一种新型加劲的箱型公路桥梁主梁

1.本实用新型涉及一种公路桥梁主梁的结构优化设计。


背景技术：

2.随着我国公路和城市道路交通的快速发展，桥梁的里程数也越来越大，而且目前我国的桥梁建设中，其上部结构的主梁主要以预制t梁、预制小箱梁、现浇混凝土箱梁、空心板梁等为主。常规的箱梁在横截面上的布置形式主要与桥宽有关，可以布置为单箱单室、单箱双室(多室)等等。顶板的厚度一般为250～300mm，腹板厚一般为300～800mm。箱形桥梁结构是一个复杂的空间受力体系，其受力分析非常复杂，目前，在实际工程中，对于箱形截面的设计，设计师们也大多根据以往的数据和经验，再稍微加以调整而成。现行桥规里面对车辆荷载的横向布载通常是按照1.8m*1.3m进行连续布载，这种布载模式与实际情况是存在一定差别的，同时车辆在行驶过程中也没有避开主梁的薄弱位置。如桥面行车道宽度14000mm，4*3500mm的四车道(即从左往右第一～第四车道)，采用16000mm宽的单箱双室箱梁，两侧悬臂长为1000mm的人行道,左右两侧腹板与中间腹板的中心线之间距离均为6775mm,腹板厚450mm,上翼缘厚度根部279mm，边缘160mm。如果车辆与人行道的安全距离设为500mm，而左右两侧腹板内侧距人行道只有450mm，车轮轨迹不会作用到左右两侧的腹板处。假如车辆行驶过程中保持两侧500mm的安全距离，车辆轴距为1800mm，则在第一车道的车辆左轮可能从离左侧腹板内侧50mm的位置往中间移动350mm，车辆左轮根本无法作用到左侧腹板。左侧腹板与中间腹板的中心线之间距离为6775mm，车道宽为3500mm，车辆右轮也无法作用到左侧腹板处，当然更不会作用到中间腹板上。同理第四车道的车轮也无法作用到右侧腹板及中间腹板上。中间腹板位于第二和第三车道交界处，根据我国的交通法则，桥梁上车辆不能变道行驶，第二和第三车道的车辆车轮轨迹也极小概率会作用到中间的腹板上，则箱梁的腹板都没有起到很好的承载作用；所以常规的桥梁箱梁结构没有根据车辆在桥梁上的交通规则和车轮行驶轨迹来设计，没有充分利用箱梁腹板的承载作用。上部构造不够轻型化增加了上下部构造的自重与材料用量，由此提出一种结合交通规则及车辆行驶轨迹的特点来优化公路桥梁主梁-阵列式腹板多室箱梁的结构设计。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本实用新型提出了一种新型加劲的箱型公路桥梁主梁，即通过车轮轨迹来加劲的阵列式腹板多室箱梁
4.本实用新型是通过如下方式实现的：根据我国现行的交通规则，车辆在桥梁上行驶不能变道，只能在划定的车道内行驶，则车辆的车轮行驶轨迹会集中在一个车道左右两侧某一局部区域，且按驾驶员的驾驶习惯，通常会在车道内居中行驶，所以车道左右两侧车轮轨迹局部区域的轨迹概率将呈中间高两端低的抛物线型，而车道中间的局部区域及车道两侧边缘区域，正常行驶车辆的车轮轨迹不会涉及，由此可根据桥梁上车辆行驶轮迹带的特点来改变主梁的构造，即在车轮轨迹范围区加强，非轨迹范围区减弱。于是提出一种根据
车道数以及车道宽度的方式来优化箱梁结构，即根据车辆在桥梁上的行驶轨迹来优化设计主梁截面，主梁采用阵列式腹板多室结构，每个车道设置两块腹板，两车道桥梁设置4块腹板，四车道桥梁设置8块腹板，六车道桥梁设置12块腹板，依此类推，所有腹板底部相连成底板，形成按车辆左右轮行驶轨迹设置阵列式腹板继而组成车道数减1的多室箱梁结构。每个车道两个腹板中心线之间的距离设为车辆左右两侧车轮之间的距离1800mm，每个车道两个腹板中心线左右各600mm的箱梁顶板范围设为车轮轨迹加劲区，每个车道两个腹板中间600mm的箱梁顶板区域及腹板两侧余下的箱梁顶板宽度设为车轮轨迹减弱区。如一座两车道桥梁，采用每个车道宽为3.5米的单箱三室主梁，则箱梁顶板宽度划分为第一个车道从左往右依次是250mm的左侧车轮轨迹减弱区，1200mm的左车轮轨迹加劲区，600mm的中间车轮轨迹减弱区，1200mm的右车轮轨迹加劲区，250mm的右侧车轮轨迹减弱区，第二个车道按照第一个车道同样布置。主梁左右两侧可增加悬臂端的长度来满足安全距离以及人行道等等设施的需求。车轮轨迹加劲区可通过采用漏斗型结构增加箱梁顶板厚度，或者在车轮轨迹加劲区加强箱梁顶板的钢筋布置，如选择直径较大的钢筋或者减少钢筋间距，或者增大梁腹板厚度或形状，如将腹板上端做成漏斗形，以及几种措施相结合的方式来实现这个目的，车轮轨迹减弱区可通过减少箱梁顶板厚度，或者减少钢筋的数量或型号，箱梁顶板厚度、箱梁各个腹板宽度以及钢筋的布置等措施可根据道路等级或车流量的大小计算确定。箱梁可根据跨径的大小采取等截面和变截面两种形式，结合工程实际的需求箱梁可工厂预制装配式施工或者满堂支架现浇施工。
5.本实用新型具有如下的有益效果：
6.1)通过车辆在桥梁上行驶的特点，根据轮迹在横桥面作用的概率，建立一种依据车轮轨迹加劲的公路桥梁主梁，车轮轨迹范围区基本覆盖了车轮的作用点范围，车辆荷载通过车轮轨迹范围区更加直接的传于下部结构，使主梁受力更加合理。
7.2)本实用新型公路桥梁主梁能有效的减少主梁的材料，提高材料的利用率，降低其经济成本。
8.3)本实用新型公路桥梁主梁可根据实际工程需求采取等截面和变截面两种形式，同时也可以为简支结构或连续结构。主梁满足了普适性和合理性的同时提高了经济性。
9.4)本实用新型无需改变主梁的材料组成及混凝土的配合比，也无需增加其他材料和施工工艺。
附图说明
10.图一是本实用新型公路桥梁主梁三室箱梁结构横断面示意图。
11.图二是本实用新型公路桥梁漏斗型加厚主梁横截面示意图。
12.图三是本实用新型公路桥梁密布钢筋加劲主梁横截面示意图。
13.图四是本实用新型公路桥梁加宽腹板的加劲主梁横截面示意图。
14.图五是本实用新型桥公路梁漏斗型加厚与密布钢筋两者相结合的加劲主梁横截面示意图。
15.图六是本实用新型公路桥梁主梁三室箱梁结构两车道横截面示意图。
16.图七是本实用新型公路桥梁主梁七室箱梁结构四车道横截面示意图。
17.图八是本实用新型公路桥梁主梁漏斗型加厚即梗腋结构示意图。
18.图中：1.车道 2.车辆 3.箱梁顶板 4.箱梁腹板 5.左侧车轮轨迹减弱区 6.左侧车轮轨迹加劲区 7.中间车轮轨迹减弱区 8.右侧车轮轨迹加劲区 9.右侧车轮轨迹减弱区 10.两个车道相接处车轮轨迹减弱区11.主梁漏斗型加厚 12.钢筋 13.箱梁加宽腹板 14.箱梁底板
具体实施方式
19.以下结合附图，通过详细说明实施方式对本实用新型的特征作进一步阐述，以便于同行业技术人员的理解。如图一所示为双车道三室箱梁，车道1宽为3.5米，箱梁腹板4中心线之间的距离为1800mm，箱梁腹板4顶上车轮轨迹加劲区6为1200mm宽，中间车轮轨迹减弱区7为600mm，两侧车轮轨迹减弱区6为250mm，两个车道相接处车轮轨迹减弱区10为500mm。如图六所示，假设车辆2保持车道边线的安全距离为250mm，则车辆2的左轮从离左车道路线250mm开始算起，车辆2左右轮距1800mm，车辆2的右轮处于中间车轮轨迹减弱区7的右侧边缘，随着车辆2的左轮从左车道路线250mm处往右偏移，车辆2的右轮也从中间车轮轨迹减弱区7的右侧边缘往右偏移，车辆2的左轮最多偏移到中间车轮轨迹减弱区7的右侧边缘，同时车辆2的右轮最多偏移到离右车道路线250mm处，由此可以得出车辆2左右轮轨迹范围区的宽度为1200mm，中间600mm宽度内车辆2的左右轮几乎不会作用。根据车辆2的轮载在桥梁横断面上的轮迹分布特性，将箱梁顶板3划分为第一个车道250mm左侧车轮轨迹减弱区5+1200mm左侧车轮轨迹加劲区6+600mm中间车轮轨迹减弱区7+1200mm右侧车轮轨迹加劲区8+500mm两个车道相接处车轮轨迹减弱区10+第二个车道1200mm左侧车轮轨迹加劲区6+600mm中间车轮轨迹减弱区7+1200mm右侧车轮轨迹加劲区8+250mm右侧车轮轨迹减弱区9。图七为四车道七室箱梁，与两车道三室箱梁类似。
20.车轮轨迹加劲区的实施方式有如下几种实施例。
21.实施例1：如图二所示，可以在左右侧车轮轨迹范围区通过采取漏斗型方式加厚箱梁顶板来加劲主梁，即在顶板与腹板接头处设置梗腋，梗腋的形式如图八所示，其比例可取2:1～1:3。在中间600mm及左右侧250mm车轮轨迹减弱区和500mm两个车道相接处车轮轨迹减弱区则可减少5％～10％的规范规定的顶板厚度，梗腋形式和比例的选择，顶板厚度的减少及其方式由跨径、道路等级或车流量的大小来确定。
22.实施例2：如图三所示，可以在左右侧车轮轨迹范围区通过采取加强顶板钢筋设置来加劲主梁，如选用较大直径的钢筋可取直径12mm～20mm、或者增加钢筋的数量，或者减少顶板纵向钢筋的间距可取100mm～150mm，在中间600mm及左右侧500mm车轮轨迹减弱区和500mm两个车道相接处车轮轨迹减弱区则可以适当减弱钢筋布置。
23.实施例3：如图四所示，可以加大左右侧车轮轨迹范围区下的箱梁腹板强度，如可根据预应力束的锚固构造要求及局部应力的分散要求适当加大箱梁腹板厚度其可增加5％～10％，或者加强箱梁腹板内的钢筋布置即可减少腹板纵筋的间距可取80mm～130mm和增大钢筋的直径可取直径12mm～20mm，或者改变腹板顶部与箱梁顶板连接处的形状。
24.实施例4：如图五所示，在一些特殊路段或者保险起见也可两者相结合的方式，如采用漏斗型方式加厚主梁左右侧车轮轨迹范围区箱梁顶板，同时又加强钢筋的布置来加劲主梁。
25.尽管本实用新型的内容已经通过上述的实施例作了介绍，但应当认识到上述的描
述不应认为是对本实用新型的限制。本领域技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例，如多车道桥梁、设置人行道等等。若不具技术上的实质改变，而仅进行车轮轨迹区高度的调整、车轮轨迹范围区钢束的变化等，在不影响本实用新型所能产生的效益及目的下，均应落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

技术特征：
1.一种新型加劲的箱型公路桥梁主梁，其特征在于：根据车辆在桥梁上的行驶轨迹来优化主梁截面，每个车道设置两块腹板，两车道桥梁设置4块腹板，四车道桥梁设置8块腹板，六车道桥梁设置12块腹板，依此类推，所有腹板底部相连成底板，形成阵列式腹板多室箱梁结构，每个车道两块腹板中心线之间的距离设为车辆左右两侧车轮之间的距离1800mm，每个车道两个腹板中心线左右各600mm的箱梁顶板范围设为车轮轨迹加劲区，每个车道两个腹板中间600mm的箱梁顶板区域及腹板两侧余下的箱梁顶板宽度设为车轮轨迹减弱区，车轮轨迹加劲区可通过采用漏斗型结构增加箱梁顶板厚度，或者在车轮轨迹加劲区加强箱梁顶板的钢筋布置，或者加宽箱梁腹板以及几者相结合的方式来实现，车轮轨迹减弱区可通过减少箱梁顶板厚度，或者减少钢筋的数量或型号，箱梁顶板厚度、箱梁腹板宽度以及钢筋的布置可根据道路等级或车流量的大小确定。

技术总结
本实用新型公开了一种新型加劲的箱型公路桥梁主梁，其主梁为优化加劲的阵列式腹板箱梁使得车辆左右两轮处于两腹板处即车轮轨迹区内，主梁结构更好的符合受力的需求。箱梁两腹板中心线之间的距离设为车辆左右两侧车轮之间的距离1800mm，箱梁腹板中心线左右各600mm的顶板范围设为车轮轨迹加劲区，中间600mm的箱梁顶板区域及主梁两侧余下的宽度设为车轮轨迹减弱区，车轮轨迹加劲区可通过加厚主梁上缘翼板厚度、加强钢筋布置、加宽箱梁腹板厚度等方式。本实用新型无需改变主梁的材料的组成以及施工的方案与机械设备，只需改变主梁的结构设计，使主梁受力更加合理，上部构造不断的轻型化也能有效提高材料的利用率，降低经济成本。经济成本。经济成本。


技术研发人员：谭红霞 吴飚 杨裕恒
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/9/13