本技术介绍了一种新型钢混组合空腹式连续刚构桥结构,该结构包含主桥墩和过渡墩或桥台。主桥墩由下墩柱和上墩柱组成,下墩柱采用双肢结构设计,上墩柱与下墩柱通过下弦0号梁段相连。下弦0号梁段两侧延伸出下弦梁段,这些梁段按斜上方向与上弦梁段汇合于节点。上墩柱、上弦梁段和下弦梁段共同构成三角形空腹区域,其间通过竖向连接柱相连。汇合节点两侧对称设置跨间梁段,形成以主桥墩为中心的T形结构。主桥墩间通过主跨合龙段连接,边跨梁段与主桥墩通过边跨合龙段相连。该设计提高了桥梁的承载效率,增强了跨越能力,与传统施工方法兼容性好,便于施工实施。
背景技术
桥梁是公路、铁路、城市道路和农村道路及水利建设中为了跨越各种障碍(如河流、或其它结构)的结构物。按结构受力特点划分,桥梁可分为梁、拱、刚架、吊与组合体系。混凝土结构主要采用梁、拱、刚架体系。混凝土连续刚构桥是大跨度桥梁的一种基本桥型,是中国乃至世界在交通领域应用最广泛的一种大跨度混凝土桥梁结构,具备以下三个特点:①墩柱采用墩梁固结,墩柱具备一定柔度从而形成摆动肢撑体系;②上部结构仍然具有连续梁的受力特点,结构断面一般为箱梁,箱梁高度与跨径比值,根部为1/16~1/18,跨中为1/30~1/60;③上部结构采用悬臂法施工,墩梁固结省掉大型支座。
传统的预应力混凝土连续刚构桥的技术经济适用跨径约在60~200m,在跨径超过200m时,易出现跨中下挠、梁体变形、开裂等缺陷,严重影响了桥梁的使用寿命和耐久性,限制了这种桥型的跨越能力。目前,我国有数以百计的大跨度混凝土连续刚构桥出现了上述结构性缺陷和耐久性问题。为了提高连续刚构桥的跨越能力、避免后期跨中下挠,国内外多从材料方面入手:世界跨径最大的挪威stolma大桥,主跨径301m,跨中184m箱梁采用LC60轻质混凝土;中国重庆石板坡大桥,主跨径330m,跨中103m区段采用钢箱梁。由于我国材料、施工、管理技术存在差距,采用钢梁又受制于运输条件,连续刚构桥的技术进步停滞不前。总体上看,传统的预应力混凝土连续刚构桥的主要不足是:①跨越能力小,材料利用率较低,在跨径大于200m时,工程经济性急剧恶化;②结构承载效率低,应用于跨径大于200m桥梁时,易出现开裂、下挠问题,技术风险增大,结构的安全性和耐久性劣化;③上部结构重量大,导致桥墩、基础受力大,抵抗地震的能力差等问题。
混凝土空腹式连续刚构桥型,是在常规连续刚构形式上的一种新的改型,其主要思路是加大箱梁根部高度,并对箱梁根部的腹板进行挖空,减轻自重,形成梁-拱组合力学效应,从而提高结构承载效率,增强桥梁跨越能力。空腹式连续刚构具有与常规连续刚构桥相似的平衡悬臂施工特点和运营维护费用少、工程造价低廉的优点,其经济跨径在220~400米。
但混凝土空腹式连续刚构桥在实际应用中,仍存在一些不足:①空腹区域上弦梁段采用预应力混凝土结构,在整个桥梁结构体系属于偏心受拉结构,为抵抗拉力需要配置大量的预应力筋,施工复杂,且存在开裂风险,而一旦开裂则严重影响桥梁的耐久性,甚至导致空腹区域的受力体系失效,危及桥梁安全;②混凝土空腹式连续刚构桥应用于300米以上较大跨度时,跨间常规混凝土梁段的预应力需要穿过上弦梁段锚固,预应力筋的长度与桥梁跨度相当,而超长的预应力筋的张拉困难、预应力损失大、效率下降,导致混凝土空腹式连续刚构桥的实际跨度难以超过320米;③上弦混凝土梁段与下弦混凝土梁段的施工在空间和时间上交织,效率较低、工期较长,导致经济效益难以发挥。这些因素也制约了混凝土空腹式连续刚构桥型结构的推广应用。
实现思路