預應力、鋼－混凝土組合結構框架構件的製作方法

2023-07-10 08:29:31 1

專利名稱：預應力、鋼－混凝土組合結構框架構件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可拆卸、可拼裝的橋梁構件。具體地涉及一種用於構建人車分流、低架的車行天橋的橋梁組合結構構件。
這裡的「組合結構」一詞理解為由外露的鋼梁或鋼桁梁通過連接件(剪力件)與鋼筋混凝土板相互結合，使混凝土與鋼梁或鋼桁梁成為整體，並且能夠共同承擔作用力的構件或結構。
背景技術：
傳統橋梁一般為解決交通跨越江、河、山谷、鐵道、障礙物或實現機動車的立體交叉分流而設，其必然要採用大跨度的結構形式，常用的有簡支梁結構、連續梁結構、連續剛構、斜拉索結構、懸索結構、拱結構。
專利說明書01214905.5《可拆卸及移動人車通道裝置》提出了一種有效解決人車分流的新思路，在原機動車道上沿縱向方向設置車行通道，在車行通道下方沿橫向方向設置僅供行人通行的通道或活動空間，其橋梁結構是低架的、極小跨度的，同時直接安裝於原機動車路面之上，根據機動車路面的寬度進行鋪裝，在這種應用模式下，採用上述已有的橋梁結構形式無疑不是最經濟的。這就需要一種模塊拼裝式、極小跨度、良好的力學性能，同時便於運輸、快速拼裝組合，綜合經濟性優的模塊構件來構建該功能的橋梁。

發明內容
發明目的本發明要解決的技術問題是為構建實現人車分流、低架的車行天橋提供一種極小跨度、具有良好的力學性能，同時便於運輸、快速拼裝組合，綜合經濟性優的橋梁構件。
技術方案為解決上述技術問題，本發明採用框架結構將抗拉性能強的鋼材、抗壓性能強的混凝土通過相互組合分別合理的用在構件的拉伸區及壓縮區，形成高性能、經濟性的組合結構構件，即提供一種預應力、鋼-混凝土組合結構框架構件。
為便於按照機動車道的標準寬度進行拼裝形成整體橋面，同時考慮構件承受的荷載和結構上的力學性能要求，框架構件的寬度尺寸可根據機動車道的標準寬度採用定尺寸設計，具體尺寸可選擇3.75m、3.5m、3.25m、3m，長度尺寸(即縱向跨度)考慮到行人通行空間的要求和荷載分布、框架單獨受力的力學要求也採用定尺寸設計，具體可選擇4.2m、4.5m，其跨度極小。採用定尺寸設計除有可按車道寬度快速拼裝橋面的好處外，其另一目的是滿足了工廠定型、批量生產的需要。
框架構件包括上層預應力鋼筋混凝土板，下層鋼結構框架。鋼結構框架的立柱可採用截面尺寸為150mm～300mm的H型鋼製作，或採用鋼管混凝土，立柱之間通過焊接或栓接連接梁、斜腹杆形成框架。鋼結構框架上設有框架間相互連接固定的陰陽插接頭，以方便下部鋼結構框架的快速拼裝組合併連接牢固；預應力鋼筋混凝土板周邊設置有便於相互拼裝配合及安裝彈性嵌縫材料的連接槽，可實現預應力鋼筋混凝土板之間的無縫對接，有效防止雨水滲漏，同時保證橋面平順，減少橋面行車噪音。
預應力鋼筋混凝土板與鋼結構框架通過連接件(剪力件)相結合成為組合結構，連接件的一端焊接於鋼結構框架的鋼桁梁上表面，整個連接件埋置於預應力鋼筋混凝土板中。連接件的主要作用是承受鋼桁梁和混凝土板之間界面上的縱向剪力，抵抗兩者之間的相對滑移，同時也承擔拉拔力，抵抗兩者之間的掀起作用。通過連接件的組合作用，使位於鋼桁梁上部的預應力鋼筋混凝土板兼作橋面板並主要承擔由彎矩引起的縱向壓應力，而下部的鋼桁梁則主要承受拉應力，兩種材料揚長避短，各盡所能，協同工作，充分發揮其在結構中的作用，因而由此形成的組合結構框架構件的承載能力和剛度將遠遠超過非組合的獨立結構形式。
在本發明的一種具體實施方案中，預應力鋼筋混凝土板採用先張預應力施工法整塊預製，在橫、縱兩個方向上布置預應力筋，在預應力鋼筋混凝土板上預留多個連接件容置孔；在所述的鋼結構框架的鋼桁梁上表面對應容置孔的地方以較小的間距集中焊接連接件，形成連接件集群；將預應力鋼筋混凝土板安裝在鋼結構框架之上，使連接件集群置於容置孔之中，用無收縮砂漿填充連接件容置孔，使預應力鋼筋混凝土板與鋼結構框架結合成一體，承擔外力。本方案中的連接件可為圓柱頭焊釘連接件、型鋼連接件、鋼筋連接件。圓柱頭焊釘連接件，由於其力學性能不具有方向性，較容易設置，可優先採用。
在本發明的另一種具體實施方案中預應力鋼筋混凝土板採用後張預應力施工法在鋼結構框架上布置波折鋼板直接澆築，在鋼結構框架的鋼桁梁上布置波折鋼板，波折鋼板與鋼桁梁頂面焊接，穿過波折鋼板在鋼桁梁頂面等間距焊接剛度滯後連接件，在波折鋼板之上布置鋼筋網，在橫、縱兩個方向布置預應力筋，澆築混凝土層，通過剛度滯後連接件使鋼桁梁與混凝土結合，混凝土達到設計強度後，張拉預應力筋。上述的剛度滯後連接件，其構造為在圓柱頭焊釘杆部的2/3包裹樹脂砂漿，在圓柱頭焊釘與鋼桁梁頂面焊接的根部塗抹樹脂砂漿，樹脂砂漿由環氧樹脂和矽沙按一定比例配製而成，通過這些剛度滯後型的材料實現連接件剛度的滯後發揮。本方案由於採用現澆後張預應力施工工藝，若使用普通的剛性連接件，在張拉預應力筋施加預應力時，混凝土通過剛性連接件與鋼桁梁已完全結合，共同受力，會發生一部分預應力作用到鋼桁梁上，使預應力不能有效的施加給混凝土面板，將使混凝土面板的力學性能提高受到限制。而使用剛度滯後連接件的情況下，利用連接件剛度滯後的作用，預應力就能夠有效的施加給混凝土面板。在達到剛度滯後時效時間後，連接件的剛度與普通焊釘連接件的剛度幾乎相同，鋼桁梁與混凝土就完全組合在一起承擔荷載，共同發揮作用。本方案採用的波折鋼板厚度為0.8～4mm，相鄰波峰間距為100～300mm，波折角度為30°，與澆筑後的混凝土相結合後形成的混凝土板結構層整體性能更好，有效防止混凝土開裂，外形美觀大方，兼備混凝土及鋼橋面板的諸多優點，同時波折鋼板又可以作為模板使用，容易實現快速、安全施工，並且保證施工質量。
有益效果本發明為構建人車分流、低架的車行天橋提供了一種橋梁組合結構框架構件，採用上述結構充分發揮了鋼材和混凝土材料的各自材料特性，大幅減少工程材料，同時可實現規模化、工業化生產，現場施工只需拼裝組合，簡便易行，實現快速施工，減少對城市交通的影響，大大降低施工成本，減少投資、節約城建成本，取得良好的綜合經濟效益。
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細的描述。


圖1為本發明的第一種實施方式的結構立體2為圖1左上角局部剖視放大3為本發明的第二種實施方式的結構立體4為圖3左上角局部剖視放大圖具體實施方式
如圖1、圖2所示的框架構件，其寬度尺寸根據機動車道的標準寬度採用定尺寸設計，具體尺寸可選擇3.75m、3.5m、3.25m、3m，長度尺寸(即縱向跨度)考慮到行人通行空間的要求和荷載分布、框架單獨受力的力學要求也採用定尺寸設計，具體可選擇4.2m、4.5m，其跨度極小。採用的定尺寸設計，充分考慮了整體橋面的荷載分布特點，單體框架構件承受的荷載和結構上的力學性能要求。其好處是便於按照機動車道的標準寬度進行拼裝形成整體橋面，同時，其另一目的是滿足了工廠定型、批量生產的需要。
框架構件包括上層預應力鋼筋混凝土板(1)，下層鋼結構框架(2)。鋼結構框架(2)的立柱(3)可採用截面尺寸為150mm～300mm的H型鋼製作，或採用鋼管混凝土，立柱(3)之間通過焊接或栓接連接梁(4)、斜腹杆(5)形成框架。鋼結構框架(2)上設有框架間相互連接固定的陰陽插接頭(6)，以方便下部鋼結構框架的快速拼裝組合併連接牢固；預應力鋼筋混凝土板(1)周邊設置有便於相互拼裝配合及安裝彈性嵌縫材料的連接槽(7)，可實現預應力鋼筋混凝土板之間的無縫對接，有效防止雨水滲漏，同時保證橋面平順，減少橋面行車噪音。
預應力鋼筋混凝土板(1)與鋼結構框架(2)通過連接件的作用相結合成為組合結構。
在本發明的一種實施方式中，預應力鋼筋混凝土板(1)採用先張預應力施工法整塊預製，在橫、縱兩個方向上布置預應力筋(8)，在預應力鋼筋混凝土板(1)上預留多個連接件容置孔(9)；在鋼結構框架的鋼桁梁(10)上表面對應容置孔(9)的地方以較小的間距集中焊接圓柱頭焊釘連接件(11)，形成連接件集群；將預應力鋼筋混凝土板(1)安裝在鋼結構框架(2)之上，使連接件集群置於容置孔(9)之中，用無收縮砂漿填充連接件容置孔(9)，使預應力鋼筋混凝土板(1)與鋼結構框架(2)結合成一體，承擔外力。圓柱頭焊釘連接件(11)的主要作用是承受鋼桁梁(10)和混凝土板(1)之間界面上的縱向剪力，抵抗兩者之間的相對滑移，同時也承擔拉拔力，抵抗兩者之間的掀起作用。通過連接件的組合作用，使位於鋼桁梁(10)上部的預應力鋼筋混凝土板(1)兼作橋面板並主要承擔由彎矩引起的縱向壓應力，而下部的鋼桁梁(10)則主要承受拉應力，兩種材料揚長避短，各盡所能，協同工作，充分發揮其在結構中的作用，因而由此形成的組合結構框架構件的承載能力和剛度將遠遠超過非組合的獨立結構形式。
如圖3、圖4所示，在本發明的第二種實施方式中，給出了另一種預應力鋼筋混凝土板與鋼結構框架的組合方式。在該方案中預應力鋼筋混凝土板(1)採用後張預應力施工法在鋼結構框架(2)上布置波折鋼板(12)直接澆築，在鋼結構框架(2)的鋼桁梁(10)上布置波折鋼板(12)，波折鋼板(12)與鋼桁梁(10)頂面焊接，穿過波折鋼板(12)在鋼桁梁(10)頂面等間距焊接剛度滯後連接件(13)，在波折鋼板(12)之上布置鋼筋網(14)，在橫、縱兩個方向布置預應力筋(8)，澆築混凝土層，通過剛度滯後連接件(13)使鋼桁梁(10)與混凝土板(1)結合，混凝土達到設計強度後，張拉預應力筋。上述的剛度滯後連接件(13)，其構造為在圓柱頭焊釘杆部的2/3包裹樹脂砂漿，在圓柱頭焊釘與鋼桁梁頂面焊接的根部塗抹樹脂砂漿，樹脂砂漿由環氧樹脂和矽沙按一定比例配製而成，通過這些剛度滯後型的材料實現連接件剛度的滯後發揮。本方案由於採用現澆後張預應力施工工藝，若使用普通的剛性連接件，在張拉預應力筋施加預應力時，混凝土通過剛性連接件與鋼桁梁已完全結合，共同受力，會發生一部分預應力作用到鋼桁梁上，使預應力不能有效的施加給混凝土面板，將使混凝土面板的力學性能提高受到限制。而使用剛度滯後連接件的情況下，利用連接件剛度滯後的作用，預應力就能夠有效的施加給混凝土面板。在達到剛度滯後時效時間後，連接件的剛度與普通焊釘連接件的剛度幾乎相同，鋼桁梁與混凝土就完全組合在一起承擔荷載，共同發揮作用。本方案採用的波折鋼板(12)，厚度為0.8～4mm，相鄰波峰間距為100～300mm，波折角度為30°，與澆筑後的混凝土相結合後形成的混凝土板結構層整體性能更好，有效防止混凝土開裂，外形美觀大方，兼備混凝土及鋼橋面板的諸多優點，同時波折鋼板又可以作為模板使用，容易實現快速、安全施工，並且保證施工質量。
權利要求
1.一種預應力、鋼—混凝土組合結構框架構件，其特徵在於該框架構件包括上層預應力鋼筋混凝土板(1)，下層鋼結構框架(2)，框架構件的平面尺寸根據機動車道的標準寬度採用定尺寸設計；鋼結構框架(2)上設有框架間相互連接固定的陰陽插接頭(6)，預應力鋼筋混凝土板(1)周邊設置有便於相互拼裝配合及安裝彈性嵌縫材料的連接槽(7)，預應力鋼筋混凝土板(1)與鋼結構框架(2)通過連接件相結合成為組合結構，連接件的一端焊接於鋼結構框架(2)的鋼桁梁(10)上表面，整個連接件埋置於預應力鋼筋混凝土板(1)中。
2.根據權利要求1所述的預應力、鋼—混凝土組合結構框架構件，其特徵在於所述的框架構件的寬度尺寸為3.75m、3.5m、3.25m、3m。
3.根據權利要求1所述的預應力、鋼—混凝土組合結構框架構件，其特徵在於所述的鋼結構框架(2)的立柱(3)用截面尺寸為150mm～300mm的H型鋼製作，或採用鋼管混凝土。
4.根據權利要求1、2、3所述的預應力、鋼—混凝土組合結構框架構件，其特徵在於所述的預應力鋼筋混凝土板(1)採用先張預應力施工法整塊預製，在橫、縱兩個方向上布置預應力筋(8)，在預應力鋼筋混凝土板(1)上預留多個連接件容置孔(9)；在所述的鋼結構框架(2)的鋼桁梁(10)上表面對應容置孔(9)的地方以較小的間距集中焊接連接件，形成連接件集群；將預應力鋼筋混凝土板(1)安裝在鋼結構框架(2)之上，使連接件集群置於容置孔(9)之中，用無收縮砂漿填充連接件容置孔(9)，使預應力鋼筋混凝土板(1)與鋼結構框架(2)結合成一體，承擔外力。
5.根據權利要求4所述的預應力、鋼—混凝土組合結構框架構件，其特徵在於所述的連接件為圓柱頭焊釘連接件、型鋼連接件、鋼筋連接件。
6.根據權利要求1、2、3所述的預應力、鋼—混凝土組合結構框架構件，其特徵在於所述的預應力鋼筋混凝土板(1)採用後張預應力施工法在鋼結構框架(2)上布置波折鋼板(12)直接澆築，在鋼結構框架(2)的鋼桁梁上布置波折鋼板(12)，波折鋼板(12)與鋼桁梁(10)頂面焊接，穿過波折鋼板(12)在鋼桁梁(10)頂面等間距焊接連接件，在波折鋼板(12)之上布置鋼筋網(14)，在橫、縱兩個方向布置預應力筋(8)，澆築混凝土層，通過連接件使鋼桁梁(10)與混凝土結合，混凝土達到設計強度後，張拉預應力筋。
7.根據權利要求6所述的預應力、鋼—混凝土組合結構框架構件，其特徵在於所述的波折鋼板(12)厚度為0.8—4mm，相鄰波峰間距為100～300mm，波折角度為30°。
8.根據權利要求6所述的預應力、鋼—混凝土組合結構框架構件，其特徵在於所述的連接件為剛度滯後連接件(13)，其構造為在圓柱頭焊釘杆部的2/3包裹樹脂砂漿，在圓柱頭焊釘與鋼桁梁(10)頂面焊接的根部塗抹樹脂砂漿，樹脂砂漿由環氧樹脂和矽沙按一定比例配製而成。
全文摘要
本發明涉及一種用於構建人車分流、低架的車行天橋的橋梁組合結構構件。本發明採用框架結構將抗拉性能強的鋼材、抗壓性能強的混凝土通過相互組合分別合理的用在構件的拉伸區及壓縮區，形成高性能、經濟性的組合結構構件，提供了一種預應力、鋼－混凝土組合結構框架構件。採用上述結構充分發揮了鋼材和混凝土材料的各自材料特性，大幅減少工程材料，同時可實現規模化、工業化生產，現場施工只需拼裝組合，簡便易行，實現快速施工，減少對城市交通的影響，大大降低施工成本，減少投資、節約城建成本，取得良好的綜合經濟效益。
文檔編號E01D101/28GK1944796SQ20061012295
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月23日 優先權日2006年10月23日
發明者鍾寶駒 申請人:鍾寶駒