预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法发明内容

预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法专利目的

《预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法》提出一种预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其利用钢梁的弯曲还原原理，根据支点负弯矩影响线，按照最不利活荷载位置，准确、定量地预加配重，通过影响线加载形成预应力，抵消活载负弯矩产生的拉应力，达到利用影响线加载进行弯矩调幅的目的。

预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法技术方案

一种预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.加工钢梁组件，在钢梁组件顶部布置连接件，在钢梁组件的底板布置纵肋；

B.架设桥墩，并在桥墩上分段安装钢梁组件，多个钢梁组件合拢并焊接后形成钢梁，所述桥墩作为钢梁的支点；

C.计算出各支点负弯矩影响线，并根据支点负弯矩影响线，计算出最不利活荷载位置及位于该位置的活荷载的大小；

D.在钢梁的正弯矩区浇筑正弯矩区混凝土，并在钢梁上预留负弯矩区；

E.待正弯矩区混凝土达到硬化强度后，按照最不利活荷载位置及位于该位置的活荷载的大小，在正弯矩区混凝土上布置预压配重；

F.在负弯矩区浇筑负弯矩区混凝土；

G.待负弯矩区混凝土达到硬化强度后，拆除预压配重。

优选的，钢梁顶部的连接件包括刚性组合连接件、非组合连接件、弹性组合连接件，安装在钢梁的正弯矩区的钢梁组件采用刚性组合连接件，安装在负弯矩区的钢梁组件采用非组合连接件，位于正弯矩区的钢梁组件与位于负弯矩区的钢梁组件的交界区域采用弹性组合连接件。

优选的，钢梁顶部的连接件包括刚性组合连接件、柔性组合连接件、弹性组合连接件，安装在钢梁的正弯矩区的钢梁组件采用刚性组合连接件，安装在负弯矩区的钢梁组件采用柔性组合连接件，位于正弯矩区的钢梁组件与位于负弯矩区的钢梁组件的交界区域采用弹性组合连接件。

优选的，在步骤F中，负弯矩区混凝土为钢纤维膨胀混凝土。

优选的，在步骤F中，负弯矩区混凝土的浇筑顺序是：根据各支点负弯矩的大小，按绝对值由小到大的顺序进行浇筑。

优选的，在步骤E中，正弯矩区混凝土的硬化强度为90％以上。

优选的，在步骤G中，负弯矩区混凝土的硬化强度为90％以上。

在该领域中，正弯矩区是指在两桥墩之间桥梁在受压时向下弯的中间部位；负弯矩区是指在中间桥墩两侧，桥梁因正弯矩区受压向下弯时，桥梁被桥墩上顶而使两侧的钢梁向上弯的区域。

预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法有益效果

《预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法》根据支点负弯矩影响线，按照最不利活荷载位置，准确、定量的在正弯矩区混凝土上预压配重，成桥后撤去预压配重，根据弯曲还原原理，支点获得了正弯矩，钢梁上的混凝土获得了压应力，达到使桥梁储备足能够抵消活载的预荷载的目的；在负弯矩区的钢梁组件采用非组合或柔性组合，可明显降低桥面板拉应力；负弯矩区混凝土采用钢纤维膨胀混凝土，可明显提高桥面板抗拉强度；在正弯矩区与负弯矩区的交界区域，采用弹性组合进行过渡，解决分界面应力集中的问题。

钢-混凝土组合结构，除了具有充分发挥材料力学优点、耐疲劳、延性好、稳定性好、降低冲击系数等优势，还具有施工方便、造价低、综合效益好等长处，轻质、高强、大跨、环保、经济、美观。

钢-混组合梁桥跨中为正弯矩，混凝土受压，钢板受拉，充分发挥了材料力学优点；但在支点处，截面负弯矩较大，混凝土桥面板处于受拉区容易开裂，影响结果安全。

为了解决钢-混组合梁桥支点负弯矩问题，进行弯矩调幅是必要的。申请号为200410062215.2的中国发明专利，提出了一种在桥梁施工时加预压荷载的方法来控制拉应力，但没有明确提出采用何种具体办法准确调整预压荷载，缺乏解决问题的具体方法，导致弯矩调幅的效率不高，特别是多跨连续梁，施工加载具有一定的盲目性及随机性，没有发挥影响线加载弯矩调幅的效果。

图1为五跨连续梁活荷载布置图；

图2为影响线叠加原理图；

图3为根据图2的影响线计算出最不利活荷载位置后加载预压配重的布置图；

图4为图3的加载效应图；

图5为《预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法》实施例的预应力钢-混凝土桥梁制造方法的第一期施工图；

图6为该发明实施例的预应力钢-混凝土桥梁制造方法的第二期施工图；

图7为该发明实施例的预应力钢-混凝土桥梁制造方法的第三期施工图；

图8为该发明实施例的预应力钢-混凝土桥梁制造方法的第四期施工图；

图9为该发明实施例的预应力钢-混凝土桥梁制造方法的第五期施工图。

其中：1、钢梁；2、连接件；3、纵肋；4、正弯矩区混凝土；5、预压配重；6、钢纤维膨胀混凝土；7、负弯矩区。

《预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法》涉及路桥及建筑中支撑梁结构领域，具体涉及预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法。

1.《预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法》特征在于，包括以下步骤：

Ａ．加工钢梁组件，在钢梁组件顶部布置连接件，在钢梁组件的底板布置纵肋；

Ｂ．架设桥墩，并在桥墩上分段安装钢梁组件，多个钢梁组件合拢并焊接后形成钢梁，所述桥墩作为钢梁的支点；

Ｃ．计算出各支点负弯矩影响线，并根据支点负弯矩影响线，计算出最不利活荷载位置及位于该位置的活荷载的大小；

Ｄ．在钢梁的正弯矩区浇筑正弯矩区混凝土，并在钢梁上预留负弯矩区；

Ｅ．待正弯矩区混凝土达到硬化强度后，按照最不利活荷载位置及位于该位置的活荷载的大小，在正弯矩区混凝土上布置预压配重；

Ｆ．在负弯矩区浇筑负弯矩区混凝土；

Ｇ．待负弯矩区混凝土达到硬化强度后，拆除预压配重。

2.如权利要求1所述的预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其特征在于，钢梁顶部的连接件包括刚性组合连接件、非组合连接件、弹性组合连接件，安装在钢梁的正弯矩区的钢梁组件采用刚性组合连接件，安装在负弯矩区的钢梁组件采用非组合连接件，位于正弯矩区的钢梁组件与位于负弯矩区的钢梁组件的交界区域采用弹性组合连接件。

3.如权利要求1所述的预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其特征在于，钢梁顶部的连接件包括刚性组合连接件、柔性组合连接件、弹性组合连接件，安装在钢梁的正弯矩区的钢梁组件采用刚性组合连接件，安装在负弯矩区的钢梁组件采用柔性组合连接件，位于正弯矩区的钢梁组件与位于负弯矩区的钢梁组件的交界区域采用弹性组合连接件。

4.如权利要求1所述的预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其特征在于，在步骤F中，负弯矩区混凝土为钢纤维膨胀混凝土。

5.如权利要求1所述的预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其特征在于，在步骤F中，负弯矩区混凝土的浇筑顺序是：根据各支点负弯矩的大小，按绝对值由小到大的顺序进行浇筑。

6.如权利要求1所述的预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其特征在于，在步骤E中，正弯矩区混凝土的硬化强度为90％以上。

7.如权利要求1所述的预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法，其特征在于，在步骤G中，负弯矩区混凝土的硬化强度为90％以上。

首先，结合图1至图4，介绍一下《预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法》基于的建筑理论。影响线及最不利活荷载位置的计算都是该领域技术人员所熟知的知识，该发明的创新之处就在于利用影响线及最不利活荷载位置，准确地、定量地加载预压配重。

如图1所示，为五跨连续梁的活荷载布置图，由图可知，本跨布置活荷载，隔跨布置活荷载，可得到某跨跨内最大正弯矩值；在支点左右两跨布置活荷载，然后隔跨布置活荷载，可得到某支点最大负弯矩值，如在最后两组布置中，支点B中产生了最大负弯矩M_B，并产生相应的左剪力V_Bl、右剪力V_Br；支点C中产生了最大负弯矩M_C，并产生相应的左剪力V_Cl、右剪力V_Cr。

影响线描述了单位移动荷载作用下某一量值（影响量）的变化规律，当有移动荷载组（活荷载）或使由可任意间断布置的分布荷载作用时，上述量值可以利用影响线根据叠加原理求得。如图2所示，根据叠加原理，将支点负弯矩M_B影响线与支点负弯矩M_C影响线进行叠加，即△_AB △_AB’,△_BC △_BC’，△_CD △_CD’，得到支点负弯矩M_{B C}影响线，支点负弯矩M_{B C}影响线可找出更准确的最不利活荷载位置。

如图3所示，根据图2的支点负弯矩M_{B C}影响线，找出最不利活荷载位置及计算出该位置的活荷载的大小，然后根据最不利活荷载位置在正弯矩区进行预压配重，预压配重的大小与相应位置的活荷载的大小相等。

如图4所示，为图3加载了预压配重后的效应图，支点获得了正弯矩，钢梁上的混凝土获得了压应力。

该实施例就是在上述加载原理的基础上，在施工时，赋予钢-混凝土组合桥梁预应力。施工方法的理论基础为以下三点：

1、加载原理：根据支点负弯矩影响线，按照活荷载最不利位置，准确、定量的施加配重、成桥后撤去配重，达到使桥梁储备足能够抵消活载的预荷载的目的。

2、加载方法：计算出单位荷载对多个支点负弯矩的影响线，根据叠加原理进一步得出活载对该量值的影响，然后按算出的影响值加载配重。

3、利用钢梁的弯曲还原原理，首先浇注正弯矩区的混凝土桥面板，待硬化后根据影响线加载配重，然后浇注负弯矩区的混凝土桥面板，待硬化后撤去配重。根据弯曲还原原理，支点获得了正弯矩，顶板上的混凝土获得了压应力，达到了弯矩调幅的目的。

结合图5至图9，具体的施工方法包括以下步骤：

第一期：首先加工钢梁组件，在钢梁组件的顶部连接件2，在钢梁组件的底板布置纵肋3，如图5所示，架设桥墩，并在桥墩上分段安装钢梁组件，多个钢梁组件合拢并焊接后形成钢梁1，该实施例为三跨连续梁，所述桥墩作为钢梁1的支点，分别有支点A、支点B、支点C、支点D；

钢梁1顶部的连接件2包括刚性组合连接件、非组合连接件（也可以是柔性组合连接件）、弹性组合连接件，安装在钢梁的正弯矩区的钢梁组件采用刚性组合连接件，安装在负弯矩区7的钢梁组件采用非组合连接件，位于正弯矩区的钢梁组件与位于负弯矩区7的钢梁组件的交界区域采用弹性组合连接件，即在不同的区域使用不同种类的连接件；

计算出各支点负弯矩影响线，并根据支点负弯矩影响线，计算出最不利活荷载位置及位于该位置的活荷载的大小。

第二期：如图6所示，在钢梁1的正弯矩区浇筑正弯矩区混凝土4，并在钢梁1上预留负弯矩区7，同时，对正弯矩区混凝土4进行振捣、养护。

第三期：如图7所示，待正弯矩区混凝土4达到90％以上强度后，按照最不利活荷载位置及位于该位置的活荷载的大小，在正弯矩区混凝土4上布置预压配重5，预压配重5的位置为最不利活荷载位置，且预压配重5的大小与位于最不利活荷载位置的活荷载相等。

第四期：如图8所示，根据各支点负弯矩的大小，按绝对值由小到大的顺序，在负弯矩区7浇筑钢纤维膨胀混凝土6，同时，对钢纤维膨胀混凝土6进行振捣、养护，对两次浇筑的混凝土结合部位进行表面清洁处理，以保证二者的紧密结合。

第五期：如图9所示，待钢纤维膨胀混凝土6达到90%以上强度后，拆除预压配重5，然后对桥面铺装，及附属设施的施工。

2016年12月7日，《预应力钢-混凝土组合桥梁制造方法》获得第十八届中国专利优秀奖。 2100433B

内容介绍

《预应力钢与混凝土组合结构》介绍了预应力结构概念、分类、特点、预应力损失估算及无粘结预应力筋内力增量计算方法等；研究内容包括预应力FRP筋钢与混凝土组合梁、预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁、预应力冷弯U型钢与混凝土组合梁、预应力压型钢板与混凝土组合板、预应力钢板夹心混凝土组合板、预应力外包钢混凝土受弯构件、预应力钢骨混凝土受弯（偏心受压）构件、预弯预应力钢骨混凝土复合梁、预应力钢管混凝土受拉（受弯、偏心受压）构件的设计计算方法及预应力钢骨混凝土徐变效应分析等。《预应力钢与混凝土组合结构》可供从事土木工程专业的科技人员、设计人员参考，也可以作为土木工程专业的研究生和高年级本科生的参考书。 2100433B