一种基于UHPC-NC组合结构的大挑臂装配式盖梁的制作方法

本技术属于桥梁工程领域，具体涉及一种基于uhpc-nc组合结构的大挑臂装配式盖梁。

背景技术：

1、传统现浇混凝土盖梁，存在施工周期长、现场支模繁琐和环境扰动大的问题，尤其对于普通预应力混凝土（nc）盖梁，受一期恒载（架梁过程）与二期恒载加载时机影响，钢束往往需分多批张拉，施工工序复杂、周期长，无法满足城市桥梁快速化施工的需求。其原因在于：现有大挑臂预应力混凝土盖梁因其悬臂长、荷载大，为平衡施工及使用阶段巨大的弯矩，往往需要配置数量众多、线形复杂的预应力钢束。为避免一次性张拉所有钢束导致结构局部应力超限、混凝土开裂，或造成盖梁过度上拱而影响桥面线形，施工中必须采用分批、分阶段张拉的策略，才能使结构应力与变形随施工进程逐级、可控地发展，确保其在各工况下均能满足承载能力与正常使用的要求。

2、近年来，装配式混凝土盖梁通过预制构件现场拼装，虽可缩短工期，但因普通混凝土材料强度低，导致预制段自重大（单节段通过超过150吨），运输吊装困难，且预应力钢束需在预制阶段预埋并预留张拉端，现场拼装后仍面临多批次张拉问题，无法彻底摆脱工序繁琐、工效低下的瓶颈。

3、超高性能混凝土（uhpc）具有轻质高强的优点，能够显著减轻预制构件自重，具有良好的应用潜力。然而，在将其应用于预制盖梁时，盖梁截面设计仍面临若干技术局限。根据已有工程经验，常见盖梁截面形式主要包括闭口截面和开口截面两类，它们各自存在一定的施工或结构缺陷：①闭口截面（如矩形、箱形等），该类截面在受力性能上具有一定优势，但在施工过程中易因内模浮动而导致成型精度控制困难，且脱模效率低，严重影响预制生产效率；②开口截面（如槽形、π形、工字形等），虽然模板制作与脱模较为简便，但其抗扭刚度较低，在复杂受力条件下易出现扭转变形，影响结构的整体性能与耐久性。此外，uhpc材料及相应成型工艺成本较高，进一步制约了其在实际工程中的规模化应用。

4、中国专利cn113279324a公开的《半预制uhpc-nc组合盖梁连接构造》和cn113605246a公开的《预应力uhpc外壳-混凝土内芯组合盖梁结构》均是通过uhpc外壳与普通混凝土结合提升性能，但仍存在以下三方面的不足：首先，依赖大量现场湿作业混凝土浇筑，导致施工周期延长；其次，未实现结构自重的有效优化，影响大跨径应用的可行性；更重要的是，未能突破预制化率瓶颈，关键构件仍需现场成型。这些技术局限不仅制约了施工效率的提升，更难以充分发挥装配式盖梁在质量控制、环境保护和工程标准化方面的工业化优势。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种基于uhpc-nc组合结构的大挑臂装配式盖梁，旨在解决传统大挑臂盖梁结构中存在的材料性能利用率低、自重较大、现场作业繁杂以及不利于装配化施工等问题。

2、解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

3、一种基于uhpc-nc组合结构的大挑臂装配式盖梁，包括上部uhpc结构和下部nc结构，所述上部uhpc结构和所述下部nc结构均为截面呈“ㄇ”形的槽形预制结构，所述上部uhpc结构和所述下部nc结构上下叠合连接形成中间挖空的盖梁梁体结构。

4、本实用新型的盖梁梁体结构，将uhpc材料应用于主要承受拉力的盖梁顶部区域，而将nc材料应用于主要承受压力的底部区域，充分发挥uhpc卓越抗拉性能和nc良好抗压性能的材料优势。为减轻自重，本实用新型的上部uhpc结构和下部nc结构均采用挖空的“ㄇ”形截面，上下两个“ㄇ”形截面结构竖向叠合形成上部“口”字形、下部槽形的组合型截面结构，该组合型截面结构具有较大的抗弯、抗扭惯性矩，能够有效保障盖梁的整体力学性能。

5、本实用新型的装配式盖梁还具有以下优选设计：

6、根据受力需求，本实用新型的所述上部uhpc结构内部可设置有预应力钢束。

7、本实用新型的所述上部uhpc结构为等截面结构，所述下部nc结构为变截面结构。可以根据挑臂不同部位的受力情况，调整截面尺寸以及预应力钢束、钢筋布置，保证下部nc结构的抗压性能要求。

8、本实用新型的所述上部uhpc结构的上表面设置有支座垫石，所述上部uhpc结构的槽口内设置有第一隔板，所述下部nc结构的槽口内设置有第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板均对应设置在各支座垫石的正下方。针对盖梁挖空截面在支座垫石处受集中力的情况设置隔板，可改善局部应力集中问题，增强截面的整体受力性能。

9、本实用新型的基于uhpc-nc组合结构的大挑臂装配式盖梁的第一种施工方法。包括以下步骤：

10、s1.先制作上部uhpc结构的模板浇筑所述上部uhpc结构，养护至所述上部uhpc结构达到设计的强度；

11、s2.将所述上部uhpc结构上下颠倒放置，在所述上部uhpc结构上制作下部nc结构的模板，然后浇筑所述下部nc结构形成盖梁梁体结构；

12、s3.待所述下部nc结构达到设计强度后，将所述盖梁梁体结构上下翻转，运输至施工现场，将所述盖梁梁体结构整体吊装到桥墩墩柱顶部，通过灌浆套筒与所述桥墩墩柱连接。

13、根据需要，步骤s1中所述上部uhpc结构可设置预应力钢束，待所述上部uhpc结构养护至设计的强度后，对所述预应力钢束进行张拉或放张，为所述上部uhpc结构施加预应力，其中，

14、若所述预应力钢束采用后张法施工，则对所述预应力钢束进行张拉；

15、若所述预应力钢束采用先张法施工，则对所述预应力钢束进行放张。

16、本实用新型的第一种施工方法能够实现预应力钢束的一次性张拉。其核心原理在于通过创新的材料分区设计与结构受力路径的优化，将预应力的施加对象与作用范围精准限定于抗拉性能卓越的上部uhpc区域，从而规避了传统nc盖梁中因材料抗拉强度低而必须依赖分批张拉来控制应力与变形的技术约束。具体实现原因及原理如下：

17、1.材料性能的针对性利用与受力路径隔离。

18、本实用新型依据盖梁“顶部受拉、底部受压”的受力模式，将截面大致以中性轴为界进行材料分区。上部采用超高性能混凝土（uhpc），其超高抗拉强度与韧性能够承受一次性张拉产生的高应力集中，且不易出现裂缝；下部则采用普通混凝土（nc），仅承担压力。这种设计使得预应力钢束的张力被完全“封装”并作用于上部uhpc截面，其产生的弹性压缩、上拱变形等效应被严格限制在该区域内，不会引发下部nc部分出现有害拉应力或开裂，从而从根源上消除了导致传统整体式nc盖梁必须分批张拉的首要原因。

19、2.预压应力的高效预存与荷载抵消机制。

20、在上部uhpc与下部nc结合形成整体组合截面之前，即对uhpc部分单独进行预应力的一次张拉。此次张拉在uhpc截面中预先储存了显著的压应力。当组合截面形成后，承受上部桥面荷载等外部作用时，荷载在盖梁顶部产生的拉应力会首先被这部分预存的压应力所抵消。uhpc材料自身的高抗拉性能为此提供了坚实的保障，确保在后续使用荷载下，截面拉应力始终处于uhpc的安全承受范围内。这一“预存压应力”机制，使得结构在最终受力状态时具备充足的抗拉储备，无需通过复杂的分阶段张拉来逐步调整应力。

21、3.结构分离施工与受力时序的精确控制。

22、本实用新型上述施工方法在工序上实现了关键突破。通过“先浇筑并张拉uhpc结构，后浇筑nc结构”的流程，确保了预应力完全由uhpc结构在独立状态下承担。下部nc结构是在上部uhpc结构预应力张拉完成，应力状态已经稳定的前提下才与之结合，因此nc结构部分不会承受预加应力的不利影响。这种时序控制将预应力的施加与组合截面的最终形成分为两个明晰、独立的阶段，使得一次性张拉在技术上成为可能，且不会对结构的后续组合性能造成任何损伤。

23、综上所述，本实用新型通过材料分区设计将预应力的作用范围精准限定于uhpc结构区域，利用uhpc的高抗拉特性安全承受一次性张拉，并通过预存压应力机制有效抵抗后续荷载拉应力，再结合分离式施工时序确保了下部nc结构不受预应力张拉的不利影响。这几大创新点的协同作用，共同构成了本实用新型能够以“一次张拉”替代传统“分批张拉”的根本原理，不仅简化了施工流程、提高了效率，也从力学机理上保证了结构的安全性与可靠性。

24、本实用新型的上述第一种施工方法，通过先浇筑上部uhpc结构并张拉、后浇筑下部nc结构再整体翻转的独特工序，创新性地实现了组合结构在最优受力状态下的工厂化整体制造，从根本上保障了结构界面结合质量与构件的整体完整性，尤其适用于对结构耐久性、施工效率及质量一致性要求极高的大规模标准化桥梁建设。

25、本实用新型的基于uhpc-nc组合结构的大挑臂装配式盖梁的第二种施工方法。包括以下步骤：

26、s1′.分别预制上部uhpc结构和下部nc结构，所述下部nc结构的上部两侧预设有用于施工拼接带的边槽；

27、s2′.将预制好的所述上部uhpc结构和所述下部nc结构运输至施工现场；

28、s3′.先施工所述下部nc结构，将所述下部nc结构吊装到桥墩墩柱顶部，通过灌浆套筒与所述桥墩墩柱连接；

29、s4′.将所述上部uhpc结构吊装到所述下部nc结构上方，使所述上部uhpc结构与所述下部nc结构的分界面对齐，采用临时支撑装置固定所述上部uhpc结构，施工所述拼接带，将所述上部uhpc结构与所述下部nc结构粘结形成一个整体。

30、根据需要，步骤s1′中所述上部uhpc结构可设置预应力钢束。

31、步骤s4′中所述拼接带内可设置有界面抗剪钢筋，确保拼接带的强度和粘结性能。

32、本实用新型的第二种施工方法通过上下分体预制、现场拼接的工艺，有效解决了大型构件运输、吊装瓶颈，并实现了在现场条件下对关键连接界面的精准控制，特别适用于运输条件受限、现场作业需灵活安排的桥梁工程。

33、本实用新型的第二种施工方法同样是将预应力的施加对象与作用范围精准限定于抗拉性能卓越的上部uhpc区域，从而规避了传统nc盖梁中因材料抗拉强度低而必须依赖分批张拉来控制应力与变形的技术约束，所以也可以在施工时实现预应力钢束的一次性张拉。

34、此外，本实用新型的两种施工方法中，将盖梁分成上部uhpc结构和下部nc结构两个独立部分进行浇筑。两个独立部分均为开口截面结构，在预制时，无需像浇筑闭口截面结构一样设置内模，预制效率更高，且使上部uhpc结构的成型精度控制更容易。

35、本实用新型具有以下有益效果：

36、1.自重轻：通过将上部uhpc结构和下部nc结构的截面挖空成“ㄇ”形截面，有效减轻了盖梁的自重，降低了对基础和吊装设备的要求。

37、2.造价经济并充分发挥材料性能：根据受力模式合理分配 uhpc 和 nc 材料，上部uhpc结构抗拉、下部nc结构抗压，使两种材料的性能得到充分发挥，实现了材料的优化利用，充分利用 uhpc 和 nc 两种材料的性能优势，预应力钢束的应力全部作用于上部uhpc结构，预存的较大压应力能有效抵抗上部荷载产生的拉应力，提升了盖梁的抗裂性能和耐久性。同时减少了材料的使用量，避免了材料的浪费，降低了生产成本。

38、3.盖梁高度小：合理的截面设计使得盖梁在满足承载能力的前提下，高度得以减小，可降低桥梁的整体高度，节省空间。

39、4.承载能力大：组合截面具有较大的抗弯、抗扭惯性矩，结合预应力钢束的作用，显著提高了盖梁的承载能力。

40、5.施工工序简单、速度快、效率高：工厂预制减少了现场作业量，上部uhpc结构的预应力钢束采用一次张拉方式，简化了施工工序。两种施工方法均具有明确的操作流程，能够有效缩短施工周期，提高施工效率。

41、6.现场作业少、质量可控：工厂预制环境下，施工质量更容易控制，减少了现场施工的不确定性和质量隐患。

42、7.对地面交通干扰少：装配化施工方式减少了现场大型设备的使用和施工人员的作业时间，降低了对地面交通的干扰。

43、8.装配化程度高、可充分发挥工业化优势：预制构件的生产和安装符合工业化施工的要求，能够提高施工的标准化和机械化水平，发挥工业化生产的优势。