CN105862572A - 超长竖向无粘结预应力结构及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超长竖向无粘结预应力结构，其包括预应力混凝土用钢棒、锚固所述预应力混凝土用钢棒两端的锚固结构，以及周向包覆在所述预应力混凝土用钢棒周围的混凝土结构，所述预应力混凝土用钢棒的上端和下端露出在所述混凝土结构之外。还有一种超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，包括以下步骤：(1)放样位置线；(2)铺设所述预应力混凝土用钢棒和钢筋，并且锚固所述预应力混凝土用钢棒的下端；(3)浇筑所述混凝土结构；(4)张拉所述预应力混凝土用钢棒的上端，然后锚固所述预应力混凝土用钢棒的上端。本发明超长竖向无粘结预应力结构节约材料、竖向预应力锚固效果好，该结构的装配方法简便，利于施工和推广。

Description

超长竖向无粘结预应力结构及其装配方法

技术领域

本发明涉及路桥施工领域，尤其涉及超长竖向无粘结预应力结构，及其装配方法。

背景技术

随着我国高等级公路建设的不断发展，预应力混凝土连续钢构桥梁以其整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好等优点，在现代公路建设中得到越来越广泛的应用。因此，三向预应力的使用在桥梁建设中也随之增多，尤其针对跨径较大的连续钢构桥梁，主梁的0#块高度较大，常规施工方法不能满足超长的竖向预应力结构的实现。

目前，国内外大部分已建或在建的大中跨径桥梁中的三向预应力混凝土箱形截面梁桥腹板的竖向预应力大多通过张拉精轧螺纹钢筋来实现，部分地区的桥梁中的箱梁腹板处竖向预应力通过张拉竖向预应力钢绞线实现。

然而，对于跨径较大、0#块高度较大的桥梁，精轧螺纹钢筋的自身强度不够理想，一般采用预应力钢绞线。但由于钢绞线和金属波纹管自身的柔韧性，竖向定位极其困难。墩顶竖向预应力钢绞线需要在墩柱最后6m施工时预埋，而0#块由于其高度过高，施工时分次浇筑，钢绞线及波纹管在竖直方向受多次浇筑干扰，使得钢绞线极易被电焊损伤，波纹管容易被振捣棒碰破而漏浆，造成管道堵塞导致管道压浆效果普遍不佳，整体竖向预应力施工质量和施工效率均得不到保证。

预应力混凝土用钢棒(Steel Bar for Prestressed Concrete，简称PC钢棒)是由日本高周波热炼株式会社于20世纪60年代开发的一种技术含量很高的预应力钢材，属于预应力强度级别中的中间强度级。由于它具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强，良好的可焊接性、镦锻性、节省材料(如φ11mmPC钢棒可代替φ20mm热轧钢筋)等特点，在国外已被广泛应用于高强的预应力混凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中，在国际上、尤其是亚洲具有十分广阔的市场。采用PC钢棒有望解决超长竖向预应力结构的施工难题。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种超长竖向无粘结预应力结构，以及该预应力结构的装配方法。

为达到以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：

首先是一种超长竖向无粘结预应力结构，其包括预应力混凝土用钢棒、锚固所述预应力混凝土用钢棒两端的锚固结构，以及周向包覆在所述预应力混凝土用钢棒的混凝土结构，所述预应力混凝土用钢棒的上端和下端露出在所述混凝土结构之外。

具体地，所述预应力混凝土用钢棒整条贯穿所述混凝土结构。

可选择地，所述预应力混凝土用钢棒的上端或下端露出接驳段以用于拼接下一个超长竖向无粘结预应力结构。

进一步地，所述锚固结构包括锚固所述预应力混凝土用钢棒上端的上锚固单元和锚固所述预应力混凝土用钢棒下端的下锚固单元。

具体地，所述上锚固单元包括设置在所述混凝土结构上端面的上锚垫板、与所述上锚垫板紧密压紧的上锚固螺母，以及设置在所述上锚垫板上方的端面开口的锚槽。进一步地，所述上锚固单元还包括与所述上锚固螺母紧密压紧的备用锚固组件。

所述下锚固单元包括设置在所述混凝土结构的下端面的下锚垫板以及与所述下锚垫板紧密压紧的下锚固螺母。进一步地，所述下锚固单元还包括与所述下锚固螺母紧密压紧的备用锚固组件。

更进一步地，还包括密贴所述上锚固单元的上锚垫板和/或下锚固单元的下锚垫板并且周向环绕所述预应力混凝土用钢棒的螺旋筋。

优选地，所述混凝土结构包覆至少三条所述预应力混凝土用钢棒。

进一步地，所述混凝土结构包括布设在所述预应力混凝土用钢棒周围的钢筋骨架和包覆在所述预应力混凝土用钢棒和钢筋骨架周围的混凝土。

其次是一种超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，所述超长竖向无粘结预应力结构包括预应力混凝土用钢棒、锚固所述预应力混凝土用钢棒两端的锚固结构，以及周向包覆所述预应力混凝土用钢棒的混凝土结构，装配过程包括以下步骤：

(1)在预设的位置放样所述预应力混凝土用钢棒的位置线；

(2)沿所述位置线铺设所述预应力混凝土用钢棒，并且锚固所述预应力混凝土用钢棒的下端；

(3)浇筑所述混凝土结构；

(4)张拉所述预应力混凝土用钢棒上端以达到预设力，然后锚固所述预应力混凝土用钢棒的上端。

具体地，所述步骤(1)中，所述预设的位置为桥梁主墩的顶部或者梁体底部。

更具体地，所述位置线沿所述桥梁主梁的高度方向延伸。

所述步骤(2)中，采用无接驳的整条所述预应力混凝土用钢棒。

所述步骤(3)的一种实现方式为，

所述混凝土结构包括依次浇筑形成的下段混凝土结构和上段混凝土结构，浇筑步骤为：

从所述位置线的底部起铺设所述混凝土结构的下段钢筋骨架，然后浇筑混凝土以形成所述下段混凝土结构；

接驳于所述下段钢筋骨架铺设所述混凝土结构的上段钢筋骨架，然后浇筑混凝土以形成所述上段混凝土结构。

所述步骤(3)的另一种实现方式为，

所述混凝土结构的浇筑步骤为：

从所述位置线的底部起铺设第一节段钢筋骨架，并且使所述预应力混凝土用钢棒的上端露出所述第一节段钢筋骨架以形成接驳段；

浇筑包覆所述预应力混凝土用钢棒和第一节段钢筋骨架的混凝土以形成第一混凝土层；

沿所述位置线铺设下一条预应力混凝土用钢棒，所述下一条预应力混凝土用钢棒的下端与所述接驳段连接；

从所述第一混凝土层的顶部起铺设第二节段钢筋骨架，浇筑包覆所述预应力混凝土用钢棒和第二节段钢筋骨架的混凝土以形成第二混凝土层。

所述步骤(3)的第三种实现方式为，

所述混凝土结构的浇筑步骤为：

从所述位置线的底部起铺设所述混凝土结构的钢筋骨架；

浇筑包覆所述预应力混凝土用钢棒和钢筋骨架的混凝土以形成所述混凝土结构。

所述步骤(4)中，利用千斤顶对所述预应力混凝土用钢棒的上端沿竖向方向进行张拉。

进一步地，还包括步骤(5)，将所述预应力混凝土用钢棒上端封闭遮盖。

与现有技术相比较，本发明具有如下优势：

(1)本发明的超长竖向无粘结预应力结构，将PC钢棒和普通钢筋相配合使用，既利用了PC钢棒在性能上的优点，也因普通钢筋的使用而降低了材料成本；

(2)本发明的超长竖向无粘结预应力结构，基于PC钢棒具有强度较高、延伸率高、松弛率低、回缩量小等优点，有效缓解斜裂缝的产生，能极大提高整体施工质量；

(3)本发明的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，无需预埋管道，不需要压浆，不需要二次张拉，降低了施工过程中人为质量事故风险；

(4)本发明的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，混凝土结构分两次浇筑而成，不仅可以降低对混凝土施工的要求，还可以适应超高0#块的高度要求；

(5)本发明的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，大大简化了应用PC钢棒的施工工艺，解决了现有预应力材料施工技术难度以及质量隐患，形成新工艺、新材料的成熟应用技术，具有广泛的推广前景。

附图说明

图1为本发明超长竖向无粘结预应力结构的装配方法的流程示意图。

图2为本发明超长竖向无粘结预应力结构所在的桥梁的局部结构示意图。

图3为本发明超长竖向无粘结预应力结构结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的超长竖向无粘结预应力结构，其主要应用在桥梁主梁0#块中，参考图1，其装配步骤具体如下：

(1)放样位置线。

参考图2，通常情况下，桥梁的主墩1上方为主梁2的0#块21，以所述0#块21为起点，将依次延伸出1#块22、2#块23、3#块24等等，所述若干节段组拼形成整个所述主梁2。当所述主墩1施工至离该主墩1的预设的顶面还有一小段距离(例如距离2米)时，搭设所述主梁2的0#块21的施工支架以用于对所述0#块21进行施工，在浇筑所述0#块21的主体混凝土结构之前，需要先装配所述超长竖向无粘结预应力结构3。

进一步地，在所述主墩1的顶部上，对照施工图纸放样所述PC钢棒的位置线(未图示)，所述位置线沿所述主梁2的高度方向延伸。优选地，在完成了下述的步骤(2)的PC钢棒和钢筋骨架的铺设步骤之后，还可以从所述主梁2的顶面处再放样所述PC钢棒的位置线，以精确调节所述PC钢棒的定位。

(2)铺设PC钢棒。

参考图3，继续对所述主墩1进行施工，直至施工至所述0#块21的底部211(也是所述主墩1的顶部)，开始对所述超长竖向无粘结预应力结构3进行施工，具体地，根据所述位置线铺设所述PC钢棒31，然后通过锚固结构33中的下锚固单元331锚固所述PC钢棒31的下端311。

优选地，三条所述PC钢棒31组成一组，所述PC钢棒31锚固时，需要逐一锚固每一条所述PC钢棒31的下端311，由此，锚固所述PC钢棒下端311，通过下锚固单元331进行锚固。所述下锚固单元331包括对同一组所述PC钢棒31进行定位的下锚垫板3312和分别螺锁在每一条所述PC钢棒31下端311的并且与所述下锚垫板3312紧密压紧的下锚固螺母3311。更优选地，为加强所述PC钢棒下端311的锚固程度，所述下锚固单元331还包括与所述下锚固螺母3311紧密压紧的备用锚固组件，所述备用锚固组件可以包括套设在所述PC钢棒31下端311的抵靠在所述下锚固螺母3311的锚固挡板3313，以及螺锁在每一条所述PC钢棒31下端311的并且与所述锚固挡板3313紧密压紧的锚固备母3314。

安装密贴所述下锚垫板3312的螺旋筋34，所述螺旋筋34用于分散和传递所述锚垫板3312施加在下述混凝土结构35的压力，以提高所述混凝土结构35整体的承压能力。

(3)浇筑混凝土结构。

继续参考图3，这里所述的混凝土结构35特指包括布设在所述PC钢棒31周围的钢筋骨架32和包覆在所述PC钢棒31和钢筋骨架32周围的混凝土。在实际施工过程中，所述混凝土结构35是与所述0#块21的其他结构一体成型的或融为一体的。

一方面为了适应所述0#块21超高的设计高度，另一方面为了降低施工难度，所述混凝土结构35至少分两次进行浇筑。

一种施工策略是，从所述0#块21的底面211到顶面212采用无接驳的整条所述PC钢棒31，所述混凝土结构35包括依次浇筑形成的下段混凝土结构和上段混凝土结构(未图示)。具体的浇筑步骤为：

(3.1)浇筑所述下段混凝土结构；

从所述位置线的底部起铺设所述混凝土结构的下段钢筋骨架，所述下段钢筋骨架包括与所述PC钢棒31平行的竖向钢筋以及与所述PC钢棒31正交的横向钢筋和纵向钢筋，其中，所述竖向钢筋的高度仅为所述PC钢棒31的1/2。浇筑包覆所述PC钢棒31和下段钢筋骨架混凝土形成所述下段混凝土结构。此时，所述PC钢棒31的下端311以及所述下锚固单元331由所述下段混凝土结构固定在所述0#块21的底部，所述下段混凝土结构与0#21的底部结构之间有虚设的下端面351，所述下锚垫板3312抵靠在所述下端面351上。

(3.2)浇筑所述上段混凝土结构；

接驳于所述下段钢筋骨架铺设所述混凝土结构的上段钢筋骨架，所述上段钢筋骨架包括与所述PC钢棒31平行的竖向钢筋以及与所述PC钢棒31正交的横向钢筋和纵向钢筋，其中，所述上段钢筋骨架的竖向钢筋与所述下段钢筋骨架的竖向钢筋进行接驳，使整个所述混凝土结构35的高度达到设计要求，然后浇筑包覆所述PC钢棒31和上段钢筋骨架的混凝土以形成所述上段混凝土结构。

进一步地，在浇筑包覆所述PC钢棒31和上段钢筋骨架混凝土之前，可以对所述PC钢棒31的位置从所述0#块21的顶面212作为起点再次进行定位，定位后可以在所述PC钢棒31的上端312预装上锚固单元332，所述上锚固单元332包括上锚垫板3322、与所述上锚垫板紧密压紧的上锚固螺母3321，以及设置在所述上锚垫板3322上方的端面开口的锚槽3323。所述上锚垫板3322在所述上段混凝土结构浇筑完成后将抵靠在所述混凝土结构35的上端面352。具体地，所述锚槽3323包括底板和围绕该底板的侧板，所述底板和侧板所限定的空间供所述PC钢棒31的上端312穿出，所穿出的上端312用于供下述的千斤顶套设以实现张拉。

所述上锚固单元332预装完成后可以在所述上锚垫板3322下方安装所述螺旋筋34，此处的螺旋筋34的作用与密贴所述下锚垫板3312的螺旋筋34的作用相同。

所述上锚固单元332也应当包括与所述上锚固螺母3321紧密压紧的备用锚固组件，所述备用锚固组件可以包括套设在所述PC钢棒31上端312的并且抵靠在所述上锚固螺母3321的上锚固挡板3324，以及螺锁在每一条所述PC钢棒31上端312的并且与所述上锚固挡板3324紧密压紧的锚固备母3325。

所述混凝土结构35的另一种施工策略是，从所述0#块21的底面211到顶面212采用两条首尾接驳的所述PC钢棒31，所述混凝土结构35包括依次浇筑形成的第一混凝土层和第二混凝土层(未图示)。具体的浇筑步骤为：

(3.1)铺设第一节段钢筋骨架；

从所述位置线的底部起铺设第一节段钢筋骨架，所述第一节段钢筋骨架包括与所述PC钢棒31平行的竖向钢筋以及与所述PC钢棒31正交的横向钢筋和纵向钢筋，其中，所述竖向钢筋的高度略小于所述PC钢棒31的高度，使所述PC钢棒31的上端露出所述所形成的所述第一节段钢筋骨架以形成接驳段。

(3.2)第一次浇筑混凝土；

浇筑包覆所述PC钢棒31和第一节段钢筋的混凝土以形成第一混凝土层。此时，所述PC钢棒31的下端311以及所述下锚固单元311由所述第一混凝土层固定在所述0#块21的底部。进一步地，还需要在所述第一混凝土层的顶面进行凿毛处理。

(3.3)铺设接驳的PC钢棒；

沿所述位置线铺设下一条PC钢棒，所述下一条PC钢棒的下端与所述接驳段连接。所述下一条PC钢棒的上端可以如上所述预安装所述上锚固单元332。

(3.4)形成第二层混凝土层；

从所述第一混凝土层的顶面起铺设第二节段钢筋骨架，所述第二节段钢筋骨架包括与所述PC钢棒31平行的竖向钢筋以及与所述PC钢筋正交的横向钢筋和纵向钢筋，其中，所述第二节段钢筋骨架的竖向钢筋需要与所述第一节段钢筋的竖向钢筋进行接驳，该第二节段钢筋的竖向钢筋的长度达到设计高度之后，浇筑包覆所述PC钢棒31和第二节段钢筋的混凝土以形成第二混凝土层。所述第二混凝土层与第一混凝土层之间紧密结合。

本施工策略中，所述螺旋筋34的安装与上述相同。

所述混凝土结构35的第三种施工策略是，从所述0#块21的底面211到顶面212采用无接驳的整条所述PC钢棒31，所述混凝土结构35包括整个钢筋骨架32以及包覆所述PC钢棒31和钢筋骨架32的混凝土。具体的浇筑步骤为：

(3.1)铺设钢筋骨架；

从所述位置线的底部起铺设所述混凝土结构的钢筋骨架,所述钢筋骨架包括与所述PC钢棒31平行的竖向钢筋以及与所述PC钢棒31正交的横向钢筋和纵向钢筋，其中，所述竖向钢筋的高度略小于所述PC钢棒31的高度，使所述PC钢棒31的上端露出以预留用于安装张拉设备。

(3.2)分两次浇筑混凝土；

浇筑包覆所述PC钢棒31和钢筋骨架的混凝土以形成所述混凝土结构，所述混凝土可以根据施工难度分两次或两次以上进行浇筑，分次浇筑的混凝土之间紧密结合。

更进一步地，本领域技术人员可以领会到，上述三种施工策略可以结合使用，以适应更高的预应力结构的装配施工。

(4)张拉PC钢棒。

继续参考图3，利用千斤顶对所述PC钢棒31的上端312沿竖向方向进行张拉，当所述PC钢棒31达到预设力，通过所述上锚固单元332进一步锚固所述PC钢棒的上端312。

由此，如图3所示，形成所述超长竖向无粘结预应力结构3，其包括整条贯穿整个所述预应力结构3的PC钢棒31、锚固所述PC钢棒31的两端的锚固结构33，以及包覆在所述PC钢棒31周围的混凝土结构35。其中，所述锚固结构33的所述下锚固单元331和上锚固单元332分别固定在所述混凝土结构35的下端面351和上端面352。

(5)端部封闭。

为了将所述超长竖向无粘结预应力结构与后续施工的所述主梁2的整体结构相融合，需要对该超长竖向无粘结预应力结构进行最后的修整，具体地，将所述PC钢棒31的上端312多余的部分切除，并且对所述上端312进行封闭遮盖。

综上所述，本发明超长竖向无粘结预应力结构节约材料、竖向预应力效果好，并且该结构的装配方法简便，利于施工和推广。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：其包括预应力混凝土用钢棒、锚固所述预应力混凝土用钢棒两端的锚固结构，以及周向包覆所述预应力混凝土用钢棒的混凝土结构，所述预应力混凝土用钢棒的上端和下端露出在所述混凝土结构之外。

2.如权利要求1所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述预应力混凝土用钢棒整条贯穿所述混凝土结构。

3.如权利要求1或2所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述预应力混凝土用钢棒的上端或下端露出接驳段以用于拼接下一个超长竖向无粘结预应力结构。

4.如权利要求1所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述锚固结构包括锚固所述预应力混凝土用钢棒的上端的上锚固单元和锚固所述预应力混凝土用钢棒下端的下锚固单元。

5.如权利要求4所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述上锚固单元包括设置在所述混凝土结构上端面的上锚垫板、与所述上锚垫板紧密压紧的上锚固螺母，以及设置在所述上锚垫板上方的端面开口的锚槽。

6.如权利要求5所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述上锚固单元还包括与所述上锚固螺母紧密压紧的备用锚固组件。

7.如权利要求4所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述下锚固单元包括设置在所述混凝土结构的下端面的下锚垫板以及与所述下锚垫板紧密压紧的下锚固螺母。

8.如权利要求7所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述下锚固单元还包括与所述下锚固螺母紧密压紧的备用锚固组件。

9.如权利要求4所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：还包括密贴所述上锚固单元的上锚垫板和/或下锚固单元的下锚垫板并且周向环绕所述预应力混凝土用钢棒的螺旋筋。

10.如权利要求1所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述混凝土结构包覆至少三条所述预应力混凝土用钢棒。

11.如权利要求1所述的超长竖向无粘结预应力结构，其特征在于：所述混凝土结构包括布设在所述预应力混凝土用钢棒周围的钢筋骨架和包覆在所述预应力混凝土用钢棒和钢筋骨架周围的混凝土。

12.一种超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于，所述超长竖向无粘结预应力结构包括预应力混凝土用钢棒、锚固所述预应力混凝土用钢棒两端的锚固结构，以及周向包覆所述预应力混凝土用钢棒的混凝土结构，装配过程包括以下步骤：

(1)在预设的位置放样所述预应力混凝土用钢棒的位置线；

(2)沿所述位置线铺设所述预应力混凝土用钢棒，并且锚固所述预应力混凝土用钢棒的下端；

(3)浇筑所述混凝土结构；

(4)张拉所述预应力混凝土用钢棒上端以达到预设力，然后锚固所述预应力混凝土用钢棒的上端。

13.如权利要求12所述的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述预设的位置为桥梁主墩的顶部或梁体底部。

14.如权利要求13所述的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于：所述位置线沿所述桥梁主梁的高度方向延伸。

15.如权利要求12所述的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用无接驳的整条所述预应力混凝土用钢棒。

16.如权利要求15所述的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于，所述步骤(3)的混凝土结构包括依次浇筑形成的下段混凝土结构和上段混凝土结构，浇筑步骤为：

从所述位置线的底部起铺设所述混凝土结构的下段钢筋骨架，然后浇筑混凝土以形成所述下段混凝土结构；

接驳于所述下段钢筋骨架铺设所述混凝土结构的上段钢筋骨架，然后浇筑混凝土以形成所述上段混凝土结构。

17.如权利要求15所述的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述混凝土结构的浇筑步骤为：

从所述位置线的底部起铺设第一节段钢筋骨架，并且使所述预应力混凝土用钢棒的上端露出所述第一节段钢筋骨架以形成接驳段；

浇筑包覆所述预应力混凝土用钢棒和第一节段钢筋骨架的混凝土以形成第一混凝土层；

沿所述位置线铺设下一条预应力混凝土用钢棒，所述下一条预应力混凝土用钢棒的下端与所述接驳段连接；

从所述第一混凝土层的顶部起铺设第二节段钢筋骨架，浇筑包覆所述预应力混凝土用钢棒和第二节段钢筋骨架的混凝土以形成第二混凝土层。

18.如权利要求15所述的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述混凝土结构的浇筑步骤为：

从所述位置线的底部起铺设所述混凝土结构的钢筋骨架；

浇筑包覆所述预应力混凝土用钢棒和钢筋骨架的混凝土以形成所述混凝土结构。

19.如权利要求12所述的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于：所述步骤(4)中，利用千斤顶对所述预应力混凝土用钢棒的上端沿竖向方向进行张拉。

20.如权利要求12所述的超长竖向无粘结预应力结构的装配方法，其特征在于：还包括步骤(5)，将所述预应力混凝土用钢棒上端进行封闭遮盖。