一种基于UHPC永久模板的内置桁架组合盖梁及施工工艺的制作方法

一种基于uhpc永久模板的内置桁架组合盖梁及施工工艺
技术领域
1.本发明涉及桥梁建筑技术领域，具体公开了一种基于uhpc永久模板的内置桁架组合盖梁及施工工艺。


背景技术：

2.在城市桥梁建设中，为提高土地利用率,节省桥下使用空间，降低对既有道路的影响，“预应力大悬臂盖梁结构”已成为桥梁设计者的首选方案。近年来，悬臂长度屡创新高，随之带来了结构自重的不断增大，施工难度显著增加。
3.当前，大悬臂盖梁的施工方式主要包括：整体现浇、全预制吊装、预制拼装三种。对于整体现浇盖梁，常采用满堂支架法，横穿型钢法，预埋钢板法，抱箍法等。然而，上述方法均需现场支模、拆模，费时费力，严重影响施工效率；满堂支架对地基要求高，现场作业时间长，影响桥下交通；预埋架设钢梁或钢板，对墩柱外观影响大且施工工序复杂；抱箍易产生整体下滑现象，影响浇筑质量，存在安全风险。而全预制吊装虽然克服了整体现浇盖梁的施工缺点，但鉴于大悬臂盖梁体积大、自重沉，传统的大型工程机具已无法满足运输和吊装需求，同时对运输沿线的桥梁等负荷要求高。此外，uhpc轻型全预制盖梁的引入，一定程度上可降低结构自重，但由于材料成本过高，尚无法进行推广应用；而节段预制拼装工序繁琐，安装精度要求高，施工难度大，拼接缝处易渗水，结构耐久性差，且分段分界面上纵筋无法连续传力；因此，如何有效降低大悬臂盖梁自重，避免现场支模、拆模等繁杂工序，提升施工效率，减轻施工对桥下既有结构物和道路通行的影响，是该类盖梁在设计施工中有待解决的一个现实难题，也是突破既有悬臂长度的关键控制因素。


技术实现要素：

4.本发明意在提供一种基于uhpc永久模板的内置桁架组合盖梁及施工工艺，以解决预制大悬臂盖梁自重过大，不利于运输；以及整体现浇支模、拆模等工序繁杂的问题。
5.为了达到上述目的，本发明的基础方案为：
6.一种基于uhpc永久模板的内置桁架组合盖梁，包括两侧的侧模板与位于底部呈c字形的底模板，包括侧模板与底模板为uhpc材质，所述侧模板的相向面上均设置有若干竖向设置的板肋，侧模板上固定有连接板肋的预应力用钢波纹管，所述板肋上均固定有连接钢梁；所述侧模板之间设置有预制桁架，所述预制桁架包括水平设置且呈矩形分布的四根纵向工字钢梁，竖向相邻的纵向工字钢梁之间固定有若干纵梁，水平相邻的纵向工字钢梁之间均固定有横梁，横梁两端伸出纵向工字钢梁与对应的连接钢梁固定连接；所述相邻横梁以及相邻纵梁之间固定有倾斜设置的腹杆。
7.本方案兼容了整体现浇和全预制施工方法的优点，通过预制模板与预制桁架，显著降低了自重，可采用传统机械进行吊装，易于运输，能够解决因大悬臂盖梁自重过大，吊装难的问题；在吊装完成后，浇筑普通混凝土，使其与墩柱固结，由此形成免拆uhpc模板的内置钢桁架组合盖梁，避免现场支模、拆模等繁杂工序，提高了现场施工效率；在使用阶段，
该结构通过将桁架和预应力联合使用，并构成组合体系协同工作，能够承受巨大的竖向荷载，有效控制变形，与全预制uhpc盖梁相比，材料成本显著降低；与钢-混组合盖梁相比，因uhpc模板的存在，结构耐久性显著提高。
8.可选地，所述横梁包括连接梁与两端的移动梁，所述连接梁与纵向工字钢梁固定连接，对应腹杆固定于连接梁上；所述连接梁中空，所述移动梁滑动连接于对应连接梁内，所述移动梁的相反端上与对应的连接梁固定连接；所述预制桁架还包括若干竖向设置的支撑梁，支撑梁竖向贯穿对应的横梁并与之固定连接，支撑梁底部与底模板固定连接；支撑梁内部均转动连接有转轴，转轴上均固定有两个传动齿轮，传动齿轮两侧均啮合设置有平行于连接梁的传动齿条，传动齿条固定于对应连接梁的端部上；所述支撑梁顶端设置有驱动装置。
9.本方案中，在初次混凝体凝固过程中，混凝土常导致侧模板产生变形；当侧模板发生形变时，通过驱动装置驱动变形区域对应的转轴转动，转轴转动时通过两个传动齿轮同步驱动上下两端的移动梁，使连接梁两侧的移动梁在连接梁内部相向或相反移动，通过移动梁的移动来推动或拉伸连接钢梁，从而对侧模板形变区域施加推力或拉力，促使侧模板恢复形变，从而减小混凝土浇筑时对侧模板的形变影响，使组合成型后的盖梁更加贴近设计规格，减小桥梁误差。
10.可选地，所述转轴顶端周侧固定有环形板，环形板上开设有若干限位槽，所述支撑梁内壁上开设有若干竖向的滑槽，滑槽内均竖向滑动连接有与限位槽对应的限位块，限位块与滑槽之间固定有复位弹簧。
11.常态下，通过限位块与限位槽的配合限制环形板，从而锁住转轴；当侧模板出现形变时，向下挤压限位块使其脱离限位槽，即可将转轴解锁，能够进行后续的调节过程；调节结束后，松开限位块，限位块在复位弹簧的作用下重新插入限位槽内，再次将转轴锁住。
12.可选地，所述驱动装置包括基座，基座底部开设有容纳支撑梁顶部的凹腔，所述凹腔周侧开设有若干导向槽，导向槽顶部开设有水平导向的凹槽；所述凹腔顶部固定有竖直向下的驱动电机，驱动电机的输出端上固定有导块；所述导块底部固定有若干与限位块位置对应的顶块，顶块的长度大于限位槽的厚度；所述支撑梁周侧设置有与导向槽对应的导向块。
13.当侧模板形变时，将驱动装置安装在侧模板形变区域对应的支撑梁上；将驱动装置的基座向下推动至极限位置后旋转基座，使导块由导向槽滑入凹槽内，完成驱动装置的安装锁定；在该过程中，基座底部的顶块推动限位块在滑槽内向下滑动，使限位块脱离与限位槽的配合，顶块伸入限位槽内；启动驱动电机，驱动电机通过顶块与限位槽的配合带动环形板与转轴转动，从而进行后续的调节过程；调节结束后，反向旋转基座后将其取下，限位块在复位弹簧的作用下重新插入限位槽内，再次将转轴锁住；驱动装置的操作过程简便快捷，同时一个驱动装置可适用于整个盖梁内的支撑梁，能够减小资源的浪费。
14.可选地，所述支撑梁底部转动连接有中空的旋转座，旋转座内壁上开设有若干周向均匀分布的连接槽，所述转轴底部周侧固定有与连接槽对应的连接块；所述传动齿轮两侧的传动齿条之间均有高度差；所述传动齿轮上下两端均设置有环形块，所述传动齿条位于相邻环形块之间；所述环形块均转动连接于转轴上，所述环形块周侧固定有若干导向块，所述支撑梁内壁上开设有若干容纳导向块的移动槽，所述环形块的相向端上均固定有用于
与传动齿条卡和的限位销。
15.通过连接槽与连接块的配合，使转轴能够在竖向滑动的同时保持与支撑梁之间的转动连接；如仅需对单侧侧模板调节时，则竖向滑动调节转轴，转轴则带动传动齿轮竖向移动，使传动齿轮仅与该侧模板形变区域所在连接钢梁连接的移动梁所对应的传动齿条啮合，使传动齿轮的转动能带动该侧移动梁移动，并不会影响另一侧的移动梁，即避免对同区域另一侧未变形的侧模板造成影响；而转轴向上移动时带动环形块同步移动，使其中一个环形块上的限位销插入另一侧的传动齿条内，通过移动槽与导向块之间的配合使环形块仅能上下移动而不能转到，从而利用限位销将另一侧的传动齿条锁住，防止混凝土影响侧模板而使传动齿条移动，另一个环形块则保持与对应传动齿条之间的间隔，不会对其造成影响；如需同时对两侧侧模板同步调节时，则保持传动齿轮同时与两侧传动齿条啮合，便于对两侧的侧模板同步调节，此时环形块上的限位销与未与传动齿条接触，使其能够随转轴的转动而调节。
16.可选地，所述支撑梁周侧开设有若干灌浆孔，灌浆孔位于环形板与顶部的传动齿轮之间。
17.可选地，所述传动齿轮上均开设有若干通孔。
18.可选地，所述连接梁的两端均固定有橡胶防渗圈。
19.一种基于uhpc永久模板的内置桁架组合盖梁的施工工艺：
20.1)、预制模板：采用uhpc材质预制侧模板与底模板，使侧模板与底模板一体成型；侧模板的相向面上均一体成型有若干等间距分布的板肋，板肋处均预埋有铆钉，并在板肋处布设预应力用钢波纹管；并依次将连接钢梁与对应铆钉焊接，将连接钢梁与板肋固定；底模板预埋有连接座；
21.2)、预制桁架：将纵向工字钢梁、纵梁、横梁、支撑梁与转轴等结构依次焊接，形成基础结构；再依次焊接腹杆，完成预制桁架；
22.3)、桁架安装；在uhpc模板底部布设纵向受拉普通钢筋，并安置桁架，将连接钢梁与对应连接梁的移动梁焊接固定，支撑梁底部与对应的连接座焊接固定，使桁架与uhpc模板形成一整体，以起到支撑模板作用；之后张拉布设于uhpc模板预应力钢筋；
23.4)、吊装：采用传统机械进行uhpc模板及桁架梁的吊装；
24.5)、初次浇筑：吊装完成后，浇筑普通混凝土，使底模板与墩柱固结；在底模板上张拉纵向受拉钢筋，再进行初次混凝土的浇筑，初次混凝土的浇筑高度低于支撑梁的灌浆孔；
25.6)、转轴调节：在初次混凝体凝固过程中，混凝土常导致侧模板产生变形；如仅需对单侧侧模板调节时，则竖向滑动调节转轴，转轴则带动传动齿轮竖向移动，使传动齿轮仅与该侧模板形变区域所在连接钢梁连接的移动梁所对应的传动齿条啮合，而转轴带动环形块同步移动，使其中一个环形块上的限位销插入另一侧的传动齿条内，利用限位销与移动槽的配合限制环形块仅能上下移动不能转动，再通过限位销将另一侧的传动齿条锁住；如需同时对两侧侧模板同步调节时，则保持传动齿轮同时与两侧传动齿条啮合；
26.7)、形变调节：将驱动装置安装在侧模板形变区域对应的支撑梁上；将驱动装置的基座向下推动至极限位置后旋转基座，使导块由导向槽滑入凹槽内，完成驱动装置的安装锁定；在该过程中，基座底部的顶块推动限位块在滑槽内向下滑动，使限位块脱离与限位槽的配合，顶块伸入限位槽内；启动驱动电机，驱动电机通过顶块与限位槽的配合带动环形板
与转轴转动，转轴通过传动齿轮与传动齿条之间啮合带动移动梁在连接梁内水平移动，利用移动梁的移动来推动或拉伸连接钢梁，从而对侧模板形变区域施加推力或拉力，促使侧模板恢复形变，然后关闭驱动电机，反向旋转基座后即可将其取下；
27.8)、二次浇注：当初次混凝土凝固后，反向转动驱动装置后将其取出，再进行第二次浇筑，并再次铺设纵向受拉钢筋，直至混凝土填充整个模板，盖梁初步完成；第二次浇筑时混凝土通过灌浆孔进入支撑梁与连接梁内部，整体凝固后将转轴与移动梁等活动结构固定住，确保盖梁内部稳定性。
28.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
29.图1为本发明实施例的结构示意图；
30.图2为本发明实施例中预制桁架的结构示意图；
31.图3为本发明实施例的纵向剖视图；
32.图4为图3中a处的放大示意图；
33.图5为图3中b处的放大示意图；
34.图6为发明实施例中横梁的水平剖视图；
35.图7为本发明实施例中驱动装置的结构示意图。
具体实施方式
36.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
37.说明书附图中的附图标记包括：侧模板1、底模板2、板肋3、预应力用钢波纹管4、连接钢梁5、纵向工字钢梁6、纵梁7、腹杆8、连接梁9、移动梁10、支撑梁11、转轴12、传动齿轮13、传动齿条14、环形板15、限位槽16、滑槽17、限位块18、复位弹簧19、基座20、凹腔21、驱动电机22、导向槽23、凹槽24、导块25、顶块26、导向块27、旋转座28、连接槽29、连接块30、连接座31、铆钉32、纵向受拉钢筋33、墩柱34、环形块35、导向块36、限位销37。
38.实施例
39.如图1、图2、图3、图4所示：
40.一种基于uhpc永久模板的内置桁架组合盖梁，包括两侧的侧模板1与位于底部呈c字形的底模板2，包括侧模板1与底模板2为uhpc材质，且侧模板1与底模板2一体成型；所述侧模板1的相向面上均一体成型有若干竖向设置的板肋3，侧模板1上固定有连接板肋3的预应力用钢波纹管4，所述板肋3上均固定有连接钢梁5；所述侧模板1之间设置有预制桁架，所述预制桁架包括水平设置且呈矩形分布的四根纵向工字钢梁6，竖向相邻的纵向工字钢梁6之间固定有若干纵梁7，水平相邻的纵向工字钢梁6之间均固定有横梁，横梁两端伸出纵向工字钢梁6与对应的连接钢梁5固定连接；所述相邻横梁以及相邻纵梁7之间固定有倾斜设置的腹杆8。
41.本方案兼容了整体现浇和全预制施工方法的优点，通过预制模板与预制桁架，显
著降低了自重，可采用传统机械进行吊装，易于运输，能够解决因大悬臂盖梁自重过大，吊装难的问题；在吊装完成后，浇筑普通混凝土，使其与墩柱34固结，由此形成免拆uhpc模板的内置钢桁架组合盖梁，避免现场支模、拆模等繁杂工序，提高了现场施工效率；在使用阶段，该结构通过将桁架和预应力联合使用，并构成组合体系协同工作，能够承受巨大的竖向荷载，有效控制变形，与全预制uhpc盖梁相比，材料成本显著降低；与钢-混组合盖梁相比，因uhpc模板的存在，结构耐久性显著提高。
42.如图3、图4所示：可选地，所述横梁包括连接梁9与两端的移动梁10，所述连接梁9与纵向工字钢梁6固定连接，对应腹杆8固定于连接梁9上；所述连接梁9中空，所述移动梁10滑动连接于对应连接梁9内，所述移动梁10的相反端上与对应的连接梁9固定连接；所述预制桁架还包括若干竖向设置的支撑梁11，支撑梁11竖向贯穿对应的横梁并与之固定连接，支撑梁11底部与底模板2固定连接；支撑梁11内部均转动连接有转轴12，转轴12上均固定有两个传动齿轮13，传动齿轮13两侧均啮合设置有平行于连接梁9的传动齿条14，传动齿条14固定于对应连接梁9的端部上；所述支撑梁11顶端设置有驱动装置。
43.本方案中，在初次混凝体凝固过程中，混凝土常导致侧模板1产生变形；当侧模板1发生形变时，通过驱动装置驱动变形区域对应的转轴12转动，转轴12转动时通过两个传动齿轮13同步驱动上下两端的移动梁10，使连接梁9两侧的移动梁10在连接梁9内部相向或相反移动，通过移动梁10的移动来推动或拉伸连接钢梁5，从而对侧模板1形变区域施加推力或拉力，促使侧模板1恢复形变，从而减小混凝土浇筑时对侧模板1的形变影响，使组合成型后的盖梁更加贴近设计规格，减小桥梁误差。
44.如图3、图4所示：可选地，所述转轴12顶端周侧固定有环形板15，环形板15上开设有若干限位槽16，所述支撑梁11内壁上开设有若干竖向的滑槽17，滑槽17内均竖向滑动连接有与限位槽16对应的限位块18，限位块18与滑槽17之间固定有复位弹簧19。
45.常态下，通过限位块18与限位槽16的配合限制环形板15，从而锁住转轴12；当侧模板1出现形变时，向下挤压限位块18使其脱离限位槽16，即可将转轴12解锁，能够进行后续的调节过程；调节结束后，松开限位块18，限位块18在复位弹簧19的作用下重新插入限位槽16内，再次将转轴12锁住。
46.如图7所示：可选地，所述驱动装置包括基座20，基座20底部开设有容纳支撑梁11顶部的凹腔21，所述凹腔21周侧开设有若干导向槽23，导向槽23顶部开设有水平导向的凹槽24；所述凹腔21顶部固定有竖直向下的驱动电机22，驱动电机22的输出端上固定有导块25；所述导块25底部固定有若干与限位块18位置对应的顶块26，顶块26的长度大于限位槽16的厚度；所述支撑梁11周侧设置有与导向槽23对应的导向块27。
47.当侧模板1形变时，将驱动装置安装在侧模板1形变区域对应的支撑梁11上；将驱动装置的基座20向下推动至极限位置后旋转基座20，使导块25由导向槽23滑入凹槽24内，完成驱动装置的安装锁定；在该过程中，基座20底部的顶块26推动限位块18在滑槽17内向下滑动，使限位块18脱离与限位槽16的配合，顶块26伸入限位槽16内；启动驱动电机22，驱动电机22通过顶块26与限位槽16的配合带动环形板15与转轴12转动，从而进行后续的调节过程；调节结束后，反向旋转基座20后将其取下，限位块18在复位弹簧19的作用下重新插入限位槽16内，再次将转轴12锁住；驱动装置的操作过程简便快捷，同时一个驱动装置可适用于整个盖梁内的支撑梁11，能够减小资源的浪费。
48.如图3、图5所示：可选地，所述支撑梁11底部转动连接有中空的旋转座28，旋转座28内壁上开设有若干周向均匀分布的连接槽29，所述转轴12底部周侧固定有与连接槽29对应的连接块30；所述传动齿轮13两侧的传动齿条14之间均有高度差；所述传动齿轮13上下两端均设置有环形块35，所述传动齿条14位于相邻环形块35之间；所述环形块35均转动连接于转轴12上，所述环形块35周侧固定有若干导向块27，所述支撑梁11内壁上开设有若干容纳导向块27的移动槽，所述环形块35的相向端上均固定有用于与传动齿条14卡和的限位销37。
49.通过连接槽29与连接块30的配合，使转轴12能够在竖向滑动的同时保持与支撑梁11之间的转动连接；如仅需对单侧侧模板1调节时，则竖向滑动调节转轴12，转轴12则带动传动齿轮13竖向移动，使传动齿轮13仅与该侧模板1形变区域所在连接钢梁5连接的移动梁10所对应的传动齿条14啮合，使传动齿轮13的转动能带动该侧移动梁10移动，并不会影响另一侧的移动梁10，即避免对同区域另一侧未变形的侧模板1造成影响；而转轴12向上移动时带动环形块35同步移动，使其中一个环形块35上的限位销37插入另一侧的传动齿条14内，通过移动槽与导向块27之间的配合使环形块35仅能上下移动而不能转到，从而利用限位销37将另一侧的传动齿条14锁住，防止混凝土影响侧模板1而使传动齿条14移动，另一个环形块35则保持与对应传动齿条14之间的间隔，不会对其造成影响；如需同时对两侧侧模板1同步调节时，则保持传动齿轮13同时与两侧传动齿条14啮合，便于对两侧的侧模板1同步调节，此时环形块35上的限位销37与未与传动齿条14接触，使其能够随转轴12的转动而调节。
50.可选地，所述支撑梁11周侧开设有若干灌浆孔(图中未画出)，灌浆孔位于环形板15与顶部的传动齿轮13之间。
51.通过灌浆孔使第二次浇筑混凝土时，混凝土能够正常进入支撑梁11内部，避免环形板15等结构阻碍混凝土进入。
52.可选地，所述传动齿轮13上均开设有若干通孔(图中未画出)；通过通孔便于混凝土的流入。
53.可选地，所述连接梁9的两端均固定有橡胶防渗圈；利用橡胶防渗圈防止混凝土由连接梁9与移动梁10的连接处渗入，影响移动梁10的正常移动。
54.一种基于uhpc永久模板的内置桁架组合盖梁的施工工艺：
55.1)、预制模板：采用uhpc材质预制侧模板1与底模板2，使侧模板1与底模板2一体成型；侧模板1的相向面上均一体成型有若干等间距分布的板肋3，板肋3处均预埋有铆钉32，并在板肋3处布设预应力用钢波纹管4；并依次将连接钢梁5与对应铆钉32焊接，将连接钢梁5与板肋3固定；底模板2预埋有连接座31；
56.2)、预制桁架：将纵向工字钢梁6、纵梁7、横梁、支撑梁11与转轴12等结构依次焊接，形成基础结构；再依次焊接腹杆8，完成预制桁架；
57.3)、桁架安装；在uhpc模板底部布设纵向受拉普通钢筋，并安置桁架，将连接钢梁5与对应连接梁9的移动梁10焊接固定，支撑梁11底部与对应的连接座31焊接固定，使桁架与uhpc模板形成一整体，以起到支撑模板作用；之后张拉布设于uhpc模板预应力钢筋；
58.4)、吊装：采用传统机械进行uhpc模板及桁架梁的吊装；
59.5)、初次浇筑：吊装完成后，浇筑普通混凝土，使底模板2与墩柱34固结；在底模板2
上张拉纵向受拉钢筋33，再进行初次混凝土的浇筑，初次混凝土的浇筑高度低于支撑梁11的灌浆孔；
60.6)、转轴12调节：在初次混凝体凝固过程中，混凝土常导致侧模板1产生变形；如仅需对单侧侧模板1调节时，则竖向滑动调节转轴12，转轴12则带动传动齿轮13竖向移动，使传动齿轮13仅与该侧模板1形变区域所在连接钢梁5连接的移动梁10所对应的传动齿条14啮合，而转轴12带动环形块35同步移动，使其中一个环形块35上的限位销37插入另一侧的传动齿条14内，利用限位销37与移动槽的配合限制环形块35仅能上下移动不能转动，再通过限位销37将另一侧的传动齿条14锁住；如需同时对两侧侧模板1同步调节时，则保持传动齿轮13同时与两侧传动齿条14啮合；
61.7)、形变调节：将驱动装置安装在侧模板1形变区域对应的支撑梁11上；将驱动装置的基座20向下推动至极限位置后旋转基座20，使导块25由导向槽23滑入凹槽24内，完成驱动装置的安装锁定；在该过程中，基座20底部的顶块26推动限位块18在滑槽17内向下滑动，使限位块18脱离与限位槽16的配合，顶块26伸入限位槽16内；启动驱动电机22，驱动电机22通过顶块26与限位槽16的配合带动环形板15与转轴12转动，转轴12通过传动齿轮13与传动齿条14之间啮合带动移动梁10在连接梁9内水平移动，利用移动梁10的移动来推动或拉伸连接钢梁5，从而对侧模板1形变区域施加推力或拉力，促使侧模板1恢复形变，然后关闭驱动电机22，反向旋转基座20后即可将其取下；
62.8)、二次浇注：当初次混凝土凝固后，反向转动驱动装置后将其取出，再进行第二次浇筑，并再次铺设纵向受拉钢筋33，直至混凝土填充整个模板，盖梁初步完成；第二次浇筑时混凝土通过灌浆孔进入支撑梁11与连接梁9内部，混凝土整体凝固后将转轴12与移动梁10等活动结构固定住，确保盖梁内部稳定性。
63.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。