提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法和组合结构箱梁技术

本发明专利技术提供一种提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法和组合结构箱梁，方法包括以下步骤：步骤1.建立刚构桥的有限元模型并进行仿真分析，预测箱梁腹板的开裂段位置；步骤2.将开裂段位置作为设置钢混组合腹板的位置，对桥不同节段的截面重新进行设计，并对桥受力状态重新进行仿真模拟，以确定箱梁尺寸；步骤3.对箱梁抗剪能力和刚度、和桥梁跨中挠度是否满足设计要求进行验算，不满足则修改尺寸，重新进行步骤2，直至满足要求则确定施工尺寸；步骤4.根据施工尺寸，在预测位置处腹板钢筋外表面设置带齿钢板，并且将带齿钢板上的钢筋齿与腹板钢筋连接，然后浇筑混凝土，使得腹板钢筋与带齿钢板固结成钢混组合腹板，最终形成钢混组合的箱梁。

【技术实现步骤摘要】
提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法和组合结构箱梁
本专利技术属于大跨度桥梁结构工程
，具体涉及一种提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法和组合结构箱梁。技术背景大跨连续刚构桥为连续刚体，整体性好、刚度大，与薄壁墩固结而成，很好地结合了连续梁桥和T型刚构桥的优点。它具有适应性较强、施工方便、方便维护、结构造型优美、经济性好、行车方便舒适等优点。随着西部大开发政策的推行和东部、南部跨海连江工程的实施，大跨连续钢构桥的建造仍在继续，设计和建造水平仍在不断发展和提高之中，大跨连续钢构桥在未来将会向着更大跨更高墩的方向发展。随着高墩大跨连续刚构桥的发展，一些困扰桥梁工程设计和施工人员的问题也随之而来。混凝土的收缩徐变、施工质量控制不严、后期维护不当以及运营期间车辆超载等许多因素会导致混凝土桥梁的开裂和下挠。防止箱梁腹板的开裂和跨中下挠是传统大跨连续刚构桥面临的一个重要的技术难题。目前，在大跨连续刚构桥的设计阶段，解决该技术难题的方法大概分为3种：一是采用组合结构体系，如跨中段用钢箱梁替代混凝土箱梁法；该方法增加了钢混结合段的安全与疲劳隐患，且带来了施工上的不方便。另一种是全部采用波形钢腹板替代混凝土腹板。这种结构制作成本较高、相比混凝土箱梁抗扭和抗畸变能力下降、屈曲破坏较为突然。该腹板与上下混凝土梁板的连接是个关键问题。再一种就是采用组合结构箱梁段，如局部节段采用劲性骨架或预应力钢管混凝土桁架外包混凝土箱梁。该方法需要认真处理骨架或桁架与混凝土之间的粘结问题，以及组合结构梁段与混凝土段的连接，同时，这种组合梁内力分布复杂，不方便设计。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法和组合结构箱梁。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<方法>本专利技术提供一种提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.建立大跨连续刚构桥的有限元模型，并进行仿真分析，预测箱梁腹板可能发生开裂的开裂段位置；步骤2.将开裂段位置作为设置钢混组合腹板的位置，对大跨连续刚构桥不同节段的截面重新进行设计，并对大跨连续刚构桥在施工和运营期的受力状态重新进行有限元仿真模拟，以确定整个箱梁的截面尺寸，包括钢混组合腹板段中混凝土和带齿钢板的尺寸；其中，钢混组合腹板包含腹板钢筋、设置在该腹板钢筋外表面上并且与之相锚固的带齿钢板、和固结腹板钢筋和带齿钢板的混凝土结构；步骤3.对箱梁和钢混组合腹板的抗剪能力和刚度、以及桥梁跨中挠度是否满足设计要求进行验算，如果不满足要求，则修改尺寸，重新进行步骤2，直至满足要求则将该尺寸确定为施工尺寸；步骤4.根据施工尺寸，在预测的开裂段位置处腹板钢筋外表面沿纵桥向设置带齿钢板，并且将带齿钢板上的钢筋齿与腹板钢筋连接，然后浇筑混凝土，使得腹板钢筋与带齿钢板固结形成钢混组合腹板，最终形成钢混组合的箱梁。本专利技术提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，还可以具有以下特征：钢板上均匀设置有多个钢筋齿，钢筋齿为U型钢筋，U型钢筋通过焊接方式固定在钢板上。本专利技术提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，还可以具有以下特征：钢筋齿的长度为15～25mm，相邻钢筋齿之间的间距为500mm～2000mm。本专利技术提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，还可以具有以下特征：带齿钢板设置在预测的开裂段位置处腹板钢筋的至少一侧外表面。本专利技术提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，还可以具有以下特征：在预测的开裂段位置处腹板钢筋的两侧外表面上都设置有带齿钢板。<组合结构箱梁>本专利技术还提供一种提高大跨连续刚构桥抗裂性能的组合结构箱梁，其特征在于，包括：翼缘、上顶板、下底板、以及多个钢混组合腹板，其中，钢混组合腹板设置在翼缘、上顶板、和下底板之间，钢混组合腹板包含：腹板钢筋、带齿钢板、和混凝土结构，带齿钢板包含：钢板、和设置在钢板一侧面上的多个钢筋齿，钢筋齿与腹板钢筋连接，带齿钢板沿纵桥向设置在腹板钢筋外表面，混凝土结构将腹板钢筋与带齿钢板相固结在一起。本专利技术提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的组合结构箱梁，还可以具有以下特征：设置在上顶板、下底板、和钢混组合腹板内的备用预应力管道、预应力钢束、和张拉端锚具。本专利技术提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的组合结构箱梁，还可以具有以下特征：钢筋齿的长度为15～25mm，相邻钢筋齿之间的间距为500mm～2000mm。本专利技术提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，还可以具有以下特征：在腹板钢筋的相对向的两侧外表面上都设置有带齿钢板。本专利技术提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的组合结构箱梁，还可以具有以下特征：在下底板中的跨中底板上设有多个钢混组合底板，钢混组合底板包含：底板钢筋、带齿钢底板、和底板混凝土结构，带齿钢底板包含：钢底板、和设置在钢底板一侧面上的多个底板钢筋齿，底板钢筋齿与底板钢筋连接，带齿钢底板沿顺桥向设置在底板钢筋外表面，底板混凝土结构将底板钢筋与带齿钢底板相固结在一起。专利技术的作用与效果(1)本专利技术采用有限元模拟分析，有效地预测运营期大跨连续刚构桥的混凝土箱梁裂缝发生位置，进一步通过在箱梁的腹板内侧增加布置带锚固钢筋的钢板，形成了一种用于大跨连续刚构桥的钢混组合的组合结构箱梁，这种钢混组合结构可以替代已有的通过增加混凝土腹板厚度来抗剪的方法，充分利用钢和混凝土的组合性能优势，增强了箱梁腹板的抗剪能力，有效缓解了大跨连续刚构桥因混凝土收缩徐变、温度等因素引起的裂缝开展问题，从而能更好地保障大跨连续刚构桥的长期正常使用；(2)由于在腹板内侧增加了沿纵桥向布置的钢板，因而可以降低箱梁中混凝土的用量，从而减少大跨连续刚构桥中混凝土的收缩徐变效应。(3)本专利技术提出的组合结构箱梁构造简单、施工方便，它不需要考虑结合段的连接问题，而且截面应力分布规律，便于设计。附图说明图1为本专利技术实施例涉及的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法的流程图；图2为本专利技术实施例所涉及的大度跨度连续刚构桥有限元模型示意图；图3为本专利技术实施例所涉及的混凝土箱梁的截面示意图；图4为本专利技术实施例所涉及的钢混组合腹板的结构示意图；图5为本专利技术实施例所涉及的组合结构箱梁的截面结构示意图；图6为本专利技术实施例所涉及的组合结构箱梁的立体结构示意图；图7为本专利技术所涉及的另一种组合结构箱梁的截面示意图一；图8为本专利技术所涉及的另一种组合结构箱梁的截面示意图二；图9为本专利技术所涉及的另一种组合结构箱梁的立体结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术涉及的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法和组合结构箱梁的具体实施方案进行详细地说明。<实施例>如图1所示，本实施例所提供的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法包括以下步骤：步骤1.如图2所示，建立大跨连续刚构桥10的有限元模型，并对桥梁在施工和运营期的受力状态进行有限元仿真分析，预测如图3所示的混凝土箱梁腹板可能发生开裂的开裂段位置和程度及跨中下挠。具体为：考虑混凝土收缩、徐变和预应力松弛效应等因素的影响，将整个分析过程划分为n个时间段，计算初始时刻t0的单元内力F0和节点位移δ0，计算出t1-t0时段内的等效节点力P1、单元内力F1和节点位移δ1，并分别将其与初始时刻进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.建立大跨连续刚构桥的有限元模型，并进行仿真分析，预测箱梁腹板可能发生开裂的开裂段位置；步骤2.将开裂段位置作为设置钢混组合腹板的位置，对大跨连续刚构桥不同节段的截面重新进行设计，并对大跨连续刚构桥在施工和运营期的受力状态重新进行有限元仿真模拟，以确定整个箱梁的截面尺寸，包括所述钢混组合腹板的尺寸；其中，所述钢混组合腹板包含腹板钢筋、设置在该腹板钢筋外表面上并且与之相锚固的带齿钢板、和固结所述腹板钢筋和所述带齿钢板的混凝土结构；步骤3.对箱梁和钢混组合腹板的抗剪能力和刚度、以及桥梁跨中挠度是否满足设计要求进行验算，如果不满足要求，则修改尺寸，重新进行所述步骤2，直至满足要求，则将该尺寸确定为施工尺寸；步骤4.根据所述施工尺寸，在预测的所述开裂段位置处的腹板钢筋外表面沿纵桥向设置所述带齿钢板，并且将所述带齿钢板上的钢筋齿与所述腹板钢筋锚固连接，然后浇筑混凝土，使得所述腹板钢筋与所述带齿钢板固结形成所述钢混组合腹板，最终形成钢混组合的箱梁。

【技术特征摘要】
1.一种提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.建立大跨连续刚构桥的有限元模型，并进行仿真分析，预测箱梁腹板可能发生开裂的开裂段位置；步骤2.将开裂段位置作为设置钢混组合腹板的位置，对大跨连续刚构桥不同节段的截面重新进行设计，并对大跨连续刚构桥在施工和运营期的受力状态重新进行有限元仿真模拟，以确定整个箱梁的截面尺寸，包括所述钢混组合腹板的尺寸；其中，所述钢混组合腹板包含腹板钢筋、设置在该腹板钢筋外表面上并且与之相锚固的带齿钢板、和固结所述腹板钢筋和所述带齿钢板的混凝土结构；步骤3.对箱梁和钢混组合腹板的抗剪能力和刚度、以及桥梁跨中挠度是否满足设计要求进行验算，如果不满足要求，则修改尺寸，重新进行所述步骤2，直至满足要求，则将该尺寸确定为施工尺寸；步骤4.根据所述施工尺寸，在预测的所述开裂段位置处的腹板钢筋外表面沿纵桥向设置所述带齿钢板，并且将所述带齿钢板上的钢筋齿与所述腹板钢筋锚固连接，然后浇筑混凝土，使得所述腹板钢筋与所述带齿钢板固结形成所述钢混组合腹板，最终形成钢混组合的箱梁。2.根据权利要求1所述的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，其特征在于：其中，所述钢板上均匀设置有多个所述钢筋齿，所述钢筋齿为U型钢筋，所述U型钢筋通过焊接方式固定在所述钢板上。3.根据权利要求1所述的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，其特征在于：其中，所述钢筋齿的长度为15～25mm，相邻所述钢筋齿之间的间距为500mm～2000mm。4.根据权利要求1所述的提高大跨连续刚构桥抗裂性能的方法，其特征在于：其中，所述带齿钢板设置在预测的所述开裂段位置处腹板钢筋的至少一侧外表面。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄斌，谢尊，王頠，徐训，蒲武川，姜增国，秦世强，康俊涛，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42