本发明涉及桥梁工程领域，特别涉及一种对接预制结合梁及施工方法。
背景技术：
目前，钢-混凝土组合桥梁是将混凝土桥面板通过剪力连接件与钢主梁连接形成整体共同受力的桥梁结构形式。与传统混凝土桥梁相比，钢-混凝土组合桥梁自重轻，抗震性能好，施工速度快，显著增大桥下净空，同时提升桥梁景观效果；与钢桥相比，经济性好，整体抗弯承载力提高，避免了钢桥面铺装层易损的难题，在桥梁建设中不断得到广泛应用。对于多跨连续梁，支座位置具有明显的负弯矩效应，跨中位置具有明显的正弯矩效应，采用混凝土预应力梁设计时可以通过调整顶底板钢束进行受力性能优化，而对于采用钢混结合梁设计时，一般都采用相同断面的工字型钢梁与混凝土板结合。
发明人研究发现，相关技术多是在工字型钢梁上翼缘板设置剪力钉或剪力键，无法根据结构支点或跨中位置受力不同进行合理设计，导致结构受力不合理，特别是工字型钢梁上翼缘处于组合结构中性轴附近，受力较小，不能充分发挥钢材性能，造成结构整体用钢量偏大。同时，钢混结合面混凝土通常会开裂，剪力传递不均匀，钢混组合梁耐久性不稳定。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种对接预制结合梁，通过调整钢梁腹板和混凝土腹板的高度，使结构受力更合理，增强钢混组合梁的抗拔和抗剪能力的同时加强了整体结构的耐久性。
第一方面，提供了一种对接预制结合梁，其包括：钢主梁，其包括钢梁底板以及固定于所述钢梁底板上的钢梁腹板；底层桥面板，其设于所述钢梁腹板的顶部，且所述底层桥面板包括混凝土腹板和混凝土顶板；所述钢梁腹板与所述混凝土腹板通过横向剪力钉对接；所述钢梁腹板与所述混凝土腹板的高度沿纵桥向变化。
一些实施例中，所述钢梁腹板的高度沿支座位置向跨中位置逐渐增大；所述混凝土腹板的高度沿支座位置向跨中位置逐渐减小。
一些实施例中，所述混凝土腹板的高度变化幅度与所述钢梁腹板的高度变化幅度相等。
一些实施例中，所述横向剪力钉沿所述钢梁腹板的上边缘布置，且所述横向剪力钉沿纵桥向等间距布置。
一些实施例中，所述钢主梁上布置有横向剪力钉的一侧还设有凹凸齿槽；所述钢主梁通过所述凹凸齿槽与所述底层桥面板结合。
一些实施例中，所述钢梁底板与所述钢梁腹板采用焊接或栓接形成整体预制件。
一些实施例中，所述混凝土腹板与所述混凝土顶板采用一次浇筑完成或分批浇筑完成。
第二方面，提供一种对接预制结合梁施工方法，其包括：预制钢梁腹板，使所述钢梁腹板一侧的边缘呈渐变形状；预制混凝土腹板，使所述混凝土腹板一侧的边缘呈渐变形状；将钢梁腹板固定于钢梁底板形成整体预制件；将所述混凝土腹板与所述整体预制件结合。
一些实施例中，在将所述混凝土腹板与所述整体预制件结合之前，还包括：在预制钢梁腹板上预埋横向剪力钉。
一些实施例中，还包括：将混凝土顶板与混凝土腹板浇筑成型。本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：设置钢梁腹板与混凝土腹板的高度沿纵桥向变化，可以根据实际结构的需要调节钢梁腹板与混凝土腹板的高度，使钢混组合梁的受力更合理，增强其抗拔和抗剪能力的同时，还能加强了整体结构的耐久性，节省混凝土与钢材的用量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种对接预制结合梁沿纵桥向的立面剖视图；
图2为本发明实施例提供的底层桥面板沿纵桥向的剖面示意图；
图3为本发明实施例提供的钢主梁沿纵桥向的剖面示意图；
图4为图1中一种对接预制结合梁a-a断面的剖面示意图；
图5为图1中一种对接预制结合梁b-b断面的剖面示意图；
图6为图1中一种对接预制结合梁c-c断面的剖面示意图；
图7为图1中一种对接预制结合梁d-d断面的剖面示意图；
图8为图1中一种对接预制结合梁e-e断面的剖面示意图；
图9为本发明实施例提供的一种对接预制结合梁的示意图；
附图标记：1、钢主梁；10、钢梁底板；11钢梁腹板；2、底层桥面板；20、混凝土腹板；21混凝土顶板；3、横向剪力钉；4、凹凸齿槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种对接预制结合梁，如图1所示，其包括：钢主梁1和底层桥面板2；其中，钢主梁1包括钢梁底板10以及固定于钢梁底板10上的钢梁腹板11；底层桥面板2设于钢梁腹板11的顶部，且底层桥面板2包括混凝土腹板20和混凝土顶板21；钢梁腹板11与混凝土腹板20通过横向剪力钉3对接；钢梁腹板11与混凝土腹板20的高度沿纵桥向变化。可优选地，凝土腹板20和混凝土顶板21的材料包括普通混凝土、高性能混凝土及再生混凝土材料等。
在本实施例中，由于桥梁在车轮移动荷载作用下，主梁上会直接产生竖向上下交替荷载，即上拔力。而横向剪力钉3安装在主梁侧面，横向设置可以有效抵抗这种上拔力，起到较强的抗拔作用，相对于传统的工字型钢主梁结构中设置的纵向剪力钉或剪力键，横向设置的剪力钉可以充分发挥出剪力钉的抗拔和抗剪性能。同时，结构中底层桥面板2是通过钢主梁1中设置的横向剪力钉3与钢主梁1进行腹板对接，省去了传统工字型钢主梁结构中顶层钢板的设置，减少了钢材的用量。设置钢梁腹板与混凝土腹板的高度沿纵桥向变化，可以充分发挥混凝土抗压、钢材抗拉的特性，尽量避免混凝土受拉和钢材受压过大而产生的不利因素，包括：混凝土受拉过大容易开裂脱落、钢梁受压过大会局部失稳，需要设置加劲肋等问题。使钢混组合梁的受力更合理，增强其抗剪能力的同时，还能优化混凝土与钢材的用量，减少工程造价。
如图2所示，在一些实施例中，可以设置混凝土腹板20的高度沿支座位置向跨中位置逐渐减小。如图3所示，在一些实施例中，可以设置钢梁腹板11的高度沿支座位置向跨中位置逐渐增大。具体地，如图4所示，在跨中位置，钢梁腹板11的高度最大，而混凝土腹板20的高度最小，如图8所示，在支座位置，钢梁腹板11的高度最小，而混凝土腹板20的高度最大。如图5、图6、图7所示，在其他位置时，钢梁腹板11与混凝土腹板20沿支座位置向跨中位置逐渐变化，且变化方向相反。
由于支座附近压力大，钢主梁腹板容易发生局部失稳，现有技术中是在支座处设置支承加劲肋。在上述实施例中，通过高度调整，增加混凝土腹板高度，减少支座处钢梁高度，无需设置支承加劲肋。因此，由于支座位置受到压力较大、拉力较小，跨中位置的压力相对较小但拉力较大，可使混凝土腹板与钢主梁结合后受力更合理，优化了钢混组合梁的结构。
如图1所示，在一些实施例中，混凝土腹板20的高度变化幅度与所述钢梁腹板11的高度变化幅度相等。这样设置可以节约混凝土和钢材的用量，同时保证结合梁总高度不变，在外观上满足结构净空和美观要求。可优选地，钢梁腹板高度为400mm～1500mm，混凝土腹板高度为400mm～1500mm，在支座位置钢梁腹板11的高度最小，混凝土腹板20的高度最大；在跨中位置钢梁腹板11的高度最大，混凝土腹板20的高度最小，其余位置钢梁腹板11与混凝土腹板20等比例的变化，且变化方向相反。
如图3所示，在一些实施例中，横向剪力钉3沿所述钢梁腹板11的上边缘布置。混凝土腹板20通过横向剪力钉3与钢梁腹板11对接，可减少混凝土的用量。可优选地，横向剪力钉3沿纵桥向等间距布置。可使剪力传递更均匀，耐久性更稳定。可优选地，横向剪力钉3的直径为12mm～25mm，长度为120mm～150mm，横向剪力钉3沿纵桥向间距为200mm～300mm。
如图1所示，在一些实施例中，钢主梁1上布置有横向剪力钉3的一侧还设有凹凸齿槽4；所述钢主梁1通过所述凹凸齿槽4与所述底层桥面板2结合。凹凸齿槽4能与底层桥面板2之间形成咬合，使钢主梁1与底层桥面板2的结合更稳定。可优选地，凹凸齿槽4为ω型凹凸齿槽，可选择凹凸齿槽高度为150～250mm，凹凸齿槽宽度为300～500mm。
在一些实施例中，钢梁底板10与钢梁腹板11采用焊接或栓接形成整体预制件。整体预制件可在工厂内制造完成，降低现场施工的难度和占用时间。
在一些实施例中，混凝土腹板20与混凝土顶板21采用一次浇筑完成或分批浇筑完成。
在一些实施例中，如图9所示，本发明提供对接预制结合梁可以形成工字型的结合梁，也可以组合成箱形的结合梁。
本发明实施例提供了一种对接预制结合梁施工方法，其包括：预制钢梁腹板11，使钢梁腹板11一侧的边缘呈渐变形状；预制混凝土腹板20，使混凝土腹板20一侧的边缘呈渐变形状；将钢梁腹板11固定于钢梁底板10形成整体预制件；将混凝土腹板20与整体预制件结合。
在上述实施例中，在将混凝土腹板20与整体预制件结合之前，还包括：在预制钢梁腹板11上预埋横向剪力钉3。
在一些实施例中，还包括将混凝土顶板21与混凝土腹板20浇筑成型。
本发明实施例提供的一种对接预制结合梁及施工方法，可实现的有益效果包括：改变了传统钢混结合梁工字型翼缘板的结合方式，采用腹板对接结合形式，同时通过调整腹板渐变高度，合理优化结构受力。钢主梁腹板与混凝土桥面板整体结合性能好，整体结构的耐久性优，抗拔、抗剪性能强，混凝土抗裂性能好，钢材用量少，具有吊装重量轻、预制速度快、施工周期短、占地少、噪音低等特点，解决城市高架桥与跨线桥施工对桥下交通严重阻碍与环境污染的难题，在市政桥梁应用前景广阔。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种对接预制结合梁，其特征在于，其包括：
钢主梁(1)，其包括钢梁底板(10)以及固定于所述钢梁底板(10)上的钢梁腹板(11)；
底层桥面板(2)，其设于所述钢梁腹板(11)的顶部，且所述底层桥面板(2)包括混凝土腹板(20)和混凝土顶板(21)；
所述钢梁腹板(11)与所述混凝土腹板(20)通过横向剪力钉(3)对接；
所述钢梁腹板(11)与所述混凝土腹板(20)的高度沿纵桥向变化。
2.如权利要求1所述的一种对接预制结合梁，其特征在于，所述钢梁腹板(11)的高度沿支座位置向跨中位置逐渐增大；
所述混凝土腹板(20)的高度沿支座位置向跨中位置逐渐减小。
3.如权利要求2所述的一种对接预制结合梁，其特征在于，所述混凝土腹板(20)的高度变化幅度与所述钢梁腹板(11)的高度变化幅度相等。
4.如权利要求1所述的一种对接预制结合梁，其特征在于，所述横向剪力钉(3)沿所述钢梁腹板(11)的上边缘布置，且所述横向剪力钉(3)沿纵桥向等间距布置。
5.如权利要求1所述的一种对接预制结合梁，其特征在于，所述钢主梁(1)上布置有横向剪力钉(3)的一侧还设有凹凸齿槽(4)；
所述钢主梁(1)通过所述凹凸齿槽(4)与所述底层桥面板(2)结合。
6.如权利要求1所述的一种对接预制结合梁，其特征在于，所述钢梁底板(10)与所述钢梁腹板(11)采用焊接或栓接形成整体预制件。
7.如权利要求1所述的一种对接预制结合梁，其特征在于，所述混凝土腹板(20)与所述混凝土顶板(21)采用一次浇筑完成或分批浇筑完成。
8.一种对接预制结合梁施工方法，其用于权利要求1至7任一项所述的一种对接预制结合梁，其特征在于，其包括：
预制钢梁腹板(11)，使所述钢梁腹板(11)一侧的边缘呈渐变形状；
预制混凝土腹板(20)，使所述混凝土腹板(20)一侧的边缘呈渐变形状；
将钢梁腹板(11)固定于钢梁底板(10)形成整体预制件；
将所述混凝土腹板(20)与所述整体预制件结合。
9.如权利要求8所述的一种对接预制结合梁施工方法，其特征在于，在将所述混凝土腹板(20)与所述整体预制件结合之前，还包括：
在预制钢梁腹板(11)上预埋横向剪力钉(3)。
10.如权利要求8所述的一种对接预制结合梁施工方法，其特征在于，其包括：将混凝土顶板(21)与混凝土腹板(20)浇筑成型。
技术总结