一种槽箱混合梁及其应用的制作方法

专利检索2022-05-10  3



1.本发明属于桥梁技术领域,具体涉及一种槽箱混合梁及其应用。


背景技术:

2.在桥梁设计过程中,梁体的结构设计十分重要,往往直接制约了桥梁的设计施工成本和设计使用寿命。
3.目前,常规桥梁的主梁截面大多为混凝土箱梁或钢箱梁截面,其虽然整体性好,抗扭刚度大,但建筑高度一般在2m以上,梁高较大,很难满足建筑高度受限的设计情况;同时,钢结构的耐久性较差,后期维护次数多,维护费用高昂,导致其在上跨铁路工程中往往很少采用。
4.在现有技术中,对于建筑高度受限的桥梁工程而言,其主梁结构大多采用槽型梁方案,该槽型梁方案具有桥梁建筑高度低、结构轻巧、造型优美、降噪效果好、断面空间利用率高等特点。但是,由于槽型截面属于开口端面,导致其抗扭刚度较弱,因而大多应用在跨径不大且平面位于直线或者曲线半径较大的线位,以简支梁、连续梁或者斜拉桥的形式进行应用,导致主梁结构的跨度往往较小,很难满足在大跨度环境下的应用,也很难满足在水平转体桥梁工程中的应用,存在明显的局限性。


技术实现要素:

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种,本发明提供了一种槽箱混合梁及其应用,能有效解决槽型梁体抗扭承载力不足的问题,不仅能满足降低主梁建筑高度的要求,还能显著提高桥梁的跨径,实现桥梁的准确设计与施工。
6.为实现上述目的,本发明的一个方面,提供一种槽箱混合梁,其包括沿梁体纵向延伸的底板,所述底板上方形成有箱型梁段,并在该箱型梁段的两端分别形成有槽型梁段;
7.所述箱型梁段包括分设于所述底板横向两侧并沿纵向延伸的第一侧板,且两所述第一侧板的顶部设置有顶板,形成顶部闭口的箱型结构;
8.所述槽型梁段包括分设于所述底板横向两侧的第二侧板;所述第二侧板沿梁体纵向延伸,其一端延伸至底板的端部,另一端延伸至所述箱型梁段一侧,并与所述第一侧板的端部连接,使得所述底板的横向两侧分别形成连续的侧板结构。
9.作为本发明的进一步改进,所述第二侧板的高度自背离所述第一侧板的一端向另一端依次增加。
10.作为本发明的进一步改进,所述第二侧板连接所述第一侧板一端的高度等于该第一侧板的高度。
11.作为本发明的进一步改进,所述第二侧板的顶面在延伸方向上为弧形面。
12.作为本发明的进一步改进,两所述第一侧板之间还设置有至少一个第一隔板;
13.所述第一隔板沿纵向延伸,其顶部和底部分别连接所述顶板和所述底板,并将所述箱型梁段分隔为梁体横向上的多室结构。
14.作为本发明的进一步改进,所述箱型梁段的底部设置有加强部,用于增加箱型梁段与支撑结构连接处的底板厚度。
15.作为本发明的进一步改进,所述顶板和/或至少一个所述第一侧板上开设有若干透光孔。
16.作为本发明的进一步改进,至少一个所述第一侧板的内壁面上设置有接触网结构;和/或至少一个所述第二侧板的顶部设置有接触网结构。
17.本发明的另一个方面,提供一种桥梁结构,其包含所述槽箱混合梁,并在该槽箱混合梁的底部设置有立柱;
18.所述立柱的底部支撑在基础上,顶部支撑连接于所述箱型梁段的底板底面。
19.作为本发明的进一步改进,所述立柱支撑连接于所述箱型梁段的纵向中部。
20.作为本发明的进一步改进,所述箱型梁段位于所述立柱纵向一侧的长度不小于所述立柱该侧单孔跨径的1/3。
21.上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
22.总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有的有益效果包括:
23.(1)本发明的槽箱混合梁,其通过箱型梁段和槽型梁段的组合设置,有效实现了梁体各部位的抗扭功能设计,保证梁体各部位满足抗扭承载力设置需求的同时,避免了箱腹槽型梁的设置,节约了梁体成型时的材料,降低了梁体设计与施工的成本,节能环保。
24.(2)本发明的槽箱混合梁,其通过优选设计第二侧板在梁体纵向上的高度变化形式,满足不同部位抗扭能力的同时,充分考虑了底板横向两侧侧板在纵向延伸的整体性和完整性,保证结构稳定性的同时,降低了梁体的自重,节约了材料的使用,提升了梁体的景观特色。
25.(3)本发明的桥梁结构,其通过槽箱混合梁、立柱等结构的组合设置,形成结构受力稳定的转体t构形式,充分保证梁体设计与支撑的稳定性和可靠性,避免梁体结构的纵向上存在抗扭能力不足的薄弱区段,充分保证了结构的稳定性。
26.(4)本发明的槽箱混合梁,其结构简单,设置简便,能有效满足梁体在纵向上各部位的抗扭性能设计,提升梁体抗扭性能的同时,减轻梁体结构的自重,节约材料,提升梁体的抗震性能,可广泛适用于多种桥梁工程,尤其适用于受线路标高、纵坡、线形、桥下净空等条件控制,桥梁平面位于小曲率半径且建筑高度受限的水平转体桥梁工程,具有较好的应用前景和推广价值。
附图说明
27.图1是本发明实施例中槽箱混合梁的立体结构示意图;
28.图2是本发明实施例中槽箱混合梁的结构正视图;
29.图3是本发明实施例中槽箱混合梁的结构俯视图;
30.图4是本发明实施例中槽箱混合梁的结构a

a向剖视图;
31.图5是本发明实施例中槽箱混合梁的结构b

b向剖视图;
32.图6是本发明实施例中参与结构对比的实腹槽型梁结构示意图;
33.图7是本发明实施例中参与结构对比的箱型梁结构示意图;
34.图8是本发明实施例中参与结构对比的箱腹槽型梁结构示意图;
35.图9是本发明实施例中箱型梁段设置为单箱多室时的断面结构示意图;
36.在所有附图中,同样的附图标记表示相同的技术特征,具体为:
37.1、箱型梁段;2、槽型梁段;3、立柱;4、基础;
38.101、顶板;102、第一侧板;103、加强部;104、第一底板;105、第一隔板;201、第二侧板;202、第二底板。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
40.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
41.此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
42.在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。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。
43.在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
44.实施例:
45.请参阅图1~图3,本发明优选实施例中的槽箱混合梁包括梁体纵向上依次设置的箱型梁段1和槽型梁段2。其中,箱型梁段1设置在梁体结构的中部,其纵向的两侧分别设置有槽型梁段2,形成如图1中所示的梁体结构。
46.具体而言,优选实施例中的槽型梁段2为悬跨段,箱型梁段1为支撑段,即箱型梁段1设置在与桥墩、立柱等结构相接触的位置。由于梁体的扭矩主要集中在其支撑部位,因而优选实施例中将槽型梁与支撑结构接触的部位置换为箱型梁,利用箱型梁的设置提升梁体扭矩集中部位的受力稳定性。
47.如图1中所示,优选实施例中的槽箱混合梁包括沿梁体纵向延伸的底板,该底板包括设置在箱型梁段1处的第一底板104和设置在槽型梁段2处的第二底板202。其中,箱型梁段1包括分设于第一底板104横向两侧的第一侧板102,并在两第一侧板102的顶部设置有顶板101,形成闭口箱截面结构,如图4中所示。
48.在优选实施例中,通过将槽型梁与支撑结构匹配的部位设置为“箱型梁”结构,以此大幅提升了梁体结构的抗扭能力。在优选实施例中,采用梁高、净宽相等的实腹槽型梁、闭口箱型梁、箱腹槽型梁进行对比,如下表1中所示。其中,实腹槽型梁和箱腹槽型梁是两种应用较为广泛的槽型梁,如图6、图8中所示,而图7展示的是对应尺寸的闭口箱型梁。
49.表1不同截面梁体的特性值对比表
[0050][0051]
根据上述对比可知,在基础条件对等的情况下,闭口箱型梁与实腹槽型梁的截面面积相差1.24倍,抗弯惯性矩相差1.52倍,均在同等数量级,但两者的抗扭惯量却相差120倍,相差两个数量级。而且,即使与抗扭较好的箱腹槽型梁相比,闭口箱型梁的抗弯惯性矩为其抗弯惯性矩的0.9倍,两者基本相等;但是,闭口箱型梁的抗扭惯量却是箱腹槽型梁抗扭惯量的4.8倍,截面面积仅为箱腹式槽型梁的0.71倍。
[0052]
综上,相比实腹槽型梁,闭口箱型梁的截面面积小幅增大,但是抗扭惯量大幅提高,抗扭性能优势明显。同时,相比于箱腹式槽型梁,闭口箱型梁的截面面积明显更小,使得梁体的自重更轻,梁体材料消耗更少;而且,相比于箱腹槽型梁,闭口箱型梁的抗扭惯量明显更大,抗扭能力明显更强。正因如此,在优选实施例中,将梁体受弯矩较为集中的部位设置为闭口箱型梁形式;相应地,将梁体悬跨部位(即受弯矩作用相对较小的部位)设置为实腹槽型梁结构,一方面满足了梁体的抗弯性能要求,另一方面减少了梁体的自重,避免了材料的浪费,节能环保。
[0053]
进一步地,当梁体横向宽度较大时,可优选在箱型梁段1中对应设置若干第一隔板105,各第一隔板105沿纵向延伸,其顶部和底部分别连接顶板101和第一底板104,将箱型梁段1分隔为梁体横向上的“单箱多室”结构,例如图9中所示的“单箱双室”结构,以此提升箱型梁段1的结构强度。可以理解,根据实际设计与施工的需要,第一隔板105的设置数量可以更多,进而在梁体横向上将箱型梁段1分隔为单箱三室、单箱四室或者其他多室结构形式。
[0054]
如图1~图3中所示,优选实施例中的箱型梁段1两端分别设置有槽型梁段2,其包括第二底板202和分设于第二底板202两侧的第二侧板201。显然,对于槽型梁段2而言,其顶部不存在顶板,处于开放状态。同时,第一底板104与第二底板202以端部连接,第一侧板102与第二侧板201以端部连接,形成纵向上连续的底板结构和侧板结构,构成如图1中所示的梁体结构。
[0055]
更详细地,在优选实施例中,结合梁体结构的受力特点,即越接近箱型梁段1,其所
受的抗扭作用更加明显,因此,第二侧板201的高度自背离箱型梁段1的一端向另一端依次增加,直至增加到第一侧板102的高度为止。之所以如此设置第二侧板201的结构形式,一方面是为了节约材料,减轻自重;另一方面,由于箱型梁段1为闭口箱型结构,故其第一侧板102的高度设置应当满足梁体在竖向上的限界需求,即:
[0056]
若只考虑梁体的抗扭性能,第一侧板102的实际高度无需设置成图4中所示的高度,但是,考虑梁体在竖向上的限界需求后,第一侧板102的高度便需对应提高,也正因如此,对应顶部没有顶板限制的槽型梁段2而言,其第二侧板201的高度无需设置为与第一侧板102高度相同的形式。
[0057]
另外,在优选实施例中,如图2中所示,第二侧板201的顶面在延伸方向上为弧面,即第二侧板201的顶部在梁体纵向上呈抛物线延伸。
[0058]
在一个具体实施例中,槽箱混合梁设置为如图1中所示的转体t构梁形式,在箱型梁段1底面的纵向中部下方设置有立柱3,该立柱3的底部连接支撑于基础4上,为整个槽箱混合梁提供支撑。相应地,在上述槽箱混合梁中,位于立柱3一侧的箱型梁段1的长度不小于该侧单孔跨径的1/3。此外,为了提升箱型梁段1的采光效果,可在闭口箱型梁的顶板101和/或至少一侧第一侧板102上开设若干透光孔,以此增强闭口箱型梁的采光效果。
[0059]
可以理解,槽箱混合梁的设置形式不局限于上述转体t构梁中,其也可以对应设置在简支梁、连续梁或者连续刚构机构中,只需要将设置为槽型梁但其无法满足扭矩设计需求的区段对应替换为箱型梁段1即可,再综合梁体的受力设计和限界设计即可。
[0060]
进一步地,在优选实施例中,槽箱混合梁为曲线梁,如图3中所示,此时,若在底板上方设置轨道基础,需设置如图4、图5中所示的超高基础层,满足车辆轨道车辆运行的超高需求。对于槽型梁段2而言,其用于匹配车辆的接触网等机构支撑设置在至少一侧的第二侧板201顶部上方,如图5中所示;而对于箱型梁段1而言,其用于匹配车辆的接触网等机构支撑设置在至少一侧的第一侧板102的内侧壁面上,如图4中所示。
[0061]
优选地,为了提升箱型梁段1在立柱3处的支撑稳定性,在箱型梁段1的底部进行了加厚处理,即形成有如图1、图2中所示的加强部103。实际设置时,加强部103的厚度以及沿梁体纵向两端的延伸长度可根据实际情况进行优选,在此不做赘述。
[0062]
在实际设计过程中,槽箱混合梁的设计过程优选包括:首先,按槽型梁截面进行梁体的设计计算,得到各截面的扭矩,进行抗扭承载力验算,确定槽型梁结构中的抗扭能力不足的区段;其次,将上述抗扭能力不足的梁段替换为箱型梁段1,在此基础上重新验算梁体的抗扭承载力,并进一步优化截面构造;最后,根据工程特点进行动力性能、变形性能、温度模式、施工工法等方面的分析验算,完善结构设计。
[0063]
本发明中的槽箱混合梁,其结构简单,设置简便,能有效满足梁体在纵向上各部位的抗扭性能设计,提升梁体抗扭性能的同时,减轻梁体结构的自重,节约材料,提升梁体的抗震性能,可广泛适用于多种桥梁工程,尤其适用于受线路标高、纵坡、线形、桥下净空等条件控制,桥梁平面位于小曲率半径且建筑高度受限的水平转体桥梁工程,具有较好的应用前景和推广价值。
[0064]
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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