[发明专利]一种钢管混凝土组合梁与桁架式索塔斜拉桥及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁建筑领域，具体涉及一种钢管混凝土组合梁与桁架式索塔斜拉桥及其施工方法。

背景技术

斜拉桥是半个多世纪以来最富于想象力和构思内涵最丰富而引人注目的桥型，它具有广泛的适应性，主要由索塔、梁体、桥面、拉索组成，是将梁体用许多拉索直接拉在索塔上的一种桥梁，是由承压的索塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。相较于传统的支墩桥梁，其可看作是通过拉索代替支墩的多跨弹性支撑连续梁。

由于斜拉桥具有梁体尺寸较小,桥梁的跨越能力大；受桥下净空和桥面标高的限制少；抗风稳定性好，以及外形结构美观等优点广泛的被采用。

在斜拉桥梁中，桥面通过拉索拉承，由于拉索数量较多，单根拉索的直径相对于整体桥梁来讲较为细小，并且拉索受力复杂，受自然条件影响明显，由于其结构限制，其后期维护也比较困难，所以目前斜拉桥的拉索也就成了整个斜拉桥的生命线。为了保证斜拉桥的安全及其使用寿命，目前的研究重心是着眼于如何提高拉索的强度，更重要的如何对拉索进行防腐，使其具有良好的防腐能力，以通过提高拉索强度和拉索的防腐能力来保障斜拉桥的使用寿命。虽然这样的方法确实能够保障斜拉桥的使用寿命，但是其也带了大量的成本投入和人力投入，直接增加了桥梁的建筑成本，以及后期的维护成本。

另一方面，目前斜拉桥的索塔通常为混凝土索塔和钢结构索塔两种，这两种索塔各有优缺点，所以在实际的使用中，设计者需要根据具体工程情况进行选择和设计，具体的是混凝土索塔表现为抗压性能较好，而抗弯矩性能不足，而钢结构索塔则是相反，其表现为抗弯矩性能优异，而抗压能力不足，所以无论设计人员选择混凝土索塔还是钢结构索塔，其性能都存在一定的短板，为了弥补这样的性能短板，通常的解决办法是增加索塔的尺寸体积来保证索塔具有足够的强度和刚度，这样的结果也同时导致了混凝土或者钢材用量的增加，同时也增大了施工量和工期，也就增加了桥梁的建筑成本；反过来，由于混凝土和钢结构的增加，也导致了桥体重量的增加，又增加了拉索的负担。

所以，目前亟需一种既能够降低桥梁的施工建筑成本又能够使桥梁的使用寿命得到保障的斜拉桥结构。

发明内容

本发明的目的在于：针对斜拉桥梁存在的上述问题，提供一种既能够降低桥梁的建筑成本又能够使桥梁的使用寿命得到保障的斜拉桥结构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢管混凝土组合梁与桁式索塔斜拉桥，包括有索塔、与所述索塔连接的梁体、连接所述索塔与所述梁体的拉索、以及设置在所述梁体上的桥面板，所述桥面板包括底板和面板，所述底板为设置在所述梁体上的钢板，所述面板为浇筑在所述底板上的高抗裂钢纤维混凝土面板，所述面板与所述底板之间通过设置剪力键连接为整体。将桥面板设置为通过剪力键连接为整体的上层混凝土面板和下层钢板底板结构，由于在桥面板结构中，上侧主要是承受压力，而下侧主要是承受拉力。

对于混凝土结构，混凝土结构具有良好的抗压性能，而抗拉性能却较差，当混凝土结构受拉力过大时容易开裂；

对于钢板结构，钢板结构具有良好的抗拉性能，而抗压性能却较差，当压力过大时，容易发生变形失稳。

所以基于桥面板结构的受力特点，以及混凝土结构和钢板结构的力学性能，将桥面板的上层的面板设置为高抗裂钢纤维混凝土来承受压力，而下层的底板设置为钢板来承受拉力，这样，使得桥面板的各个材料的力学性能得到充分的发挥，所以相较于传统完全采用混凝土的桥面板，这种由混凝土和钢板组合成的桥面板具有更轻的重量，首先是节约了混凝土的使用量，减少了施工量，其次，钢板的安装较混凝土的浇筑更加方便易操作，所以也缩短了工期；最为重要的是，由于桥面板重量减轻，直接降低了拉索和索塔的承重负担，进而提高了拉索和索塔的安全系数，所以从另一方面提高了拉索的可靠性，以此保障了桥梁的使用寿命。

作为优选，所述梁体包括沿桥向的纵梁和若干间隔设置在所述纵梁上的横梁，所述横梁垂直于所述纵梁，所述纵梁为钢管混凝土结构。梁体主要承受的是拉索施以的拉力荷载和桥面施以的压力和弯矩荷载，传统斜拉桥中纵梁是采用混凝土梁结构，为了克服混凝土梁抗弯强度弱的不足，使得混凝土纵梁的厚度通常较厚，而本发明采用钢管混凝土结构作为斜拉桥的纵梁，由于钢管混凝土本身具有良好的抗压和抗弯能力，采用钢管混凝土作为纵梁，可以降低纵梁的高度，首先是使桥梁具有更大的桥下净空，其次是降低了梁体的重量，节约材料和工期的同时，也进一步的降低拉索的负担。