CN105484142B - 一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构及其制作方法，包括围接成板梁结构的顶板及U梁，所述顶板和U梁均采用混凝土浇筑而成，所述顶板和U梁在纵向上分别由若干段拼接而成，U梁腹板外表面及纵向截面、顶板纵向截面均通过匹配预制的方式布置剪力键；所述板梁结构设置有纵向预应力筋和横向预应力筋，各拼接接缝界面涂抹环氧树脂。本发明板梁结构相对于现有板梁结构，具有避免了铰缝病害；提高了空心板梁的桥梁整体性，克服了底板产生纵向裂缝；便于运输和起吊；U型截面便于空心板梁内模的脱落；提高接缝的强度；现浇施工量少，方便机械化作用，对环境和地面交通产生的影响小，节省施工费用并缩短工期等优点。

Description

一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构及其制作方法，属于土木工程桥梁上部结构领域。

背景技术

目前，预应力混凝土空心板梁上部结构主要出现三种病害形式：底板横向裂缝、底板纵向裂缝及铰缝，其中，底板横向裂缝一般可以通过合理布置纵向预应力筋给予解决；而对于底板纵向裂缝和铰缝病害，其深层次的破坏机理还不清楚，防治措施也一直没有实质性的突破。

底板纵向裂缝一般沿着预应力筋的方向出现，而且一旦出现，其长度大部分均大于1/3l，l为梁的跨度。目前的研究表明，底板纵向裂缝的出现主要有以下几种成因：预应力放张过早、预应力作用下混凝土的泊松效应、预应力空心板梁底板过薄及预应力混凝土空心板梁内外温差。对这些纵向裂缝如果不进行防治措施，它将会减小混凝土对钢绞线的握裹力和造成预应力筋锈蚀，引起较大的预应力损失，使预应力筋的有效预应力降低，进而影响梁体的使用和安全。

铰缝病害一直是预应力混凝土空心板梁的顽疾，早在20世纪60年代，采用多根预应力混凝土空心板梁装配而成的桥梁上部结构，由于出现空间效应，预应力混凝土空心板梁之间的连接，通常是按照苏联桥梁学者乌里茨基的“铰接方法”进行横向分配系数计算。因此，前期设计中，预应力混凝土空心板梁采用小铰缝设计，该小铰缝连接方式只传递剪力，不传递其他内力。这种小铰缝主要存在以下问题：（1）构造不合理。小铰缝的整体刚度与空心板的整体刚度相比相差甚远，无法承受在荷载反复作用下的变形和受力要求。（2）施工困难。小铰缝的施工空间非常有限，增加了施工的难度，保证不了铰缝混凝土的密实性，如果空心板梁的侧壁不做凿毛处理，且不配筋，则小铰缝发生破坏是迟早的事情。

小铰缝的设计流行了将近三十年，90年代以后逐渐遭到摒弃，被大铰缝所替代。大铰缝的设计配筋也涌现出多种形式，一方面改善空心板梁下翼缘的配筋，另一方面对铰缝受压翼缘也采用钢板或π形布筋进行加强。大铰缝具有整体性较好、抗扭刚度大及横向整体性好等优点，但大铰缝的出现并不意味着铰缝病害的消除，铰缝渗水、白化及由于铰缝破坏引起的单板受力现象仍然在空心板梁桥中普遍存在。研究表明，靠湿接铰缝将预应力混凝土空心板梁连接成整体的桥梁，在汽车荷载作用下，其横桥向产生的拉应力达到1.16MPa。这种大小的应力幅经常作用在铰缝处，而铰缝处一般是新老混凝土结合面，粘结力较为薄弱，在反复的荷载作用下，易开裂；另外，铰缝的上翼缘虽然受压，但桥面铺装易产生拥包、剥落等病害，而桥面铺装一旦破坏，桥面雨水就会轻易进入铺装层，在冻融循环和汽车荷载反复作用下，铰缝渗水、白化不可避免。

随着预应力空心板梁的跨度不断增大，梁体重量不断增大，这不仅对架桥机的起重能力提出了更高的要求，也对梁体的运输提出了挑战。梁体的跨度太大，现有的运输工具无法满足要求；梁体重量太大，架桥机也不得不重新改造，使其达到架设起重要求，但这造成设备周转的浪费；同时，梁体重量太大，现有的道路和桥梁无法承载，预制的梁体无法运输到现场。

对于跨度较大的预应力空心板梁，如果采用现浇施工，无论是支架施工，还是挂蓝施工，都不可避免的对桥下通行及周围环境产生影响，而且还要面临现场现浇工作量大，机械化作用程度低，高空作用精度控制困难等问题。由于是现浇施工，下一阶段的施工必须等前一阶段的混凝土完全固化，达到一定的强度以后才能展开，这大大的延长了桥梁建设的工期，增加了成本。

现有的预应力空心板梁施工过程中，内模的脱落一直是此类梁体的关键技术。由于空心板内的空间较小，且梁端有横隔板的存在，内模脱落时一般比较困难。

基于上述预应力混凝土空心板梁结构存在的问题，使桥梁施工的标准化、规范化、机械化还很难达到，不利于整体质量控制。同时，预应力空心板梁各种病害的存在，使桥梁的安全性和耐久性也面临挑战，因此，有必要对现有结构做进一步的改进，以弥补现有的结构中的缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种新型预应力混凝土空心板梁结构，以解决现有预应力混凝土空心板梁自重过大、难以架设、运输不便、内模拆取困难、易出现纵向裂缝、铰缝渗水及白化、以及整体性较差等问题。

为克服以上的技术不足，本发明将采取以下技术方案：

一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构，包括围接成板梁结构的顶板及U梁，所述顶板和U梁均采用混凝土浇筑而成，所述顶板和U梁在纵向上分别由若干段拼接而成，U梁腹板外表面及纵向截面、顶板纵向截面均通过匹配预制的方式布置剪力键；所述板梁结构设置有纵向预应力筋和横向预应力筋，各拼接接缝界面涂抹环氧树脂。

进一步的，作为本发明拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的进一步优化方案，所述设置在U梁纵向截面的剪力键和设置在顶板纵向截面的剪力键均为密齿配筋剪力键，且各剪力键接缝涂环氧树脂。

进一步的，作为本发明拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的进一步优化方案，顶板的接缝拼装位置和U梁的接缝拼装位置错开。

进一步的，作为本发明拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的进一步优化方案，顶板在预制时预留连接湿接孔和钢筋，U梁与顶板相连接的部位预留钢筋。

进一步的，作为本发明拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的进一步优化方案，所述横向预应力筋与纵向预应力筋位置相错。

进一步的，作为本发明拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的进一步优化方案，纵向预应力筋通过纵向埋设于板梁结构内的体内束而形成，而横向预应力筋则通过横向设置于空心腔上下两表面的顶板横向体外束和底板横向体外束而形成。

进一步的，作为本发明拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的进一步优化方案，体内束安装于定位基体内，该定位基体纵向设置在板梁结构内，且所述定位基体包括纵向体内束锚垫板以及设置于该纵向体内束锚垫板上的体内束锚具。

进一步的，作为本发明拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的进一步优化方案，U梁底板上开设多个通气孔。

进一步的，作为本发明拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的进一步优化方案，所述通气孔的直径范围为Φ50mm～Φ150mm，相邻两通气孔之间的间距为1m～2m。

本发明还公开了一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的制作方法，包括如下步骤：

制作预应力空心板梁顶板和U梁的预制场地→制作预应力空心板梁和U梁的模板→绑扎钢筋笼→布置体内体外预应力筋孔道→支模→混凝土预拌、浇注→预制顶板、U梁养护→拆除模板→移动U梁、顶板至匹配位置→重复上述过程直到整根梁预制完成；

预应力空心板梁节段预制完成后，通过下述步骤将整根梁拼装完成：运输节段顶板和U梁到现场→架桥机就位→吊装U梁→节段接缝涂环氧树脂胶→穿纵向预应力筋→临时预应力筋张拉、节段固定→张拉纵向预应力筋→拆除临时预应力筋→梁体支座安装→吊装预应力空心板顶板→节段接缝涂环氧树脂（错缝）→焊接顶板和U梁预留钢筋→浇筑顶板和U梁连接部分→重复操作完成下一组拼装→两根预应力空心板梁侧面剪力键接缝涂环氧树脂胶→张拉临时拼装固定装置→穿拉横向预应力筋并张拉完成横向拼装。

根据以上技术方案，可以实现以下的有益效果：

第一、本发明所述的空心板梁结构保留了本发明人在中国发明专利200910264575.3中公开的新型匹配预制混凝土空心板梁结构设计中采用的双向预应力、梁体侧面采用剪力键、底板开通风孔及顶板切槽的技术特征，在本发明专利的权利要求书中不再作要求。

第二、本发明在上述发明的基础上，根据目前面临的实际情况和困难进行了进一步改造设计，将梁体的顶板和剩余梁体分割成上下两部分，梁体的截面采用了组合截面。同时，沿着梁体的长度方向，亦将梁体分割成若干段，进一步减轻梁体的重量，以便于梁体的运输和起重架设的要求。

第三、在纵向剪力键的设计上采用密齿配筋剪力键代替普通的素混凝土剪力键，且剪力键接缝涂环氧树脂胶，以防雨水沿着接缝渗入，造成预应力筋腐蚀。

第四、顶板的纵向接缝和整体预制的节段U梁纵向接缝采用错鏠布置，以保证在同一个截面内，顶板和U梁的薄弱截面不会同时出现，提高了梁体的刚度。

第五、顶板在预制时预留孔洞和钢筋，整体预制的U梁在预制的过程中与顶板相连接的部位也预留钢筋，以便与顶板相连接。在未设置预留钢筋连接的地方，顶板与U梁之间涂环氧树脂胶进行连接。

第六、将预应力空心板梁顶板和U梁分别预制，解决原先存在的内模脱落困难的问题，开口的U形截面模板脱落简单、方便，这保证了梁体预制的质量。

第七、U梁和顶板均采用纵横向匹配预制，并可以在多个工作面同时进行，这大大的提高了预制场地的利用效率，使上部结构的预制工期明显缩短，推进了整个工程的进展。

第八、本发明保留了本发明人在中国发明专利200910264575.3中公开的新型匹配预制混凝土空心板梁结构设计中采用的双向预应力、梁体侧面采用剪力键、底板开通风孔及顶板切槽的技术特征，因而它能较好克服和避免梁体出现纵向裂缝和铰缝等典型病害。

附图说明

图1是双向匹配预制梁U梁标准段；

图2是双向匹配预制梁顶板和U梁标准段分解图；

图3是腹板配筋剪力键配筋图；

图4是U梁及顶板连接时预留连接钢筋图；

图5是整根节段预制空心板梁组装后结构图；

其中，1为通气孔，2为U梁纵向截面剪力键，3为U梁腹板外表面剪力键，4为U梁腹板横向体外预应力筋，5为底板体内有粘结预应力筋，6为U梁预留钢筋，7为环氧树脂胶，8为顶板预留连接湿接孔，9为顶板切槽，10为顶板剪力键，11为顶板，12为U梁腹板，13为环氧树脂，14为剪力键加强筋。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明涉及的具体实施的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

本发明所述的拼装式节段预制混凝土空心板梁结构，包括围接成板梁结构的顶板、U梁，采用混凝土浇筑而成，U梁腹板外表面及纵向截面、顶板纵截面通过匹配预制的方式布置剪力键，因此，本发明采用双向匹配的方式进行节段预制，匹配界面设置剪力键，取代传统的整体式浇筑。匹配预制指预应力空心板梁的预制过程中，已经浇好的U梁作为相邻空心板梁结构预制节段的端模和侧模，不断循环，直至浇筑完。

实施例1

一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构, 包括围接成板梁结构的顶板及U梁，所述顶板和U梁均采用混凝土浇筑而成，为满足架桥机起重能力和运输的要求，减轻混凝土空心板梁的重量，所述顶板和U梁在纵向上分别由若干段拼接而成，同时，梁体的顶板与U梁是分开的。

U梁腹板外表面及纵向截面、顶板纵向截面均通过匹配预制的方式布置剪力键；所述板梁结构设置有纵向预应力筋和横向预应力筋，各拼接接缝界面涂抹环氧树脂。分成若干段的U形梁纵向依靠纵向预应力筋连接在一起。

顶板在纵向也分成若干段，节段之间为了拼接的方便仍然设置密齿配筋剪力键，但顶板的接缝位置和U梁的接缝拼装位置应该错开。

整体预制的U梁与顶板之间通过预留钢筋焊接，然后现浇混凝土连接成一整体，未布置预留钢筋的部分涂抹环氧树脂，将顶板和U梁连接在一起。

进一步的，作为本实施例的进一步优化，整体预制的U梁腹板外表面亦设计密齿配筋剪力键，以便于各根预应力混凝土空心板梁之间的剪力传递。

进一步的，作为本实施例的进一步优化，纵向预应力筋布置在体内，横向预应力筋则布置体外，体内预应力筋采用有粘结预应力筋，而体外预应力筋则采用无粘结预应力筋。

进一步的，作为本实施例的进一步优化，底板上开设多个通气孔，直径Φ50~Φ150mm，便于预应力空心板梁内空气和周围环境空气的流通，确保预应力空心板梁内的温度不是太高。

本发明一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的具体制作流程如下：制作预应力空心板梁顶板和U梁的预制场地→制作预应力空心板梁和U梁的模板→绑扎钢筋笼→布置体内体外预应力筋孔道→支模→混凝土预拌、浇注→预制顶板、U梁养护→拆除模板→移动U梁、顶板至匹配位置→重复上述过程直到整根梁预制完成。

预应力空心板梁节段预制完成后，可通过下述步骤将整根梁拼装完成：运输节段顶板和U梁到现场→架桥机就位→吊装U梁→节段接缝涂环氧树脂胶→穿纵向预应力筋→临时预应力筋张拉、节段固定→张拉纵向预应力筋→拆除临时预应力筋→梁体支座安装→吊装预应力空心板顶板→节段接缝涂环氧树脂（错缝）→焊接顶板和U梁预留钢筋→浇筑顶板和U梁连接部分→重复操作完成下一组拼装→两根预应力空心板梁侧面剪力键接缝涂环氧树脂胶→张拉临时拼装固定装置→穿拉横向预应力筋并张拉完成横向拼装。

Claims (7)

1.一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构，其特征在于，包括围接成板梁结构的顶板及U梁，所述顶板和U梁均采用混凝土浇筑而成，所述顶板和U梁在纵向上分别由若干段拼接而成，U梁腹板外表面及纵向截面、顶板纵向截面均通过匹配预制的方式布置剪力键；所述板梁结构设置有纵向预应力筋和横向预应力筋，各拼接接缝界面涂抹环氧树脂；

所述设置在U梁纵向截面的剪力键和设置在顶板纵向截面的剪力键均为密齿配筋剪力键，且各剪力键接缝涂环氧树脂；

顶板在预制时预留连接湿接孔和钢筋，U梁与顶板相连接的部位预留钢筋；

顶板的接缝拼装位置和U梁的接缝拼装位置错开。

2.根据权利要求1所述的拼装式节段预制混凝土空心板梁结构，其特征在于，所述横向预应力筋与纵向预应力筋位置相错。

3.根据权利要求2所述的拼装式节段预制混凝土空心板梁结构，其特征在于，纵向预应力筋通过纵向埋设于板梁结构内的体内束而形成，而横向预应力筋则通过横向设置于空心腔上下两表面的顶板横向体外束和底板横向体外束而形成。

4.根据权利要求3所述的拼装式节段预制混凝土空心板梁结构，其特征在于，体内束安装于定位基体内，该定位基体纵向设置在板梁结构内，且所述定位基体包括纵向体内束锚垫板以及设置于该纵向体内束锚垫板上的体内束锚具。

5.根据权利要求1~4中任一所述的拼装式节段预制混凝土空心板梁结构，其特征在于，U梁底板上开设多个通气孔。

6.根据权利要求5所述的拼装式节段预制混凝土空心板梁结构，其特征在于，所述通气孔的直径范围为Φ50mm～Φ150mm，相邻两通气孔之间的间距为1m～2m。

7.一种拼装式节段预制混凝土空心板梁结构的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

制作预应力空心板梁顶板和U梁的预制场地→制作预应力空心板梁和U梁的模板→绑扎钢筋笼→布置体内体外预应力筋孔道→支模→混凝土预拌、浇注→预制顶板、U梁养护→拆除模板→移动U梁、顶板至匹配位置→重复上述过程直到整根梁预制完成；

预应力空心板梁节段预制完成后，通过下述步骤将整根梁拼装完成：运输节段顶板和U梁到现场→架桥机就位→吊装U梁→节段接缝涂环氧树脂胶→穿纵向预应力筋→临时预应力筋张拉、节段固定→张拉纵向预应力筋→拆除临时预应力筋→梁体支座安装→吊装预应力空心板顶板→节段接缝涂环氧树脂（错缝）→焊接顶板和U梁预留钢筋→浇筑顶板和U梁连接部分→重复操作完成下一组拼装→两根预应力空心板梁侧面剪力键接缝涂环氧树脂胶→张拉临时拼装固定装置→穿拉横向预应力筋并张拉完成横向拼装。