CN100491639C - 箱型底板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，公开了一种箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥。具体构造为：将箱梁桥矩形实体底板改进成箱形，底板箱下缘线形根据景观效果确定，L/4至支点截面采用等截面，跨中至L/4截面底板箱顶板平置，布置水平底板索，L/4至L/8截面若需锚固底板索，则沿纵向设置一段水平锚固板，跨中至3L/8截面底板箱的顶板和底板融为一体。桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，底板箱顶板和水平锚固板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，消除了跨中正弯矩索向下的径向力而避免了其并发病害，可增大箱梁桥跨越能力。

Description

箱型底板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，尤其涉及一种箱型底板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。如图1所示是一种连续刚构桥的结构示意图，桥墩6之间主梁及其底板1为拱形，跨中的梁高高度小于桥墩6处的支点梁高。

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。主要体现在：

(1)如图3至图5所示，箱梁采用单箱单室截面，由于受力需要，梁高由跨中L/2截面向支点截面不断加大，由跨中向悬臂根部支点方向，箱室净空加大，梁高加大，底板1逐渐加厚，底板1的立面为坦拱形，底板1净矢跨比为1/12.7，腹板2在靠支点部分梁段加厚。如图13至图16所示，底板1下缘立面成拱形，由于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，拱形的底板索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加厚处理虽然可解决其受力需要，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1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，若竖向有效预应力不可靠，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沿到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截面区间，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、施工方便的箱型底板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：

一种箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩和箱梁中的底板、腹板，以及底板索，其特征在于：所述的箱梁中的底板为箱形底板，箱形底板箱高为箱梁支点处总梁高H的1/4～1/5，在每跨的L/4截面处至箱梁悬臂根部支点区段采用等截面底板箱，底板箱的顶板、底板和箱梁腹板均采用等厚度，底板箱的底板下缘净矢跨比为1/7～1/9，底板箱的底板下缘线形采用悬连线；跨中L/2截面处至L/4截面处底板箱的顶板做成水平，其位置和跨中底板相一致，所述的底板索水平布置在底板箱顶板内。

本发明还提供了一种上述箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，其特征在于：桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时底板箱顶板或水平锚固板和箱梁节段一起悬臂现浇，或者是底板箱顶板或水平锚固板推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

本发明主要有益效果是：

(1)本发明跨中正弯矩底板索水平布置，不存在立面为拱形的结构，因此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问题。

(2)本发明将箱梁桥矩形实体底板改进成箱形，正弯矩底板索水平布置，无向下的径向力，总梁高可进一步加大，结构刚度大，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)在保证腹板有足够的稳定性的情况下，总梁高可进一步加大，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，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)箱型底板是在总厚度基本不变，一分为二(或多层)做成变截面箱形，箱的顶底板材料和实体板相比增加不多，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)本发明底板箱的顶板、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，施工时底板箱的顶板和水平锚固板可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，底板箱的顶板和水平锚固板也可推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

(10)本发明桥梁整体外形为拱，底板箱的底板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的桥梁难题，为景观桥设计提供了新思路。

(11)采用本发明，构造合理，受力性能好，能提高预应力混凝土变截面箱梁桥的跨越能力。

附图说明

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为本发明箱型底板大跨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为本发明箱型底板大跨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为本发明箱型底板大跨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、底板，11、箱型底板的底板，12、箱型底板的顶板，2、腹板，3、锯齿块，4、水平锚固板，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，本发明箱型底板大跨预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩和箱梁中的底板、腹板，以及底板索。其中箱梁底板采用箱形底板，由箱形底板的底板11及与其平行的箱型底板的顶板12及两侧的腹板2构成。整个箱形底板箱高为桥墩6处支点总梁高H的1/4～1/5，L/4截面附近至悬臂根部支点区段采用等截面底板箱，底板箱的顶板12、底板11和箱梁腹板2均采用等厚度，厚度均为40～60cm。底板箱的底板11下缘净矢跨比为1/7～1/9，底板箱的底板11下缘线形采用悬连线，具有拱桥景观效果。跨中L/2截面至L/4截面底板箱顶板12做成水平，其位置和跨中底板相一致，底板索5水平布置在底板箱顶板12内，L/4截面至L/8截面若需要锚固底板索5，则沿纵向设置一段水平锚固板4，水平锚固板4的位置、厚度和相邻的底板箱顶板12一致，厚度一般为25～40cm，跨中L/2截面至3L/8截面附近区段底板箱的顶板12和底板11融为一体，即为实体段，在底板索5张拉锚固位置的底板箱水平顶板12或水平锚固板4上设置锯齿块3，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并锚固在锯齿块3上。

水平锚固板4在靠近桥墩6侧最后一个锯齿块3处终止并在水平锚固板4后端设置安全护栏。

为了便于底板索5的张拉操作及锚固，底板索5一般在平面内有平弯，底板箱顶板12及水平锚固板4两侧边缘沿纵向与腹板2连为一体，底板箱顶板12或水平锚固板4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，该区段底板的横向构造钢筋要特别加强，必要时在底板箱顶板12或水平锚固板4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，施工时底板箱顶板12或水平锚固板4可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，底板箱顶板12或水平锚固板4也可推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

由图17可以看出，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，梁高大提供较大的向上的抗剪分力，跨中正弯矩索即常称为底板索5布置在底板箱上顶面或水平锚固板4内，张拉锚固端在锯齿块3处弯起到箱内，箱梁合拢后，对称张拉并锚固。这种结构由于底板索5水平布置，向下的径向力为0，克服了现有技术中底板索5采用拱形带来的径向力的不足。

Claims (10)

1、一种箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩和箱梁中的底板、腹板，以及底板索，其特征在于：所述的箱梁中的底板为箱形底板，箱形底板箱高为箱梁支点处总梁高H的1/4～1/5，在每跨的L/4截面处至箱梁悬臂根部支点区段采用等截面底板箱，底板箱的顶板(12)、底板(11)和箱梁腹板(2)均采用等厚度，底板箱的底板(11)下缘净矢跨比为1/7～1/9，底板箱的底板(11)下缘线形采用悬连线；跨中L/2截面处至L/4截面处底板箱的顶板(12)做成水平，其位置和跨中底板相一致，所述的底板索(5)水平布置在底板箱顶板(12)内。

2、如权利要求1所述的箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：每跨L/4截面处至L/8截面处锚固底板索(5)，沿纵向设置一段水平锚固板(4)，水平锚固板(4)的位置、厚度和相邻的底板箱顶板(12)一致，厚度为25～40cm，跨中L/2截面至3L/8截面区段底板箱的顶板(12)和底板(11)融为一体成为实体段，在底板索(5)张拉锚固位置的底板箱水平顶板(12)或水平锚固板(4)上设置锯齿块(3)，底板索(5)张拉锚固端在锯齿块(3)处弯起到箱内，对称张拉底板索(5)并锚固在锯齿块(3)上。

3、根据权利要求2所述的箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：所述的水平锚固板(4)在靠近桥墩(6)侧最后一个锯齿块(3)处终止并在水平锚固板(4)后端设置安全护栏。

4、根据权利要求2或3所述的箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：所述的水平锚固板(4)两侧沿其纵向与腹板(2)连为一体，其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。

5、根据权利要求4所述的箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：在每跨的L/4截面至L/8截面段内所述的水平锚固板(4)上设置横向加强肋。

6、根据权利要求5所述的箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：所述的横向加强肋上施加横向预应力。

7、根据权利要求1或2所述的箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：所述的箱形底板中的箱顶板(12)两侧沿其纵向与腹板(2)连为一体，其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。

8、根据权利要求7所述的箱型底板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截面段内所述的箱顶板(12)上设置横向加强肋。

9、根据权利要求8所述的箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于：所述的横向加强肋上施加横向预应力。

10、一种如权利要求1所述的箱型底板预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，其特征在于：桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时底板箱顶板(12)或水平锚固板(4)和箱梁节段一起悬臂现浇，或者是底板箱顶板(12)或水平锚固板(4)推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

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