道路桥梁无缝钢桥面结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种道路桥梁无缝钢桥面结构及其施工方法，属于道路桥梁施工领域，其结构包括两个桥台、多个桥墩、多跨预制梁等，并在多跨预制梁上部设有连续无缝跨越该多跨预制梁的钢桥面和铺筑在钢桥面上的沥青混凝土，从而形成了道路桥梁无缝钢桥面结构，还在钢桥面的横向外部两侧设置防撞护栏，以及在该防撞护栏与钢桥面之间安装多个沿桥梁纵向等距设置的挡块；同时，沥青混凝土两侧外缘设置排水孔，防撞护栏内设有泄水管，用可于接通排水孔至桥面外部，这种结构具有构造简单、安全可靠、工厂化和标准化程度高、应用范围广、跨越长度大等优点，可广泛适用于多跨中小跨径桥梁，结合施工方法，还具有节能减排的效果，经济效益和社会效益十分显著。

【技术实现步骤摘要】
道路桥梁无缝钢桥面结构及施工方法
本专利技术涉及一种道路桥梁施工领域，具体是指道路桥梁无缝钢桥面结构及施工方法。
技术介绍
受技术、材料、经济和环境等条件的限制，道路桥梁一般由多跨组成，每跨桥面留有适应材料胀缩变形的间隙，即伸缩缝，并配以使车辆平稳通过桥面并满足桥面变形需要的各种伸缩装置。桥梁伸缩装置长期暴露在大气中，承受着来自车辆轮胎的磨损和冲击作用，还承受着因热胀冷缩、收缩徐变、基础沉降等外界条件的影响，极易造成伸缩装置破损并引起桥面乃至桥梁结构的破坏。伸缩装置的破坏反过来会引起更大的车辆冲击荷载，影响行车舒适性，且维修困难、费用较大。目前对道路桥梁伸缩缝的研究主要有三个方向：一是采用多跨连续结构减少伸缩装置的数量，包括先简支后连续和桥面连续等；二是将中小跨径桥梁和路基路面综合设计成半整体式或整体式全无缝桥梁；三是研制高性能的伸缩装置，包括弹塑体伸缩装置。方法一虽然减少了伸缩装置的数量，但对伸缩装置性能要求更高；方法二虽然在一定桥长范围内取消了伸缩装置，但桥梁的无缝长度有限，国内外最大无缝长度300m左右，难再有较大的突破；由于伸缩装置材料、制作工艺和使用条件等原因的限制，方法三也研究进展缓慢。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、安全可靠、工厂化和标准化程度高、应用范围广、跨越长度大的适用于多跨中小跨径的道路桥梁无缝钢桥面结构及其施工方法。本专利技术的技术问题通过以下技术方案实现：一种道路桥梁无缝钢桥面结构，包括两个桥台、间距设置在两个桥台之间的多个桥墩、及连接在每个桥台上的护坡，所述的两个桥台和多个桥墩上安装多跨预制梁，相邻每跨预制梁端之间预留伸缩缝，所述的多跨预制梁上部设有连续无缝跨越该多跨预制梁的钢桥面和铺筑在所述钢桥面上的沥青混凝土；所述钢桥面的横向外部两侧分别设置防撞护栏，该防撞护栏与钢桥面之间安装多个沿桥梁纵向等距设置的挡块；所述的沥青混凝土两侧外缘设置排水孔，防撞护栏内设有分别连通排水孔和接通至桥面外部的泄水管。所述的钢桥面是由沿桥梁轴线方向布置的多根工字钢纵梁、横向连接多根工字钢纵梁的多根钢横隔梁、及固定安装在多根工字钢纵梁和多根钢横隔梁顶部的钢面板组成，该多根工字钢纵梁和多根钢横隔梁固定形成井字形钢桥面骨架；每根所述的工字钢纵梁长度与桥面总长度相同，每根工字钢纵梁的下翼缘均由多个扣件弹性固定在预制梁上，每根工字钢纵梁的纵向两端点下翼缘底部与预埋在所述桥台上的桥台钢板固定，相邻两根工字钢纵梁之间的间距a=2m~3m；相邻两根钢横隔梁之间的间距b=3m~5m；所述钢面板的总体平面是由多块钢面板A和多块钢面板B组成，每块钢面板与所述井字形钢桥面骨架的井字形框格尺寸相同，且多块钢面板A安放在桥面最外侧各一排，并悬出最外侧工字钢纵梁，多块钢面板B安放在其余井字形框格上，相邻两块钢面板的相接处平面为互相咬合的凹凸齿，该凹凸齿的凸处设有钢面板螺栓连接在工字钢纵梁和钢横隔梁的顶部；所述钢面板的总宽度小于两侧防撞护栏内侧之间的宽度2cm~3cm，作为排泄桥面水的缝隙。多个所述的挡块设置在防撞护栏与钢桥面的最外侧工字钢纵梁之间，每个挡块均为矩形块，相邻两个挡块之间的间距为5m~7m，且每个挡块的一端固定在最外侧工字钢纵梁的外侧面上，另一端固定有橡胶块，该橡胶块的外侧面与预埋在防撞护栏内侧面的护栏钢板相贴。所述的扣件是由弹性垫板、钢垫板、轨距块、弹条、平垫圈和扣件螺栓组成，该弹性垫板安放在预制梁上预埋的预制板钢板上，并用轨距块定位工字钢纵梁，弹条压紧工字钢纵梁的下翼缘，再用平垫圈和扣件螺栓紧固工字钢纵梁，每根工字钢纵梁上的相邻两个扣件之间的间距d=50cm~60cm。所述的预制梁与钢桥面的叠合梁结构计算模型根据经典梁理论和弹性地基梁理论进行建立：⑴钢桥面与弹性垫板之间、弹性垫板与预制梁之间光滑接触，钢桥面和预制梁独立承受弯曲，共同承担桥梁恒载和车辆荷载的作用；⑵弹性垫板满足文克勒假定，钢桥面底某一点的压力只与该点的沉陷有关，而与钢桥面底其他各点的沉陷无关，钢桥面单位面积所受的压力与弹性垫板的沉陷成正比，其比例常数为k；⑶弹性垫板只起着传递压力的作用，即钢桥面底的压力不会在预制梁顶产生压力重分布，弹性垫板不承受弯矩、弹性垫板自重作为预制梁的荷载；由以上计算模型可知，钢桥面实际是简支梁上的弹性地基梁，预制梁为普通的简支梁，于是可得钢桥面与预制梁叠合梁在均布荷载作用下的线性微分方程组，进而导出钢桥面和预制梁弯矩和剪力计算公式，公式一、公式二、在公式一、公式二中，——钢桥面或预制梁从一个端点至另一个端点之间的距离，；d——弹性固定每根工字钢纵梁上的相邻两个扣件之间的距离，cm；——相邻两根工字钢纵梁中心的距离，；——钢桥面在均布荷载和弹性垫板沉陷所受的压力共同作用下的挠度曲线方程，；——预制梁在均布荷载和钢桥面传递压力共同作用下的挠度曲线方程，；——钢桥面和沥青混凝土恒载及车辆荷载的均布荷载强度总和，；——预制梁、弹性垫板和找平层恒载均布荷载强度总和，；——弹性垫板弹性系数，；——钢桥面计算宽度的抗弯刚度，；——预制梁计算宽度的抗弯刚度，；——钢桥面计算宽度所受的弯矩，；——预制梁计算宽度所受的弯矩，；——钢桥面计算宽度所受的剪力，；——预制梁计算宽度所受的剪力，；公式三、在公式三中——设计钢桥面锁定温度，；——当地历年最高钢桥面温度，；——当地历年最低钢桥面温度，；——保证钢桥面满足强度条件的允许降温幅度，；——保证钢桥面满足温度条件的允许升温幅度，；——保证当地钢桥面季节性变化情况的设计钢桥面锁定温度修整值，取0～5；由公式一、公式二计算得到钢桥面和预制梁所受控制弯矩和剪力后，再按有关规范计算车辆制动力，并与钢桥面车辆荷载的横向分布系数、材料强度分项系数、极限状态设计方法的分项系数和由公式三计算的设计钢桥面锁定温度引起的温差内力作多种组合，取其最不利情况下的控制内力验算钢桥面和预制梁的结构承载能力，再用有限元软件计算复核，并满足有关规范要求。所述的钢桥面最外侧工字钢纵梁中心至防撞护栏内边缘的距离为～50cm，即钢面板A悬出最外侧工字钢纵梁中心为c=(30cm～50cm）-排泄桥面水缝隙(2cm～3cm)/2；所述工字钢纵梁的单根总长度与桥面总长度相同，并多段焊接而成，每段定尺长度12.5m、25m、50m或100m，总高度130mm～190mm、上翼缘宽度68mm～75mm，下翼缘宽度114mm～150mm，腹板厚度13mm～20mm；所述的挡块长度与钢桥面最外侧工字钢纵梁中心至防撞护栏内边缘的距离c匹配，高度7cm～10cm、宽度3cm～5cm，橡胶块厚度2cm，高度和宽度与挡块尺寸相同。所述的预制梁为钢筋混凝土或预应力混凝土结构，单跨跨径5m～40m，安放在桥台和桥墩顶的支座上；所述的预制梁上按照扣件的设置位置预埋预制板钢筋，在该预制板钢筋上焊接预制板钢板，预制板钢筋与预制板钢板之间用水泥沥青砂浆弹性找平层找平，再在预制板钢板上安放扣件并固定钢桥面的工字钢纵梁。所述的防撞护栏为钢筋混凝土结构，每跨防撞护栏与预制梁端相同位置设一道伸缩缝。所述的两个桥台和多个桥墩为多跨桥梁的下部结构，所述的护坡为桥台的组成部分，并用于衔接路基、边坡和桥台主体。一种道路桥梁无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种道路桥梁无缝钢桥面结构，包括两个桥台（1）、间距设置在两个桥台之间的多个桥墩（2）、及连接在每个桥台（1）上的护坡（11），所述的两个桥台（1）和多个桥墩（2）上安装多跨预制梁（3），相邻每跨预制梁端（3）之间预留伸缩缝（32），其特征在于所述的多跨预制梁（3）上部设有连续无缝跨越该多跨预制梁（3）的钢桥面（5）和铺筑在所述钢桥面上的沥青混凝土（7）；所述钢桥面（5）的横向外部两侧分别设置防撞护栏（8），该防撞护栏与钢桥面（5）之间安装多个沿桥梁纵向等距设置的挡块（6）；所述的沥青混凝土（7）两侧外缘设置排水孔，防撞护栏（8）内设有分别连通排水孔和接通至桥面外部的泄水管（82）。

【技术特征摘要】
1.一种道路桥梁无缝钢桥面结构，包括两个桥台（1）、间距设置在两个桥台之间的多个桥墩（2）、及连接在每个桥台（1）上的护坡（11），所述的两个桥台（1）和多个桥墩（2）上安装多跨预制梁（3），相邻每跨预制梁端（3）之间预留伸缩缝（32），其特征在于所述的多跨预制梁（3）上部设有连续无缝跨越该多跨预制梁（3）的钢桥面（5）和铺筑在所述钢桥面上的沥青混凝土（7）；所述钢桥面（5）的横向外部两侧分别设置防撞护栏（8），该防撞护栏与钢桥面（5）之间安装多个沿桥梁纵向等距设置的挡块（6）；所述的沥青混凝土（7）两侧外缘设置排水孔，防撞护栏（8）内设有分别连通排水孔和接通至桥面外部的泄水管（82）。2.根据权利要求1所述的道路桥梁无缝钢桥面结构，其特征在于所述的钢桥面（5）是由沿桥梁轴线方向布置的多根工字钢纵梁（51）、横向连接多根工字钢纵梁的多根钢横隔梁（52）、及固定安装在多根工字钢纵梁（51）和多根钢横隔梁（52）顶部的钢面板（53）组成，该多根工字钢纵梁（51）和多根钢横隔梁（52）固定形成井字形钢桥面骨架；每根所述的工字钢纵梁（51）长度与桥面总长度相同，每根工字钢纵梁（51）的下翼缘（511）均由多个扣件（4）弹性固定在预制梁（3）上，每根工字钢纵梁（51）的纵向两端点下翼缘（511）底部与预埋在所述桥台（1）上的桥台钢板（12）固定，相邻两根工字钢纵梁（51）之间的间距a=2m~3m；相邻两根钢横隔梁（52）之间的间距b=3m~5m；所述钢面板（53）的总体平面是由多块钢面板A（531）和多块钢面板B（532）组成，每块钢面板（53）与所述井字形钢桥面骨架的井字形框格尺寸相同，且多块钢面板A（531）安放在桥面最外侧各一排，并悬出最外侧工字钢纵梁（51），多块钢面板B（532）安放在其余井字形框格上，相邻两块钢面板（53）的相接处平面为互相咬合的凹凸齿（533），该凹凸齿的凸处设有钢面板螺栓（54）连接在工字钢纵梁（51）和钢横隔梁（52）的顶部；所述钢面板（53）的总宽度小于两侧防撞护栏（8）内侧之间的宽度2cm~3cm，作为排泄桥面水的缝隙。3.根据权利要求2所述的道路桥梁无缝钢桥面结构，其特征在于多个所述的挡块（6）设置在防撞护栏（8）与钢桥面（5）的最外侧工字钢纵梁（51）之间，每个挡块（6）均为矩形块，相邻两个挡块（6）之间的间距为5m~7m，且每个挡块（6）的一端固定在最外侧工字钢纵梁（51）的外侧面上，另一端固定有橡胶块（9），该橡胶块的外侧面与预埋在防撞护栏（8）内侧面的护栏钢板（81）相贴。4.根据权利要求2所述的道路桥梁无缝钢桥面结构，其特征在于所述的扣件（4）是由弹性垫板（41）、钢垫板（42）、轨距块（43）、弹条（44）、平垫圈（46）和扣件螺栓（45）组成，该弹性垫板（41）安放在预制梁（3）上预埋的预制板钢板（34）上，并用轨距块（43）定位工字钢纵梁（51），弹条（44）压紧工字钢纵梁（51）的下翼缘（511），再用平垫圈（46）和扣件螺栓（45）紧固工字钢纵梁（51），每根工字钢纵梁（51）上的相邻两个扣件（4）之间的间距d=50cm~60cm。5.根据权利要求4所述的道路桥梁无缝钢桥面结构，其特征在于所述的预制梁（3）与钢桥面（5）的叠合梁结构计算模型根据经典梁理论和弹性地基梁理论进行建立：⑴钢桥面（5）与弹性垫板（41）之间、弹性垫板（41）与预制梁（3）之间光滑接触，钢桥面（5）和预制梁（3）独立承受弯曲，共同承担桥梁恒载和车辆荷载的作用；⑵弹性垫板（41）满足文克勒假定，钢桥面（5）底某一点的压力只与该点的沉陷有关，而与钢桥面（5）底其他各点的沉陷无关，钢桥面（5）单位面积所受的压力与弹性垫板（41）的沉陷成正比，其比例常数为k；⑶弹性垫板（41）只起着传递压力的作用，即钢桥面（5）底的压力不会在预制梁（3）顶产生压力重分布，弹性垫板（41）不承受弯矩、弹性垫板自重作为预制梁的荷载；由以上计算模型可知，钢桥面（5）实际是简支梁上的弹性地基梁，预制梁（3）为普通的简支梁，于是可得钢桥面与预制梁叠合梁在均布荷载作用下的线性微分方程组，进而导出钢桥面（5）和预制梁（3）弯矩和剪力计算公式，公式一、公式二、在公式一、公式二中，——钢桥面（5）或预制梁（3）从一个端点至另一个端点之间的距离，；d——弹性固定每根工字钢纵梁（51）上的相邻两个扣件（4）之间的距离，cm；——相邻两根工字钢纵梁（51）中心的距离，；——钢桥面（5）在均布荷载和弹性垫板（41）沉陷所受的压力共同作用下的挠度曲线方程，；——预制梁（3）在均布荷载和钢桥面（5）传递压力共同作用下的挠度曲线方程，；——钢桥面（5）和沥青混凝土（7）恒载及车辆荷载的均布荷载强度总和，；——预制梁（3）、弹性垫板（41）和找平层（35）恒载均布荷载强度总和，；——弹性垫板（41）弹性系数，；——钢桥面（5）计算宽度的抗弯刚度，；——预制梁（3）计算宽度的抗弯刚度，；——钢桥面（5）计算宽度所受的弯矩，；——预制梁（3）计算宽度所受的弯矩，；——钢桥面（5）计算宽度所受的剪力，；——预制梁（3）计算宽度所受的剪力，；公式三、在公式三中——设计钢桥面锁定温度，；——当地历年最高钢桥面（5）温度，；——当地历年最低钢桥面（5）温度，；——保证钢桥面（5）满足强度条件的允许降温幅度，；——保证钢桥面（5）满足温度条件的允许升温幅度，；——保证当地钢桥面季...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志奇，周琪，徐懋刚，段群苗，周一勤，
申请(专利权)人：宁波交通工程建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33