CN105821752B - 一种宽幅箱梁桥主梁顶板结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种宽幅箱梁桥主梁顶板结构，在主梁顶板的底面增设沿顺桥向间隔布置的顶板加厚横梁和沿横桥向间隔布置的顶纵梁，顶板加厚横梁和顶纵梁的高度按公式求得；在顶板加厚横梁中有两端锚固在主梁腹板两外侧面上的预应力钢筋，预应力钢筋的根数按公式求得。该主梁顶板通过增设顶板加厚横梁和顶纵梁可有效提高主梁顶板的刚度，改善车辆荷载作用下主梁顶板的局部受力状态，减小恒载及车辆荷载作用引起的主梁顶板下挠变形；预应力钢筋可在顶板加厚横梁中部下缘处产生足够的压应力，平衡车辆荷载双后轴作用在顶板加厚横梁中部下缘处的拉应力，改善顶板加厚横梁该部位的应力状态，提高主梁顶板的强度和抗裂性能。

Description

一种宽幅箱梁桥主梁顶板结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及公路桥梁，特别是一种宽幅箱梁桥主梁顶板结构及其施工方法。

背景技术

本发明所述宽幅箱梁桥是指主梁顶板厚度d₁为主梁腹板两内侧面间的宽度K的1/70～1/30的单箱单室普通钢筋混凝土连续梁桥、单箱单室预应力混凝土连续梁桥和单箱单室预应力混凝土连续刚构桥。

这种宽幅箱梁桥在完成施工投入运营后，其主梁顶板易发生以下病害：

(1)由于宽幅箱梁桥主梁顶板厚度(一般为25cm～35cm)与主梁顶板宽度之比过小，使主梁顶板刚度不足，在车辆荷载作用下主梁顶板呈下挠状态，在收缩和徐变的共同影响下容易发生过大变形。

(2)由于主梁顶板厚度较小，可提供结构抗裂的截面有效高度较小，主梁强度和抗裂性能不足，导致主梁顶板的下缘常产生大量裂缝。

主梁顶板下挠变形和大量裂缝的产生严重影响主梁的耐久性及安全性；同时桥面铺装会伴随出现大面积网裂和下陷，使桥面防水层被破坏，桥面水渗入主梁顶板中，加速主梁顶板钢筋锈蚀，进一步影响主梁顶板的耐久性。

在该种梁桥的设计中，对主梁顶板因刚度和强度不足产生下挠变形和裂缝目前尚无好的对策，只能靠增加整个主梁顶板厚度的办法来解决，而增加主梁顶板厚度必然要增加混凝土和纵向预应力钢筋的使用量，使工程造价提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可有效提高顶板刚度和强度的宽幅箱梁桥主梁顶板结构及其施工方法，解决宽幅箱梁桥主梁顶板因刚度和强度不足产生的变形和裂缝问题。

本发明提供的宽幅箱梁桥主梁顶板结构，在主梁顶板的底面沿顺桥向增设间隔布置的顶板加厚横梁，顶板加厚横梁之间有沿横桥向间隔设置的顶纵梁；在顶板加厚横梁中有预应力钢筋，预应力钢筋的两端穿过主梁腹板后通过锚具锚固在主梁腹板的两外侧面上。

所述顶板加厚横梁沿顺桥向的相互间距s_v为：1200mm≤s_v≤K/4，式中K为主梁腹板两内侧面间的宽度(mm)；

顶板加厚横梁的宽度b₂＝300mm；

顶板加厚横梁的高度d₂按下式计算得出：

式中

K：主梁腹板两内侧面间的宽度(mm)，

E_c：主梁混凝土的弹性模量(MPa)，

s_v：顶板加厚横梁沿顺桥向的相互间距(mm)，

d₁：主梁顶板的厚度(mm)，

d₂的计算结果按照10mm为模数取用(例如，计算结果为408mm时，取d₂＝410mm；计算结果为402mm时，取d₂＝400mm)；

顶纵梁的高度d₃为：d₂/3≤d₃≤d₂/2；

顶纵梁之间、顶纵梁与主梁腹板之间的横向间距K1相等，为主梁顶板厚度d₁的8～12倍；

在每个顶板加厚横梁中配置的预应力钢筋根数n按下式计算：

式中

int：取整函数，按四舍五入法则进行取整，

K：主梁腹板两内侧面间的宽度(mm)，

σ_con：预应力钢筋的张拉控制应力设计值(MPa)，

A_p1：单根预应力钢筋的截面面积(mm²)，

d₂：顶板加厚横梁的高度(mm)，

s_v：顶板加厚横梁沿顺桥向的布置间距(mm)，

d₁：主梁顶板的厚度(mm)，

a_p：预应力钢筋重心至顶板加厚横梁底面的距离(mm)。

上述主梁顶板结构的施工方法是：

在按设计依次进行架设模板、绑扎钢筋(包括顶板加厚横梁和顶纵梁的钢筋)、浇筑主梁(包括顶板加厚横梁和顶纵梁)的混凝土时，在顶板加厚横梁和主梁腹板中预埋横向布置的塑料波纹管，并在塑料波纹管中穿送所述预应力钢筋；待混凝土的强度达到90％设计强度时，张拉预应力钢筋，张拉结束后将预应力钢筋的两端通过锚具锚固在主梁腹板的两外侧面上；完成锚固后在预应力钢筋和塑料波纹管的间隙中灌注水泥砂浆。

本发明的有益效果是：

(1)通过在主梁顶板下部增设高度按公式求得的顶板加厚横梁和顶纵梁，可有效提高主梁顶板的刚度，改善车辆荷载作用下主梁顶板的局部受力状态，减小恒载及车辆荷载作用引起的主梁顶板下挠变形，使其达到《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)》第4.3.1条所述车辆荷载双后轴(140kN+140kN，轮距1.4m)作用下的下挠值不超过K/800的规定。

(2)通过在顶板加厚横梁中布置根数按公式求得的预应力钢筋，可在顶板加厚横梁的中部下缘处产生足够的压应力，该压应力可基本平衡车辆荷载双后轴作用在顶板加厚横梁中部下缘处的拉应力，从而改善顶板加厚横梁中部下缘处的应力状态，有效提高主梁顶板的强度和抗裂性能。

附图说明

图1为本发明主梁顶板结构的局部侧视图；

图2为图1中A-A断面图；

图3为图1中B-B断面图；

图4为图1中C-C剖视图；

图中：1–主梁，2–主梁顶板，3–顶纵梁，4–主梁腹板，5–预应力钢筋，6–塑料波纹管，7–锚具，8–顶板加厚横梁。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本实施例为某单箱单室预应力混凝土连续梁桥采用本发明筑造的主梁顶板。

该梁桥如图1所示，其主梁1的跨度为180m，跨中梁高4.5m，中支点处梁高10.8m，主梁腹板两内侧面间宽度K＝1200cm，主梁顶板厚度d₁＝30cm＝K/40，属于宽幅箱梁桥。主梁采用C50混凝土浇筑，其弹性模量E_c＝34500MPa。

结合图1至图4，该梁桥主梁顶板2的结构为：在主梁顶板的底面有沿顺桥向相互间距s_v＝1.3m的顶板加厚横梁8，顶板加厚横梁的截面呈矩形，宽度b₂＝300mm，高度d₂根据计算公式按照10mm为模数取用，d₂＝430mm。在每个顶板加厚横梁的下部有横向布置、两端穿过主梁腹板的Φ70塑料波纹管6，塑料波纹管内置有n根预应力钢筋5，单根预应力钢筋为截面面积A_p1＝140mm²的Φ^s15.20-1x7型钢绞线，预应力钢筋的张拉控制应力设计值σ_con＝1395MPa，预应力钢筋重心至顶板加厚横梁底面的垂直距离a_p＝50mm。预应力钢筋穿过主梁腹板4后其两端由锚具7锚固在主梁腹板的两外侧面上。

顶板加厚横梁之间沿横桥向设有5道高度d₃＝250mm、相互间距K1＝200cm的顶纵梁3。

所述布置在每个顶板加厚横梁下部塑料波纹管内的预应力钢筋的根数n通过下式计算求得的：

上述结构的主梁顶板的施工方法是：

在按设计依次进行架设模板、绑扎钢筋(包括顶板加厚横梁和顶纵梁的钢筋)、浇筑主梁(包括顶板加厚横梁和顶纵梁)的混凝土时，在顶板加厚横梁和与其对应的主梁腹板中预埋一个横向布置的塑料波纹管6，在塑料波纹管中穿送所述6根Φ^s15.20-1x7型钢绞线作为预应力钢筋；待混凝土的强度达到90％设计强度时，张拉预应力钢筋，张拉结束后将预应力钢筋的两端通过锚具锚固在主梁腹板的两外侧面上；完成锚固后在预应力钢筋和塑料波纹管的间隙中灌注水泥砂浆。

该宽幅箱梁桥完成施工投入运营后，经过一年的实际考验，主梁顶板未出现下挠及开裂现象，说明主梁顶板的刚度和强度得到提高，达到预期效果。

Claims (2)

1.一种宽幅箱梁桥主梁顶板结构，在主梁顶板(2)的底面沿顺桥向增设间隔布置的顶板加厚横梁(8)，顶板加厚横梁(8)之间有沿横桥向间隔设置的顶纵梁(3)；在顶板加厚横梁(8)中有预应力钢筋(5)，预应力钢筋的两端穿过主梁腹板后通过锚具(7)锚固在主梁腹板(4)的两外侧面上；其特征是：

所述顶板加厚横梁(8)沿顺桥向的相互间距s_v为：1200mm≤s_v≤K/4，式中K为主梁腹板两内侧面间的宽度；

顶板加厚横梁的宽度b₂＝300mm；

顶板加厚横梁的高度d₂按下式计算得出：

$d_2=0.15{\[\frac{1.4\×{10}^7{K}^2}{E_c}-s_v{d}_1^3\]}^{\frac{1}{3}}$

式中

K：主梁腹板两内侧面间的宽度，

E_c：主梁混凝土的弹性模量，

s_v：顶板加厚横梁沿顺桥向的相互间距，

d₁：主梁顶板的厚度，

d₂的计算结果按照10mm为模数取用；

顶纵梁的高度d₃为：d₂/3≤d₃≤d₂/2；

顶纵梁之间、顶纵梁与主梁腹板之间的横向间距K1相等，为主梁顶板厚度d₁的8～12倍；

在每个顶板加厚横梁中配置的预应力钢筋根数n按下式计算：

$n=\mathrm{int}\[\frac{70000K}{{\mathrm{\σ}}_{con}{A}_{p1}(\frac{150d_2^2+s_v{d}_1^2+(s_v+450)d_1{d}_2}{s_v{d}_1+300d_2}-a_p)}\]$

式中

int：取整函数，按四舍五入法则进行取整，

K：主梁腹板两内侧面间的宽度，

σ_con：预应力钢筋的张拉控制应力设计值，

A_p1：单根预应力钢筋的截面面积，

d₂：顶板加厚横梁的高度，

s_v：顶板加厚横梁沿顺桥向的布置间距，

d₁：主梁顶板的厚度，

a_p：预应力钢筋重心至顶板加厚横梁底面的距离。

2.权利要求1所述宽幅箱梁桥主梁顶板结构的施工方法，其特征是：在按设计依次进行架设模板、绑扎钢筋、浇筑主梁的混凝土时，在顶板加厚横梁和主梁腹板中预埋横向布置的塑料波纹管，并在塑料波纹管中穿送所述预应力钢筋；待混凝土的强度达到90％设计强度时，张拉预应力钢筋，张拉结束后将预应力钢筋的两端通过锚具锚固在主梁腹板的两外侧面上；完成锚固后在预应力钢筋和塑料波纹管的间隙中灌注水泥砂浆。