一种桁架-钢板组合箱梁、桥及构建方法与流程

本发明涉及桥梁工程，尤其是涉及一种桁架-钢板组合箱梁、桥及构建方法。

背景技术：

1、现有钢板组合箱梁同传统的单一混凝土箱梁相比，可以减轻结构自重，减小地震作用，减小截面尺寸，增加有效使用空间，节省支模工序和模板，缩短施工周期，增加梁的延性等。同传统的单一钢箱梁相比，可以减小用钢量，增大刚度，增加稳定性和整体性，增强结构抗火性和耐久性等。故钢板组合箱梁兼有钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术经济效益和社会效益，其在国内外被广泛应用。

2、但是目前当悬索桥、斜拉桥等大跨桥梁采用钢板组合箱梁作为其主梁时，为增强其整体刚度以及钢板局部稳定性，往往会设置横向的实腹式钢横隔板。今研究表明，这类实腹式钢横隔板中绝大部分的钢板并不参与受力，因此这类横隔板存在较大的材料浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服现有技术的缺陷而提供一种桁架-钢板组合箱梁、桥及构建方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一为提供一种桁架-钢板组合箱梁，包括：

4、钢板主梁部，其包括钢底板、立设于所述钢底板上的若干平行的钢板梁组；

5、若干沿所述钢板主梁部的宽度方向，平行设于所述钢板主梁部上的桁架部，其包括用于与所述钢板梁组顶部连接的上弦杆、用于与所述钢板梁组底部连接的下弦杆、与所述上弦杆和下弦杆同侧端部连接的大挑臂支撑斜杆、立设于所述下弦杆与所述上弦杆之间的若干竖杆组、以及斜设于相邻竖杆组之间并连接所述上弦杆和下弦杆的支撑斜杆组。

6、在一些具体实施方式中，所述钢板梁组包括立设于所述钢底板两端的第一钢板梁、以及设于两个所述第一钢板梁之间的第二钢板梁，所述第一钢板梁与所述第二钢板梁等高。

7、作为优选的，所述第二钢板梁设于两个所述第一钢板梁的中间。

8、在一些具体实施方式中，所述上弦杆的长度大于所述下弦杆的长度，所述下弦杆与所述钢底板等长。

9、在一些具体实施方式中，所述竖杆组包括用于与所述第一钢板梁连接的边竖杆、以及设于所述边竖杆之间并对称设于所述第二钢板梁两侧的中竖杆。

10、在一些具体实施方式中，所述支撑斜杆组包括斜设于所述边竖杆和中竖杆之间的箱式支撑斜杆组、以及斜设于两个所述中竖杆之间的中腹板支撑斜杆组，所述箱式支撑斜杆组和所述中腹板支撑斜杆组的两端分别均与所述上弦杆和下弦杆连接。

11、在一些具体实施方式中，所述箱式支撑斜杆组包括第一箱式支撑斜杆和第二箱式支撑斜杆，所述第一箱式支撑斜杆和第二箱式支撑斜杆的一端分别与所述下弦杆与所述边竖杆的交点处、所述下弦杆与中竖杆的交点处连接，另一端与所述上弦杆上的同一处连接；

12、所述中腹板支撑斜杆组包括第一中腹板支撑斜杆和第二中腹板支撑斜杆，所述第一中腹板支撑斜杆和第二中腹板支撑斜杆的一端分别与所述下弦杆与所述中竖杆的交点处连接，另一端与所述上弦杆上的同一处连接。

13、在一些具体实施方式中，所述第一箱式支撑斜杆和第二箱式支撑斜杆为等长。

14、在一些具体实施方式中，所述第一中腹板支撑斜杆和第二中腹板支撑斜杆为等长。

15、在一些具体实施方式中，所述第二钢板梁上还设有用于固定斜拉索的斜拉索锚固件。

16、在一些具体实施方式中，所述钢板梁组的顶部还铺设有用于车辆行驶的桥面板，所述斜拉索锚固件的一端还穿出所述桥面板。

17、作为优选的，所述桥面板为混凝土桥面板。

18、在一些具体实施方式中，所述钢板主梁部与桁架部采用螺栓连接。

19、本发明的技术方案至二为提供一种桥，所述桥由若干如技术方案之一所述的桁架-钢板组合箱梁拼接组成。

20、在一些具体实施方式中，相邻两个所述桁架-钢板组合箱梁之间的跨度与其高度的比值为(20-35):1。

21、本发明的技术方案之三为提供一种用于上述技术方案之一所述桁架-钢板组合箱梁的构建方法，包括如下步骤：

22、s1、确定钢板主梁部的尺寸，包括所述钢板主梁部的横向宽度、纵向长度、截面高度；

23、s2、计算得到所述钢板主梁部的最不利设计内力，确定钢底板、桥面板的截面尺寸；

24、s3、确定桁架部的尺寸，包括所述桁架部的上弦杆、大挑臂支撑斜杆、竖杆组、支撑斜杆组的长度；

25、s4、计算得到桁架部的最不利设计内力，确定上弦杆、大挑臂支撑斜杆、竖杆组、支撑斜杆组的截面尺寸。

26、在一些具体实施方式中，于s1步骤，根据设计车道数量、桥面宽度等确定所述钢板主梁部的横向宽度，根据施工便利性确定所述钢板主梁部的纵向长度、第二钢板梁与第一钢板梁的截面高度以及距离。

27、在一些具体实施方式中，于s2步骤，最不利设计内力为根据恒载与活载计算得出，根据s1步骤中钢板主梁部的尺寸和材料计算得到恒载，根据横向分布系数计算得出活载，其中，横向分布系数可采用杠杆法、刚性横梁法、比拟正交异性板法、有限元法、模型试验方法等方法计算得到。

28、根据最不利设计内力以及承载能力极限状态计算得到钢底板、桥面板的截面尺寸，但是，钢底板、桥面板的截面尺寸一般有最小厚度要求，这是为了保障局部的稳定性，可参照《公路钢结构桥梁设计规范》(jtg d64-2015)等规范确定。另外，在计算钢底板、桥面板的截面尺寸时，需要考虑剪力滞效应，应取其有效宽度进行计算，可参照《公路钢结构桥梁设计规范》(jtg d64-2015)计算。

29、在一些具体实施方式中，于s3步骤，根据钢板主梁部的横向宽度确定上弦杆的长度，根据悬挑长度确定大挑臂支撑斜杆的长度，根据钢板梁组之间的距离确定竖杆组、支撑斜杆组的长度。

30、在一些具体实施方式中，于s4步骤，最不利设计内力为根据恒载与活载计算得出，根据s3步骤中桁架部的尺寸和材料计算得到活载，根据横向分布系数计算得出活载，其中，横向分布系数可采用杠杆法、刚性横梁法、比拟正交异性板法、有限元法、模型试验方法等方法计算得到。

31、根据横向桥的车辆最不利布置及其最不利内力组合，确定上弦杆、大挑臂支撑斜杆、竖杆组、支撑斜杆组的截面尺寸。

32、在一些具体实施方式中，于s4步骤后，根据确定的桁架-钢板组合箱梁截面尺寸，分别进行各项指标的验算，如抗弯承载力，抗剪承载力，挠度，局部稳定性等，具体参考钢混组合结构设计规范以及公路钢结构桥梁设计规范。如果均满足以上指标，说明桥梁已经满足了安全、适用的要求，进一步，若这些性能显著超过设计需求，则需要进行经济优化，对截面进行调整，以降低造价。

33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

34、(1)经济性：传统的钢板组合箱梁采用实腹式钢横隔板，应力流在其中沿刚度最大的路径，大部分区域的应力较低，存在较大的刚才浪费。而本发明通过拉压桁架替换原有的实腹式钢横隔板，提出桁架-钢板组合箱梁，其在保障纵横向受力可靠和局部稳定性的情况下，显著减小钢材用量，提高经济性。

35、(2)施工速度更快、施工质量更高：传统的实腹式钢横隔板需要采用焊接方式将其与各钢板进行连接，焊缝质量很难保障。采用桁架式横向连接后，可以采用螺栓连接，不仅提高了连接质量，而且加快了施工速度。与传统钢箱梁相比，斜拉索锚固及张拉施工更方便。