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复合钢管砼组合桁架梁桥探讨在构造上,桁架的上下弦杆通常采用钢管混凝土构件,腹杆则多为普通钢结构,通过节点连接形成稳定的三角形受力体系。这种组合方式不仅减轻了结构自重,还显著提升了结构的整体刚度和稳定性。尤其适用于大跨度桥梁、城市立交及重载交通路段,在控制挠度和裂缝方面表现优异。
施工方面,复合钢管混凝土组合桁架梁桥可实现工厂预制、现场拼装,大幅缩短工期,减少对环境和交通的影响。同时,钢管作为混凝土的永久模板,简化了施工工序,提高了施工安全性。
近年来,随着高性能材料和现代设计理论的发展,该类桥梁在国内外逐步得到推广应用。然而,其在节点构造、疲劳性能、长期徐变收缩以及防火防腐等方面的综合性能仍需进一步研究优化。总体而言,复合钢管混凝土组合桁架梁桥代表了桥梁工程向高效、绿色、智能发展的方向,具有广阔的应用前景和发展潜力。
现代桥梁科学技术的成就,得益于计算技术、新材料和施工技术的发展。在100~400米大跨径范围中,刚构和连续梁桥是本文探讨的目标。钢桥跨径大,自重很轻,可悬臂架设,但是养护麻烦,加工费和造价高。砼桥的跨径较大,可悬臂施工,无养护麻烦,比较经济合理,用得最多。但是大跨径的箱梁较高,自重很大,施工比较麻烦,并不经济合理。世界上最大的砼刚构桥为挪威斯托尔马桥,主跨301米,根部箱高15米,跨中箱高3.50米,主跨182米长度采用轻质高强C60砼,其余为C50砼,跨中底板厚20厘米,以减轻自重。砼刚构和连续梁桥的横断面都为箱梁,箱梁整体和稳定性好,它便于砼浇筑施工。桁架刚构桥在河南、湖北、四川和西藏建有跨径较小的70、90米实桥,为多片桁架形式,预制悬拼组装,跨中设挂梁,整体性较差,未能得到发展。箱梁便于正负弯矩的预应力配索,桁架则不便跨中正弯矩的预应力配索。箱梁自重大,其高度宜矮;桁架自重轻,其高度宜大,各有长处。刚构和连续梁桥主要是墩顶负弯矩大,特点是顶板受拉,底板受压;桁架是上弦受拉、下弦受压。对受压底板或下弦,宜采用轻质高强材料。所以要增大跨径,必然采用轻质高强材料和桁架形式,以减轻自重。跨中梁的高度较小,宜于采用T形截面,形成一种桁架和梁的混合结构。当跨中梁高不受限制时, 也可采用桁架形式。桁架高度大,T梁部分的高度矮,立面造型仍然显得自然和协调。砼桁架若不采用预制,采用现浇成型麻煩,容易开裂。如采用劲性的钢管砼骨架,再采用复合外包钢筋砼,桁架就容易成型和安装,可避免开裂。钢管砼外包钢筋砼的复合钢管砼组合结构,桁架(刚构和连续梁)桥的混合结构形式,能够减轻自重,方便施工,适用于大跨径桥梁。箱梁和双薄壁墩结合的刚构,箱梁外形显得笨重,有头重脚轻的感觉,桁架上下外形协调,显得自然美观。
豪氏桁架和华倫式桁架桥半立面图(上图)
桥梁技术具有鲜明的时代特征,随社会经济的发展而发展,是一个经济和材料发展的过程。我国的钢铁生产已跃居世界第一,在工程建设中钢结构很发展,提出复合钢管砼组合桁架梁桥这种钢和砼结构的形式,符合时代的发展规律。复合钢管砼组合桁架梁桥的特点,使箱形刚构和连续梁桥桥道结构的顶板形式保持不变,与桁架相组合,作为桁架上弦,实际成为板桁结构。桁架下弦和腹杆为复合钢管砼结构,桁架风构和横撑为钢丝网水泥砂浆防护的空钢管或钢管砼结构,跨中为劲性骨架T形梁或复合钢管砼桁架。
豪氏桁架刚构桥半立面图(下图)
桥梁半平面图 风构桁架半平面图
1/2桁架根部断面图 1/2跨中桁架断面图
桁架组合梁桥半断面图
复合钢管砼组合桁架梁桥图(一)
桥上称作钢管砼拱和钢管砼劲性骨架。钢管的内填砼承载力能够提高,又解决了钢管的稳定问题,变换的实现了轻质高强目标。近年来在我国的拱桥上得到了成功的应用,在复合钢管砼组合桁架梁桥上,也将会产生同样的效果。复合钢管砼组合桁架梁桥的一般结构形式,见图(一)。
二、复合钢管砼组合桁架梁桥的构造和特点
复合钢管砼组合桁架实现了轻质和高强的目标,钢管和钢管砼解决了施工的劲性骨架困难,外包钢筋砼解决了钢管的防护问题。
1、 桥面:桥面结构作为桁架的上弦杆,要满足行车功能、布置和保护预应力索的需要,和传统的箱形梁桥的顶板相同,基本保持不变。作为肋板式上弦的桥面与桁架组合,形成板桁结构,加强桁架的整体性,增强桁架抗扭性能,保证桥梁的横向稳定。采用现浇施工的整体性好,施工简便,保留了传统箱形梁桥的优点,砼桥面经济合理。桁架采用二梁式,受力简单明确,便于计算分析。桁架的杆件少,显得简洁美观。杆件断面为矩形,显得安全稳定。
2、 弦杆:桁架下弦杆基本是等厚变宽,仅在桥墩附近加厚,以适应压力大小变化的需要,有利于桁架的模向稳定,便于与跨中T形梁或桁架配合,施工较简便。下弦的组合钢管直径分批渐变,便于加工和安装焊接。改变钢管壁厚或外包钢筋砼尺寸,就可获得不同的强度,适应压力大小变化的需要。外包砼和箍筋将钢管有效的组合为整体,也要参与整体受压,使钢管的组合联结加强,提高了整体性。钢管加工简便,高标号砼粘结力强,有效防护了钢管的锈蚀。砼立模浇筑简便,已有的实践经验证明,比箱形截面的砼浇筑方便,只相当于结构加固和装修工程。外包砼工序需要适当的滞后,使钢管砼预先受压和发生较大的变形,不影响施工进度,施工更方便。外包砼的箍筋需要加强,它能起到组合联结钢管和钢管与外包砼为整体的作用,对箍筋內砼有明显的紧箍作用,能提高箍筋內砼的承载力。
3、竖杆:桁架腹杆的竖杆均为压杆,在满足压杆稳定的前提下,其断面形状为宽度大,厚度小的矩形,以减小竖杆的抗弯刚度,减小刚架作用,按桁架特点传力,减小桁架节点的内力,以方便处理,使桥梁立面造型轻巧美观。桁架竖杆较高,为便于施工,便于加强和改善桁架节点受力。竖杆采用复合钢管砼结构,使钢管的组合简单北京晋商博物馆装饰工程施工组织设计,也采用箍筋组合为整复合钢管砼组合桁架梁桥墩上立柱图(二)
复合钢管砼组合桁架连续刚构桥图
复合钢管砼组合桁架连续梁桥图
4、腹杆:桁架的斜腹杆都受拉,起抗剪作用,采用配预应力筋来承受。为了加快施工进度,对斜拉杆预应力索的防护有效,仍然采用钢管砼,预应力索在钢管内受到保护,无砼开裂和锈蚀的危险。斜拉杆尺寸为较小的矩形,按施工方便和桥型美观需要而定。斜杆长短相差很大,长的预应力筋可用钢绞线,短的则采用预应力高强粗钢筋,以减少预应力张拉锚固的预应力损失。斜拉杆预应力索应布置在下弦两钢管中间,上弦杆预留锚固位置,以便相互协调处理。预应力筋宜采用无粘结力的形式,以便张拉调整內力。钢筋砼桁架杆件刚度较大,节点弯矩较大,砼材料容易开裂,不便处理。钢筋砼刚架结点韧性差,在地震力作用下砼容易开裂。采用复合钢管砼组合结构,其韧性好,可保证安全。对桁架节点砼需要加强,在造型上应对交角作倒角处理,使力线传递顺适,避免力线转折突变。实践经验证明,应对钢管节点砼加强配筋,加强防裂构造钢筋的设置。
5、横撑:桁架横撑采用复合空钢管作成“X”形,仅在钢管两端的局部长度浇灌砼,以加强节点的联结和刚度。横撑在桁架节点处间隔设置,视桥梁跨径和节间长度而定,它主要起横向平衡抗扭作用,数量稀密应适当。横撑的作用很重要,合理的设置需要探索和积累经验,有待作仿真空间计算、模型实验来验证。在初期发展阶段,应以较密为妥,保证绝对安全。