一种波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构及施工方法与流程

1.本发明涉及土木工程技术领域中的一种波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构及施工方法。


背景技术：

2.波形钢腹板组合箱梁桥又称波形钢腹板pc桥，是指用波形钢板取代混凝土腹板作为新式腹板的箱形梁，其显著特点是用10～20mm厚的波形钢板取代厚30～80cm厚的混凝土腹板，在保证承载力的同时降低了桥体的自重。由于桥体的支撑结构特性，桥体会在不同区域受到正弯矩或负弯矩，其中正弯矩指桥体底部受拉而顶部受压，呈“下凹”状；而负弯矩指桥体顶部受拉而底部受压，呈“上凸”状。其中，桥体的负弯矩区存在着混凝土顶板受拉，波形钢腹板箱梁受压的不利情况，该受力结构容易导致混凝土顶板开裂而直接影响行车安全。因此，针对桥体负弯矩区的施工方法往往有更高的施工要求。
3.为了改善波形钢腹板组合箱梁桥混凝土顶板开裂的问题，通常采用三种解决方法。一、通过提高混凝土顶板中普通钢筋的配筋率，以此来限制混凝土顶板的裂缝宽度；二、通过后张法在负弯矩区混凝土顶板内施加预应力，即在混凝土顶板完成浇注后再对混凝土顶板施加预应力，以此来抵消负弯矩区产生的拉应力；三、通过施工措施改善负弯矩区混凝土顶板的受力状况，以此来克服负弯矩区的不利影响。
4.但是，对于提高普通钢筋配筋率的方法，往往只能限制其裂缝开展，不能解决开裂问题；对于施工措施改善受力的方法，施工方法仍然缺少系统的研究，施工设计中依然存在较多的难点。目前工程中采用较多的是后张法施加预应力的方法，对于后张法施加预应力的方法，容易导致大跨度桥梁负弯矩区的承载力超出限值，需增设很厚的钢板来抵消限值，同时存在较多预应力会消耗在波形钢腹板上，导致混凝土顶板预应力储备降低，还容易带来箱梁受压屈曲的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构及施工方法，能够实现对波形钢腹板组合箱梁负弯矩区的预应力施加，同时减少波形钢腹板对预应力的过多消耗。
6.根据本发明第一方面实施例，提供一种波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构，包括：
7.箱梁本体，其包括底板、波形钢腹板和翼缘板，所述波形钢腹板和所述翼缘板的数量均为两个，所述翼缘板一一对应地连接在所述波形钢腹板的顶部，两个所述波形钢腹板与所述底板焊接并构成“c”形结构；所述箱梁本体沿其形体方向分为中部的负弯矩区和两端的正弯矩区，所述负弯矩区与所述正弯矩区之间设置交界区，所述交界区的长度为1～3m；
8.两个临时锚固件，其对称安装在所述翼缘板上，对称的两个所述临时锚固件分别
一一对应设置在两个所述交界区；
9.预应力钢筋，其两端分别穿过两个对称安装的所述临时锚固件，所述预应力钢筋与所述箱梁本体的形体方向平行；
10.千斤顶，其固定在其中一个所述临时锚固件，所述千斤顶与所述预应力钢筋的其中一端连接并向所述预应力钢筋施加轴向方向的拉力，所述预应力钢筋的另一端通过锚固螺母与对称的另一个所述临时锚固件固定连接。
11.根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述临时锚固件具体为锚固块，两个所述锚固块安装在同一个所述翼缘板上，并对单个所述翼缘板进行预应力施加。
12.根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述预应力钢筋的数量为至少两个，所述预应力钢筋的两端分别穿过两个所述锚固块。
13.根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述锚固块包括斜撑结构，两个所述锚固块的所述斜撑结构相对设置。
14.根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述临时锚固件具体为锚固横梁，所述箱梁本体的数量为至少两个，所述锚固横梁横置并与各个所述翼缘板进行连接以对多个所述预应力钢筋进行预应力施加。
15.根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述预应力钢筋的数量为多个，所述预应力钢筋的两端分别穿过两个所述锚固横梁，多个所述预应力钢筋沿所述锚固横梁的形体方向等距设置。
16.根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述锚固螺母与所述临时锚固件之间设置有锚垫板。
17.根据本发明第二方面实施例，提供一种波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力施工方法，包括：
18.在工厂中制作并焊接所述箱梁本体，在所述箱梁本体中完成钢底板单元、横隔板单元、腹板单元等单元件的制作，再进行各节段的焊接组装；
19.将所述箱梁本体运输至施工现场，采用吊装或顶推或拖拉的方法进行所述箱梁本体的架设；
20.在所述箱梁本体的所述正弯矩区架设模板并搭接钢筋网，进行所述正弯矩区的混凝土浇注并进行养护；
21.在所述箱梁本体的所述交界区安装所述临时锚固件；
22.将所述预应力钢筋穿过两个所述临时锚固件，所述预应力钢筋的一端安装所述锚固螺母，所述预应力钢筋的另一端连接至所述千斤顶；
23.启动所述千斤顶，对所述预应力钢筋进行张拉并保持；
24.在所述箱梁本体的负弯矩区架设模板并搭接钢筋网，进行所述负弯矩区的混凝土浇注，确保所述预应力钢筋被淹没在混凝土中，浇注完成后进行养护；
25.待所述负弯矩区的混凝土桥面板达到设计强度的90％以上时，切断所述预应力钢筋未被混凝土包裹的部分，释放预应力；
26.拆除所述临时锚固件，对所述箱梁本体的所述交界区进行混凝土浇注并养护，预应力施工完成。
27.根据本发明第二方面实施例，进一步地，对所述交界区进行浇注前，将所述交界区
两侧的混凝土凿毛，并清除浮浆层和松散层，提升混凝土间的粘结牢固度。
28.根据本发明第二方面实施例，进一步地，完成所述箱梁本体所有区域的混凝土浇注后，安装护栏或防撞墙，进行桥面板的铺装施工。
29.本发明实施例的有益效果至少包括：本发明通过在浇注前对预应力钢筋进行张拉，并在浇注后释放预应力钢筋中的预应力，以预应力钢筋本身的形变对负弯矩区的混凝土施加预应力，减少对底部的波形钢腹板预应力的消耗。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
31.图1是本发明第一方面实施例波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构的三维图；
32.图2是本发明第一方面实施例波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构的侧视图；
33.图3是本发明第一方面实施例波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构中锚固块的三维图；
34.图4是本发明第一方面实施例波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构对多个箱梁本体进行预应力施加的示意图。
35.附图标记：100-箱梁本体、110-底板、120-波形钢腹板、130-翼缘板、140-负弯矩区、150-正弯矩区、160-交界区、200-临时锚固件、210-锚固块、211-斜撑结构、220-锚固横梁、300-预应力钢筋、400-千斤顶、500-锚固螺母、600-锚垫板。
具体实施方式
36.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
39.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
40.本发明第一方面实施例提供了一种波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构，相较于传统的预应力施加方法，其在混凝土浇注前先对预应力钢筋300进行张拉，并在浇注后解除对预应力钢筋300的限制，从而在后续依靠预应力钢筋300本身的形变对混凝土施加预应力，减少混凝土本身的形变，进而减少桥面的开裂，提高预应力施加效率。
41.本发明第二方面实施例提供了一种波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力施工方法，基于上述所述的波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构，详细说明了其施工流程。
42.参照图1，本发明第一方面实施例中的波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构，包括箱梁本体100、临时锚固件200、预应力钢筋300和千斤顶400。其中，箱梁本体100为桥梁主体结构，其具体包括底板110、波形钢腹板120和翼缘板130。波形钢腹板120和翼缘板130的数量均为两个且一一对应设置，翼缘板130连接在波形钢腹板120的顶部。两个波形钢腹板120的底部与底板110焊接并构成“c”形结构，该“c”形结构的中央用于浇注混凝土以强化箱梁结构。参照图2，箱梁本体100沿其形体方向分为中部的负弯矩区140和两端的正弯矩区150，并在负弯矩区140和正弯矩区150之间设有交界区160，交界区160的长度为1～3m，用于安装临时锚固件200。
43.临时锚固件200的数量为两个，分别对称安装在翼缘板130上，且分别一一对应设置在两个交界区160中。
44.预应力钢筋300采用精轧螺纹钢，其两端分别穿过两个对称设置的临时锚固件200，且为了避免预应力方向偏移，预应力钢筋300的方向与箱梁本体100的形体方向平行。
45.千斤顶400为穿心式千斤顶，其固定在其中一个临时锚固件200。预应力钢筋300穿过两个临时锚固件200后，其一端与千斤顶400连接，另一端通过锚固螺母500与另一个临时锚固件200固定连接。参照图3，锚固螺母500连接时，在锚固螺母500与临时锚固件200之间设置锚垫板600以减少连接处的压强，对临时锚固件200的表面起保护作用。千斤顶400夹持预应力钢筋300后能够对预应力钢筋300施加轴向方向的拉力施加预应力。
46.在一些实施例中，临时锚固件200具体为锚固块210，其由多个钢板焊接而成，为框架式结构。两个锚固块210安装在同一个翼缘板130上，预应力钢筋300穿过这两个锚固块210并在单个翼缘板130安装千斤顶400后施加预应力。
47.进一步地，预应力钢筋300的数量为至少两个，且均穿过两个锚固块210，使得张拉结构更为稳定，减少张拉过程发生偏移的情况。
48.进一步地，锚固块210包括斜撑结构211，在本实施例中为带斜角的侧面钢板，用于减少锚固块210与翼缘板130连接处的应力集中效应，防止应力过大导致连接处发生崩裂。容易理解地，也可以采用斜撑梁等框架式结构进行助力，在此不再赘述。
49.在另一些实施例中，参照图4，临时锚固件200具体为锚固横梁220，箱梁本体100的数量为至少两个。对于复数的箱梁本体100，采用多个锚固块210进行分别锚固的方式耗时耗力，因此采用锚固横梁220横置在各个翼缘板130上并进行统一连接，能够对翼缘板130之间预应力钢筋进行预应力施加，弥补锚固块210的不足。
50.进一步地，预应力钢筋300的数量为多个，预应力钢筋300的两端分别穿过两个锚固横梁220，且多个预应力钢筋300沿锚固横梁220的形体方向等距设置，使得两个锚固横梁220的受力更为均匀。
51.本发明第二方面实施例中的波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力施工方法，基于
上述波形钢腹板组合箱梁负弯矩区预应力结构，包括以下步骤：
52.s100.在工厂中制作并焊接箱梁本体100，在箱梁本体100中完成钢底板单元、横隔板单元、腹板单元等单元件的制作，再进行各节段的焊接组装，连接处均采用熔透角焊缝连接。
53.s200.将箱梁本体100运输至施工现场，采用吊装或顶推或拖拉的方法进行箱梁本体100的架设。
54.s300.在箱梁本体100的正弯矩区150架设模板并搭接钢筋网，进行正弯矩区150的混凝土浇注并进行养护。
55.s400.在箱梁本体100的交界区160安装临时锚固件200。
56.s500.将预应力钢筋300穿过两个临时锚固件200，预应力钢筋300的一端安装锚固螺母500，预应力钢筋300的另一端连接至千斤顶400。
57.s600.启动千斤顶400，对预应力钢筋300进行张拉并保持。
58.s700.在箱梁本体100的负弯矩区140架设模板并搭接钢筋网，进行负弯矩区140的混凝土浇注，确保预应力钢筋300被淹没在混凝土中，浇注完成后进行养护。
59.s800.待负弯矩区140的混凝土桥面板达到设计强度的90％以上时，切断预应力钢筋300未被混凝土包裹的部分，释放预应力。
60.s900.拆除临时锚固件200，对箱梁本体100的交界区160进行浇注并养护，预应力施工完成。
61.进一步地，在对交界区160进行混凝土浇注前，先将交界区160两侧已凝固的混凝土面凿毛，清楚浮浆层和松散层，从而在后续浇注过程中，混凝土浆液能够更好地渗透到两侧的混凝土中以提升粘结牢固度。
62.进一步地，完成箱梁本体100所有区域的混凝土浇注后，安装护栏或防撞墙，进行桥面板的铺装施工。
63.以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。