CN104452569A - 一种大跨径预应力混凝土梁桥布束方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土木工程的桥梁技术领域，具体涉及一种桥梁结构设计方法。本发明将大跨径预应力混凝土桥梁底板正弯矩钢束布置成上弯和水平直线的形式。针对主跨，将腹板上的钢束布置成中间水平，两端上弯形式，通过设置在顶板上锚槽锚固，底板上的钢束布置成水平直线形式，通过在底板上设置锚块锚固。针对边跨，将腹板上的钢束布置成中间水平，两端上弯形式，通过设置在顶板上锚槽锚固。该方法能够提高预应力钢束的使用效率，减少钢束用量，降低桥梁建设费用，且施工方便，提高施工速度。

Description

一种大跨径预应力混凝土梁桥布束方法
技术领域
本发明属于土木工程的桥梁技术领域，具体涉及一种桥梁结构设计方法。
 
背景技术
桥梁作为必不可少交通设施，在交通运输中发挥着重要的作用。随着交通事业的快速发展，需要修建大量的公路和城市桥梁，大跨径桥梁也不断增多。适用于大跨径桥梁的桥型有斜拉桥、悬索桥、拱桥、预应力混凝土连续梁（刚构）桥等。斜拉桥、悬索桥建设成本和运营维护费用高；拱桥对地质条件要求高，且受地形条件限制；预应力混凝土连续梁（刚构）桥具有不受地形、地质条件限制，建设费用低等优点，因而在大跨径桥梁建设中所占比重最大。
目前关于桥梁结构的设计专利包括一种桥梁结构分离式钢—混凝土组合桁架加固法（201210038364.X）、一种桥梁结构自平衡体外预应力加固法（201210039845.2）、预应力加固拓宽的桥梁结构（201110242049.4）、多用途载重举升工作平台或/ 和组合式桥梁结构（200910001014.4）、一种超高韧性混凝土板- 钢梁轻型组合桥梁结构（201310749788.1）、一种桥面宽窄不同的连续桥梁结构（201210591709.4）和一种双拼式组合桥梁结构（201310102079.4）等。这些专利虽然从不同角度降低施工难度、提高承载力、改善桥梁的耐久性和抗疲劳能力等，解决了桥梁设计中出现的一些问题，但是这些发明尚未涉及大跨径预应力混凝土梁桥设计问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大跨径预应力混凝土桥梁布束方法。钢束布置是预应力混凝土梁桥设计的关键，决定大跨径桥梁设计的成败，该方法能够提高预应力钢束的使用效率，减少钢束用量，降低桥梁建设费用，提高施工速度，且施工方便。
（1）该方法通过改变传统的大跨径预应力混凝土梁桥设计中正弯矩钢束布置形式，达到减少预应力钢束产生的二次弯矩，提高预应力钢束的使用效率，减少钢束用量。同时消除了下弯钢束在箱梁底板产生的径向压力，改善底板的受力状态，取消底板预应力钢束的防崩钢筋。
（2）将大跨径预应力混凝土桥梁底板正弯矩钢束布置成上弯和水平直线的形式。
（3）针对本发明主跨，将腹板上的钢束布置成中间水平，两端上弯形式，通过设置在顶板（桥面）上锚槽锚固，底板上的钢束布置成水平直线形式，通过在底板上设置锚块锚固。
（4）针对本发明的边跨，将腹板上的钢束布置成中间水平，两端上弯形式，通过设置在顶板（桥面）上锚槽锚固。
（5）桥梁结构的跨中等截面段长度为主跨径长度的1/5。
（6）钢束采用高强低松弛钢绞线，钢绞线强度不低于1860MPa。
（7）弯起钢束弯起处半径不小于6m，弯起角度为30～60度。
（8）钢束保护层应满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的要求。
（9）锚槽宽度不小于40cm，锚垫板与钢束轴线垂直，深度满足保护层要求。
（10）锚块材料为钢筋混凝土，强度不低于50MPa；锚块边长不小于40cm，距边缘不小于20cm。
（11）预应力混凝土强度不低于50MPa。
与现代技术相比，本发明的积极效果：
本技术将现代技术与传统结合，是对传统设计方法的重大技术改进。本发明技术结构合理，能够有效的提高预应力混凝土桥梁钢束的使用效率，减少钢束用量，降低桥梁建设成本。
 
附图说明
图1是本发明的结构纵断面示意图；
图2是本发明的结构横断面示意图。
图中1-基础、2-墩台、3-顶板、4-钢束、5-底板、6-锚块、7-锚槽、8-钢束孔、9-腹板、10-翼缘板。
 
具体实施方式
本发明是针对预应力混凝土桥梁设计过程中，当桥梁设计跨径较大时，进行结构设计验算无法满足国家标准的要求。而改用斜拉、悬索桥梁结构形式，建设成本和运营费用又较高。采用本发明方法进行桥梁结构设计，同等跨径，成本将大大降低。
以下结合附图并通过实施例对本发明进一步说明，具体实施步骤如下：
1）图1为本发明的结构纵断面图，图2是本发明的结构横断面图。如图所示：本发明的预应力混凝土桥梁设计结构包括下部结构和上部结构，下部结构包括基础1和墩台2。上部结构包括：顶板3、钢束4、底板5、锚块6、锚槽7、腹板9和翼缘板10。
2）钢束4是通过钢束孔8设置与腹板9和底板5中。
3）针对主跨，将腹板9中钢束孔内的钢束4布置成中间水平，两端上弯形式，钢束4的两端通过设置在顶板3上的锚槽7锚固；底板上的钢束4布置成水平直线形式，通过在底板5上设置锚块6锚固。
4）针对边跨，将腹板9上的钢束4布置成中间水平，两端上弯形式，通过设置在顶板3（桥面）上锚槽7中的锚块6锚固。
5）桥梁结构的跨中等截面段长度为主跨径长度的1/5。
5）钢束4采用高强低松弛钢绞线，钢绞线强度不低于1860MPa。
6）钢束4弯起处半径不小于6m，弯起角度为30～60度。
7）钢束4保护层应满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的要求。
8）锚块材料为钢筋混凝土，强度不低于50MPa；锚块边长不小于40cm，距边缘不小于20cm。
9）锚槽内设置锚垫板和锚块6，锚块6和锚垫板与钢束轴线垂直，锚块6设置在锚垫板上，锚垫板紧贴顶板3。
10）锚槽7宽度不小于40cm，深度满足钢束、锚垫板和锚块的保护层要求。
11）腹板9中的钢束4张拉结束后，锚槽采用混凝土浇筑，浇筑顶面与顶板顶面一致，浇筑混凝土强度不低于50MPa。
12）要求预应力混凝土强度不低于50MPa。
应用实施例
1）该发明在大跨度预应力混凝土桥梁上应用，该桥主桥跨径布置为90m+160m+90m，采用该发明方法取得较好的效果。
2）全桥分成两联，第一联引桥为等截面预应力混凝土连续箱梁桥，第二联主桥为变截面预应力混凝土刚构连续梁桥，横断面均采用单箱单室截面，顶板宽度16.6m，底板宽度9.0m。
3）在160m跨中等截面长度为32m，跨中梁高为3.2m，顶板厚为0.35m，腹板厚度0.8m，设置水平钢束18根，水平张拉；设置两端向上弯曲钢束10根，两端弯曲半径为8m，弯起角度为35度，主桥拼装后进行张拉。
4）该桥钢束采用的钢绞线强度为1860MPa，预应力混凝土强度为C55，锚槽宽为50.9cm，锚块边长为40cm~90cm。
5）检测效果：
挠度测试：160m跨中测点的最大挠度实测值为-23.0mm，对应的理论计算挠度为-23.7mm，两者的比值为0.971，能满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中校验系数β的要求。
应力（应变）测试：在试验荷载作用下，实测桥梁的最大挠度值满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（D62-2004）中关于梁式桥竖向挠度允许限值l/600=267mm的要求。
中跨跨中测点（距3号主墩伸缩缝中心线170m处）的最大应变值为53με，而对应的理论计算最大应变值为60.7με，校验系数为0.87，满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中校验系数β的要求。
残余应变和变形：试验荷载作用下，中跨跨中测点的最大挠度实测值为-23.0mm，相应的残余挠度值为-0.8mm，残余挠度与最大挠度的比值为0.03；在工况1试验荷载作用下，中跨跨中测点的最大应变值为53με，相应的残余应变值为3με，残余应变与最大应变的比值为0.06。残余变形值均满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的要求。整体结构处于弹性工作范围。
裂缝情况：在试验过程中，未见有肉眼可观测到的裂缝出现。
动载试验测试：该桥二阶自振频率为1.28Hz，阻尼比β为3.61%～6.10%，而对应的理论计算二阶频率为1.12Hz，实测频率大于理论计算值，说明该桥实际刚度较大，振动响应较小，行车性能正常。通过动载试验测试数据分析表明桥梁冲击系数为0.035。
检测整体评价为合格。  

Claims (1)

1.一种大跨径预应力混凝土梁桥布束方法，其特征是：其结构包括下部结构和上部结构，下部结构包括基础（1）和墩台（2）；上部结构包括：顶板（3）、钢束（4）、底板（5）、锚块（6）、锚槽（7）、腹板（9）和翼缘板（10），钢束（4）通过钢束孔（8）设置与腹板（9）和底板（5）中，针对主跨，将腹板（9）中钢束孔内的钢束（4）布置成中间水平，两端上弯形式，钢束（4）的两端通过设置在顶板（3）上的锚槽（7）锚固，底板上的钢束（4）布置成水平直线形式，通过在底板（5）上设置锚块（6）锚固；针对边跨，将腹板(9)上的钢束(4)布置成中间水平，两端上弯形式，通过设置在桥面顶板(3)上锚槽(7)中的锚块(6)锚固，桥梁结构的跨中等截面段长度为主跨径长度的1/5，钢束(4)采用高强低松弛钢绞线，钢绞线强度不低于1860MPa，钢束(4)弯起处半径不小于6m，弯起角度为30～60度，钢束(4)保护层满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004的要求，锚块材料为钢筋混凝土，强度不低于50MPa，锚块边长不小于40cm，距边缘不小于20cm，锚槽内设置锚垫板和锚块(6)，锚块(6)和锚垫板与钢束轴线垂直，锚块(6)设置在锚垫板上，锚垫板紧贴顶板(3) ，锚槽(7)宽度不小于40cm，深度满足钢束、锚垫板和锚块的保护层要求，腹板(9)中的钢束(4)张拉结束后，锚槽采用混凝土浇筑，浇筑顶面与顶板顶面一致，浇筑混凝土强度不低于50MPa，预应力混凝土强度不低于50MPa。
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