CN101619562A - 空腹式连续刚构桥梁结构与悬臂扣挂浇注施工的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空腹式连续刚构桥梁结构与悬臂扣挂浇注施工的方法，其步骤，一是对根部区域的腹板挖空，使根部区域的梁体分离成上弦和下弦，根部腹板挖空区域的长度，取主跨径；二是选取根部总高度，取主跨径；三是选取实腹式梁段的高度，上、下弦汇合处高度取实腹式梁段长度、跨中高度取主跨径长度；四是选取上弦梁段的高度，高度取挖空区域长度；五是选取下弦梁段的高度，高度取主跨径长度，下弦下缘与实腹梁段下缘按连续曲线变化；六是挂篮设于上弦的悬臂扣挂浇注法对称施工下弦节段；七是悬臂施工实腹式梁段各节段，并合龙，完成全桥施工。本发明方法简便，实施方便、安全，结构简单，稳定可靠，提高了大桥的跨越能力和工程经济性。

Description

空腹式连续刚构桥梁结构与悬臂扣挂浇注施工的方法

技术领域

本发明涉及一种用于土木工程桥梁技术领域，更具体涉及一种空腹式连续刚构桥梁的结构的方法，同时还涉及一种空腹式连续刚构桥梁的悬臂扣挂浇注施工的方法，在保持与一般连续刚构桥梁的施工要求、耐久性特征基本相同的前提下，实现了一种具备更大的跨越能力和更佳经济性的新的桥梁型式。

背景技术

桥梁是公路、铁路、城市道路和农村道路及水利建设中，为了跨越各种障碍(如河流、或其它结构)的结构物。按结构受力特点划分，桥梁可分为梁、拱、刚架、吊与组合体系。混凝土结构主要采用梁、拱、刚架体系。预应力混凝土连续刚构桥是大跨度桥梁的一种基本桥型，它具备以下三个特点：(1)主墩采用墩梁固结，主墩具备一定柔度从而形成摆动支撑体系；(2)上部结构仍然具有连续梁的受力特点，结构断面一般为箱梁，箱梁高度与跨径比值，根部为1/16～1/18，跨中为1/30～1/60；(3)上部结构采用悬臂法施工，墩梁固结省掉大型支座。

传统的预应力混凝土连续刚构桥的技术经济适用跨径约在60～200m，在跨径超过200m时，易出现跨中下挠、梁体变形、开裂等缺陷，严重影响了桥梁的使用寿命和耐久性，限制了这种桥型的跨越能力。目前，国内外的研究者为了提高连续刚构桥的跨越能力多从材料方面入手：世界跨径最大的挪威stolma大桥，主跨径301m，跨中184m箱梁采用LC60轻质混凝土；中国重庆石板坡大桥，主跨径330m，跨中103m区段采用钢箱梁。由于我国材料、施工、管理技术存在差距，采用钢梁又受制于运输条件，连续刚构桥的技术进步停滞不前。

总体上看，传统的预应力混凝土连续刚构桥的主要不足是：(1)跨越能力小，材料利用率较低，在跨径大于200m时，工程经济性急剧恶化；(2)结构承载效率低，应用于跨径大于200m桥梁时，易出现开裂、下挠问题，技术风险增大，结构的安全性和耐久性劣化；(3)上部结构重量大，导致桥墩、基础受力大，抵抗地震的能力差。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种空腹式连续刚构桥梁的结构的方法，方法简单，操作方便，结构简单，结构牢固可靠，跨越能力强，解决常规连续刚构桥梁的跨径难以达到、或超过200米的问题，实现一种新型的桥梁结构形式。

本发明的另一个目的是在于提供了一种空腹式连续刚构桥梁的悬臂扣挂浇注施工的方法，方法简单，操作方便，与传统的施工方法衔接良好，便于质量控制。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种空腹式连续刚构桥梁的结构形式包括：根部腹板挖空，构成空腹式桥梁体系和受力特征。

1、空腹式桥梁体系

设桥梁的跨径(两相临桥墩之间的距离)为L，则空腹部分的长度(下弦水平长度)可取

                            (1/4～1/6)L

其中，跨径L一般为150～350m。

对于一个典型的三跨空腹式连续刚构桥梁，其结构基本体系如图1。同传统的连续刚构类似，可以有多个相等或不等的主跨。

下弦根部至梁顶总高度可取

                            (1/7～1/9)L

其中，跨径L一般为100～350m。

为了方便悬臂施工，下弦与水平面的最大夹角控制在不大于30～35度。

为使得实腹梁段在受力上与空腹式区域平顺过渡，下弦下缘与实腹梁段下缘按连续曲线变化，如二次或高次抛物线、悬链线或其它等。

2、受力特征

空腹式连续刚构桥梁的受力特征是：

1)通过腹板挖空，加大根部总高度，提高根部区段的结构刚度；

2)根部挖空区域，上弦为拉弯受力，下弦为压弯受力；下弦压力由混凝土承担，上弦拉力由预应力钢束承担；下弦相对上弦截面尺寸大、刚度大；

3)通过合理确定三角挖空区域的上、下弦截面，使跨中实腹式区段与扣掉挖空区域长度的相当跨径的传统悬臂施工连续刚构桥的受力相当；

4)在上弦、下弦汇合形成牢固的三角形受力体系之前，下弦、扣挂钢索与墩柱一起，构成一个在自重作用下平衡的T形体系，上、下弦重量、施工附加荷载由已完成上弦、支架、下弦及扣挂钢索承担；

5)在施工合龙段之前，上弦、下弦、实腹式区段与墩柱一起，构成一个在自重作用下平衡的T形体系；

6)全桥上构具有梁-拱组合受力特点：实腹式区段为梁的受力；根部通过挖空，下弦为拱的受力、上弦由预应力钢束承受拉力；通过加高根部总高度，提高了结构受力的效率；

一种空腹式连续刚构桥梁的结构形式的实施包括：

1、合理确定根部腹板挖空区域长度

根部腹板挖空区域长度要根据下弦悬臂施工时的受力要求、成桥后下弦压应力、跨中实腹式区段的受力要求综合考虑，根据力学计算进行优化，一般取跨径L(两相临桥墩之间的距离)的1/4～1/6。

2、合理确定根部总高度和各区段梁高

下弦根部至梁顶的高度——即根部总高度，一般取跨径L(两相临桥墩之间的距离)的1/7～1/9，为了方便下弦悬臂施工，下弦的倾角不大于30～35度。

实腹式区段的最大梁高可取实腹式区段长度的1/15～1/18，跨中梁高取跨径L(两相临桥墩之间的距离)的1/40～1/70。

3、节段划分

根据悬臂施工的能力，划分节段；节段要均衡、悬臂左右两侧的节段重量应相等、平衡。

4、按节段施工的程序进行验算

按照设计的施工程序，逐阶段进行验算，直至成桥后的各载荷作用工况的验算，力学计算与验算可采用有限元理论及软件(如Midas、TDV、Ansys、桥梁博士、GQJS等)进行，并配置相应的预应力钢束(筋)。所有的设计与验算均应满足相应的桥梁设计、施工规范。

一种空腹式连续刚构桥梁的结构形式包括：基础、承台、墩柱、墩间系梁、下弦、上弦、实腹式梁段、跨中合龙段、边跨合龙段、边墩梁段、墩顶梁段。

其连接关系是：基础设置于地表以下工程地质合适的地基层中，承台位于基础之上将基础顶部连接成整体，墩柱设置在承台之上，在墩柱顶部设墩顶梁段，在墩柱与下弦相交位置设置墩间系梁，下弦、上弦与墩柱构成三角形桁架，下弦、上弦汇合处与实腹式梁段相接，通过跨中合龙段连接相临墩悬臂施工的实腹式梁段，通过边跨合龙段连接悬臂施工的实腹式梁段与边墩梁段。

一种空腹式连续刚构桥梁结构的悬臂扣挂浇注施工的方法包括：挂篮设于上弦的对称悬臂扣挂浇注下弦与逐节段支架浇注上弦方法、逐节段对称悬臂浇注施工普通实腹区段方法。

1、挂篮设于上弦的对称悬臂扣挂浇注下弦与逐节段支架浇注上弦方法

从墩柱根部开始，同时采用挂篮浇注两端下弦节段，待下弦节段混凝土达到许可的龄期(规范规定的龄期，如7天)与标号(规范规定的强度，如90％)后，张拉预应力和扣挂钢索，搭设支架浇注相应的上弦节段，直至上、下弦合并完成挖空区段；在此期间，挂篮始终位于已完成的上弦顶面。

在上、下弦汇合形成牢固的三角形受力体系前，上、下弦重量、施工附加荷载由已完成上弦、支架、下弦及扣挂钢索承担；

通过节段本身自重平衡或施加附加平衡重，使得结构保持平衡。

2、逐节段对称悬臂浇注施工普通实腹区段方法

采用挂篮浇注实腹节段直至完成整个T形体系，最后施工相临T形体系之间的跨中合龙段和边跨合龙段，从而完成整个梁体的施工。

一种空腹式连续刚构桥梁的悬臂扣挂浇注施工方法包括：挂篮、支架、上弦模板、下弦模板、前吊杆、后吊杆、上弦节段、下弦节段、扣挂钢索。

其连接关系是：挂篮锚固悬挂在已施工的前段梁段上并可逐段推进，支架设置在已施工的下弦上，上弦模板设置在支架上，下弦模板通过前吊杆悬挂在挂篮前横梁上、通过后吊杆锚于已施工下弦梁段，在上弦模板上浇注上弦节段混凝土，在下弦模板上浇注下弦节段混凝土，扣挂钢索连接下弦与墩柱。

本发明具有以下优点和效果：1)在保持传统的材料(C50～C60混凝土)、传统的施工工艺(悬臂浇注施工工艺)的前提下，提高连续刚构桥梁跨越能力40～60％，使悬臂浇注施工连续刚构桥的技术、经济适用跨径达到300～350m；2)提高结构承载效率，在跨径200～300m范围内，相对传统实腹式结构，具有更好的工程经济性。

附图说明

图1为一种空腹式连续刚构桥梁的结构示意图；

图2为图1配合示意图，示出上弦和下弦的断面示意图；

图3为一种空腹式连续刚构桥梁的施工节段划分示意图；

图4为图3配合示意图；

图5为一种空腹式连续刚构桥梁的悬臂扣挂浇注施工示意图，其中已完成上弦节段的支架未示；

图6为图5配合示意图，其中已完成上弦节段的支架未示；

图7为图5配合示意图，其中扣挂钢束未示；

图8为图5配合示意图；

其中：1-地表，2A、2B-基础，3A、3B-承台，4A、4B-墩柱，5A、5B-墩间系梁，6A1、6A2、6B1、6B2-下弦，7A1、7A2、7B1、7B2-上弦，8A1、8A2、8B1、8B2-实腹式梁段，9-跨中合龙段，10A、10B-边跨合龙段，11A、11B-边墩梁段，12-实腹式梁节段，13-下弦节段，14-上弦节段，15-挂篮，16-上弦或实腹式梁节段模板，17-下弦模板，18-前吊杆，19-后吊杆，20-墩顶梁段，21-扣挂钢索，22-支架。

具体实施方式

一种空腹式连续刚构桥梁的结构形式的实施包括：

A、合理确定下弦6A1、6A2、6B1、6B2的长度

下弦6A1、6A2、6B1、6B2长度要根据下弦悬臂施工时的受力要求、成桥后下弦压应力、跨中实腹式区段的受力要求综合考虑，根据力学计算进行优化，一般取跨径L(两相临桥墩之间的距离)的1/4～1/6。

B、合理确定根部总高度和各区段梁高

下弦6A1、6A2、6B1、6B2根部至梁顶的高度——根部总高度，一般取跨径L(两相临桥墩之间的距离)的1/7～1/9，为了使得下弦6A1、6A2、6B1、6B2便于悬臂施工，下弦6A1、6A2、6B1、6B2的最大倾角不大于30～35度。

实腹式梁段8A1、8A2、8B1、8B2的最大梁高可取实腹式区段长度的1/15～1/18，跨中梁高取跨径L(两相临桥墩之间的距离)的1/40～1/70。

C、节段划分

根据悬臂浇注挂篮、模板的能力，划分节段；节段要均衡、悬臂左右两侧的节段重量应相等、平衡。

D、按节段施工的程序进行验算

按照设计的施工程序，逐阶段进行验算，直至成桥后的各载荷作用工况的验算，力学计算与验算可采用有限元理论及商品化软件(如Midas、TDV、Ansys、桥梁博士、GQJS等)进行，并配置相应的预应力钢束(筋)。所有的设计与验算均应满足相应的桥梁设计、施工规范。

一种空腹式连续刚构桥梁的结构，它包括：地表1、基础2A、2B、承台3A、3B、墩柱4A、4B、墩间系梁5A、5B、下弦6A1、6A2、6B1、6B2、上弦7A1、7A2、7B1、7B2、实腹式梁段8A1、8A2、8B1、8B2、跨中合龙段9、边跨合龙段10A、10B、边墩梁段11A、11B、墩顶梁段20，其特征在于：基础2A、2B设置于地表以下工程地质的地基层中，承台3A、3B位于基础2A、2B之上将基础2A、2B顶部连接成整体，墩柱4A、4B设置在承台3A、3B之上，在墩柱4A、4B顶部设墩顶梁段20，在墩柱4A、4B与下弦6A1、6A2、6B1、6B2相交位置设置墩间系梁5A、5B，下弦6A1、6A2、6B1、6B2、上弦7A1、7A2、7B1、7B2与墩柱4A、4B构成三角形桁架，下弦6A1、6A2、6B1、6B2、上弦7A1、7A2、7B1、7B2汇合处与实腹式梁段8A1、8A2、8B1、8B2相接，通过跨中合龙段9连接相临墩悬臂施工的实腹式梁段8A1、8A2、8B1、8B2，通过边跨合龙段10A、10B连接悬臂施工的实腹式梁段8A1、8A2、8B1、8B2与边墩梁段11A、11B，下弦6A1、6A2、6B1、6B2的最大倾角小于30～35度，下弦6A1、6A2、6B1、6B2与实腹式梁段8A1、8A2、8B1、8B2下缘按统一的曲线变化，下弦相对上弦截面尺寸较大；

一种空腹式连续刚构桥梁的悬臂扣挂浇注施工方法的实施包括：

A.施工基础2A、2B、承台3A、3B、墩柱4A、4B；

B.搭设墩顶支架，浇注墩间系梁5A、5B和墩顶梁段20；

C.各墩悬臂T的施工

a)每墩上弦安装一对挂篮15；

b)安装下弦模板17，浇注下弦节段13混凝土；

c)待下弦节段13混凝土达到许可龄期(规范规定的龄期，如7天)，或混凝土标号达到许可标号(规范规定的标号，如90％)，张拉预应力钢束，对称张拉扣挂钢束21；

d)在已完成的下弦节段13上安装支架22，安装上弦模板16，浇注上弦节段14混凝土；

e)待上弦节段14混凝土达到许可龄期(规范规定的龄期，如7天)，或混凝土标号达到许可标号(规范规定的标号，如90％)，张拉上弦节段预应力钢束；

f)左右两端挂篮15前移至已完成的上弦梁端；

g)重复b)～f)，直至完成上、下弦悬臂部分及上、下弦汇合段浇注施工，从而完成根部挖空区域的施工并进入普通的实腹式梁节段悬臂施工；

h)左右两端挂篮前移至已完成的梁端；

i)安装下弦模板17，浇注实腹式梁节段12混凝土；

j)待实腹式梁节段12混凝土达到许可龄期(规范规定的龄期，如7天)，或混凝土标号达到许可标号(规范规定的标号，如90％)，张拉预应力钢束；

k)重复h)～j)，完成实腹式梁节段12悬臂施工，完成悬臂T的施工，在适当时候拆除支架22；

D.安装边墩梁段浇注支架，浇注边墩梁段11A、11B；

E.安装边跨合龙段吊架或支架，浇注边跨合龙段10A、10B，张拉边跨合龙预应力钢束；

F.安装跨中合龙段吊架，浇注跨中合龙段9，张拉跨中合龙预应力钢束；

G.拆除扣挂钢束21，完成桥面系、其它部分施工，完成桥梁施工。

Claims (3)

1、一种空腹式连续刚构桥梁的结构与悬臂扣挂浇注施工的方法，它包括下列步骤：

A.确定根部腹板挖空区域的长度：

根部腹板挖空区域的长度，根据下弦悬臂施工时的受力、成桥后下弦受力、跨中实腹式区段的受力要求综合考虑，根据力学计算进行，取跨径L：两相临桥墩之间的距离的1/4～1/6；

B.确定根部总高度和各区段梁高：

下弦根部至梁顶的高度，即根部总高度，取跨径L：两相临桥墩之间的距离的1/7～1/9，为了使得下弦方便悬臂施工，下弦的最大倾角不大于30～35度；

上弦梁段的高度取挖空区域长度的1/10～1/15；下弦梁段的高度取跨径L：两相临桥墩之间的距离的1/40～1/50；

实腹式区段的梁高，上、下弦汇合处高度取实腹式区段长度的1/15～1/18，跨中梁高取跨径L：两相临桥墩之间的距离的1/40～1/70；

C.节段划分：

根据悬臂施工能力，划分节段；节段要均衡、悬臂左右两侧的节段重量应相等、平衡；

D.按节段施工的程序进行验算：

按照设计的施工程序，逐阶段进行验算，直至成桥后的各载荷作用工况的验算，力学计算与验算采用有限元理论及软件进行，并配置相应的预应力钢束，所有的设计与验算均应满足相应的桥梁设计、施工规范。

2、根据权利要求1所述的一种空腹式连续刚构桥梁的结构，它包括：地表(1)、基础(2A、2B)、承台(3A、3B)、墩柱(4A、4B)、墩间系梁(5A、5B)、下弦(6A1、6A2、6B1、6B2)、上弦(7A1、7A2、7B1、7B2)、实腹式梁段(8A1、8A2、8B1、8B2)、跨中合龙段(9)、边跨合龙段(10A、10B)、边墩梁段(11A、11B)、墩顶梁段(20)，其特征在于：基础(2A、2B)设置于地表以下工程地质的地基层中，承台(3A、3B)位于基础(2A、2B)之上将基础(2A、2B)顶部连接成整体，墩柱(4A、4B)设置在承台(3A、3B)之上，在墩柱(4A、4B)顶部设墩顶梁段(20)，在墩柱(4A、4B)与下弦(6A1、6A2、6B1、6B2)相交位置设置墩间系梁(5A、5B)，下弦(6A1、6A2、6B1、6B2)、上弦(7A1、7A2、7B1、7B2)与墩柱(4A、4B)构成三角形桁架，下弦(6A1、6A2、6B1、6B2)、上弦(7A1、7A2、7B1、7B2)汇合处与实腹式梁段(8A1、8A2、8B1、8B2)相接，通过跨中合龙段(9)连接相临墩悬臂施工的实腹式梁段(8A1、8A2、8B1、8B2)，通过边跨合龙段(10A、10B)连接悬臂施工的实腹式梁段(8A1、8A2、8B1、8B2)与边墩梁段(11A、11B)，下弦(6A1、6A2、6B1、6B2)的最大倾角小于30～35度。

3、一种实现权利要求1所述的空腹式连续刚构桥梁的结构的悬臂扣挂浇注施工的方法，它包括下列步骤：

A.施工基础(2A、2B)、承台(3A、3B)、墩柱(4A、4B)；

B.搭设墩顶支架，浇注墩间系梁(5A、5B)和墩顶梁段(20)；

C.各墩悬臂T的施工

a)每墩上弦安装一对挂篮(15)；

b)安装下弦模板(17)，浇注下弦节段(13)混凝土；

c)待下弦节段(13)混凝土达到许可龄期，或混凝土标号达到许可标号，张拉预应力钢束，对称张拉扣挂钢束(21)；

d)在已完成的下弦节段(13)上安装支架，安装上弦模板(16)，浇注上弦节段(14)混凝土；

e)待上弦节段(14)混凝土达到许可龄期，或混凝土标号达到许可标号，张拉上弦节段预应力钢束；

f)左右两端挂篮(15)前移至已完成的上弦梁端；

g)重复b)～f)，直至完成上、下弦悬臂部分及上、下弦汇合段浇注施工，从而完成根部挖空区域的施工并进入普通的实腹式梁节段悬臂施工；

h)左右两端挂篮前移至已完成的梁端；

i)安装下弦模板(17)，浇注实腹式梁节段(12)混凝土；

j)待实腹式梁节段(12)混凝土达到许可龄期，或混凝土标号达到许可标号，张拉预应力钢束；

k)重复h)～j)，完成实腹式梁节段(12)悬臂施工，完成悬臂T的施工，在适当时候拆除支架(22)；

D.安装边墩梁段浇注支架，浇注边墩梁段(11A、11B)；

E.安装边跨合龙段吊架或支架，浇注边跨合龙段(10A、10B)，张拉边跨合龙预应力钢束；

F.安装跨中合龙段吊架，浇注跨中合龙段(9)，张拉跨中合龙预应力钢束；

G.拆除扣挂钢束(21)，完成桥面系、其它部分施工，完成桥梁施工。

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