[发明专利]一种半装配式竹-混凝土组合桥梁

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合结构桥梁，尤其是一种半装配式竹-混凝土组合桥梁，属于土木建筑结构领域。

背景技术

在当前发展低碳经济的大背景下，绿色、生态、环保、低碳的新型建筑结构材料是土木工程科技发展的必然方向。竹材最大的优势是绿色环保和原材料可再生，竹材的成材期一般为2～4年(木材要20年)。据不完全统计，全国竹林面积约354万公顷(未包括台湾省)，约占森林总面积的3％，蓄积量约8000万吨，年产竹材约800万吨以上。我国的竹子种类和竹林面积约占世界的1/4，竹材产量约占1/3，均居各国之首。

现今的竹制品主要用于车箱底板、集装箱底板、家具、室内装饰、建筑模板及竹地板等领域，竹材作为结构的主要材料在土木工程领域的研究与应用目前处于初步阶段，已经开发了如竹结构住宅、竹材人行天桥及小跨径公路桥等。

当前的中、小型普通桥梁，其上部结构主要有两种形式，一种为钢筋混凝土结构形式，另一种为钢结构或钢-混凝土组合结构，无论采用何种结构形式，每种结构形式在应用上都存在一定的局限性：

(1)对于钢筋混凝土结构，其自重大，施工养护周期长。

(2)对于钢结构或钢-混凝土组合结构，其主要承重部分为钢梁，钢材造价较高，耐腐蚀性较差，腐蚀作用会影响桥梁的正常使用，使得维护成本较高。

另外，混凝土材料或钢材的生产本身存在高能耗与高污染。

绿色、节能、环保的新型材料是土木建筑工程领域的发展方向。相比其它建筑材料，竹材在抗震、环保、舒适、工业化方面优势显著，而当前竹材制作的结构已经开始出现在桥梁建筑领域，如中国专利“200610031948.9”号，公开了一种竹材桥梁，全桥由竹材构件组成，结构简单，施工方便，施工材料环保，但对于该类全竹结构桥梁来说，竹材用量大，截面刚度低，全桥整体性不足，相对来说，组合桥梁具有明显的优势之处。

发明内容

本发明的目的是提供一种半装配式竹-混凝土组合桥梁：该种桥梁结构刚度大、延性好，所用材料绿色环保，结构构件标准化、装配化程度高，结构整体性好，能够充分发挥多种材料的优势，满足桥梁结构正常使用和耐久性的需求。

本发明的技术方案为：一种半装配式竹-混凝土组合桥梁，包括竹纵梁、竹横梁、竹面板、现浇混凝土层、横向预应力束共同组成，其特征在于竹纵梁顶面沿桥梁纵向间隔设有纵梁凹口、竹横梁顶面沿桥梁横向间隔设有横梁凹口，竹横梁与竹纵梁通过金属连接件连接，竹面板两端伸入竹纵梁顶部混凝土内，现浇混凝土层浇筑于竹纵梁、竹横梁、竹面板的顶部，并伸进纵梁凹口、横梁凹口及纵向凹槽内，纵梁凹口、横梁凹口内设有金属件，竹纵梁顶面处现浇混凝土层厚度h1不大于竹纵梁高度h的1/3，横向预应力束在竹横梁内部、侧面或底面穿过，其两端张拉预应力并锚固于桥梁横向最外侧竹纵梁的外侧面。

在本发明结构中，现浇混凝土层通过纵梁凹口、横梁凹口分别与竹纵梁、竹横梁形成机械咬合，保证现浇混凝土层与竹纵梁、竹横梁的共同工作，纵梁凹口、横梁凹口为混凝土、竹材两种材料界面的结合提供了可靠的刚性连接，金属件为现浇混凝土层与竹纵梁、竹横梁之间提供辅助的柔性连接，刚性连接与柔性连接并济，保证了本发明结构混凝土与竹材界面足够的滑移刚度和滑移破坏的延性，同样，竹面板顶面沿桥梁横向间隔设有纵向凹槽可保证现浇混凝土层与竹面板之间的共同工作，本发明的关键点还在于竹纵梁顶面处现浇混凝土层厚度h1不大于竹纵梁高度h的1/3，以获得现浇混凝土层与竹纵梁组合截面在荷载作用下，中性轴位于现浇混凝土层底面以下，即保证混凝土材料全截面受压以避免混凝土下边缘承受拉应力而开裂，便于充分发挥混凝土优越的抗压性能和竹材较强的抗拉能力；横向预应力束在竹横梁内部、侧面或底面穿过，并张拉预应力锚固于桥梁横向最外侧竹纵梁的外侧面，通过横向预应力束将各片竹纵梁在横向连成整体，保证桥梁横向的整体工作。

所述的纵梁凹口、横梁凹口可采用矩形、三角形或倒梯形，并在凹口内设有金属件，金属件为金属筋或金属管制作，金属件下部分锚固于竹纵梁或竹横梁内，上部分浇筑于现浇混凝土层内。

所述的横向预应力束可采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋或纤维筋的一种，横向预应力束设置于竹横梁内部时，竹横梁应预留内部孔洞。

所述的竹纵梁和竹横梁之间的金属连接件由U型承托和固定板组成，U型承托的侧壁和固定板开设有螺栓空洞。金属连接件为竹纵梁、竹横梁之间提供了剪力和弯矩的传递，竹横梁端部置于U型承托内，固定板固定于竹纵梁侧面，金属连接件与竹横梁、竹纵梁的连接通过螺栓和结构胶实现。