CN103290777B - 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

本发明公开了一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括设置有底板箱底板、底板箱顶板和腹板的底板箱、顶板和桥墩，箱梁内部设置有中腹板和横隔板，由跨中向桥墩方向沿着箱梁纵向设置有上弯锚固板；所述底板箱上方设置有，包括内置纵梁、内置上斜腿和内置下斜腿的斜腿刚架结构，内置纵梁由跨中向桥墩方向沿箱梁纵向向上倾斜或弯起设置；内置纵梁、底板箱底板以及上弯锚固板均设置有上弯布置的底板索。本发明还提供了一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法。本发明所提供的梁桥和施工方法，可以使底板索布局更为合理，上弯布置的底板索可以提供向上的径向力，消除或减小二期恒载和部分车辆荷载所产生的向下的作用力。

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

本发明涉及土木工程桥梁技术领域，特别是涉及一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法。

背景技术

随着桥梁设计技术的日益提高，各种桥梁应运而生，其中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为现有技术中一种大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的立面布置图，图示梁桥为连续刚构桥，跨中梁高小于位于桥墩06处的支点梁高，底部为箱梁底板01，主梁下缘立面为坦拱形，桥梁采用分段挂篮悬臂现浇工艺施工。其包括跨中合拢段08、边跨合拢段09、墩顶节段箱梁011、边跨现浇段010及挂篮悬臂现浇部分，其中相邻的跨中合拢段08之间为墩顶节段箱梁011及挂篮悬臂现浇部分，桥梁两端为边跨现浇段010。墩顶节段箱梁011采用墩顶托架现浇，以后采用挂篮悬臂现浇至跨中合拢段08和边跨合拢段09侧面处，边跨现浇段010在支架上现浇完成，再进行边跨合拢段09施工，最后进行跨中合拢段08的施工。

如图3至图5所示，现有技术这种变截面箱梁桥目前常用的截面形式为单箱单室截面，由于纵向受力需要，梁高由跨中L/2截面向支点截面不断加大，导致底板01下缘立面成拱形，由跨中向桥墩06处悬臂根部支点方向，箱室净空加大，梁高加大，底板01逐渐加厚，腹板02在靠近支点截面亦局部加厚，底板01立面纵向为拱形，底板01拱形矢跨比（矢高/主跨跨径）一般为1/20左右。用于锚固底板索05的锯齿块03设置在腹板02和底板01的结合转角处，以简短传力路线。如图13至图16所示，现有技术中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02处，腹板索07下弯布置提供一定的向上的抗剪分力，跨中正弯矩底板索05下弯布置在底板01内，底板索05锚固在锯齿块03上，底板索05下弯布置，底板索05立面为与底板01一致的拱形，矢跨比（矢高/底板索跨径）一般亦为1/20左右。因此拱形的底板索05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05向下的径向力大。

当桥梁跨径增大时，现有技术是采用增加梁高、加厚底板01、加厚腹板02、增加配置底板索05等措施，而增加梁高、增加配索，下弯底板索05的径向合力进一步加大，这种构造不合理导致受力不利的问题，桥的跨径越大这种问题越严重，制约着该类桥梁的发展。

如图6至图12所示为了解决上述问题设计了一种桥梁即内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法（专利号：ZL200610167317.X），图2为其立面布置图，包括构成箱梁的底板01及腹板02，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041和内置斜腿042组成；内置纵梁041设在箱梁内跨中底板01相应梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近区段底板01和内置纵梁041融为一体，内置纵梁041高度和跨中底板01厚度一致；内置斜腿042一端与内置纵梁041连为一体，其两侧与腹板02连为一体，内置斜腿042和箱梁底板01平行布置，内置斜腿042和底板01径向距离为支点总梁高H的1/4～1/5，内置斜腿042、箱梁底板01和腹板02均采用等截面，厚度均为40～60cm；箱梁底板01下缘线形采用悬连线，矢跨比为1/7～1/9；跨中正弯矩底板索05沿内置纵梁041水平布置，在底板索05张拉锚固位置的内置纵梁041上设置锯齿块03，底板索05张拉锚固端在锯齿块03处弯起到箱内，底板索05的两个锚固端对称张拉并锚固在锯齿块03上。

现有专利技术“内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法”（专利号：ZL200610167317.X）的主要缺陷或不足表现在：

（1）底板索05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（一般为抛物线形）不能完全吻合，存在一定偏差。

（2）为降低边跨墩高节省造价，提高主跨桥下净空或克服跨中下挠，主跨一般设置双向2%左右纵坡，在设置纵坡的桥梁上，为方便设计施工，一般内置纵梁041和桥面平行设置，底板索05布置在双向2%左右纵坡上，底板索05存在部分向下的径向力。

（3）现有技术，大跨桥梁箱体宽度大于8至10米时，L/4截面至桥墩支点截面，下缘压力较大，底板竖向稳定问题突出。通过加厚底板改善其竖向稳定，效果不佳且不经济。

（4）不能提供向上的分力，不能平衡二期恒载及车道荷载向下作用力。

（5）未提供消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的控制方法，主跨合拢后变形不易控制。

（6）在主跨设置双向纵坡的桥梁上，底板索05向下的径向力、一期及二期恒载和车道荷载均向下，加剧混凝土收缩徐变效应，导致跨中运营期一定的持续下挠。

（7）内置斜腿042和箱梁底板01平行布置，内置斜腿042和底板01径向距离为支点总梁高H的1/4～1/5，大跨径桥梁内置纵梁041和内置斜腿042间距过大，超过5至6米，腹部02稳定性和箱梁抗扭能力欠佳。

（8）现有技术，跨径加大增加配索，一般底板索05为单层布置，底板的水平挖空率急剧增大，下表分析了跨径加大时，底板索05的管道直径长度合计和底板宽度的相互关系。

由底板索的管道直径长度合计和底板宽度的相互关系表可知，当跨径加大时，底板索的用量急剧增加，主跨200米级的大桥管道直径长度合计占了底板宽度的60%。表明60%底板的截面宽无混凝土。跨径加大时，有效承载的截面急剧减小，可能导致底板开裂或崩裂破坏。

（9）未解决现有技术过大的平弯产生的水平力拉力直接导致底板开裂问题。

当跨径加大时，底板索的用量急剧增加，位于箱梁横向中心线附近的底板索需要平弯到腹板和底板的交接处锚固以减短传力路线，过大的平弯产生的水平力拉力直接导致底板开裂。

（10）顶板刚度偏小，施工中不平衡力及顶板预应力束径向力导致顶板纵向开裂。

（11）当跨径加大时，特长悬臂、特高单箱单室的截面顶板索和腹板索纵向传力路线及上下缘传力路线过长。理论分析和实际受力的偏差加大。

除此之外，现有技术采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥主梁合拢后的后续施工工作有以下特点：

现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的箱梁合拢后进行厚10厘米左右现浇调平混凝土施工、厚10厘米左右沥青混凝土铺装施工、人行道、栏杆或防撞护栏施工。

厚10厘米左右现浇调平混凝土、厚10厘米左右沥青混凝土铺装、人行道、栏杆或防撞护栏重量一般称为二期恒载。二期恒载施工阶段，底板索05一般张拉完成。二期恒载一般采用混凝土材料，部分桥梁栏杆采用钢结构，自重均较大。

下表列出了二期恒载和公路设计车道荷载的比例关系。二期恒载一般为公路设计车道荷载的2倍左右，消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的影响对提高通行能力、减小施工控制难度意义重大。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种跨中正弯矩索产生向上的径向力、消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的影响，结构整体刚度大、挠度小、抗剪能力强、顶板、底板和腹板布索和锚固位置合理、箱梁构造受力合理的箱型底板内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥结构。本发明的第二个目的还在于提供一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩、设置有底板箱底板和底板箱顶板的底板箱、均设置于箱梁的腹板和顶板，所述底板箱顶板跨中相应梁高位置及上方，从跨中至3L/8截面区域沿纵向设置向上倾斜或弯起的上弯锚固板；所述箱梁内设置有横隔板；所述上弯锚固板在跨中L/2截面区域与所述底板箱顶板融为一体，设置于其他区域的所述上弯锚固板与所述底板箱顶板分离；所述底板箱上方设置有斜腿刚架结构，所述斜腿刚架结构包括内置上斜腿、内置下斜腿和设置有锯齿块的内置纵梁，所述内置纵梁由3L/8截面向桥墩方向沿箱梁纵向向上倾斜或弯起设置，在跨中L/2截面至3L/8截面区段，所述内置纵梁和所述底板箱顶板融为一体并水平布置，所述内置纵梁向上倾斜或弯起设置的部分与所述顶板箱顶板分离；所述内置上斜腿和所述内置下斜腿均与所述底板箱相平行设置，所述内置上斜腿的两侧以及所述内置下斜腿的两侧均与所述腹板相连接；所述内置上斜腿的下方以及所述内置下斜腿的下方均与所述桥墩墩顶的横隔板相连接；所述内置下斜腿的上方在L/4截面区域与所述内置纵梁相连，内置上斜腿的上方在L/8截面区域与所述内置纵梁相连；所述箱梁内设置有腹板索；跨中区段的正弯矩底板索分别沿所述底板箱底板、所述上弯锚固板和所述内置纵梁上弯布置，所述底板箱底板、所述内置纵梁和所述上弯锚固板设置有用于锚固所述底板索的锯齿块，所述正弯矩底板索张拉锚固端在所述锯齿块处弯起到箱内。

优选的，所述箱梁内沿纵向设置下中腹板、上中腹板和内中腹板；所述顶板与所述内置纵梁间沿纵向设置上中腹板；L/4截面至3L/8截面区段内置纵梁和底板箱顶板间沿纵向设置内中腹板；所述底板箱内底板箱底板和底板箱顶板间沿纵向设置下中腹板。

优选的，所述顶板和所述内置纵梁内均设置有负弯矩顶板索，设置于所述顶板的所述负弯矩顶板索锚固在各悬臂施工节段箱梁端面；设置于所述内置纵梁内的所述负弯矩顶板索与所述内置纵梁所设置的锯齿块处弯起到箱内。

优选的，所述箱梁内设置的腹板索包括下弯腹板索、腹板直线斜索、上弯腹板索和中腹板索；所述箱梁支点截面至L/4截面区段的，腹板设置有下弯腹板索，所述下弯腹板索沿着45°方向向下弯锚固于各节段梁箱梁端面；所述设箱梁L/4截面至3L/8截面区段的腹板设置有所述的腹板直线斜索，所述腹板直线斜索沿着45°方向设置，下端锚固于腹板的底部混凝土内，上部张拉端锚固于所述顶板上表面的锚固槽口处；箱梁3L/8截面至跨中L/2截面区段的腹板设置有的所述上弯腹板索，所述上弯腹板索沿着45°方向向上弯起且上部张拉端锚固于所述顶板上表面的锚固槽口处；在L/2截面底板箱的所述下中腹板下部区段设置有所述中腹板索，所述中腹板索在L/2截面至L/4截面向上弯起通过内中腹板段，到达上中腹板内，穿过桥墩纵向中心线，上部张拉端锚固于所述顶板上表面锚固槽口处。

优选的，所述底板箱在跨中L/2截面至3L/8截面区段立面线型为水平线，其他区段的立面线型为曲线；，底板箱下缘曲线为凸形半立方抛物线型曲线，起于点在3L/8截面，止于和支点截面，顶点在3L/8截面，矢高为所述箱梁支点和跨中梁高之差。

优选的，所述底板箱在跨中L/2截面至3L/8截面区段立面线型为水平线，其他区段的立面线型为曲线，且底板箱下缘曲线为半立方抛物线型曲线，所述抛物线为凸形，起止点在3L/8截面和支点截面，顶点在3L/8截面，矢高为所述箱梁支点和跨中梁高之差。

优选的，设置于所述底板箱底板内部的所述正弯矩底板索双层布置，且双层布置的所述正弯矩底板索从跨中至桥墩方向按2.5%的坡率沿纵向上弯起设置。

优选的，设置于所述底板箱顶板内部的所述正弯矩底板索双层布置，上层正弯矩底板索在上弯锚固板的锯齿块处弯起到箱内锚固，下层正弯矩底板索在内置纵梁的锯齿块处弯起到箱内锚固。

优选的，所述内置纵梁在跨中L/2截面至3L/8截面区段水平布置，与所述底板箱顶板分离的分离段向上倾斜布置成斜直线或者曲线，当所述分离段呈曲线向上倾斜时，其锚固点位于同一斜直线上。且所述内置纵梁的水平布置段与上弯的分离段之间设置有曲线过渡段。

优选的，所述内置纵梁内所述正弯矩底板索上弯倾斜的倾斜坡率，通过全桥所述正弯矩底板索提供的向上分力合计能抵消箱梁合拢后二期恒载和50%公路设计车道荷载合计计算确定。

优选的，所述内置纵梁在靠近桥墩侧的最后一个用于锚固所述正弯矩底板索的锯齿块处水平布置，并延伸到所述桥墩处，所述内置下斜腿和所述内置上斜腿在桥墩处水平布置，所述内置纵梁、所述内置下斜腿和所述内置上斜腿均穿过墩顶的横隔板并分别与相邻跨的所述内置纵梁、所述内置下斜腿和所述内置上斜腿相对应地连为一体，所述内置纵梁的墩顶水平段和桥跨倾斜或上弯段间设置曲线过渡段，所述上弯锚固板在靠近所述桥墩侧最后一个所述锯齿块处终止。

优选的，所述内置纵梁和所述上弯锚固板的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，所述内置纵梁的上部表面向上凸起设置呈凸形抛物线形表面且与所述桥墩的墩顶水平段相连，所述内置纵梁下部与L/2截面至3L/8截面区段水平段底板箱顶板融为一体。

优选的，所述内置纵梁、所述上弯锚固板、所述内置上斜腿和所述内置下斜腿的横向构造钢筋在所述腹板处弯起并和所述腹板的竖向钢筋焊接牢固或搭接，当采用搭接时，所述内置纵梁、所述上弯锚固板、所述内置下斜腿和所述内置上斜腿的横向构造钢筋在腹板处弯起，并保证在所述腹板内的锚固长度为钢筋直径的40倍以上。

优选的，设置正弯矩底板索区段的所述内置纵梁、所述底板箱底板和所述上弯锚固板上的各施工段设置一道横向加强肋。

优选的，所述的横向加强肋上施加有横向预应力，横向预应力可采用在箱外两端张拉，或采用一端锚固在所述腹板处混凝土内，另一端弯起到箱内张拉。横向加强肋上施加的横向预应力施工要早于纵向底板索的张拉施工。

同时，本发明还提供了一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，所述内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥为上文所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，所述桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时所述底板箱顶板、所述上弯锚固板、所述内置纵梁、所述内置下斜腿和所述内置上斜腿与箱梁节段一起悬臂现浇，或所述底板箱顶板、所述上弯锚固板、所述内置纵梁、所述内置下斜腿和所述内置上斜腿推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

优选的，所述底板索的张拉根据跨中标高的变化合理范围分多批分阶段进行施工；合拢后张拉40%，后期现浇的调平混凝土厚10厘米完成后张拉20%，人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉20%，沥青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉20%；当不设置调平混凝土时，合拢后张拉40%,人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉30%，沥青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉30%。

优选的，施工跨中L/4截面至L/2截面节段时，所述顶板内顶板索张拉锚固在梁端，同时在箱内依次张拉所述内置纵梁上的顶板索。

优选的，所述下弯腹板索在悬臂施工阶段张拉锚固；所述腹板直线斜索下端锚固在混凝土内，上端悬臂施工阶段在桥面张拉锚固；箱梁合拢后，所述上弯腹板索和所述中腹板索依次弯起，在桥面张拉锚固。

同现有专利“内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法”（专利号：ZL200610167317.X）和现有底板索下弯布置大跨预应力混凝土单箱单室变截面箱梁桥结构相比，本发明主要有益效果是：

（1）本发明桥梁底板全桥采用等截面箱型底板形成底板箱，底板箱上部设置包括内置纵梁的内置斜腿刚架结构、上弯锚固板，为正弯矩底板索四层分布提供了条件，其中包括设置于底板箱底板的二层底板索、设置于上弯锚固板的一层底板索以及设置于内置纵梁的一层底板索。本发明正弯矩底板索上弯多层布置为特大跨桥梁数量多吨位大的底板索提供了合理布索位置以及合理锚固位置。多层上弯布置的底板索减小了底板索平弯幅度及平弯引起的水平拉力，减小了每层底板索中心水平截面挖空率，构造改进避免了底板开裂病害。合理的锚固位置避免了在L/4截面至L/8截面现有技术下弯底板索布置及现有专利技术水平底板索布置偏离弯矩包络图过大产生的纵向负作用，有效解决了特大跨桥梁正弯矩索数量多而底板位置狭窄，单层布置构造和受力均不合理的难题。

（2）由于设置了上弯锚固板和上弯内置纵梁，且上弯底板索被布置于上弯锚固板内和上弯内置纵梁，底板箱底板内底板索亦上弯布置，使得本发明桥梁在各种纵坡布置道路上，通过内置纵梁设置不同的上弯坡率，可以消除现有底板索下弯布置单箱单室变截面箱梁桥技术跨中正弯矩索向下的径向力，完全消除了主跨设置双向纵坡现有专利”内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法”（专利号：ZL200610167317.X）底板索向下的径向力，完全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。同时底板索向上的径向力可平衡二期恒载、车道荷载作用，对提高承载通行能力、减小施工控制难度意义重大。

同时，本发明所提供的一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥为上文所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，在施工时采用采用挂篮悬臂浇筑法施工，底板箱顶板、上弯锚固板、内置纵梁、内置下斜腿和内置上斜腿与箱梁节段一起悬臂现浇，或底板箱顶板、上弯锚固板、内置纵梁、内置下斜腿和内置上斜腿推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。如此易于控制施工，同时其所能达到的有益效果与上文中内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥所能达到的有益效果相同，两者的推导过程相类似，故不再赘述。

附图说明

图1为现有技术中大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的结构示意图；

图2为现有专利内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的结构示意图；

图3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B-B剖视图；

图5为图3的A-A剖视图；

图6为现有专利内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的构造图；

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的钢索纵向布置图；

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为现有专利内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的钢索纵向布置图；

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21为本发明所提供的一种具体实施方式中内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的结构示意图；

图22为图21的A-A剖视图；

图23为图21的B-B剖视图；

图24为图21的C-C剖视图；

图25为图21的D-D剖视图；

图26为图21的E-E剖视图；

图27为图21的F-F剖视图；

图28为本发明所提供的一种具体实施方式中内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的钢索纵向布置示意图；

图29为图28的A-A剖视图；

图30为图28的B-B剖视图；

图31为图28的C-C剖视图。

附图1-图20中标记如下：

01-底板、02-腹板、03-锯齿块、041-内置纵梁、042-内置斜腿、05-底板索、06-桥墩、07-腹板索、08-跨中合拢段、09-边跨合拢段、010-边跨现浇段、011-墩顶节段箱梁；

附图21-图31中标记如下：

1-底板箱、101-底板箱底板、102-底板箱顶板、2-箱梁两侧腹板、201-底板箱内下中腹板、202-顶板与内置纵梁间上中腹板、203-底板箱顶板与内置纵梁间内中腹板、3-锯齿块、41-内置纵梁、411-上弯锚固板、42-内置斜腿、421-内置下斜腿、422-内置上斜腿、5-底板索、6-桥墩、7-下弯腹板索、71-腹板直线斜索，72-上弯腹板索、73-中腹板索，8-箱梁内横隔板、81-底板箱内横隔板、9-箱梁顶板、10-顶板索。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种跨中正弯矩索产生向上的径向力、消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的影响，结构整体刚度大、挠度小、抗剪能力强、顶板、底板和腹板布索和锚固位置合理、箱梁构造受力合理的箱型底板内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图21-31，图21为本发明所提供的一种具体实施方式中内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法的结构示意图；图22为图21的A-A剖视图；图23为图21的B-B剖视图；图24为图21的C-C剖视图；图25为图21的D-D剖视图；图26为图21的E-E剖视图；图27为图21的F-F剖视图；图28为本发明所提供的一种具体实施方式中内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法的钢索纵向布置示意图；图29为图28的A-A剖视图；图30为图28的B-B剖视图；图31为图28的C-C剖视图。

在本具体实施方式中，内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩6和顶板9，变截面箱梁桥底板全跨为等截面箱型，简称底板箱，底板箱包括底板箱底板101、底板箱顶板102和腹板2下部。底板箱内部沿着纵向方向设置有下中腹板201，箱体宽度大于16米的宽桥，L/4截面至支点截面区段底板箱内部沿着纵向设置三道下中腹板201，其横向间距为5米至8米。在L/4截面至支点截面底板箱内部还设置有横隔板81，横隔板81间的间距为5米至8米。底板箱的高度为3～4米，下中腹板201和横隔板81的厚度均为50～70厘米，当然，也可以根据实际的情况设置为其他厚度。

在箱梁跨中L/2截面、3L/8截面、L/4截面、L/8截面设置有八道横隔板8。横隔板8的厚度均为80～100厘米，当然，也可以根据实际的情况设置为其他厚度。

需要说明的是，底板箱内部下中腹板201的设置数目和设置间距是根据桥宽而确定的，横隔板81的设置数目和设置间距是根据底板箱的具体尺寸而确定的。

还需要说明的是，箱梁内底板箱底板101、底板箱顶板102和腹板2厚度为50～70厘米，当然，也可以根据实际的情况设置为其他厚度。

底板箱顶板102相应梁高位置及上方，沿着跨中至桥墩方向，由跨中至3L/8截面区段按5%坡率沿纵向设置有向上倾斜或弯起的上弯锚固板411。设置于跨中L/2截面左侧或右侧3至5个施工节段区段的上弯锚固板411和箱梁底板箱顶板102融为一体并水平布置，设置于其他部分的上弯锚固板411与底板箱顶板102分离。

需要说明的是，上弯锚固板411厚度为30～50cm，当然也可以根据不同的桥梁采用其他厚度。

在箱梁内底板箱上方设置有斜腿刚架结构，斜腿刚架结构包括内置下斜腿421、内置上斜腿422和设置有锯齿块3的内置纵梁41。在跨中L/2截面至3L/8截面区段，内置纵梁41和底板箱顶板102融为一体并水平布置，其余位置分离。锚固区内置纵梁41从跨中至桥墩方向按5%坡率沿纵向倾斜或弯起设置。在全跨区段内置纵梁41和顶板9间沿纵向设置上中腹板202。此外只在在L/4截面至3L/8截面区段，内置纵梁41和底板箱顶板102之间，箱内沿纵向设置有内中腹板203。

需要说明的是，内置纵梁41、内置下斜腿421和内置上斜腿422厚度均为30～50cm，当然也可以根据不同的桥梁采用其他厚度。

由顶板9、内置纵梁41、设置于顶板9与内置纵梁41间的上中腹板202以及箱梁箱室两侧的腹板2形成双室顶板箱。在顶板9和内置纵梁41上均设置有顶板索10，顶板9上的顶板索10锚固于顶板9各节段梁端面，内置纵梁41上的顶板索10锚固于内置纵梁41上的锯齿块3上。设置于内置纵梁（41）内的负弯矩顶板索与内置纵梁（41）所设置的锯齿块处弯起到箱内。

需要说明的是，双室顶板箱的高度为3～4米，顶板9厚度为40～50cm，上中腹板202厚度为50～70cm和下中腹板201和内中腹板203厚度一致，当然也可以根据不同的桥梁采用其他尺寸。

在箱梁支点截面至L/4截面区段设置有沿着45°方向向下弯锚固于各节段梁端面的下弯腹板索7；设置于箱梁L/4截面至3L/8截面区段的腹板直线斜索71沿着45°方向布置，下部锚固于腹板2混凝土内，上部锚固在顶板9上表面锚固槽口处；设置于箱梁跨中L/2截面至3L/8截面区段的上弯腹板索72按45°上弯锚固在顶板9上表面锚固槽口处。设置在L/2截面底板箱下中腹板201下部区段中腹板索73，在L/2截面至L/4截面向上弯起通过中腹板段203，到达上中腹板202内，穿过桥墩6纵向中心线后，上部张拉端锚固于所述顶板9上表面锚固槽口处。

在本具体实施方式中，底板索5上弯分层布置于底板箱底板101、上弯锚固板411和内置纵梁41内，其中，设置于底板箱底板101内的底板索5双层布置，从跨中至桥墩方向按2.5%坡率沿纵向上弯设置，锚固于底板箱底板101的锯齿块3上；设置于内置纵梁41内的底板索5为单层布置；设置于上弯锚固板411内部的底板索5单层布置。在底板索5张拉锚固位置的底板箱底板101、上弯锚固板411和内置纵梁41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。在上弯锚固板411内的底板索5从跨中至桥墩方向按5%坡率沿纵向上弯起设置，其中跨中L/2截面左右3至5个施工节段区段内的底板索5水平布置。

需要说明的是，按底板箱底板101上表面与底板索5中心距离为20厘米不变原则对底板箱底板101进行加厚处理。底板箱底板101上表面为2.5%坡率加厚。底板箱底板101内两层底板索5中心距为20厘米，底板箱底板101下表面与下层底板索5中心距离为20厘米，如此设置时底板箱底板101厚大于60厘米，当然也可以根据不同的桥梁采用其他尺寸。

此外，在本具体实施方式中，内置下斜腿421和内置上斜腿422与底板箱平行布置。其中内置下斜腿421的上方在L/4截面与内置纵梁41相连，内置上斜腿422的上方在L/8截面与内置纵梁41相连。内置下斜腿421和内置上斜腿422下方均与设置于桥墩6墩顶的横隔板相连。内置纵梁41、内置下斜腿421和内置上斜腿422两侧均与腹板2相连成一体。

此外，底板箱在跨中L/2截面至3L/8截面区段水平布置，其余设置位置为曲线设置，底板箱下缘曲线线形为半立方抛物线，所述半立方抛物线为凸形，起止点为3L/8截面和支点截面，顶点在3L/8截面，矢高为所述箱梁支点和跨中梁高之差。

在进一步的方案中，在跨中L/2截面至3L/8截面段，内置纵梁41和底板箱顶板102融为一体并水平布置，其余位置分离，与底板箱顶板102分离的分离段向上倾斜布置成斜直线或者曲线，当分离段呈曲线向上倾斜时，其锚固点位于同一斜直线上，且内置纵梁41的水平布置段与上弯的分离段之间设置有曲线过渡段。内置纵梁41内底板索5上弯倾斜的倾斜坡率，可以通过全桥底板索5提供的向上分力合计能抵消箱梁合拢后二期恒载和50%公路设计车道荷载合计计算调整确定。

此外，内置纵梁41在靠近桥墩6侧的最后一个底板索5的锯齿块3处水平布置，并延伸到所述桥墩6处，内置下斜腿421和内置上斜腿422在桥墩6处水平布置，内置纵梁41、内置下斜腿421和内置上斜腿422均穿过墩顶的横隔板分别与相邻跨的所述内置纵梁41、内置下斜腿421和内置上斜腿422连为一体，内置纵梁41的墩顶水平段和桥跨倾斜或上弯段间设置曲线过渡段，上弯锚固板411在靠近桥墩6侧最后一个锯齿块3处终止。

在保证提供所需向上分力的前提下，内置纵梁41和上弯锚固板411的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，内置纵梁41的上部表面向上凸起设置呈凸形抛物线形表面且与桥墩的墩顶水平段相连，内置纵梁41下部与L/2截面至3L/8截面区段水平段底板箱顶板102融为一体。

再者，内置纵梁41、上弯锚固板411、内置上斜腿422和内置下斜腿421的横向构造钢筋在腹板2处弯起并和腹板2的竖向钢筋焊接牢固或搭接，当采用搭接时，内置纵梁41、上弯锚固板411、内置下斜腿421和内置上斜腿422的横向构造钢筋在腹板2处弯起，并保证在腹板2内的锚固长度为钢筋直径的40倍以上。

在更进一步的方案中，设置底板索5区段的内置纵梁41、底板箱底板101和上弯锚固板411上的各施工段设置一道横向加强肋。横向加强肋可以采用高40厘米，宽80厘米，当然也可以根据不同的桥梁采用其他尺寸。同时，横向加强肋上施加有横向预应力，横向预应力可采用在箱外两端张拉，或采用一端锚固在腹板2处混凝土内，另一端弯起到箱内张拉，横向加强肋上施加的横向预应力施工要早于纵向底板索5的张拉施工。

本具体实施方式中，还提供了一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时底板箱顶板102、上弯锚固板411、内置纵梁41、内置下斜腿421和内置上斜腿422与箱梁节段一起悬臂现浇，或底板箱顶板102、上弯锚固板411、内置纵梁41、内置下斜腿421和内置上斜腿422推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

底板索5的张拉根据跨中标高的变化合理范围分多批分阶段进行施工。合拢后张拉40%,后期现浇的调平混凝土厚10厘米完成后张拉20%,人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉20%,，沥青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉20%。当不设置调平混凝土时，合拢后张拉40%,人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉30%，沥青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉30%。施工时根据跨中截面测量标高进行上弯底板索张拉过程的动态调整。

此外，施工跨中L/4截面至L/2截面节段时，顶板9内顶板索10张拉锚固在梁端，同时在箱内依次张拉内置纵梁41上的顶板索10。

本方案中，下弯腹板直线斜索7在悬臂施工阶段张拉锚固。腹板直线斜索71下端锚固在混凝土内，上端悬臂施工阶段在桥面张拉锚固。箱梁合拢后，上弯腹板索72依次弯起，在桥面张拉锚固。

本具体实施方式中所描述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥具有以下优点：

（1）多层上弯布置的底板索5减小了底板索平弯幅度及平弯引起的水平拉力，减小了每层底板索中心水平截面挖空率，构造改进避免了底板开裂病害，底板索5合理的锚固位置以及多层底板索5上弯布置避免了在L/4截面至L/8截面由于现有技术下弯索布置及水平索布置偏离弯矩包络图过大产生的纵向负作用，有效解决了特大跨桥梁正弯矩索多底板位置窄的底板索布置难题，其次底板索5的多层上弯布置可以消除或减小二期恒载、车道荷载引起主梁下挠变形提供施工控制方法。向上的径向力可平衡二期恒载、车道荷载作用，可以提高承载通行能力。

（2）顶板索10设置于顶板9与内置纵梁41内，顶板9、内置纵梁41、设置于顶板9与内置纵梁41间的上中腹板202以及腹板2形成双室顶板箱，双室顶板箱为顶板索的设置提供了合理的布索位置以及锚固位置，上中腹板202的设置加强了顶板9与内置纵梁41整体性，为多层设置顶板索提供了条件，使得顶板索截面受力更均匀，减短了特高断面的传力路线。同时上中腹板202的设置缩短了顶板9横向跨径，改善了顶板9整体受力性能，可有效避免顶板9纵向裂缝。

（3）由于上弯锚固板411和内置纵梁41上弯布置，使得设置于上弯锚固板和内置纵梁的底板索5沿着上弯锚固板或内置纵梁的上弯方向上弯设置，通过设置内置纵梁41的不同坡率，可以将各种纵坡坡道设置于道路上，通过将底板索5设置不同的上坡率，可以消除现有技术中正弯矩索向下的径向力，可以解决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。同时，上弯布置的底板索可以提供抗剪分力和向上的径向力，可以抵消由于一期及二期恒载、车道载荷所产生的向下的内力，改善由于混凝土收缩所产生的徐变效应，克服跨中运营期的持续下挠。

（4）内置纵梁41和上弯锚固板411的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，因此设置于内置纵梁或上弯锚固板内的底板索沿着内置纵梁或上弯锚固板的表面设置呈凹形抛物线，可以保证具体的施工情况与弯矩包络图相吻合，可以克服跨中L/2截面至3L/8截面较大的正弯矩，在L/4截面能抵抗部分负弯矩，使得桥梁的布索更为合理，进而使得底板索的受力更加合理。

（5）在支点截面至L/4截面设置下弯腹板索7、在L/4截面至3L/8截面设置腹板直线斜索71、在L/2截面至3L/8截面设置上弯腹板索72，腹板索采用分段布置，解决了现有技术全部采用下弯腹板索传力路线过长问题。

（6）本发明桥梁可采用现有技术悬臂浇筑法施工，施工时上弯锚固板、内置下斜腿、内置上斜腿和上弯内置纵梁可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，也可推迟一个施工阶段在支架或吊架上现浇，施工易于控制。

（7）施工跨中L/4截面至L/2截面节段时，顶板内顶板索张拉锚固在梁端，同时依次张拉内置纵梁上的顶板索，避免传力路线过长。

（8）底板索的张拉根据跨中标高的变化合理范围分多批多阶段进行施工，可实现主跨一期合拢后，桥梁标高基本不变的目标，施工易于控制。

（9）上弯锚固板内、上弯内置纵梁和底板箱底板内横向加强肋上施加的横向预应力施工要早于纵向底板索的张拉施工确保了底板不产生纵向开裂。

需要说明的是，本具体实施方式中所提供的一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法，适用于各种纵坡主跨250至400米变截面箱梁桥，当然，也不排除在进行其他形式的梁桥设计时采用本具体实施方式中的梁桥和施工方法。

以上对本发明所提供的一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (16)

1.一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩(6)、设置有底板箱底板(101)和底板箱顶板(102)的底板箱(1)、均设置于箱梁的底板、腹板(2)、顶板(9)，其特征在于，在所述底板箱顶板(102)跨中相应梁高位置及上方，从跨中至3L/8截面区域沿纵向设置向上倾斜或弯起的上弯锚固板(411)；所述箱梁内设置有横隔板(8)；

所述上弯锚固板(411)在跨中L/2截面区域与所述底板箱顶板(102)融为一体，设置于其他区域的所述上弯锚固板(411)与所述底板箱顶板(102)分离；

所述底板箱上方设置有斜腿刚架结构，所述斜腿刚架结构包括内置上斜腿(422)、内置下斜腿(421)和设置有锯齿块的内置纵梁(41)，所述内置纵梁(41)由3L/8截面向桥墩方向沿箱梁纵向向上倾斜或弯起设置，在跨中L/2截面至3L/8截面区段，所述内置纵梁(41)和所述底板箱顶板(102)融为一体并水平布置，所述内置纵梁(41)向上倾斜或弯起设置的部分与所述底板箱顶板(102)分离；

所述内置上斜腿(422)和所述内置下斜腿(421)均与所述底板箱相平行设置，所述内置上斜腿(422)的两侧以及所述内置下斜腿(421)的两侧均与所述腹板(2)相连接；所述内置上斜腿(422)的下端以及所述内置下斜腿(421)的下端均与所述桥墩(6)墩顶的横隔板相连接；所述内置下斜腿(421)的上端在L/4截面区域与所述内置纵梁(41)相连，内置上斜腿(422)的上端在L/8截面区域与所述内置纵梁(41)相连；

所述箱梁内设置有底板索；跨中区段的底板索(5)分别沿所述底板箱底板(101)、所述上弯锚固板(411)和所述内置纵梁(41)上弯布置，所述底板箱底板(101)、所述内置纵梁(41)和所述上弯锚固板(411)设置有用于锚固所述底板索(5)的锯齿块(3)，所述底板索(5)张拉锚固端在所述锯齿块(3)处弯起到箱内。

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，所述箱梁内沿纵向设置下中腹板(201)、上中腹板(202)和中腹板(203)；所述顶板(9)与所述内置纵梁(41)间沿纵向设置上中腹板(202)；L/4截面至3L/8截面区段内置纵梁(41)和底板箱顶板(102)间沿纵向设置内中腹板(203)；所述底板箱(1)内底板箱底板(101)和底板箱顶板(102)间沿纵向设置下中腹板(201)。

3.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，所述顶板(9)和所述内置纵梁(41)内均设置有负弯矩顶板索(10)，设置于所述顶板(9)的所述负弯矩顶板索锚固在各悬臂施工节段箱梁端面；设置于所述内置纵梁(41)内的所述负弯矩顶板索由所述内置纵梁(41)所设置的锯齿块处弯起到箱内。

4.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，所述箱梁内设置的腹板索包括下弯腹板索(7)、腹板直线斜索(71)、上弯腹板索(72)和中腹板索(73)；箱梁支点截面至L/4截面区段的腹板(2)设置有下弯腹板索(7)，所述下弯腹板索(7)沿着45°方向向下弯锚固于各节段梁箱梁端面；所述箱梁L/4截面至3L/8截面区段的腹板设置有所述的腹板直线斜索(71)，所述腹板直线斜索(71)沿着45°方向设置，下端锚固于腹板的底部混凝土内，上部张拉端锚固于所述顶板(9)上表面的锚固槽口处；箱梁3L/8截面至跨中L/2截面区段的腹板设置有所述上弯腹板索(72)，所述上弯腹板索(72)沿着45°方向向上弯起且上部张拉端锚固于所述顶板(9)上表面的锚固槽口处；在L/2截面底板箱的所述下中腹板(201)下部区段设置有所述中腹板索(73)，所述中腹板索在L/2截面至L/4截面向上弯起通过中腹板(203)段，到达上中腹板(202)内，穿过桥墩(6)纵向中心线，上部张拉端锚固于所述顶板(9)上表面锚固槽口处。

5.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，所述底板箱在跨中L/2截面至3L/8截面区段立面线型为水平线，其他区段的立面线型为曲线；底板箱下缘曲线为凸形半立方抛物线型曲线，起点在3L/8截面，止点在支点截面，顶点在3L/8截面，矢高为箱梁支点和跨中梁高之差。

6.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，设置于所述底板箱底板(101)内部的正弯矩底板索(5)双层布置，且双层布置的所述正弯矩底板索(5)从跨中至桥墩方向按2.5％的坡率沿纵向上弯起设置。

7.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，设置于所述底板箱顶板(102)内部的正弯矩底板索(5)双层布置，上层正弯矩底板索(5)在上弯锚固板(411)的锯齿块(3)处弯起到箱内，下层正弯矩底板索(5)在内置纵梁(41)的锯齿块(3)处弯起到箱内。

8.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，所述内置纵梁(41)在跨中L/2截面至3L/8截面区段水平布置，与所述底板箱顶板(102)分离的分离段向上倾斜布置成斜直线或者曲线，当所述分离段呈曲线向上倾斜时，其锚固点位于同一斜直线上，且所述内置纵梁(41)的水平布置段与上弯的分离段之间设置有曲线过渡段。

9.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，所述内置纵梁(41)内的正弯矩底板索(5)上弯倾斜的倾斜坡率，通过全桥所述正弯矩底板索(5)提供的向上分力合计能抵消箱梁合拢后二期恒载和50％公路设计车道荷载合。

10.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，所述内置纵梁(41)在靠近桥墩(6)侧的最后一个用于锚固正弯矩底板索(5)的锯齿块(3)处水平布置，并延伸到所述桥墩(6)处，所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)在桥墩(6)处水平布置，所述内置纵梁(41)、所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)均穿过墩顶的横隔板并分别与相邻跨的所述内置纵梁(41)、所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)相对应地连为一体，所述内置纵梁(41)的墩顶水平段和桥跨倾斜或上弯段间设置曲线过渡段，所述上弯锚固板(411)在靠近所述桥墩(6)侧最后一个所述锯齿块(3)处终止。

11.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，所述内置纵梁(41)和所述上弯锚固板(411)的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，所述内置纵梁(41)的上部表面向上凸起设置呈凸形抛物线形表面且与所述桥墩的墩顶水平段相连，所述内置纵梁(41)下部与L/2截面至3L/8截面区段水平段底板箱顶板(102)融为一体。

12.根据权利要求1至11中任一项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，所述内置纵梁(41)、所述上弯锚固板(411)、所述内置上斜腿(422)和所述内置下斜腿(421)的横向构造钢筋在所述腹板(2)处弯起并和所述腹板(2)的竖向钢筋焊接牢固或搭接，当采用搭接时，所述内置纵梁(41)、所述上弯锚固板(411)、所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)的横向构造钢筋在腹板(2)处弯起，并保证在所述腹板(2)内的锚固长度为钢筋直径的40倍以上。

13.一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，其特征在于：所述内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥为根据上述权利要求所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，所述桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时所述底板箱顶板(102)、所述上弯锚固板(411)、所述内置纵梁(41)、所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)与箱梁节段一起悬臂现浇，或所述底板箱顶板(102)、所述上弯锚固板(411)、所述内置纵梁(41)、所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

14.根据权利要求13所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，其特征在于：所述底板索(5)的张拉根据跨中标高的变化合理范围分多批分阶段进行施工；合拢后张拉40％，后期现浇的调平混凝土厚10厘米完成后张拉20％，人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉20％，沥青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉20％；当不设置调平混凝土时，合拢后张拉40％,人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉30％，沥青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉30％。

15.根据权利要求13所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，其特征在于：施工跨中L/4截面至L/2截面节段时，所述顶板(9)内顶板索(10)张拉锚固在梁端，同时在箱内依次张拉所述内置纵梁(41)上的顶板索(10)。

16.根据权利要求13所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，其特征在于：所述下弯腹板索(7)在悬臂施工阶段张拉锚固；所述腹板直线斜索(71)下端锚固在混凝土内，上端悬臂施工阶段在桥面张拉锚固；箱梁合拢后，所述上弯腹板索(72)和所述中腹板索(73)依次弯起，在桥面张拉锚固。