CN100491638C - 内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属土木工程桥梁技术领域，公开了一种内置斜腿钢架预应力混凝土变截面箱梁桥。在箱梁内设置一由内置纵梁和内置斜腿组成的斜腿钢架结构，内置斜腿和箱梁底板平行布置且等厚，内置纵梁和跨中底板齐平且等厚，跨中至3L/8截面区段箱梁底板和内置纵梁融为一体，底板索沿内置纵梁水平布置。桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，内置纵梁和内置斜腿可和箱梁节段一起现浇，也可推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。本发明桥梁具有拱桥景观效果，结构整体刚度大，挠度小，抗剪能力强，布索合理，消除了跨中正弯矩底板索向下的径向力而避免了其并发病害，可显著提高预应力混凝土变截面箱梁桥跨越能力。

Description

内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法

技术领域

该发明属于土木工程桥梁技术领域，尤其涉及一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，以及其施工方法。

背景技术

大跨预应力混凝土变截面箱梁桥是目前广泛采用的桥型，以连续梁和连续刚构桥最为多见，常采用挂篮悬臂浇筑法施工。图1为现有的一种大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的立面布置图，为连续刚构桥，跨中梁高小于位于桥墩6处的支点梁高，底部为箱梁底板1，主梁下缘立面为坦拱形，采用分段挂篮悬臂现浇工艺施工。由图3至图5所示，其箱梁采用单箱单室截面，由跨中向悬臂根部支点的方向，箱室净空加大，其梁高加大，底板1逐渐加厚，底板1立面为坦拱形，底板1的净矢跨比为1/12.7。用于锚固底板索5的锯齿块3设置在腹板2和底板1的结合转角处。由图13至图16所示，其钢索纵向布置方式是：顶板负弯矩索水平布置，锚固在靠近腹板2处，腹板索7下弯布置提供一定的向上的抗剪分力，跨中正弯矩底板索5布置在底板1内，底板索5锚固在锯齿块3上，底板索5立面为与底板1一致的拱形，因此拱形的底板索5在受拉力时会产生向下的径向力，锚固端远离跨中的底板索5向下的径向力大。

现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥存在以下构造和受力不合理的问题，跨径越大问题越严重，制约着该类桥梁的发展：

(1)变截面箱梁桥目前常用的截面形式为单箱单室截面，由于受力需要，梁高由跨中L/2截面向支点截面不断加大，导致底板1的下缘立面成拱形，正弯矩索布置在底板1内，故正弯矩索常称为底板索5，这种构造布置导致底板索5立面亦成拱形，底板索5张拉时必然产生向下的径向力。当桥梁跨径增大时，现有技术是采用增加梁高、加厚底板1、局部加厚腹板2、增加配筋等措施，而增加配筋，底板索5的径向力进一步加大。腹板2和底板1加厚处理可解决承压问题，但对梁体的刚度的贡献没有增加梁高大，增大梁高后腹板2稳定性会降低，腹板2可加厚，但进一步加大自重，增大梁高跨中正弯矩束向下的径向力进一步加大，故现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥，跨径增大时靠加大传统箱室结构梁高、加厚腹板2和底板1有较大的负作用。

(2)底板索5向下的径向力在相应底板位置产生顺桥向剪切力，跨中段底板1较薄，一般为25～40cm，横向钢筋按构造配置，底板索5向下的径向力过大则易导致跨中段底板1出现顺桥向剪切裂缝，严重的导致桥梁底板1崩裂破坏。

(3)底板索5向下的径向力直接导致相应区段腹板2受拉，易导致腹板2出现主拉应力裂缝，通常L/4截面至L/2截面范围此类病害较常见，与此有关，一般L/4截面至L/2截面范围梁高较小，竖向预应力控制难度大，若竖向预应力不可靠，会加剧病害。

(4)由于底板索5因构造要求需要锚固在腹板2和底板1交接处以减短传力路线，对大跨径桥梁底板索5锚固区常常由跨中附近到L/8截面附近，大跨悬臂浇筑法施工的变截面箱梁桥的正弯矩区通常在L/4截面至跨中L/2截面间，跨中L/2截面最大，L/8截面附近正弯矩一般很小或为负弯矩，为保证跨中正弯矩受力和锚固构造需要，布置在L/4截面至L/8截面间的底板索5对该段受力不利，L/4截面至L/8截面梁高大，偏心距大，且产生向下的径向力最大，故负作用大。

(5)底板索5向下的径向力直接导致跨中下挠。

(6)拱形底板索5定位难，施工不易控制，曲线索预应力损失大，不经济。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种结构整体刚度大、挠度小、抗剪能力强、布索合理、跨中正弯矩索不产生向下的径向力、箱梁构造受力合理、施工方便的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥结构以及其施工方法。

本发明技术方案如下：内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括构成箱梁的底板及腹板，其特征在于：在变截面箱梁桥箱梁内设置一斜腿刚架结构，斜腿刚架结构由内置纵梁和内置斜腿组成；内置纵梁设在箱梁内跨中底板相应梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近区段底板和内置纵梁融为一体，内置纵梁高度和跨中底板厚度一致；内置斜腿一端与内置纵梁连为一体，其两侧与腹板连为一体，内置斜腿和箱梁底板平行布置，内置斜腿和底板径向距离为支点总梁高H的1/4～1/5，内置斜腿、箱梁底板和腹板均采用等截面，厚度均为40～60cm；箱梁底板下缘线形采用悬连线，净矢跨比为1/7～1/9；跨中正弯矩底板索沿内置纵梁水平布置，在底板索张拉锚固位置的内置纵梁上设置锯齿块，底板索张拉锚固端在锯齿块处弯起到箱内，底板索的两个锚固端对称张拉并锚固在锯齿块上。

本发明还提供了这种桥的施工方法：桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时内置纵梁和内置斜腿可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，内置纵梁和内置斜腿也可推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

本发明同现有技术相比，其有益效果是：

(1)本发明跨中正弯矩底板索水平布置，消除了现有技术跨中正弯矩索向下的径向力，解决了大跨径变截面箱梁桥跨中正弯矩索向下的径向力随跨径不断加大的难题，可有效解决由径向力引起的变截面箱梁桥跨中底板易出现的顺桥向裂缝、跨中普遍出现的下挠、腹板易出现的主拉应力裂缝等并发病害问题。

(2)本发明在箱梁内设置内置水平纵梁，满足正弯矩索水平布置，无向下的径向力，支点梁高可按刚度需要进一步加大，结构刚度大则恒载挠度小，后期收缩徐变挠度小，可有效解决预应力混凝土变截面箱梁桥跨中易出现的下挠现象。

(3)本发明在箱梁内设置内置斜腿刚架后，提高了腹板的稳定性，在保证腹板有足够的稳定性的情况下，总梁高可按抗剪受力需要进一步加大，混凝土构造抗剪能力增强，梁高大可减少传统竖向预应力短束损失大的影响，为竖向预应力束有效性提供了保证，可采用钢绞线索，同时也为纵向下弯束提供了较大空间可保证较大的向上的抗剪分力，竖向预应力束可靠时可不设纵向下弯束以简化构造设计和施工，本发明桥梁可有效解决预应力混凝土变截面箱梁桥腹板易出现主拉应力裂缝的难题。

(4)本发明在箱梁内设置内置斜腿刚架后，腹板和底板的厚度可减薄，内置斜腿和底板材料合计与现有技术变厚度实体底板相比增加不多，但总梁高加大，受力性能大大改善，本发明桥梁比现有技术靠加大梁高、加厚腹板和底板提高跨越能力的箱梁桥性价比高。

(5)本发明在箱梁内设置内置斜腿刚架后，底板、腹板均可采用等截面，简化了构造设计和施工。

(6)本发明桥梁底板索水平布置，预应力损失小，施工易于控制，经济性好。

(7)本发明桥梁底板索水平布置，简化了现有技术底板的构造设计和施工，改善了底板受力。

(8)本发明桥梁底板索水平布置，和采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的弯矩包络图吻合，受力合理，可克服跨中L/2截面至3L/8截面较大的正弯矩，在正负弯矩均较小的L/4截面附近接近中心受压，在L/8截面附近能抵抗部分负弯矩。

(9)本发明桥梁可采用现有技术悬臂浇筑法施工，将外箱梁的悬臂施工和内置斜腿刚架的悬臂施工融为一体，施工时内置纵梁和内置斜腿可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，内置纵梁和内置斜腿也可推迟一个施工阶段，在箱梁内设支架或吊架现浇，和斜腿刚架桥现有技术相比节省了大量斜腿施工支架费用。

(10)本发明桥梁整体外形为拱形，底板下缘线形、净矢跨比可根据环境景观需要确定，确保造型美观，可用于直线桥或弯桥，适应性强，解决了小半径平曲线路段修建具有拱桥景观效果桥梁的难题，为景观桥设计提供了新思路。

(11)本发明内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥解决了合理布索、强度、刚度、稳定性等构造和受力问题，能显著提高预应力混凝土变截面箱梁桥的跨越能力，其悬臂施工主跨可望突破400米。成为200米～400米跨径最有竞争力桥型。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥立面布置图。

图2为本发明内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥立面布置图。

图3所示为现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥构造图。

图4为图3的A-A剖视图。

图5为图3的B-B剖视图。

图6为本发明内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥构造图。

图7为图6的A-A剖视图。

图8为图6的B-B剖视图。

图9为图6的C-C剖视图。

图10为图6的D-D剖视图。

图11为图6的E-E剖视图。

图12为图6的F-F剖视图。

图13为现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥钢索纵向布置图。

图14为图13的A-A剖视图。

图15为图13的B-B剖视图。

图16为图13的C-C剖视图。

图17为本发明内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥钢索纵向布置图。

图18为图17的A-A剖视图。

图19为图17的B-B剖视图。

图20为图17的C-C剖视图。

图中：1、箱梁底板，2、箱梁腹板，3、锯齿块，41、内置纵梁，42、内置斜腿，5、底板索，6、桥墩，7、腹板索。

具体实施方式

参见图6至图12以及图17至图20所示，本发明内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩6及构成箱梁的底板1、腹板2，是在现有技术变截面箱梁桥箱梁内设置一斜腿刚架结构，斜腿刚架结构由内置纵梁41和内置斜腿42组成。内置斜腿42和箱梁底板1平行布置，内置斜腿42和底板1径向距离为支点总梁高H的1/4～1/5，内置斜腿42、箱梁底板1和腹板2均采用等截面，厚度均为40～60cm。箱梁底板1下缘线形采用悬连线，具有拱桥景观效果，净矢跨比为1/7～1/9。内置纵梁41设在箱梁内跨中底板1相应梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近区段底板1和内置纵梁41融为一体，即为实体段，内置纵梁41高度和跨中底板1厚度一致，一般为25～40cm，跨中正弯矩底板索5沿内置纵梁41水平布置，在底板索5张拉锚固位置的内置纵梁41上设置锯齿块。底板索5张拉锚固端在锯齿块3处弯起到箱内，箱梁合拢后，对称张拉底板索5并锚固。内置斜腿42顶端与内置纵梁41连成一体，内置斜腿42、内置纵梁41两侧与腹板2连成一体，构成空间箱体结构。

底板索5一般在平面内有平弯，参照图19所示，在底板索5张拉锚固位置的内置纵梁41的横向构造钢筋在腹板2处弯起并和腹板2竖向钢筋焊接牢固。在跨中L/2截面至3L/8截面段水平面内的径向力较大，该区段在底板索5张拉锚固位置的内置纵梁41的横向构造钢筋要特别加强，必要时在底板索5张拉锚固位置的内纵梁41上设置横向加强肋，必要时在横向加强肋上施加横向预应力。

桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时内置纵梁41和内置斜腿42可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，内置纵梁41和内置斜腿42也可推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

Claims (5)

1、一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括构成箱梁的底板(1)及腹板(2)，其特征在于：在变截面箱梁桥箱梁内设置一斜腿刚架结构，斜腿刚架结构由内置纵梁(41)和内置斜腿(42)组成；内置纵梁(41)设在箱梁内跨中底板(1)相应梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近区段底板(1)和内置纵梁(41)融为一体，内置纵梁(41)高度和跨中底板(1)厚度一致；内置斜腿(42)一端与内置纵梁(41)连为一体，其两侧与腹板(2)连为一体，内置斜腿(42)和箱梁底板(1)平行布置，内置斜腿(42)和底板(1)径向距离为支点总梁高H的1/4～1/5，内置斜腿(42)、箱梁底板(1)和腹板(2)均采用等截面，厚度均为40～60cm；箱梁底板(1)下缘线形采用悬连线，净矢跨比为1/7～1/9；跨中正弯矩底板索(5)沿内置纵梁(41)水平布置，在底板索(5)张拉锚固位置的内置纵梁(41)上设置锯齿块，底板索(5)张拉锚固端在锯齿块(3)处弯起到箱内，底板索(5)在两个锚固端对称张拉并锚固在锯齿块(3)上。

2、根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：所述的底板索(5)在平面内有平弯，在底板索(5)张拉锚固位置的内置纵梁(41)的横向构造钢筋在腹板(2)处弯起并和腹板(2)竖向钢筋焊接牢固。

3、根据权利要求2所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：在跨中L/2截面至3L/8截面段，在底板索(5)张拉锚固位置的内置纵梁(41)上设置横向加强肋。

4、根据权利要求3所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：在所述的横向加强肋上施加横向预应力。

5、一种权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥施工方法，其特征在于：桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时内置纵梁(41)和内置斜腿(42)和箱梁节段一起悬臂现浇，或内置纵梁(41)和内置斜腿(42)推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

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