本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)工程，具體涉及一種鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、橋梁是公路、鐵路、城市道路和農(nóng)村道路及水利建設(shè)中為了跨越各種障礙(如河流、或其它結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)物。按結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)劃分，橋梁可分為梁、拱、剛架、吊與組合體系?；炷两Y(jié)構(gòu)主要采用梁、拱、剛架體系?；炷吝B續(xù)剛構(gòu)橋是大跨度橋梁的一種基本橋型，是中國乃至世界在交通領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種大跨度混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，具備以下三個特點(diǎn)：①墩柱采用墩梁固結(jié)，墩柱具備一定柔度從而形成擺動肢撐體系；②上部結(jié)構(gòu)仍然具有連續(xù)梁的受力特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)斷面一般為箱梁，箱梁高度與跨徑比值，根部為1/16～1/18，跨中為1/30～1/60；③上部結(jié)構(gòu)采用懸臂法施工，墩梁固結(jié)省掉大型支座。

2、傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用跨徑約在60～200m，在跨徑超過200m時，易出現(xiàn)跨中下?lián)?、梁體變形、開裂等缺陷，嚴(yán)重影響了橋梁的使用壽命和耐久性，限制了這種橋型的跨越能力。目前，我國有數(shù)以百計(jì)的大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)了上述結(jié)構(gòu)性缺陷和耐久性問題。為了提高連續(xù)剛構(gòu)橋的跨越能力、避免后期跨中下?lián)?，國?nèi)外多從材料方面入手：世界跨徑最大的挪威stolma大橋，主跨徑301m，跨中184m箱梁采用lc60輕質(zhì)混凝土；中國重慶石板坡大橋，主跨徑330m，跨中103m區(qū)段采用鋼箱梁。由于我國材料、施工、管理技術(shù)存在差距，采用鋼梁又受制于運(yùn)輸條件，連續(xù)剛構(gòu)橋的技術(shù)進(jìn)步停滯不前。總體上看，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的主要不足是：①跨越能力小，材料利用率較低，在跨徑大于200m時，工程經(jīng)濟(jì)性急劇惡化；②結(jié)構(gòu)承載效率低，應(yīng)用于跨徑大于200m橋梁時，易出現(xiàn)開裂、下?lián)蠁栴}，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)增大，結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性劣化；③上部結(jié)構(gòu)重量大，導(dǎo)致橋墩、基礎(chǔ)受力大，抵抗地震的能力差等問題。

3、混凝土空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋型，是在常規(guī)連續(xù)剛構(gòu)形式上的一種新的改型，其主要思路是加大箱梁根部高度，并對箱梁根部的腹板進(jìn)行挖空，減輕自重，形成梁-拱組合力學(xué)效應(yīng)，從而提高結(jié)構(gòu)承載效率，增強(qiáng)橋梁跨越能力?？崭故竭B續(xù)剛構(gòu)具有與常規(guī)連續(xù)剛構(gòu)橋相似的平衡懸臂施工特點(diǎn)和運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用少、工程造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，其經(jīng)濟(jì)跨徑在220～400米。

4、但混凝土空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋在實(shí)際應(yīng)用中，仍存在一些不足：①空腹區(qū)域上弦梁段采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，在整個橋梁結(jié)構(gòu)體系屬于偏心受拉結(jié)構(gòu)，為抵抗拉力需要配置大量的預(yù)應(yīng)力筋，施工復(fù)雜，且存在開裂風(fēng)險(xiǎn)，而一旦開裂則嚴(yán)重影響橋梁的耐久性，甚至導(dǎo)致空腹區(qū)域的受力體系失效，危及橋梁安全；②混凝土空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)用于300米以上較大跨度時，跨間常規(guī)混凝土梁段的預(yù)應(yīng)力需要穿過上弦梁段錨固，預(yù)應(yīng)力筋的長度與橋梁跨度相當(dāng)，而超長的預(yù)應(yīng)力筋的張拉困難、預(yù)應(yīng)力損失大、效率下降，導(dǎo)致混凝土空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋的實(shí)際跨度難以超過320米；③上弦混凝土梁段與下弦混凝土梁段的施工在空間和時間上交織，效率較低、工期較長，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益難以發(fā)揮。這些因素也制約了混凝土空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋型結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)，能夠提高梁式橋梁結(jié)構(gòu)的承載效率，具備更大的跨越能力、并與傳統(tǒng)的施工方法銜接良好、便于實(shí)施。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)，包括至少一個主橋墩和兩個過渡墩或橋臺；主橋墩支承在主墩基礎(chǔ)之上，過渡墩或橋臺支承在過渡墩基礎(chǔ)或橋臺基礎(chǔ)之上；主橋墩自下而上分為下墩柱和上墩柱兩部分，下墩柱采用雙肢結(jié)構(gòu)，上墩柱采用雙肢結(jié)構(gòu)或單肢結(jié)構(gòu)；上墩柱與下墩柱之間通過下弦0號梁段連接，在上墩柱的頂部設(shè)鋼結(jié)構(gòu)的上弦0號梁段；在上弦0號梁段的縱向兩側(cè)，對稱地伸出鋼結(jié)構(gòu)的上弦梁段，上弦梁段采用開口朝下的形截面或箱形截面；在下弦0號梁段的縱向兩側(cè)，對稱地伸出混凝土結(jié)構(gòu)的下弦梁段，下弦梁段對稱地分為多個小節(jié)段按斜上的方向與上弦梁段逐步匯合，下弦梁段采用開口朝上的形截面或箱形截面，在橋梁跨度大于300米時，下弦梁段采用混凝土箱形截面；上弦梁段與下弦梁段匯合處設(shè)匯合節(jié)點(diǎn)；上墩柱、上弦梁段、下弦梁段形成三角形的空腹區(qū)域；空腹區(qū)域的上弦梁段與下弦梁段之間連接有至少一組豎向連接柱；

3、從主橋墩的縱向兩側(cè)的匯合節(jié)點(diǎn)開始，對稱地分為多個小節(jié)段伸出箱形混凝土結(jié)構(gòu)的跨間梁段，逐段施工直至與相鄰主橋墩伸出的跨間梁段或與過渡墩或橋臺伸出的邊跨梁段的距離為2～5米，形成以主橋墩為對稱點(diǎn)的、平衡的、包含空腹區(qū)域的t形結(jié)構(gòu)；相鄰主橋墩的t形結(jié)構(gòu)之間設(shè)主跨合龍段連接、主橋墩的t形結(jié)構(gòu)與邊跨梁段之間設(shè)邊跨合龍段連接；全部合攏段完成，形成鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)；

4、所述主橋墩的縱向兩側(cè)的上弦梁段按3～10米的長度對稱地劃分為多個上弦小節(jié)段和鋼混過渡段，采用預(yù)制或現(xiàn)場焊接制作，從主橋墩的縱向兩側(cè)對稱懸臂施工或頂推施工；

5、所述主橋墩的縱向兩側(cè)的跨間梁段按3～6米的長度對稱地劃分為多個跨間小節(jié)段，從主橋墩的縱向兩側(cè)對稱地預(yù)制吊裝或現(xiàn)澆施工；每個跨間小節(jié)段采用預(yù)應(yīng)力筋與已完成的跨間梁段錨固，預(yù)應(yīng)力筋一頭錨固于跨間小節(jié)段的端部、另一頭穿過匯合節(jié)點(diǎn)錨固于上弦梁段中的鋼混過渡段中；

6、所述上弦梁段、下弦梁段與跨間梁段的腹板的個數(shù)、橫向位置一一對應(yīng)；

7、所述下弦梁段的形心軸線上拱；

8、所述下弦梁段的下緣曲線與跨間梁段的下緣曲線在匯合節(jié)點(diǎn)處的一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，跨間梁段的下緣曲線與下弦梁段的下緣曲線采用連續(xù)的2.0～3.0次拋物線曲線，下弦梁段的底板與跨間梁段的底板平順對接；

9、與匯合節(jié)點(diǎn)連接處的上弦梁段中的鋼混過渡段的腹板間距b1、下弦梁段的腹板間距b2、匯合節(jié)點(diǎn)的腹板間距b3的尺寸滿足：b1＝b2＝b3；

10、與匯合節(jié)點(diǎn)連接處的上弦梁段中的鋼混過渡段的腹板厚度d1、下弦梁段的腹板厚度d2、匯合節(jié)點(diǎn)的腹板厚度d3的尺寸滿足：d1＝d2＝d3；

11、與匯合節(jié)點(diǎn)連接處的下弦梁段的底板厚度t2與匯合節(jié)點(diǎn)的底板厚度t3的尺寸滿足：t2＝t3。

12、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：主橋墩至過渡墩或橋臺的距離為邊跨長度l1，相鄰主橋墩之間的距離為主跨跨度l，邊跨長度l1為主跨跨度l的0.55～0.65；

13、上弦梁段的截面高度h1、下弦梁段的截面高度h2、以及上墩柱的高度h2根據(jù)力學(xué)計(jì)算確定，按下面公式確定預(yù)估值：

14、h1＝3.0～6.0m；

15、h2＝(1/80～1/40)l；

16、h2＝(1/6～1/8)l；

17、下墩柱的高度h1滿足下式：h1≥(0.10～0.15)l。

18、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：主橋墩的縱向兩側(cè)的下弦梁段按3～6米的長度對稱地劃分為多個下弦小節(jié)段，采用預(yù)制吊裝或現(xiàn)澆對稱施工，并利用上墩柱設(shè)多道平衡扣索，平衡扣索在匯合節(jié)點(diǎn)施工完成后拆除；

19、主橋墩的縱向兩側(cè)的下弦小節(jié)段的平衡扣索采用連續(xù)的方式通過上墩柱上預(yù)留的孔道，錨固在下弦小節(jié)段的端部。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

21、1)本發(fā)明的鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的空腹區(qū)域?yàn)槿切蔚目蚣芙Y(jié)構(gòu)，將常規(guī)連續(xù)剛構(gòu)橋梁中承受巨大彎矩和剪力的臨近主橋墩的區(qū)域，由梁受力模式轉(zhuǎn)化為上弦梁段受拉、下弦梁段受壓的力學(xué)體系，提高了結(jié)構(gòu)承載效率；連續(xù)剛構(gòu)橋梁中彎矩和剪力相對較小的跨中區(qū)域采用混凝土箱梁，保留為梁受力模式，再通過匯合節(jié)點(diǎn)將兩種受力體系有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)了更大的跨越能力和在跨度較大時更好的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)超常規(guī)連續(xù)連續(xù)剛構(gòu)橋的跨越能力和適用范圍；

22、2)本發(fā)明的鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)中承受偏心受拉作用的上弦0號梁段和上弦梁段均采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)受拉性能和抗沖擊性能優(yōu)異，提高了空腹區(qū)域受力的可靠性；

23、3)本發(fā)明的鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的上弦0號梁段和上弦梁段均采用鋼結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)更加輕型，通過設(shè)置合理數(shù)量的豎向連接柱，空腹區(qū)域的長度可以達(dá)到約200米，可以減小跨間梁段的長度、減小受力，避免常規(guī)連續(xù)剛構(gòu)橋易出現(xiàn)的跨中下?lián)?、開裂等常見問題；

24、4)本發(fā)明的鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土跨間梁段的預(yù)應(yīng)力筋錨固于上弦梁段端部的鋼混過渡段中，錨固力直接傳遞到鋼結(jié)構(gòu)，錨固更加可靠，且最長預(yù)應(yīng)力筋的長度約為1/2主跨長度l減去上弦梁段長度，長度得到了大幅減小，從而減小了預(yù)應(yīng)力損失、改善了跨間梁段的受力、提高了結(jié)構(gòu)的耐久性；

25、5)本發(fā)明的鋼混組合空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)適用跨度220～600米，填補(bǔ)了現(xiàn)有橋梁技術(shù)中在跨徑200～600米范圍缺乏經(jīng)濟(jì)適用橋型的空白。