一种倒品字形公铁两用箱桁组合钢桁梁的制作方法

本发明属于钢桁梁的技术领域，具体涉及一种倒品字形公铁两用箱桁组合钢桁梁。

背景技术：

目前国内外既有的双线铁路和六车道公路分层钢桁梁断面，大多采用倒梯形钢桁梁断面或者上下等宽的两主桁断面，在大跨度斜拉桥上应用主要存在以下问题：

(1)倒梯形钢桁梁断面，下层铁路桥面较窄，横向刚度低，抗风稳定性差；用于千米级斜拉桥，往往会由于轴力太大，导致上下弦杆件尺寸大，节点应力大，设计、制造及施工困难；

(2)上下等宽的两主桁断面，下层铁路桥面存在大量的空间浪费区域，用钢量大、经济性差，且铁路横梁跨度大，受力复杂。

现有技术中，申请号为cn201320347468.9的中国发明专利公开了一种六线双层铁路桥变截面钢桁梁构造，该钢桁梁包括左侧主桁、右侧主桁两片主桁，以及分别在上、下端固定连接左侧主桁、右侧主桁的上层桥面、下层桥面，该钢桁梁的截面为倒梯形结构；上层桥面为正交异形桥面结构，其上布置四线铁路线，在正交异形桥面结构下设置横联结构，且构成桁架梁体系；下层桥面为密横梁正交异性钢桥面板系，其上布置双线铁路线。虽然上述技术方案可以效利用钢梁上下层空间，合理控制主桁宽度，降低桥梁用钢量但是节点应力大，设计、制造及施工困难，跨越能力和竖向刚度不足。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种既具备较大的跨越能力和竖向刚度、经济性好、施工速度快，又能显著提高主梁横向刚度和抗风性能的倒品字形公铁两用箱桁组合钢桁梁。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种倒品字形公铁两用箱桁组合钢桁梁，包括用于布置公路的上层桥面结构，所述上层桥面结构包括位于中部的正交异性钢桥面结构，所述正交异性钢桥面结构的横桥向两侧均设置有上层钢箱梁桥面结构；所述正交异性钢桥面结构的正下方设置有与其平行布置用于布置铁路的下层钢箱梁桥面结构，所述下层钢箱梁桥面结构与正交异性钢桥面结构的横向两端之间设置有主桁腹杆，所述下层钢箱梁桥面结构与两侧的上层钢箱梁桥面结构的外端部之间设置有斜撑杆，所述正交异性钢桥面结构横桥向两侧的上层钢箱梁桥面结构与下层钢箱梁桥面结构呈倒品字形布置。

作为优选实施方式地，所述正交异性钢桥面结构与两侧的上层钢箱梁桥面结构之间均设置有沿顺桥向延伸的上弦杆，所述下层钢箱梁桥面结构的横向两端设置有沿顺桥向延伸的下弦杆，所述上弦杆的底端面与下弦杆的顶端面之间通过主桁腹杆固定连接。

作为优选实施方式地，所述正交异性钢桥面结构与下层钢箱梁桥面结构的横向宽度相等，所述主桁腹杆与正交异性钢桥面结构、下层钢箱梁桥面结构均为垂直布置。

作为优选实施方式地，所述正交异性钢桥面结构两侧的上层钢箱梁桥面结构的外端部均设置有沿顺桥向延伸的副桁上弦杆，所述副桁上弦杆的底端面与位于同侧的下弦杆的外侧面之间通过斜撑杆固定连接；所述上层桥面结构、斜撑杆以及下层钢箱梁桥面结构之间依次连接形成倒梯形结构。

作为优选实施方式地，所述正交异性钢桥面结构包括顶板，所述顶板的下方设置有若干个沿纵桥向间隔布置的呈倒t形的横向加劲肋，所述横向加劲肋通过连接板焊接成一体。

作为优选实施方式地，所述上层钢箱梁桥面结构包括第一顶板和第一底板，所述第一顶板和第一底板之间设置有若干个沿纵桥向间隔布置的第一横隔板，所述第一顶板、第一底板以及第一横隔板之间焊接形成箱型结构。

作为优选实施方式地，所述第一顶板和第一底板的内侧面均设置有呈u型的第一纵向加劲肋。

作为优选实施方式地，所述下层钢箱梁桥面结构包括第二顶板和第二底板，所述第二顶板和第二底板之间设置有若干个沿纵桥向间隔布置的第二横隔板，所述第二顶板、第二底板以及第二横隔板之间焊接形成箱型结构。

作为优选实施方式地，所述第二顶板和第二底板的内侧面均设置有呈u型的第二纵向加劲肋。

作为优选实施方式地，所述上弦杆与正交异性钢桥面结构、上层钢箱梁桥面结构之间均通过焊接的方式固定连接；所述主桁腹杆与上弦杆、下弦杆之间均通过焊接的方式固定连接；所述斜撑杆与副桁上弦杆、下弦杆之间均通过焊接的方式固定连接。

本发明的有益效果是：

其一，本发明的主梁断面有别于国内外既有的倒梯形钢桁梁断面，上弦腹杆左右两侧的上层钢箱梁桥面结构及下层钢箱梁桥面结构均采用整体钢箱结构，三者之间呈倒“品”字形排列，通过主桁连接，整体性好、横竖向抗弯及抗扭惯性矩大；

其二，本发明的下层钢箱梁桥面结构采用整体钢箱梁，同主桁共同参与受力，可减小主桁下弦杆截面尺寸，降低节点次应力，同时增大主桥横、竖向刚度；

其三，本发明的上层桥面结构的主桁两侧采用整体钢箱，通过二者之间正交异性钢桥面板及其横向加劲肋连接，共同组成上层桥面结构桥面系，共同参与主桁受力，可减小主桁上弦杆截面尺寸，降低节点次应力，同时增大主桥横、竖向刚度；

其四，本发明的正交异性钢桥面结构采用正交异性板结构，每隔3m左右设置一道倒t形横向加劲肋，并将横向加劲肋相连形成整体钢箱，可在增加少量材料的基础上大幅度增加主梁横向抗弯惯性矩，提高主桥横向刚度及抗风性能，而国内外既有的公铁两用分层钢桁梁断面，上层桥面系均采用常规的正交异性板结构，与国内外既有的倒梯形钢桁梁断面横向刚度相比可提高50％以上。

附图说明

图1为本发明的倒品字形公铁两用箱桁组合钢桁梁的横截面结构示意图；

图2为图1中上层桥面结构的桥面系示意图；

图3为图1中下层钢箱梁桥面结构的桥面系示意图；

图中：1-上层桥面结构、2-正交异性钢桥面结构、2.1-顶板、2.2-横向加劲肋、2.3-连接板、3-上层钢箱梁桥面结构、3.1-第一顶板、3.2-第一底板、3.3-第一横隔板、3.4-第一纵向加劲肋、4-下层钢箱梁桥面结构、4.1-第二顶板、4.2-第二底板、4.3-第二横隔板、4.4-第二纵向加劲肋、5-主桁腹杆、6-斜撑杆、7-上弦杆、8-下弦杆、9-副桁上弦杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1～图3所示的倒品字形公铁两用箱桁组合钢桁梁，包括用于布置公路的上层桥面结构1，上层桥面结构1包括位于中部的正交异性钢桥面结构2，正交异性钢桥面结构2的横桥向两侧均设置有上层钢箱梁桥面结构3。正交异性钢桥面结构2的正下方设置有与其平行布置用于布置铁路的下层钢箱梁桥面结构4，用于布置铁路。正交异性钢桥面结构2与两侧的上层钢箱梁桥面结构3之间均设置有沿顺桥向延伸的上弦杆7，上弦杆7与正交异性钢桥面结构2、上层钢箱梁桥面结构3之间均通过焊接的方式固定连接。下层钢箱梁桥面结构4的横向两端设置有沿顺桥向延伸的下弦杆8，上弦杆7的底端面与下弦杆8的顶端面之间通过主桁腹杆5固定连接，主桁腹杆5与上弦杆7、下弦杆8之间均通过焊接的方式固定连接。正交异性钢桥面结构2包括顶板2.1，顶板2.1的下方设置有若干个沿纵桥向间隔布置的呈倒t形的横向加劲肋2.2，横向加劲肋2.2通过连接板2.3焊接成一体。本发明的正交异性钢桥面结构采用正交异性板结构，每隔3m左右设置一道倒t形横向加劲肋，并将横向加劲肋相连形成整体钢箱，可在增加少量材料的基础上大幅度增加主梁横向抗弯惯性矩，提高主桥横向刚度及抗风性能，而国内外既有的公铁两用分层钢桁梁断面，上层桥面系均采用常规的正交异性板结构，与国内外既有的倒梯形钢桁梁断面横向刚度相比可提高50％以上。

上述技术方案中，正交异性钢桥面结构2两侧的上层钢箱梁桥面结构3的外端部均设置有沿顺桥向延伸的副桁上弦杆9，副桁上弦杆9的底端面与位于同侧的下弦杆8的外侧面之间通过斜撑杆6固定连接，斜撑杆6与副桁上弦杆9、下弦杆8之间均通过焊接的方式固定连接；上层桥面结构1、斜撑杆6以及下层钢箱梁桥面结构4之间依次连接形成倒梯形结构。上层钢箱梁桥面结构3包括第一顶板3.1和第一底板3.2，第一顶板3.1和第一底板3.2之间设置有若干个沿纵桥向间隔布置的第一横隔板3.3，第一顶板3.1、第一底板3.2以及第一横隔板3.3之间焊接形成箱型结构。第一顶板3.1和第一底板3.2的内侧面均设置有呈u型的第一纵向加劲肋3.4。这样，上层桥面结构的主桁两侧采用整体钢箱，通过二者之间正交异性钢桥面板及其横向加劲肋连接，共同组成上层桥面结构桥面系，共同参与主桁受力，可减小主桁上弦杆截面尺寸，降低节点次应力，同时增大主桥横、竖向刚度。

上述技术方案中，正交异性钢桥面结构2与下层钢箱梁桥面结构4的横向宽度相等，主桁腹杆5与正交异性钢桥面结构2、下层钢箱梁桥面结构4均为垂直布置。下层钢箱梁桥面结构4包括第二顶板4.1和第二底板4.2，第二顶板4.1和第二底板4.2之间设置有若干个沿纵桥向间隔布置的第二横隔板4.3，第二顶板4.1、第二底板4.2以及第二横隔板4.3之间焊接形成箱型结构。第二顶板4.1和第二底板4.2的内侧面均设置有呈u型的第二纵向加劲肋4.4。本发明的主梁断面有别于国内外既有的倒梯形钢桁梁断面，上弦腹杆左右两侧的上层钢箱梁桥面结构及下层钢箱梁桥面结构均采用整体钢箱结构，三者之间呈倒“品”字形排列，通过主桁连接，整体性好、横竖向抗弯及抗扭惯性矩大；下层钢箱梁桥面结构采用整体钢箱梁，同主桁共同参与受力，可减小主桁下弦杆截面尺寸，降低节点次应力，同时增大主桥横、竖向刚度。

上述技术方案中，下层钢箱梁桥面结构4与正交异性钢桥面结构2的横向两端之间设置有主桁腹杆5，下层钢箱梁桥面结构4与两侧的上层钢箱梁桥面结构3的外端部之间设置有斜撑杆6，正交异性钢桥面结构2横桥向两侧的上层钢箱梁桥面结构3与下层钢箱梁桥面结构4呈倒品字形布置。

本发明的倒品字形公铁两用箱桁组合钢桁梁充分吸收了既有公铁两用分层钢桁梁断面的优缺点，通过铁路桥面及腹杆外侧公路桥面采用整体钢箱解决了既有铁两用分层钢桁梁断面的主要缺点，是一种既具备较大的跨越能力和竖向刚度、经济性好、施工速度快，又能显著提高主梁横向刚度和抗风性能的主梁结构形式。

以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。