过该支座将钢混组合结构设置在墩台上。
4.虽然该结构在新建桥梁中可以得到较好的应用，但是如果需要进行旧桥改造，在不增加下部负荷的前提下，现有技术很难提高主梁承载力；并且为改善旧桥的下部结构受力，需要对旧桥的下部结构进行加固，建造成本较高。


技术实现要素：

5.本发明提供一种钢混工字组合梁及桥梁结构，用以解决现有技术中上述技术问题，以实现刚性强，承载力好，施工周期短，生产效率高，制造成本低等目的。
6.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种钢混工字组合梁，包括：
7.组合横梁，设置在支点上；
8.工字纵梁，连接在所述组合横梁的两侧；
9.混凝土面板，覆盖在所述组合横梁和所述工字纵梁的上表面。
10.根据本发明提供的钢混工字组合梁，所述组合横梁包括呈夹角设置的槽型结构和工形连接接头；
11.所述槽型结构的内部设有隔板、剪力钉和钢筋骨架；
12.所述工形连接接头的两端与所述工字纵梁连接，且所述工形连接接头的上表面设置有剪力钉。
13.根据本发明提供的钢混工字组合梁，所述槽型结构的内部还设置有加劲肋。
14.根据本发明提供的钢混工字组合梁，所述槽型结构的内部填充有微膨胀混凝土或补偿收缩混凝土。
15.根据本发明提供的钢混工字组合梁，所述隔板上设有多个孔和开口；
16.其中，所述钢筋骨架贯穿所述孔设置；
17.所述开口用于使填充在所述槽型结构内部的微膨胀混凝土或补偿收缩混凝土浇筑密实。
18.根据本发明提供的钢混工字组合梁，所述钢筋骨架包括第一钢筋和第二钢筋；
19.所述第一钢筋贯穿所述隔板设置；
20.所述第二钢筋绕所述第一钢筋设置，并伸出所述槽型结构，与所述混凝土面板中
的钢筋连接。
21.根据本发明提供的钢混工字组合梁，所述工形连接接头包括等宽段和外变宽段；
22.所述外变宽段与所述工字纵梁固定连接；
23.所述外变宽段靠近所述等宽段的横截面尺寸大于所述外变宽段靠近所述工字纵梁的横截面尺寸。
24.根据本发明提供的钢混工字组合梁，所述工形连接接头包括以下形式中的任一种；
25.所述工形连接接头为工字型钢；
26.所述工形连接接头包括对齐设置的上翼缘板和下翼缘板，所述上翼缘板和所述下翼缘板分别设置在所述槽型结构的上下两侧；所述上翼缘板和所述下翼缘板之间设置有腹板；所述腹板与所述隔板对齐设置。
27.根据本发明提供的钢混工字组合梁，所述组合横梁由多个节段焊接而成。
28.为了实现上述目的，本发明的第二方面提供一种桥梁结构，包括上述任一项所述的钢混工字组合梁。
29.本发明提供的钢混工字组合梁，通过在钢混工字组合梁中设置组合横梁，代替现有的钢横梁，通过组合横梁整体受力使其横向连接刚度显著增强，且组合横梁可以工业化制作，施工难度小，施工工期短。
30.在旧桥改造过程中，组合横梁将传统的多个支座体系布置于墩台上，改进为只需要在桥墩受力较好的位置设置支座即可，使桥梁的上部、下部传力路径更为明确，能够有效缓解旧桥墩台的弯剪受力，施工方便，建造成本低。
31.在新桥建造过程中，通过调整钢混工字组合梁中工字纵梁的数量和截面尺寸，以提高截面承载力，能够有效改善桥梁下部结构的受力，尤其可有效缓解梁高受限，且又要提高主梁承载力的情况；另外，组合横梁在内部浇筑微膨胀混凝土时可以不设模板，施工便捷，效率高。
32.进而，本发明提供的桥梁结构，因包括上述的钢混工字组合梁，因此具备上述的所有优势。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
34.图1是本发明提供的钢混工字组合梁的结构示意图；
35.图2是本发明提供的钢混工字组合梁中组合横梁的平面布置图；
36.图3是图2中沿c-c线的剖视图；
37.图4是图2中沿d-d线的剖视图；
38.图5是本发明提供的钢混工字组合梁中组合横梁的侧视图；
39.图6是图5中沿b-b线的剖视图；
40.图7是本发明提供的钢混工字组合梁中槽型钢的断面图；
41.图8是本发明提供的钢混工字组合梁中钢筋布置示意图；
42.图9是本发明提供的一种桥梁结构的示意图；
43.图10是图9中沿a-a线的剖视图。
44.附图标记：
45.1、组合横梁；11、槽型结构；111、槽口；12、工形连接接头；121、等宽段；122、外变宽段；13、隔板；131、孔；132、第一开口；133、第二开口；14、第一剪力钉；15、第二剪力钉；16、节段焊缝；17、第一钢筋；18、第二钢筋；19、微膨胀混凝土；2、工字纵梁；3、混凝土面板；4、支座；5、墩台；6、桥墩。
具体实施方式
46.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
48.请详细参阅图1至图10，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下描述仅是本发明的示意性实施方式，并未对本发明构成任何限定。
49.请参阅图1，本发明提供的钢混工字组合梁，包括组合横梁1、工字纵梁2和混凝土面板3，组合横梁1设置在桥墩6或桥台等支点处；工字纵梁2作为主梁连接在组合横梁1上；混凝土面板3覆盖在组合横梁1和工字纵梁2的上表面，以使混凝土面板3、组合横梁1和工字纵梁2形成整体的受力结构。
50.可以理解的是，本发明在钢混工字组合梁中设置组合横梁1，代替现有的钢横梁，通过组合横梁1整体受力使其横向连接刚度显著增强，且组合横梁可以工业化制作，施工难度小，施工工期短。
51.如图2所示，具体的，组合横梁1包括呈夹角设置的槽型结构11和工形连接接头12，槽型结构11和工形连接接头12可以焊接固定；为了便于施工，槽型结构11和工形连接接头12也可以一体成型。其中，槽型结构11作为主横梁主要起支撑作用，工形连接接头12可以充当连接头，用于连接工字纵梁2，工字纵梁2与工形连接接头12之间可以采用焊接或螺栓连接的形式固定。
52.由于桥墩6并非沿着直线进行布置，因此槽型结构11和工形连接接头12之间的夹角可以在0
°
～90
°
之间，具体的角度设置根据桥梁中桥墩6的布置形式进行确定，比如相邻两个桥墩6如果平行设置在同一直线上，则槽型结构11和工形连接接头12之间的夹角可以为90
°
，也即槽型结构11和工形连接接头12可以垂直设置。
53.在一些实施例中，槽型结构11可以为槽型钢，槽型结构11也可以由平行设置的两
个钢板组成。
54.在槽型结构11的内部设置有隔板13、第一剪力钉14和钢筋骨架。工形连接接头12间隔设置在槽型结构11上，以使槽型结构11上，且位于相邻两个工形连接接头12之间形成槽口111，如图2所示。
55.如图3和图4所示，隔板13设置在槽型结构11与工形连接接头12相交汇的位置，也即隔板13的位置与工字纵梁2的腹板位置对齐，以实现墩顶附近组合横梁1的力向工字纵梁2的连续传递。
56.在隔板13上开设有多个孔131，用于供钢筋骨架穿过；且在隔板13上设置有开口，通过该开口将隔板13两侧的空间连通，以便于填充在槽型结构11内的微膨胀混凝土19或补偿收缩混凝土浇筑密实。其中，开口的位置可以包括如下情况：
57.其中一种情况是，开口设置在隔板13的底部两侧，通过在隔板13上设置倒角形成，记为第一开口132。
58.其中另一种情况是，开口设置在隔板13的中央位置，记为第二开口133，第二开口133和第一开口132的大小根据实际情况进行选择，不做具体限定。
59.如图3、图4和图6所示，第一剪力钉14固定焊接在槽型结构11的内侧壁上。
60.如图8所示，钢筋骨架包括第一钢筋17和第二钢筋18，第一钢筋17穿过隔板13上的孔131，沿着槽型结构11的长度方向设置；第二钢筋18从槽口111一侧伸入其槽底，并绕过第一钢筋17从槽口111另一侧伸出。其中第一钢筋17和第二钢筋18相互绑扎固定。
61.另外，如图6所示，通过槽口111向槽型结构11的内部还填充有微膨胀混凝土19或补偿收缩混凝土，如图6所示，微膨胀混凝土19将隔板13、第一剪力钉14和钢筋骨架包埋其中，以使槽型结构11通过隔板13、第一剪力钉14、钢筋骨架与微膨胀混凝土19形成整体结构进行受力。
62.另外，在槽型结构11的内部还设置有加劲肋(图中未示出)，用于提高槽型结构11的刚度和支撑强度。
63.在一些实施例中，如图2和图6所示，工形连接接头12包括等宽段121和外变宽段122，等宽段121与槽型结构11固定连接；外变宽段122对称设置在等宽段121的两端，用于和工字纵梁2连接。
64.其中，外变宽段122靠近等宽段121一端的横截面尺寸大于外变宽段122靠近工字纵梁2一端的横截面尺寸，相当于外变宽段122从等宽段121向工字纵梁2过渡，其横截面尺寸逐渐呈缩小趋势，以满足工字纵梁2与工形连接接头12相连处的受力需要。
65.如图5所示，在工形连接接头12的上表面固定设置有第二剪力钉15，通过该第二剪力钉15使组合横梁1与混凝土面板3形成整体结构进行共同受力。
66.在一些实施例中，工形连接接头12可以为工字型钢，也可以包括对齐设置的下翼缘板(图中未标号)和上翼缘板(图中未标号)，两个梁板的结构相应，均是中间的横截面尺寸大于两端的横截面尺寸；下翼缘板可以焊接固定在槽型结构11的底部，上翼缘板可以焊接固定在槽型结构11的顶部。
67.另外，如果工形连接接头12采用上下对应设置的下翼缘板和上翼缘板，在下翼缘板和上翼缘板之间还设置有腹板，腹板与隔板对齐设置，使工形连接接头12的横截面形状为“工”字型，与工字纵梁2的形状相应，便于力的连续传递。
68.在一些实施例中，混凝土面板3为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构可采用现浇施工，或部分预制部分现浇施工，具体的施工方式根据实际使用的情况进行选择。
69.混凝土面板3通过延伸至槽型结构11外侧的第二钢筋18和第二剪力钉15与组合横梁1连接形成整体结构进行共同受力。
70.在一些实施例中，如图1所示，工字纵梁2可以为工字型钢，其可根据受力需要和梁高限制增加或减少其数量和横截面尺寸。
71.需要说明的是，上述的槽型钢、工字型钢、钢板等均采用耐候钢，以使桥梁结构(桥梁)形成免涂装耐候桥，即使“裸露”在自然环境下，免涂装耐候桥的外表面会自动形成美观且免维护的氧化保护层，可起到长期的防腐效果，不仅全寿命周期，养护成本较低，而且不用涂装油漆，节约成本，符合环保理念。
72.在一些实施例中，为了使钢混工字组合梁运输方便，装配简单，将组合横梁1设置为多个节段，相邻两个节段之间焊接固定。
73.每个节段均包括槽型结构11和工形连接接头12，各节段中的工形连接接头12与工字纵梁2连接形成一个桥垮，多个桥垮组合形成钢混工字组合梁的骨架。
74.本发明的另一方面提供一种桥梁结构，包括上述的钢混工字组合梁。
75.本发明提供的钢混工字组合梁的制备方法，可以包括如下步骤：
76.步骤s10：根据桥墩的布置形式，将槽型结构11和工形连接接头12按照一定角度焊接形成组合横梁1；
77.步骤s20：将工字纵梁2与工形连接接头12连接；在槽型结构11的内部焊接第一剪力钉14和隔板13，将第一钢筋17从隔板13上穿过，将第二钢筋18与第一钢筋17固定，使第二钢筋18伸出槽型结构11的外侧；并在工形连接接头12的上表面焊接第二剪力钉15；
78.步骤s30：在槽型结构11的内部浇筑微膨胀混凝土19或微膨胀混凝土19；待微膨胀混凝土19达到强度后，在组合横梁1和工字纵梁2的上表面设置钢筋混凝土结构形成混凝土面板3。
79.即当一个完整桥垮焊接完成后，在槽型结构11的内部浇筑微膨胀混凝土19，当微膨胀混凝土19达到一定强度后，可采用同样的方法继续施工其余桥垮，直至桥梁中的所有桥垮全部施工完毕，再施工混凝土结构的混凝土面板3。
80.该步骤既可以通过第一钢筋17和第一剪力钉14使槽型结构11与微膨胀混凝土19形成整体结构进行共同受力；又可以通过第二钢筋18和第二剪力钉15使组合横梁1与混凝土面板3形成整体结构进行工头受力，同时混凝土面板3还与工字纵梁2形成整体结构进行受力，使钢混工字组合梁的结构刚度更高，支撑性更强。
81.通过上述结构和制备方法实现的钢混工字组合梁，如图1所示，在实际使用过程中，钢混工字组合梁采用10根工字纵梁2，对应的工形连接接头12数量也为10根，混凝土面板3采用现浇的钢筋混凝土结构。实践证明该结构的现场施工时间仅需要三个月，施工工期较短，相比相关的钢混工字组合梁，施工工期节约了3-6个月，交通封闭压力小。另外，本发明提供的钢混工字组合梁的自重约140t，相比现有技术中的钢混工字组合梁，自重减少约40t，约减少22％左右，其结构紧凑，刚度较好，自重较轻。
82.另外，本发明提供的钢混工字组合梁可以在工厂进行模块化的生产，施工难度小，工期较短，施工完成之后架设在墩台5上，在墩台5受力较好的位置设置支座4即可，避免采
用多支座体系，如图10所示，支座4可以设置两个，且分别位于桥墩6的轴心位置，从而使桥梁的上部结构的力可直接通过支座4传递到桥墩6，而不经过墩台5，能够有效缓解旧桥改造过程中墩台5强度不足的问题，如图9和图10所示。
83.如图5所示，为了运输方便，连接快捷，实际使用中可以将槽型结构11沿着桥宽方向划分为五个节段，相邻两个节段焊接固定，每个节段的槽型结构11上焊接有两个工形连接接头12，每个工形连接接头12上分别焊接有工字纵梁2以形成桥垮节段，通过调整横梁节段和桥垮节段的数量，以适应不同的桥梁情况。
84.本发明的创新点在于：通过在钢混工字组合梁中设置组合横梁1，代替现有的钢横梁，通过组合横梁1整体受力使其横向连接刚度显著增强，且组合横梁可以工业化制作，施工难度小，施工工期短。
85.在旧桥改造过程中，组合横梁1将传统的多个支座4体系布置于墩台5上，改进为只需要在桥墩6受力较好的位置设置支座4即可，使桥梁的上部、下部传力路径更为明确，能够有效缓解旧桥墩台5的弯剪受力，施工方便，建造成本低。
86.在新桥建造过程中，通过调整钢混工字组合梁中工字纵梁2的数量和截面尺寸，以提高截面承载力，能够有效改善桥梁下部结构的受力，尤其可有效缓解梁高受限，且又要提高主梁承载力的情况；另外，组合横梁1在内部浇筑微膨胀混凝土19时可以不设模板，施工便捷，效率高。
87.本发明多用于旧桥改造中，利用原有桥梁的下部结构，新建桥梁的上部结构，能有效缓解主梁高度受限、原有桥梁下部墩台5承载力不足的问题。
88.需要说明的是，本发明各个实施例中的技术方案可以相互结合，但是相互结合的基础是以本领域普通技术人员能够实现为准；当技术方案的结合出现相互矛盾或者无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，即也不属于本发明的保护范围。
89.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。