CN104389261A - 预制超高性能混凝土π形梁单元、桥梁结构及其施工方法 - Google Patents

预制超高性能混凝土π形梁单元、桥梁结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

一种可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土π形梁单元，由T形双主梁和桥面板整体预制而成；T形双主梁包括沿平行布置的两主梁腹板，桥面板采用下部带有纵肋和横肋的网格状薄型板件，桥面板的一侧或两侧设为连接部，该连接部向外延伸出与另一相邻接的π形梁单元进行连接的连接钢筋。该π形梁单元是沿桥梁横向进行拼接，对接处设置现浇接缝，在现浇接缝处绑扎连接钢筋和配置纵向钢筋。本发明π形桥梁结构的施工方法包括：先预制超高性能混凝土π形梁单元，然后在施工现场横向拼装，再在纵向接缝处绑扎连接钢筋并现场浇筑超高性能混凝土，最后进行养护，完成施工。本发明具有自重轻、耐久性好、能有效降低梁体开裂风险等优点。

Description

预制超高性能混凝土π形梁单元、桥梁结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种桥梁构件、桥梁本体结构及其施工，尤其涉及一种预制超高性能混凝土梁单元、桥梁结构及其施工方法。
背景技术
预制预应力混凝土梁具有结构简单、受力明确、造价低廉、架设方便等优点，在桥梁结构中得到了广泛的应用。但由于普通混凝土材料抗拉强度低、收缩徐变大，在车辆荷载长期作用下，梁体容易产生裂缝，湿接缝处钢筋混凝土或沥青混凝土桥面及防水层容易开裂、破坏，桥面渗水侵蚀主梁，耐久性大打折扣。此外，在常用的箱梁、T梁、工字梁及空心板等预制构件中，张拉预应力钢束后主梁会产生反拱度，当反拱度值产生偏差时常常会影响钢筋的精确定位和梁体的准确架设，使得梁体间横向连接困难，严重时甚至会形成局部错台，影响桥梁功能和美观。
现有技术中，为了节省材料，梁体常采用变截面的形式，通过减少主梁腹板的厚度来减轻重量，同时为了提高桥梁的横向刚度，预制混凝土梁段在端部和中部按一定的间距设置有多道横隔板，这使得钢筋制作的难度增加，模板系统也更为复杂，混凝土浇筑质量难以保证。而对于裂缝这一类病害，一般都是通过提高施工质量和优化结构设计来改善，但受到普通混凝土自身材料性质的限制，开裂问题未得到根本性解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种自重较轻、耐久性好、能有效降低梁体开裂风险的预制超高性能混凝土(UHPC)π形梁单元，以及由该预制超高性能混凝土π形梁单元构成的π形桥梁结构，还相应提供一种工艺简单、操作方便、施工速度快、经济性好的预制超高性能混凝土π形桥梁结构的施工方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土π形梁单元，所述π形梁单元由T形双主梁和由T形双主梁支承的桥面板整体预制而成；所述T形双主梁包括沿桥梁纵向相互平行布置的两主梁腹板，所述桥面板采用下部带有纵肋和横肋的网格状薄型板件，所述桥面板沿桥梁纵向的一侧或两侧设为连接部，该连接部向外延伸出与另一相邻接的π形梁单元进行接缝式连接的连接钢筋。
上述的预制超高性能混凝土π形梁单元中，优选的：所述纵肋和/或横肋的顶面宽度大于底面宽度，且宽度由顶面到底面采用渐进式变小。预制混凝土异形构件的脱模一直是本领域人员面临的一个技术障碍，虽然可以通过脱模剂等传统手段进行脱模，但不仅成本高、效率低，而且脱模效果始终不够理想。在本发明上述的技术方案中，下部带有纵肋和横肋的网格状薄型板件给整个预制混凝土桥面板的脱模带来了障碍，优选的方案中通过巧妙地设计纵肋和横肋的形状及结构，不仅可以节省材料，更重要的是能够方便脱模，提高工艺效率。
上述的预制超高性能混凝土π形梁单元中，优选的：所述纵肋和横肋的顶面宽度均为0.10m～0.20m，所述纵肋和横肋的底面宽度均为0.10m～0.20m，相邻两纵肋的间距、相邻两横肋的间距均为0.45m～1.50m，这样优选的尺寸设计方案可以充分发挥超高性能混凝土强度高、无粗骨料易密实的技术优势，减轻主梁自重。
上述的预制超高性能混凝土π形梁单元中，优选的：所述桥面板的板件总厚度(包括纵肋、横肋在内)为0.18m～0.25m，其中，固接于所述纵肋和横肋上方的面板本体的厚度为0.05m～0.10m，所述两主梁腹板的厚度均为0.10m～0.20m，按此优选的厚度设计方案，既能满足强度和刚度的要求，同时梁体自重仅为传统混凝土梁自重的一半。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种由上述的预制超高性能混凝土π形梁单元构成的π形桥梁结构，所述π形桥梁结构是由至少两个的所述π形梁单元连接构成，所述π形梁单元是沿桥梁横向进行拼接，且通过相邻两个π形梁单元的所述连接部对接，对接处设置现浇接缝，相邻两个π形梁单元的连接钢筋在现浇接缝处绑扎，现浇接缝中配置有纵向钢筋。
上述的π形桥梁结构中，优选的：所述π形桥梁结构的端部和/或跨中处设有横隔板，横隔板的数量为2～3道。更优选的，每道横隔板沿桥梁横向为非连续分布，且间隔开的横隔板是预制在各π形梁单元的两主梁腹板之间。这与传统的混凝土T形梁相比，本发明中横隔板的数量和面积可大幅度减少，减轻自重，且可直接在前期预制成型，方便施工。
上述的π形桥梁结构中，优选的：相邻两个的所述π形梁单元的桥面板连接部均设置有一纵肋，所述连接部对接处的两纵肋围成一凹槽，所述现浇接缝设置于该凹槽中。这样的优选方案可以增大截面抵抗矩，降低接缝处的应力。
上述的π形桥梁结构中，优选的：所述π形桥梁结构的梁段纵向长度等于桥梁单跨跨径长度，当所述桥梁单跨跨径为20m～60m，结合应用上述的技术方案将产生更加显著的技术效果和技术优势。
上述本发明的预制超高性能混凝土π形梁单元及其构成的π形桥梁结构，由于采用了超高性能混凝土作为结构材料，并配合了合理的连接设置，使得π形梁单元的主梁腹板厚度和桥面板平均厚度降低(板件厚度仅为传统预制混凝土梁的1/3～1/2)，同时主梁无需采用变截面，并且只需要设置2～3道横隔板，这使得本发明的预制超高性能混凝土π形桥梁结构的截面高度和宽度在与传统预制混凝土T形梁设计值保持相当的前提下，整个梁体的自重能大幅度减轻，其自重仅为相应传统预制混凝土T形梁的30％～50％。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的π形桥梁结构的施工方法，包括以下步骤：
(a)在工厂整体预制所述T形双主梁和桥面板，形成由T形双主梁支承桥面板的预制超高性能混凝土π形梁单元；
(b)在施工现场横向拼装所述预制超高性能混凝土π形梁单元；
(c)在相邻两预制超高性能混凝土π形梁单元的纵向接缝处绑扎所述的连接钢筋(优选U型钢筋)和纵向钢筋，同时在纵向接缝处的空隙间现场浇筑超高性能混凝土；
(d)对纵向接缝处的后浇超高性能混凝土进行养护，形成现浇接缝；
(e)待现浇接缝的超高性能混凝土达到设计强度后，完成附属工程及桥面铺装的施工。
上述的施工方法中，优选的：预制所述T形双主梁和桥面板使用的材料均为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土；接缝处的空隙间现场浇筑的超高性能混凝土为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土。
上述的施工方法中，优选的：所述π形桥梁结构的施工具体是应用于简支梁桥或者连续梁桥的桥梁建造施工过程，这样可以方便地采用现有的施工方法，可行性强，经济性好。所述π形桥梁结构的梁段纵向长度等于桥梁单跨跨径长度，当所述桥梁单跨跨径为20m～60m。
上述本发明的π形桥梁结构的施工过程中，均可采用现有预制混凝土梁的施工设备和施工工艺，无需增加新的设备投入，也无需对施工人员进行新的技能培训，施工方法简便、快捷、迅速，对于保证工期、提高施工效率具有重要意义。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
第一，本发明提供的预制超高性能混凝土π形梁单元及桥梁结构采用了新型材料超高性能混凝土，可以实现主梁的轻型化，不但可减轻下部结构的重量、提高桥梁的跨越能力，而且使结构的预制、拼装、运输更加容易；
第二，本发明相比于传统预应力混凝土梁取消了预应力，在满足结构刚度要求的前提下，避免因张拉预应力钢束使各片主梁产生反拱度值的偏差，影响相邻两片梁的横向联接质量和桥面铺装的厚度，使得施工误差难以精确控制；
第三，本发明可以有效降低预制T形双主梁的开裂风险；由于超高性能混凝土的弯曲抗拉强度可达20MPa以上，且经高温蒸养后的后期收缩基本为零，后期徐变也很小，这使得本发明在防范预制梁体开裂方面有足够的保障；
第四，本发明采用T形双主梁和桥面板整体预制、整体吊装的施工方式，减少了接缝数量和横隔板数量，不仅便于施工，而且增强了桥梁结构的耐久性，方便桥梁的后期维护。
本发明的技术方案特别适合简支梁桥或连续梁桥，将这类桥型成熟的施工技术和设备与本发明相结合，可更好地保证本发明桥梁结构及其施工建造的可行性及施工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明实施例中预制超高性能混凝土π形桥梁结构的主视图。
图2为图1中A-A处的剖视图。
图3为图1中B-B处的剖视图。
图4为图1中C-C处的剖视图。
图5为图2～4中现浇接缝处的局部放大图。
图例说明：
1、T形双主梁；2、桥面板；3、纵肋；4、横肋；5、面板本体；6、主梁腹板；7、端部横隔板；8、跨中横隔板；9、现浇接缝；10、连接钢筋；11、纵向钢筋；12、空隙。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例：
如图1～图5所示，一种本发明的预制超高性能混凝土π形梁单元构成的π形桥梁结构，每一单跨的π形桥梁结构是由两个π形梁单元连接构成，该π形梁单元是沿桥梁横向进行拼接。
如图2～图4所示，本实施例的π形梁单元由T形双主梁1和由T形双主梁1支承的桥面板2整体预制而成；T形双主梁1包括沿桥梁纵向相互平行布置的两主梁腹板6，桥面板2采用下部带有纵肋3和横肋4的网格状薄型板件，桥面板2沿桥梁纵向的一侧设为连接部，该连接部向外延伸出与另一相邻接的π形梁单元进行接缝式连接的连接钢筋10(本实施例中的连接钢筋10包括有一U型钢筋)。上述的π形梁单元沿桥梁横向进行拼接时，具体是通过相邻两个π形梁单元的连接部对接，对接处设置现浇接缝9；如图5所示，本实施例中相邻两个π形梁单元的桥面板2连接部均设置有一纵肋3，连接部对接处的两纵肋3围成一凹槽，现浇接缝9设置于该凹槽中。相邻两个π形梁单元的连接钢筋10在现浇接缝9处绑扎，现浇接缝9中配置有纵向钢筋11。
本实施例中的纵肋3和横肋4的顶面宽度大于底面宽度，且宽度由顶面到底面采用渐进式变小。本实施例中纵肋3和横肋4的顶面宽度均为0.20m，纵肋3和横肋4的底面宽度均为0.18m，纵肋3和横肋4的厚度均为0.14m，相邻两纵肋3的间距为1.5m，相邻两横肋4的间距为1m。本实施例中，桥面板2的板件总厚度为0.22m，其中，固接于纵肋3和横肋4上方的面板本体5的厚度为0.08m，两主梁腹板6的厚度均为0.10m。
本实施例中的π形桥梁结构的端部和跨中处设有横隔板，如图1所示，单跨π形桥梁结构的横隔板的数量为3道，包括两个端部横隔板7和一个跨中横隔板8。如图3和图4所示，端部横隔板7和跨中横隔板8沿桥梁横向均为非连续分布，且间隔开的横隔板是预制在各π形梁单元的两主梁腹板6之间。
本实施例中，π形桥梁结构的梁段纵向长度为30m，横向宽度为6m，纵向长度等于桥梁单跨跨径长度。
上述本实施例的π形桥梁结构应用于简支梁桥(或者连续梁桥)的施工方法，包括以下步骤：
(a)在工厂整体预制T形双主梁1和桥面板2，形成由T形双主梁1支承桥面板2的预制超高性能混凝土π形梁单元；预制T形双主梁1和桥面板2使用的材料均为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土；
(b)在施工现场横向拼装预制超高性能混凝土π形梁单元；
(c)在相邻两预制超高性能混凝土π形梁单元的纵向接缝处绑扎连接钢筋10和纵向钢筋11，同时在纵向接缝处的空隙12间现场浇筑超高性能混凝土；现场浇筑的超高性能混凝土为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土；
(d)对纵向接缝处的后浇超高性能混凝土进行养护，形成现浇接缝9；
(e)待现浇接缝9的超高性能混凝土达到设计强度后，完成附属工程及桥面铺装的施工。

Claims (10)

1.一种可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土π形梁单元，其特征在于：所述π形梁单元由T形双主梁(1)和由T形双主梁(1)支承的桥面板(2)整体预制而成；所述T形双主梁(1)包括沿桥梁纵向相互平行布置的两主梁腹板(6)，所述桥面板(2)采用下部带有纵肋(3)和横肋(4)的网格状薄型板件，所述桥面板(2)沿桥梁纵向的一侧或两侧设为连接部，该连接部向外延伸出与另一相邻接的π形梁单元进行接缝式连接的连接钢筋(10)。
2.根据权利要求1所述的预制超高性能混凝土π形梁单元，其特征在于：所述纵肋(3)和/或横肋(4)的顶面宽度大于底面宽度，且宽度由顶面到底面采用渐进式变小。
3.根据权利要求2所述的预制超高性能混凝土π形梁单元，其特征在于：所述纵肋(3)和横肋(4)的顶面宽度均为0.10m～0.20m，所述纵肋(3)和横肋(4)的底面宽度均为0.10m～0.20m，相邻两纵肋(3)的间距、相邻两横肋(4)的间距均为0.45m～1.50m。
4.根据权利要求1或2或3所述的预制超高性能混凝土π形梁单元，其特征在于：所述桥面板(2)的板件总厚度为0.18m～0.25m，其中，固接于所述纵肋(3)和横肋(4)上方的面板本体(5)的厚度为0.05m～0.10m，所述两主梁腹板(6)的厚度均为0.10m～0.20m。
5.一种由权利要求1～4中任一项所述的预制超高性能混凝土π形梁单元构成的π形桥梁结构，其特征在于：所述π形桥梁结构是由至少两个的所述π形梁单元连接构成，所述π形梁单元是沿桥梁横向进行拼接，且通过相邻两个π形梁单元的所述连接部对接，对接处设置现浇接缝(9)，相邻两个π形梁单元的连接钢筋(10)在现浇接缝(9)处绑扎，现浇接缝(9)中配置有纵向钢筋(11)。
6.根据权利要求5所述的π形桥梁结构，其特征在于：所述π形桥梁结构的端部和/或跨中处设有横隔板，横隔板的数量为2～3道；
每道横隔板沿桥梁横向为非连续分布，且间隔开的横隔板是预制在各π形梁单元的两主梁腹板(6)之间。
7.根据权利要求5或6所述的π形桥梁结构，其特征在于：相邻两个的所述π形梁单元的桥面板(2)连接部均设置有一纵肋(3)，所述连接部对接处的两纵肋(3)围成一凹槽，所述现浇接缝(9)设置于该凹槽中。
8.一种如权利要求5或6或7所述的π形桥梁结构的施工方法，包括以下步骤：
(a)在工厂整体预制所述T形双主梁(1)和桥面板(2)，形成由T形双主梁(1)支承桥面板(2)的预制超高性能混凝土π形梁单元；
(b)在施工现场横向拼装所述预制超高性能混凝土π形梁单元；
(c)在相邻两预制超高性能混凝土π形梁单元的纵向接缝处绑扎所述的连接钢筋(10)和纵向钢筋(11)，同时在纵向接缝处的空隙间现场浇筑超高性能混凝土；
(d)对纵向接缝处的后浇超高性能混凝土进行养护，形成现浇接缝(9)；
(e)待现浇接缝(9)的超高性能混凝土达到设计强度后，完成附属工程及桥面铺装的施工。
9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于：预制所述T形双主梁(1)和桥面板(2)使用的材料均为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土；接缝处的空隙间现场浇筑的超高性能混凝土为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土。
10.根据权利要求8或9所述的施工方法，其特征在于：所述π形桥梁结构的施工具体是应用于简支梁桥或者连续梁桥的桥梁建造施工过程；所述π形桥梁结构的梁段纵向长度等于桥梁单跨跨径长度，所述桥梁单跨跨径为20m～60m。
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