一種雙折形組合梁結構的制作方法

本實用新型涉及橋梁結構技術領域，尤其涉及一種雙折形組合梁結構。

背景技術：

在公路(包含高速公路、一級公路及低等級公路)與市政道路上使用的中小跨徑橋梁(30m～50m)在我國具有廣泛的需求，根據交通運輸部統計資料，截止到2014年底，全國公路橋梁數量約為75.71萬座，其中40m跨徑以下橋梁占到總數的90％以上。由于受經濟條件的制約和對交通的巨大需求，以往修建的中小跨徑橋梁絕大部分都是采用裝配式混凝土梁橋和預應力混凝土梁橋，其具有直接造價較低、構造簡單、施工技術成熟等諸多優點，在公路及市政橋梁中得到廣泛的應用。

但從混凝土橋梁的大量修建及使用情況來看，所顯現出的缺陷與不足也開始引起廣泛關注。我國近年來混凝土用量已超過30億m³，占世界混凝土用量的大部分，所產生的建筑垃圾將付出巨大的環保代價。混凝土的體積大、重量大不便于長距離運輸，基本上為現場建場、預制、安裝，場地還要破除，恢復土地和清運垃圾，造成極大的浪費。橋梁自身過重，對基礎的要求偏高，增加下部結構的造價。早期修建的混凝土結構橋梁與混凝土構件頻繁出現不同程度的裂縫和下撓，對橋梁造成一定損傷，并影響耐久性和正常使用功能，甚至對橋梁的安全可靠性產生嚴重的威脅。

相對于混凝土結構橋梁，鋼—混凝土組合結構橋梁充分發揮鋼及混凝土兩種材料的各自優勢，施工過程簡單，工期較短，具有受力性能好、質量易控制、耐久性更有保證、經濟性能較好等特點，在國外已取得廣泛應用。作為橋梁發達國家的重要衡量標志，日本13萬座橋梁中，鋼結構及組合結構橋梁約占41％；美國60萬座橋梁中，鋼結構及組合結構橋梁約占35％；法國的鋼與鋼-混凝土組合橋梁占比高達85％，而目前我國公路橋梁中，鋼結構、鋼-混組合結構橋梁的數量及其鋼材消耗量占比極小。統計顯示，全國鋼結構和鋼-混組合結構橋梁分別只有584座和1293座，數量總占比僅為0.25％，遠遠低于發達國家水平，這與我國目前作為鋼鐵大國及向橋梁大國、強國邁進的目標是嚴重不匹配的。

為落實中央提出的“綠色發展理念”，國家相關部委均制定了一系列政策以推動鋼結構作為綠色建筑材料推廣應用。隨著鋼鐵產能的提高和鋼結構橋梁建設技術的進步，我國目前已具備推廣鋼結構、組合結構橋梁的物質基礎與技術條件。當前，鋼鐵產能過剩、鋼材價格下降，是推進鋼結構、組合結構橋梁建設、提升公路橋梁建設品質的良好契機，同時也是落實《國務院關于鋼鐵行業化解過剩產能實現脫困發展的意見》(國發[2016]6號)要求、促進鋼鐵行業轉型升級和供給側改革的重要舉措。鋼結構、組合結構橋梁在我國的橋梁市場上有著較大的發展空間與推廣價值。

目前，在中小跨徑中常用的組合結構橋梁形式為鋼板組合梁橋與鋼箱組合梁橋。與鋼板組合梁橋相比，鋼箱組合梁橋由于其較強的抗扭能力與整體性，更加適用于跨徑偏大的橋梁，但是其用鋼量偏高，鋼構板件分塊面積大，對吊裝設備要求較高，造價偏高。鋼板組合梁橋主要承重構件為鋼主梁，橋面系采用較厚的混凝土板，目前在國內外中小跨徑橋梁中有著廣泛應用。

但是，此傳統的鋼板組合梁橋在設計、施工及運營中存在以下的不足：一、傳統的鋼板組合梁橋，腹板采用平鋼板，為保證腹板的受力與穩定性，往往需要在腹板上設置較多的水平及豎向加勁肋，構造較為復雜，對施工及加工制作造成了不便。為了保證腹板的局部穩定性，往往采用較厚的鋼板，鋼材的材料使用效率未得到充分的利用。二、傳統的鋼板組合梁橋，其混凝土橋面板的施工需先設置模板，然后在模板上現場澆筑。這樣的施工步驟使得模板工程量和現場濕作業大，施工速度慢，模板無法完全由鋼梁支撐，需設置滿堂落地腳手架，臨時施工費用高。特別是在交通流量大的市政橋梁的建設中，支架施工將對現有城市交通造成嚴重的影響，不符合目前國內積極提倡的“橋梁預制快速化施工”的建設理念，施工時間成本高，社會效益差。三、傳統的鋼板組合梁橋，橋面板采用普通的混凝土，抗拉強度低。往往出現橋面板混凝土開裂的情況，影響結構的耐久性和使用性能，同時降低組合截面的軸向剛度和抗彎剛度。為控制負彎矩區橋面板混凝土的拉應力，往往采用調整混凝土澆筑次序、中支點頂升、施加縱向預應力的方法，效果不是很理想，且造成施工工序繁雜。

綜上所述，為迎接國家大力發展鋼結構、組合結構橋梁的良好機遇，尤其是在公路、市政道路的中小跨徑橋梁建設中，急需開發一種無需支架施工、受力性能好、質量有保證，能適用于快速化施工的新型橋梁結構。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種無需支架施工、受力性能好、承載能力高、結構可靠度高，能適用于快速化施工的雙折形組合橋梁結構。

為解決上述技術問題，本實用新型提出的技術方案為：

一種雙折形組合梁結構，包括工字型主梁、鋼橫隔板、組合橋面板和橋面鋪裝層，所述工字型主梁與鋼橫隔板連接，所述組合橋面板設置于工字型主梁和鋼橫隔板的上方，所述橋面鋪裝層鋪設于組合橋面板上，所述工字型主梁包括主梁折形鋼腹板、焊接于所述主梁折形鋼腹板上方的主梁上翼緣鋼板以及焊接于所述主梁折形鋼腹板下方的主梁下翼緣鋼板，所述鋼橫隔板包括橫隔板折形鋼板、焊接于所述橫隔板折形鋼板上方的橫隔板上翼緣鋼板以及焊接于所述橫隔板折形鋼板下方的橫隔板下翼緣鋼板，所述主梁上翼緣鋼板和橫隔板上翼緣鋼板均與所述組合橋面板固接。本實用新型的雙折形組合梁采用折形鋼板，除連接鋼橫隔板處外其余地方無需設置豎向及橫向加勁肋，相比于傳統的腹板采用平鋼板的組合梁橋，減少了鋼結構焊接損傷，且構造更為簡單；鋼橫隔板作為橋面板的支撐體系，相比于普通的直形鋼板，采用折形鋼板的橫隔板可以增強鋼板的局部穩定性，減少甚至不設置加勁肋，減少焊接損傷，且增加橋梁景觀效果。該雙折形組合梁的鋼構件全部在工廠預制完成，可在現場實現快速拼裝；且折形鋼底板作為現澆澆筑超高性能混凝土的受力模板，無需搭設施工支架，簡化了施工步驟，顯著縮短了施工周期，加快了施工進度。該橋梁結構充分發揮了鋼材與超高性能混凝土材料的使用效率，突出了材料組合的有益效果，具有受力性能好，承載能力強、耐久性能好、結構可靠度高等優點。

作為對上述技術方案的進一步改進：

優選的，所述工字型主梁上設置有豎向加勁肋板，所述鋼橫隔板的端部設有橫隔板連接板，所述鋼橫隔板通過橫隔板連接板及緊固件與豎向加勁肋板固接。采用緊固件連接(即常說的栓接)，操作簡便快捷，可以加快橋梁施工進度，且連接質量可靠。此處若采用焊接，則需進行仰焊，施工質量不易保證。

優選的，所述豎向加勁肋板與所述主梁折形鋼腹板等高，且豎向加勁肋板上部開設有若干螺栓孔，所述鋼橫隔板兩端的橫隔板連接板通過螺栓固接于兩豎向加勁肋板之間。此加勁肋板既可作為工字型主梁的豎向加勁肋，又可作為橫隔板與工字型主梁連接的連接板，確保各片工字型主梁共同參與受力。

優選的，相鄰的兩個工字型主梁與其中間的鋼橫隔板組成“門”字形單元結構，且所述雙折形組合梁結構是由多個前述的“門”字形單元結構并列緊靠連接而成。采用多個“門”字型單元結構并流緊靠組成雙折形組合梁結構，該組合梁結構可適用于不同寬度此類型橋梁的建造。

優選的，所述組合橋面板包括：

折形鋼底板；

以及以上述折形鋼底板為模板并澆筑其上形成的超高性能混凝土層。

在組合結構橋梁中，隨著少主梁橋的推廣應用及主梁間距的逐漸增大，傳統的鋼筋混凝土橋面板較難滿足大跨度橋面板設計要求。而在折形鋼底板上澆筑超高性能混凝土形成的超高性能組合橋面板，具有較大抗彎剛度和承載能力，能有效實現大跨度橋面板的設計應用。組合橋面板兼具鋼筋混凝土橋面板和鋼橋面板的諸多性能優勢，折形鋼板在橋面板施工中可以起到模板作用，免除模板拆卸和支撐架設工作，極易實現快速施工和安全施工，施工質量得到更好保障。此外，折形鋼底板還可以作為組合橋面板的受力底板，共同受力，承載能力高，擁有優良的受力性能，與超高性能混凝土共同組合可進一步減輕組合橋面板的板厚，從而減輕自重。因此，以上述折形鋼底板為模板并在其上澆筑超高性能混凝土層形成的組合橋面板，具有施工便捷、輕質高強、經濟適用、安全耐久等優點。

更優選的，所述超高性能混凝土層的厚度為10-20cm，超高性能混凝土層中預埋設置有縱橫向鋼筋網，所述縱橫向鋼筋網的單向配筋率為4％-7％；縱橫向鋼筋網可以增強組合橋面板的承載能力，限制橋面板混凝土裂縫寬度的發展，提升橋面板的耐久性能。

所述超高性能混凝土層采用改性的活性粉末混凝土，所述改性的活性粉末混凝土為其中摻雜有不同尺寸和/或外形的高強鋼纖維的活性粉末混凝土。超高性能混凝土，是一種具有超高強度、超高韌性和高耐久性的水泥基復合材料，是過去三十年中最具創新性的水泥基工程材料，實現了工程材料性能的大跨越。活性粉末混凝土作為超高性能混凝土一種主要材料，由級配石英細砂、水泥、石英粉、硅灰、高效減水劑及鋼纖維配制而成，最大集料粒徑為600μm。通過提高組分的細度與活性，使材料內部的缺陷(孔隙與微裂縫)減至最少，以獲得由其組分材料所決定的最大強度及優異的耐久性，鋼纖維阻礙了混凝土內部微裂縫的擴展，能使混凝土表現出良好的塑性特征。相比于普通混凝土，超高性能混凝土具有超高抗拉、抗壓強度、超高韌性、高耐久性、低收縮徐變及優良的和易性。

更優選的，所述主梁上翼緣鋼板上焊接有至少兩個平行設置的主梁開孔板連接件，所述主梁開孔板連接件沿橋梁縱向布置，且所述主梁開孔板連接件設置在折形鋼底板的凹槽處；所述主梁開孔板連接件上沿縱向均勻開設有卡持組合橋面板內縱橫向鋼筋網的定位孔。工字型鋼主梁上的開孔板是作為超高性能混凝土與工字型鋼主梁之間的連接件，在開孔板內設置鋼筋，使得其承載性能與延性得到進一步提高。

優選的，所述折形鋼底板的凹槽中焊接有多個平行設置的鋼底板開孔板連接件，所述鋼底板開孔板連接件沿橋梁縱向布置；所述鋼底板開孔板連接件上沿縱向均勻開設有卡持組合橋面板內縱橫向鋼筋網的定位孔。開孔板連接件作為折形鋼底板的加勁肋，特別是在其上現場澆筑混凝土未形成組合橋面板時，可增大折形鋼底板的抗彎剛度，減少局部變形。同時，開孔板作為折形鋼底板與超高性能混凝土之間的連接構件，確保組合橋面板共同受力。

優選的，所述折形鋼底板間隔式的布置在相鄰兩工字型主梁的主梁上翼緣鋼板之間，且折形鋼底板的兩端與兩側的主梁上翼緣鋼板焊接，所述折形鋼底板的凸起上焊接有多個鋼底板焊釘連接件。

與現有技術相比，本實用新型的優點在于：

(1)本實用新型的雙折形組合梁充分發揮了鋼材與超高性能混凝土材料的使用效率，突出體現出材料組合的有益效果，具有受力性能好，承載能力強、耐久性能好、結構可靠度高、行車平順舒適、橋梁造型輕巧美觀等特點。

(2)本實用新型的雙折形組合梁采用折形鋼板，除連接鋼橫隔板處外其余地方無需設置豎向及橫向加勁肋，相比于傳統的腹板采用平鋼板的組合梁橋，減少了鋼結構焊接損傷，降低了鋼結構疲勞破壞的風險，且構造更為簡單。

(3)本實用新型的雙折形組合梁的鋼構件全部在工廠預制完成，實現橋梁構件的標準化、工廠化、裝配化、規模化，可在現場實現大規模快速拼裝；且折形鋼底板作為現澆澆筑超高性能混凝土的受力模板，無需搭設施工支架，簡化施工步驟，顯著縮短施工周期。

(4)本實用新型的雙折形組合梁的施工具有“快速、輕質、高強、經濟”的優點，能保證橋梁施工時橋下道路順暢，對現有交通影響小，綜合社會效益高，特別適用于20～50m的城市及公路中小跨徑橋梁的規模化應用。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型雙折形組合梁結構的立體示意圖。

圖2為本實用新型雙折形組合梁結構的標準橫斷面圖。

圖3為本實用新型雙折形組合梁結構的主梁立體示意圖。

圖4為本實用新型雙折形組合梁結構的橫梁立體示意圖。

圖5為本實用新型雙折形組合梁結構的局部放大圖。

圖6為本實用新型雙折形組合梁結構中倒梯形橫截面的折形鋼底板的結構示意圖。

圖7為本實用新型雙折形組合梁結構中矩形橫截面的折形鋼底板的結構示意圖。

圖8為本實用新型雙折形組合梁結構中波形橫截面的折形鋼底板的結構示意圖。

圖例說明：

1、工字型主梁；2、鋼橫隔板；3、組合橋面板；4、橋面鋪裝層；101、主梁折形鋼腹板；102、主梁上翼緣鋼板；103、主梁下翼緣鋼板；104、豎向加勁肋板；105、主梁開孔板連接件；201、橫隔板折形鋼板；202、橫隔板上翼緣鋼板；203、橫隔板下翼緣鋼板；204、橫隔板連接板；301、折形鋼底板；302、超高性能混凝土層；303、鋼底板開孔板連接件；304、鋼底板焊釘連接件；305、縱橫向鋼筋網。

具體實施方式

為了便于理解本實用新型，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本實用新型作更全面、細致地描述，但本實用新型的保護范圍并不限于以下具體的實施例。

需要特別說明的是，當某一元件被描述為“固定于、固接于、連接于或連通于”另一元件上時，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過其他中間連接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本實用新型的保護范圍。

實施例

本實用新型雙折形組合梁結構的一種實施例，該雙折形組合梁結構主要適用于20-50m的城市及公路中小跨徑橋梁的規模化應用及城市快速化改造。該雙折形組合梁結構的示意圖如圖1-圖5所示，由圖1-圖5可見，其主要包括工字型主梁1、鋼橫隔板2、組合橋面板3和橋面鋪裝層4。其中，工字型主梁1與鋼橫隔板2連接，組合橋面板3設置于工字型主梁1和鋼橫隔板2的上方，橋面鋪裝層4鋪設于組合橋面板3上。該工字型主梁1包括主梁折形鋼腹板101、焊接于該主梁折形鋼腹板101上方的主梁上翼緣鋼板102以及焊接于主梁折形鋼腹板101下方的主梁下翼緣鋼板103。主梁下翼緣鋼板103的寬度和厚度均大于主梁上翼緣鋼板102。組合橋面板3包括折形鋼底板301以及以該折形鋼底板301為模板并澆筑于折形鋼底板301上的超高性能混凝土層302。折形鋼底板301除了使用圖1和圖2中所示的形狀外，還可采用如圖6所示的橫截面為倒梯形結構、如圖7所示的橫截面為矩形結構或者如圖8所示的橫截面為波紋結構的鋼底板。鋼橫隔板2包括橫隔板折形鋼板201、焊接于該橫隔板折形鋼板201上方的橫隔板上翼緣鋼板202以及焊接于橫隔板折形鋼板201下方的橫隔板下翼緣鋼板203。主梁上翼緣鋼板102和橫隔板上翼緣鋼板202均與折形鋼底板301焊接。該組合梁結構采用主梁折形鋼腹板101和折形鋼底板301的雙折形結構，相比于傳統的腹板采用平鋼板的組合梁橋，本實用新型的組合梁結構在主梁折形鋼腹板101上不需要焊接較多的加勁肋，構造更為簡單；此外，本實用新型的組合梁結構在施工時不需要先設置模板然后在模板上現場澆筑混凝土，簡化了施工步驟，提高了施工效率；再者，本實用新型的組合梁采用雙折形鋼板結合超高性能混凝土的結構，相比于普通組合梁具有更好的軸向剛度和抗彎剛度，其使用性能和耐久性均得到顯著提高。

本實施例中，在工字型主梁1上設置有豎向加勁肋板104，該豎向加勁肋板104與主梁折形鋼腹板101等高，豎向加勁肋板104上開設有若干螺栓孔，鋼橫隔板2的端部設有橫隔板連接板204，鋼橫隔板2通過橫隔板連接板204及緊固件與兩塊豎向加勁肋板104通過螺栓連接。采用緊固件栓接不僅操作簡便快捷，可以加快橋梁施工進度，且連接質量可靠。相鄰的兩個工字型主梁1與其中間的鋼橫隔板2組成“門”字形單元結構，且雙折形組合梁結構是由多個前述的“門”字形單元結構并列緊靠連接而成，該使得組合梁結構可適用于不同寬度此類型橋梁的建造。

超高性能混凝土層302的厚度為10-20cm，超高性能混凝土層302中預埋設置有縱橫向鋼筋網305，縱橫向鋼筋網305的單向配筋率為4％-7％。通過主梁連接件、鋼底板連接件結合縱橫向鋼筋網305，大大地提高了組合橋面板3的力學性能。超高性能混凝土層302優選采用改性的活性粉末混凝土，該改性的活性粉末混凝土更優選采用其中摻雜有不同尺寸和/或外形的高強鋼纖維的活性粉末混凝土。橋面鋪裝層4為瀝青混凝土鋪裝層，橋面鋪裝層4的鋪裝厚度優選為4-6cm。該雙折形組合梁的鋼構件均在工廠內預制完成，而超高性能混凝土層302則待雙折形組合梁的鋼結構在施工現場全部連接搭建完成之后現場澆筑于折形鋼底板301的上方。

主梁上翼緣鋼板102上焊接有至少兩個平行設置的主梁開孔板連接件105，主梁開孔板連接件105沿橋梁縱向布置，且主梁開孔板連接件105設置在折形鋼底板301的凹槽處。主梁開孔板連接件105上沿縱向均勻開設有卡持組合橋面板3內縱橫向鋼筋網305的定位孔。折形鋼底板301的凹槽中焊接有多個平行設置的鋼底板開孔板連接件303，鋼底板開孔板連接件303沿橋梁縱向布置；鋼底板開孔板連接件303上沿縱向均勻開設有卡持組合橋面板3內縱橫向鋼筋網305的定位孔。折形鋼底板301間隔式的布置在相鄰兩工字型主梁1的主梁上翼緣鋼板102之間，且折形鋼底板301的兩端與兩側的主梁上翼緣鋼板102固接，折形鋼底板301的凸起上焊接有多個鋼底板焊釘連接件304。除主梁開孔板連接件105外，在主梁上翼緣鋼板102上還可設置焊釘連接件，而在折形鋼底板301上除設置鋼底板開孔板連接件303和鋼底板焊釘連接件304外還可設置鋼底板彎筋連接件。

本實施例上述的雙折形組合梁充分發揮了鋼材與超高性能混凝土材料的使用效率，突出體現出材料組合的有益效果，具有受力性能好，承載能力強、耐久性能好、結構可靠度高、行車平順舒適、橋梁造型輕巧美觀等特點。

該雙折形組合梁結構的施工方法包括以下步驟：

第一步、將在工廠預制好的工字型主梁1運輸至橋位，現場吊裝安放各片工字型主梁1就位；

第二步、現場吊裝預制好的鋼橫隔板2，將鋼橫隔板2與工字型主梁1通過螺栓連接；

第三步、現場吊裝折形鋼底板301就位，并將折形鋼底板301與主梁上翼緣鋼板102及橫隔板上翼緣鋼板202焊接，再將折形鋼底板301的節段縱向進行焊接；

第四步、在折形鋼底板301上布置縱橫向鋼筋網305，然后在折形鋼底板301上現場澆筑超高性能混凝土層302，形成組合橋面板3，再在組合橋面板3上鋪裝橋面鋪裝層4，即完成雙折形組合梁結構的施工。

該組合梁橋的鋼結構均在工廠預制完成，在施工現場只需進行拼裝、焊接或螺栓連接，確保了工程質量，簡化了施工步驟，縮短了施工周期，提高了施工進度，并且能保證橋梁施工時橋下道路順暢，對現有交通影響小，特別適用于20～50m的城市及公路中小跨徑橋梁的規模化應用及城市快速化改造。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。