一种高铁大跨度的钢箱混合梁短结合段结构
技术领域
本实用新型涉及桥梁工程的设计与施工领域，具体涉及一种高铁大跨度的钢箱混合梁短结合段结构。
背景技术
钢混组合箱梁斜拉桥的边跨采用混凝土梁，能够压重平衡中跨大跨度钢梁的自重，边跨混凝土梁还能够增加主梁的整体刚度。此外边跨混凝土梁减少了全桥用钢量提升了经济性以及后续维护费用。钢混结合部在两种材料间传递巨大的主梁内力，具有构造复杂、传力复杂等特点；目前已有的混合梁斜拉桥多为公路桥梁，由于铁路荷载大，对线路平稳性要求高，导致其在铁路桥梁中应用较少。
在铁路大跨度钢混组合箱梁斜拉桥中，宁波铁路枢纽甬江特大桥和深茂铁路潭江特大桥均采用了钢混结合段，且两者的钢-混结合段形式相同，均为有格室前后承压板形式，但两者的结合段均较长，虽具有传力均匀、变形协调的优势，但构造相对复杂、构件多，施工不便，局部自重大等不足。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高铁大跨度的钢箱混合梁短结合段结构，主要通过预应力钢束将钢箱及混凝土材料连接到一起，并通过PBL带孔钢板和剪力钉等构件加强钢与混凝土的连接，该短结合段结构具有构造简单、结合部短、承载力强、施工便捷及运营维护工作量少等特点，解决了背景技术中提到的技术问题。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高铁大跨度的钢箱混合梁短结合段结构，包括钢顶板、钢底板和承压板，所述承压板夹装于所述钢顶板和钢底板之间并在纵桥向将钢箱混合梁短结合段分隔成钢混结合段和钢梁过渡段；
所述钢混结合段内的钢顶板和钢底板的两端均布设有纵桥向平行的PBL带孔钢板，所述钢顶板两端的PBL带孔钢板之间及钢底板两端的PBL带孔钢板之间均安装有多道C型带孔钢板；
所述钢梁过渡段内布设有两块互相平行的过渡段钢腹板，两块所述过渡段钢腹板将钢梁过渡段在横桥向分隔成箱梁外室、箱梁隔室和箱梁内室，所述过渡段钢腹板的一端与所述钢梁过渡段内的钢顶板连接，所述过渡段钢腹板的另一端与所述钢梁过渡段内的钢底板连接；
所述箱梁隔室内设置多道横桥向平行的马鞍型端加劲，所述箱梁外室和箱梁内室内的过渡段钢腹板、钢梁过渡段内的钢顶板及钢梁过渡段内的钢底板上布设有多个过渡段预应力筋锚室，所述箱梁外室和箱梁内室内的过渡段钢腹板上还布设有多道互相平行的钢腹板加劲肋，所述过渡段预应力筋锚室的一侧与所述承压板连接，所述过渡段预应力筋锚室的另一侧与钢腹板加劲肋连接，所述过渡段预应力筋锚室的高度与相邻的两块钢腹板加劲肋的宽度配合，所述箱梁外室和箱梁内室内的钢顶板和钢底板上均布设有过渡段变高加劲肋；
所述PBL带孔钢板和C型带孔钢板上横向贯穿有PBL钢筋，所述钢混结合段内浇筑混凝土隔墙，所述过渡段预应力筋锚室内锚固有纵向预应力钢筋，所述预应力钢筋穿设承压板及钢混结合段并锚固于混凝土梁段以加强承压板和混凝土隔墙的连接。
进一步地，所述钢顶板、钢底板和承压板上均布设有多个剪力钉，所述剪力钉的直径为10～25mm，高度为100～200mm。
进一步地，所述PBL带孔钢板和C型带孔钢板上对称开设有用于贯穿PBL 钢筋的孔洞。
进一步地，所述PBL带孔钢板和C型带孔钢板焊接在钢混结合段内，所述 PBL带孔钢板和C型带孔钢板的边缘均设有凹槽，所述凹槽的截面为半圆形或波纹状。
进一步地，所述过渡段预应力筋锚室包括预应力筋锚板、预应力筋加劲板和锚室内混凝土，所述应力筋锚板和预应力筋加劲板首尾连接组成筋锚室腔体，所述锚室内混凝土浇筑在筋锚室腔体内，相邻的一组钢腹板加劲肋的一端分别与所述预应力筋锚板的上下端连接，所述预应力钢筋依次穿设预应力筋锚板及承压板与所述浇筑混凝土隔墙连接。
进一步地，所述箱梁外室和箱梁内室内顶层和底层的钢腹板加劲肋上开设有开气孔。
进一步地，所述过渡段变高加劲肋上在距离承压板2300～2400mm处设有变高段，所述变高段的斜率为0.375，所述变高段之后为等高段。
进一步地，所述钢混结合段内浇筑的混凝土隔墙的下部布设有横向预应力筋，所述横向预应力筋穿设于PBL带孔钢板和C型带孔钢板。
本实用新型的有益效果是：
1)本实用新型高铁大跨度的钢箱混合梁短结合段结构，其钢混结合段分别在结合段的钢顶板、钢底板和承压板上布置了剪力钉，钢顶板和钢底板上布设多道纵桥向平行的PBL带孔钢板，钢顶板和钢底板两端间的PBL带孔钢板之间布设C型带孔钢板，PBL带孔钢板上均匀开设规律排列的孔洞，用于贯穿PBL钢筋形成PBL剪力键以加强钢混结合段内的钢混结合段的连接，PBL带孔钢板边缘设置半圆形或波纹状凹槽，所述凹槽加强了PBL带孔钢板和C型带孔钢与混凝土的结合，钢梁过渡段内的过渡段预应力筋锚室内的预应力钢筋穿设于承压板，实现钢梁过渡段与所述混凝土隔墙连接，从而将钢混结合段和钢梁过渡段连接共同形成钢箱混合梁短结合段结构，此方法形成的该短结合段结构相较于传统的钢混结合段，有效的缩短了结合段长度，况且该短结合段结构只有2m，其板件布置更加合理，板件间的受力传力更加明确。
2)本实用新型预应力钢筋能增强承压板与钢混段的混凝土隔墙连接的稳定性，两种PBL带孔钢板沿纵桥向以焊接方式固定在钢顶板、钢底板和承压板上，使得该短结合段的施工安装简便；预应力钢筋锚固于由预应力筋锚板、预应力筋加劲板、锚室内混凝土组成的锚箱内，在预应力锚固格室内填充混凝土后，还可改善钢-混结合段的受力和传力性能。
附图说明
图1为本实用新型钢箱混合梁短结合段结构立体结构示意图；
图2为本实用新型钢箱混合梁短结合段结构的钢梁过渡段的立体结构示意图；
图3为本实用新型钢箱混合梁短结合段结构的爆炸图；
图4为本实用新型钢箱混合梁短结合段结构的C型带孔钢板的结构示意图；
图5为本实用新型钢箱混合梁短结合段结构的PBL带孔钢板的结构示意图；
图6为本实用新型钢箱混合梁短结合段结构的过渡段预应力筋锚室结构示意图；
图7为本实用新型的钢梁过渡段横截面示意图；
图8为图6的a-a截面结构示意图；
图9为图6的b-b截面结构示意图；
图10为图6的c-c截面结构示意图；
图11为图6的d-d截面结构示意图；
图中，1-钢顶板，2-钢底板，3-承压板，4-钢混结合段，5-钢梁过渡段，501- 箱梁外室，502-箱梁隔室，503-箱梁内室，6-PBL带孔钢板，7-C型带孔钢板，8- 过渡段钢腹板，9-马鞍型端加劲，10-钢腹板加劲肋，11-过渡段预应力筋锚室， 1101-预应力筋锚板，1102-预应力筋加劲板，1103-锚室内混凝土，12-过渡段变高加劲肋，13-PBL钢筋，14-混凝土隔墙，15-预应力钢筋，16-剪力钉，17-孔洞， 18-凹槽，19-横向预应力筋。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
参阅图1-11，本实用新型提供一种技术方案：
请参照图1-3和图7，一种高铁大跨度的钢箱混合梁短结合段结构，包括钢顶板1、钢底板2和承压板3，所述承压板3夹装于所述钢顶板1和钢底板2之间并在纵桥向将钢箱混合梁短结合段分隔成钢混结合段4和钢梁过渡段5；
所述钢混结合段4内的钢顶板1和钢底板2的两端均布设有纵桥向平行的 PBL带孔钢板6，所述钢顶板1两端的PBL带孔钢板6之间及钢底板2两端的 PBL带孔钢板6之间均安装有多道C型带孔钢板7；
所述钢梁过渡段5内布设有两块互相平行的过渡段钢腹板8，两块所述过渡段钢腹板8将钢梁过渡段5在横桥向分隔成箱梁外室501、箱梁隔室502和箱梁内室503，所述过渡段钢腹板8的一端与所述钢梁过渡段5内的钢顶板1连接，所述过渡段钢腹板8的另一端与所述钢梁过渡段5内的钢底板2连接。
请参照图11，所述箱梁隔室502内设置多道横桥向平行的马鞍型端加劲9，所述箱梁外室501和箱梁内室503内的过渡段钢腹板8、钢梁过渡段5内的钢顶板1及钢梁过渡段5内的钢底板2上布设有多个过渡段预应力筋锚室11，所述箱梁外室501和箱梁内室503内的过渡段钢腹板8上还布设有多道互相平行的钢腹板加劲肋10，所述过渡段预应力筋锚室11的一侧与所述承压板3连接，所述过渡段预应力筋锚室11的另一侧与钢腹板加劲肋10连接，所述过渡段预应力筋锚室11的高度与相邻的两块钢腹板加劲肋10的宽度配合，所述箱梁外室501和箱梁内室503内的钢顶板1和钢底板2上均布设有过渡段变高加劲肋12；
所述渡段钢腹板上布置的多道钢腹板加劲肋10，同时两加劲肋之间布置预应力筋锚板1101和预应力筋加劲板1102，为了结构传力的平顺性，过渡段钢顶板1和钢底板2上设置多道纵桥向平行的过渡段变高加劲肋12，并形成钢箱混合梁短结合段结构。
所述钢顶板1及钢底板2上的PBL带孔钢板6和C型带孔钢板7上横向贯穿有PBL钢筋13，所述钢混结合段4内浇筑混凝土隔墙14，所述PBL钢筋13 的作用是在过渡段预应力筋锚室11内填充混凝土后，可改善钢-混结合段的受力和传力性能。
所述过渡段预应力筋锚室11内锚固有纵向预应力钢筋15，所述预应力钢筋 15穿设承压板3及钢混结合段4并锚固于混凝土梁段以加强承压板3和混凝土隔墙14的连接；所述预应力钢筋15能加强承压板3与结合段的混凝土隔墙14 的连接的稳定性；所述预应力钢筋15使混凝土箱梁和钢箱梁紧密结合，为提高锚固效果，可采用长短交错的预应力钢筋15结合布置的方式。
请参照图1-3和图8，所述钢顶板1、钢底板2和承压板3上均布设有多个剪力钉16，所述剪力钉16的直径为10～25mm，高度为100～200mm。
本实用新型的剪力钉16的作用是：所述剪力钉16除了能传递钢梁与混凝土直接的纵向剪力，还可以加强混凝土与钢结构之间的黏结。
请参照图4，所述PBL带孔钢板6和C型带孔钢板7上对称开设有用于贯穿PBL钢筋13的孔洞17。
所述孔洞17用于贯穿PBL钢筋13形成PBL剪力键加强钢混结合段的连接。
请参照图4，所述PBL带孔钢板6和C型带孔钢板7焊接在钢混结合段4 内，所述PBL带孔钢板6和C型带孔钢板7的边缘均设有凹槽18，所述凹槽 18的截面为半圆形或波纹状。
所述凹槽18的设计可加强PBL带孔钢板6和C型带孔钢与混凝土的结合，可避免在长期反复受力下沿着平直PBL钢板端部与混凝土的粘结开裂。
请参照图6、图1和图9，所述过渡段预应力筋锚室11包括预应力筋锚板 1101、预应力筋加劲板1102和锚室内混凝土1103，所述预应力筋锚板1101和预应力筋加劲板1102首尾连接组成筋锚室腔体，所述锚室内混凝土1103浇筑在筋锚室腔体内，相邻的一组钢腹板加劲肋10的一端分别与所述预应力筋锚板 1101的上下端连接，所述预应力钢筋15依次穿设预应力筋锚板1101及承压板 3与所述浇筑混凝土隔墙14连接。
请参照图2，所述箱梁外室501和箱梁内室503内顶层和底层的钢腹板加劲肋10上开设有开气孔。
本实用新型中与钢顶板1和钢底板2最接近处的预应力筋加劲板1102会开气孔，便于排出由于混凝土浇筑入锚箱时带入的气体，避免形成空洞从而影响预应力筋的锚固。
请参照图1-2和图10，所述过渡段变高加劲肋12上在距离承压板2300～ 2400mm处设有变高段，所述变高段的斜率为0.375，然后逐渐过渡到等高的等高段。
本实用新型过渡段变高加劲肋12的作用是：其一是加强弯曲应力作用下钢梁过渡段钢顶板和钢底板的稳定性，其二是使钢梁过渡段的刚度过度均匀，以保证结构传力的均匀性。
请参照图8，所述钢混结合段4内浇筑的混凝土隔墙14的下部布设有横向预应力筋19，所述横向预应力筋19穿设于PBL带孔钢板6和C型带孔钢板7。
本实用新型的横向预应力筋19的作用是：对梁体施加横向压力，保证梁体在扭转力的作用下，混凝土不出现横向剪切拉应力。
本实用新型的高铁大跨度的钢箱混合梁短结合段结构，其钢混结合段分别在结合段的钢顶板1、钢底板2和承压板3上布置有剪力钉16，钢顶板1和钢底板2上布设有多道纵桥向平行的PBL带孔钢板6，钢顶板1和钢底板2两端间的PBL带孔钢板6之间布设C型带孔钢板7，PBL带孔钢板6上均匀开设规律排列的孔洞17，用于贯穿PBL钢筋13形成PBL剪力键以加强钢混结合段4 内的钢混结合段的连接，PBL带孔钢板6边缘设置半圆形或波纹状凹槽18，所述凹槽18加强PBL带孔钢板6和C型带孔钢与混凝土的结合，钢梁过渡段5 内的过渡段预应力筋锚室11内的预应力钢筋15穿设于承压板3实现与所述混凝土隔墙14连接，从而将钢混结合段4和钢梁过渡段5连接共同形成钢箱混合梁短结合段结构，此方法形成的该短结合段结构相较于传统的钢混结合段，有效的缩短了结合段长度，该短结合段结构只有2m，其板件布置更加合理，板件的受力传力更加明确。
本实用新型的高铁大跨度的钢箱混合梁短结合段结构的施工方法如下：
本实用新型的钢顶板1、钢底板2、承压板3、C型带孔钢板7、PBL带孔钢板6、剪力钉16、过渡段钢腹板8、过渡段变高加劲肋12、钢腹板加劲肋10、马鞍型端加劲9、预应力筋锚板1101和预应力筋加劲板1102等构件均在工厂按照图纸进行准确预制备用，预制时按照设计图纸对PBL带孔钢板6的贯穿钢筋的孔洞17和边缘波纹形凹槽18进行加工备用。
所述构件预制完成后可以在工厂拼装，也可以在现场拼装，将PBL带孔钢板6和C型带孔钢板7通过焊接方式分别固定在钢顶板1、钢底板2和承压板3 上，具体实施方式根据施工组织流程而定，PBL钢筋13现场组装。
钢结构施工完成后，开始按照图纸搭建混凝土模板，预留出纵向预应力筋和横向预应力筋19的孔道，保证结合段混凝土隔墙14的浇筑的密实性。
待结合段的混凝土隔墙14混凝土达到要求强度后，将预应力钢筋15穿入预留孔道内，安装锚具，开始张拉纵向预应力钢筋15和横向预应力筋19，待张拉到控制力后，即预应力钢筋15，纵向预应力钢筋15一侧锚固于预应力筋锚板 1101上，一侧锚固于混凝土构件上，并在过渡段预应力筋锚室11内浇筑混凝土，最后，在预留孔道内压住水泥浆，以保护预应力筋不致锈蚀，并使预应力钢筋 15与混凝土黏结成为整体，最后在浇筑完成的钢混结合段上进行其他节段施工即可。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
