CN105887653A - 一种宽幅箱梁桥主梁底板结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种宽幅箱梁桥主梁底板结构，在布置有底板预应力钢筋段的底板的上部有沿桥横向间隔设置的底纵梁和沿桥纵向间隔设置的底板加厚横梁；在位于底板预应力钢筋以下的底板中有与所述底板加厚横梁相对应、横向布置的无粘结预应力钢筋，无粘结预应力钢筋的两端在靠近主梁腹板处向上弯曲、穿过底板加厚横梁后锚固在底板加厚横梁的顶面。通过该主梁底板结构可使底板刚度增强；无粘结预应力钢筋可基本抵消底板所受底板预应力钢筋的径向力，二者结合，可有效防止底板受径向力作用发生崩裂变形。

Description

一种宽幅箱梁桥主梁底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底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底板平均厚度(底板在主梁跨中处的厚度与在主梁根部处的厚度之和的平均值)为底板宽度的1/50～1/20的单箱单室预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝土连续刚构桥。

这种宽幅箱梁桥的主梁因下述原因导致其底板在施工中和桥梁投入运行后易发生崩裂：

主梁在跨中和边支点处高度较小，在中支点处高度较大，中支点处的梁高一般以抛物线形式向跨中和边支点处的梁高过渡，使底板形成曲面(见图1)；底板预应力钢筋布置于底板内，其立面上的布置形状与底板相似，也呈曲线形；施工中，曲线形的底板预应力钢筋以张拉力N_p张拉后会对底板产生径向力(见图2)，因底板平均厚度与底板宽度之比过小，底板的长细比过大，使底板刚度不足，施工中和桥梁投入运行后底板在底板预应力钢筋的径向力作用下，容易发生崩裂。

防止宽幅箱梁桥底板崩裂的传统方法，是在底板设置防崩钢筋。该方法存在的问题，一是防崩钢筋的设计缺乏依据，包括防崩钢筋是否设置、设置的间距、所用防崩钢筋的钢筋等级和直径等均无直接规定；二是施工中防崩钢筋难以完全扣住底板预应力钢筋的波纹管，不易发挥作用；三是不能解决底板自身刚度不足的问题。

发明内容

针对上述防止宽幅箱梁桥底板崩裂的传统方法存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可有效防止底板发生崩裂的宽幅箱梁桥主梁底板结构及其施工方法。

本发明提供的宽幅箱梁桥主梁底板结构，在布置有底板预应力钢筋段的底板的上部有沿桥横向间隔设置的底纵梁和沿桥纵向间隔设置的底板加厚横梁；在位于底板预应力钢筋以下的底板中有与所述底板加厚横梁相对应、横向布置的无粘结预应力钢筋，无粘结预应力钢筋的两端在靠近主梁腹板处向上弯曲、穿过底板加厚横梁后通过锚具锚固在底板加厚横梁的顶面。

所述底板加厚横梁沿桥纵向的相互间距s_v的取值范围为：150cm≤s_v≤300cm；底板加厚横梁的中心高度d₂的取值范围为：(K/15-d_j)≤d₂≤(K/10-d_j)，式中K为底板宽度，d_j为底板平均厚度；

所述底纵梁的中心高度d₃的取值范围为：d₂/4≤d₃≤d₂/2；

所述底纵梁之间和底纵梁与主梁腹板之间的横向间距K₁相等，其取值范围为：150cm≤K₁≤250cm；

所述底板中对应单个底板加厚横梁横向布置的无粘结预应力钢筋的根数n由下式计算得出：

式中

int：取整函数，按四舍五入法则进行取整，

σ_con,d：底板预应力钢筋的张拉控制应力设计值(MPa)，

A_p,d：底板预应力钢筋的总截面面积(mm²)，

σ_con,w：无粘结预应力钢筋的张拉控制应力设计值(MPa)，

A_p1,w：单根无粘结预应力钢筋的截面面积(mm²)，

K：底板宽度(mm)，

s_v：底板加厚横梁沿桥纵向的相互间距，

d₁：底板厚度(mm)，

a_p,w：无粘结预应力钢筋重心至底板底面的垂直距离(mm)，

r：底板的圆曲线半径(m)，当为其它曲线形式时，按照计算取用，其中l为曲线弦长，β为曲线矢高f与弦长l之比。

所述无粘结预应力钢筋为直径18.1mm的UPS15.2E无粘结环氧涂层钢绞线。

上述宽幅箱梁桥主梁底板结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、浇筑主梁

按设计完成架设模板、绑扎钢筋(包括主梁、底板加厚横梁及底纵梁的钢筋)后浇筑主梁、底板加厚横梁及底纵梁的混凝土；浇筑时，预埋所述横向布置于底板和两端置于底板加厚横梁中的无粘结预应力钢筋；

步骤2、张拉无粘结预应力钢筋

待步骤1所浇筑的混凝土强度达到90％设计强度时，张拉无粘结预应力钢筋，张拉结束后通过锚具将无粘结预应力钢筋的两端锚固在底板加厚横梁的两端部的顶面；

步骤3、张拉底板预应力钢筋

无粘结预应力钢筋张拉后，张拉底板预应力钢筋，结束施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)通过底板加厚横梁和底纵梁，使底板的刚度增强，底板受径向力作用变形减小。

(2)无粘结预应力钢筋按照公式计算的根数n进行配置，可基本抵消张拉底板预应力钢筋时底板所受到的径向力，有效防止因径向力作用引起的底板崩裂。

(3)无粘结预应力钢筋选用外径小的无粘结环氧涂层钢绞线，易于在底板中横向布置，与底板预应力钢筋及普通钢筋不易发生冲突。

附图说明

图1为宽幅箱梁的侧视图；

图2为底板预应力钢筋径向力示意图；

图3为沿主梁纵向局部剖视图；

图4为图3中A-A断面图；

图5为图3中B-B断面图；

图6为图3中C-C剖视图；

图7为图3中D部放大图。

图中：1–主梁，2–底板，3–底板预应力钢筋，4–主梁腹板，5–底纵梁，6–底板加厚横梁，7–无粘结预应力钢筋，8–锚具。

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。

如图1所示，本实施例宽幅箱梁桥主梁底板结构，宽幅箱梁桥为预应力混凝土连续刚构桥，底板2为曲面，置于底板2内的底板预应力钢筋3也呈曲线形。宽幅箱梁桥主梁1的跨度为180m，跨中梁高4.5m，中支点处梁高10.8m，底板宽度K＝1140cm；底板厚度在主梁跨中KZ处为28cm，底板厚度在主梁根部GB处为72cm，底板平均厚度d_j＝50.0cm，为底板宽度的1/24，属于宽幅箱梁桥。

如图3所示，跨中底板曲线弦长l＝174.0m，由跨中和中支点处的梁高可得矢高f＝10.8-4.5＝6.3m，底板的圆曲线半径

$r=\frac{l}{2}(\frac{1}{4\mathrm{\β}}+\mathrm{\β})=\frac{174}{2}\×(\frac{1}{4\×\frac{6.3}{174}}+\frac{6.3}{174})=603.9m.$

如图4和图5所示，在底板上共布置有8孔底板预应力钢筋，单个孔道的底板预应力钢筋的截面面积为1668mm²，8孔底板预应力钢筋的总截面面积A_p,d＝13344mm²，底板预应力钢筋的张拉控制应力设计值σ_con,d＝1395MPa(图2所示底板预应力钢筋的张拉力N_p与其对应)。

如图2所示，曲线形的底板预应力钢筋以张拉力N_p张拉后会对底板产生径向力。因底板平均厚度与底板宽度之比过小，底板的长细比过大，使底板刚度不足，施工中和桥梁投入运行后，在底板预应力钢筋产生的径向力作用下，底板容易发生崩裂变形。

为防止底板发生崩裂变形，如图3至图7所示，在布置有底板预应力钢筋段的底板上部浇筑沿桥纵向相互间距s_v＝1.8m的底板加厚横梁6，底板加厚横梁截面呈类梯形，底板加厚横梁中心高度d₂＝55cm；在底板加厚横梁之间浇筑沿横桥向相互间距K₁＝1.9m、中心高度d₃＝20cm的底纵梁5；在底板中对应每个底板加厚横梁横向布置直径为18.1mm的UPS15.2E无粘结环氧涂层钢绞线作为无粘结预应力钢筋7，无粘结预应力钢筋的两端在靠近主梁腹板4处向上弯曲、穿过底板加厚横梁后通过锚具8锚固在底板加厚横梁的顶面。单根无粘结预应力钢筋的截面面积为A_p1,w＝140mm²，张拉控制应力设计值为σ_con,w＝1395MPa，无粘结预应力钢筋重心至底板底面的垂直距离为a_p,w＝50mm。

以图4所示的一段底板为例，对应该段底板有1#～6#共6个底板加厚横梁。对应该6个底板加厚横梁的底板中的无粘结预应力钢筋的根数n通过以下计算求得：

将对应6个底板加厚横梁的底板厚度d₁分别代入下式中：

计算出对应1#～6#底板加厚横梁底板中的无粘结预应力钢筋的根数n如下表：

底板加厚横梁编号	1#	2#	3#	4#	5#	6#
							底板厚度d1(mm)	280	288	296	304	312	320
无粘结预应力钢筋的根数n	4	4	4	4	4	4

由表中可知，针对图4所示段底板，对应1#～6#底板加厚横梁底板中的无粘结预应力钢筋均为4根。

底板其他部分中布置的无粘结预应力钢筋的根数按同样方法求得。

将无粘结预应力钢筋的两端部在靠近主梁腹板4处向上弯曲(如图4所示)，穿过底板加厚横梁两端后通过锚具8锚固在底板加厚横梁的顶面。

上述主梁底板结构按以下步骤施工：

步骤1、按设计完成架设模板、绑扎钢筋后浇筑主梁、底板加厚横梁及底纵梁的混凝土；浇筑时，预埋横向布置于底板和两端弯曲部分置于底板加厚横梁中的无粘结预应力钢筋；

步骤2、待步骤1所浇筑混凝土强度达到90％设计强度时，张拉无粘结预应力钢筋，采用锚具将无粘结预应力钢筋的两端锚固在底板加厚横梁的两端部顶面；

步骤3、无粘结预应力钢筋张拉后，张拉底板预应力钢筋，结束施工。

采用上述主梁底板结构的该宽幅箱梁桥主梁，施工中和桥梁投入运行后均未发生底板崩裂现象。

Claims (5)

1.一种宽幅箱梁桥主梁底板结构，其特征在于：

在布置有底板预应力钢筋(3)段的底板(2)的上部有沿桥横向间隔设置的底纵梁(5)和沿桥纵向间隔设置的底板加厚横梁(6)；在位于底板预应力钢筋以下的底板中有与所述底板加厚横梁相对应、横向布置的无粘结预应力钢筋(7)，无粘结预应力钢筋的两端在靠近主梁腹板(4)处向上弯曲、穿过底板加厚横梁后通过锚具(8)锚固在底板加厚横梁的顶面。

2.根据权利要求1所述的宽幅箱梁桥主梁底板结构，其特征在于：

所述底板加厚横梁沿桥纵向的相互间距s_v的取值范围为：150cm≤s_v≤300cm；

底板加厚横梁的中心高度d₂的取值范围为：(K/15-d_j)≤d₂≤(K/10-d_j)，式中K为底板宽度，d_j为底板平均厚度；

所述底纵梁的中心高度d₃的取值范围为：d₂/4≤d₃≤d₂/2；

所述底纵梁之间和底纵梁与主梁腹板之间的横向间距K₁相等，其取值范围为：

150cm≤K₁≤250cm。

3.根据权利要求2所述的宽幅箱梁桥主梁底板结构，其特征在于，所述底板中对应单个底板加厚横梁横向布置的无粘结预应力钢筋的根数n由下式计算得出：

$n=\mathrm{int}\[\frac{1}{8}\·\frac{{\mathrm{\σ}}_{con,d}{A}_{p,d}}{{\mathrm{\σ}}_{con,w}{A}_{p1,w}}\·\frac{{\mathrm{Ks}}_v}{(0.5d_1-a_{p,w})r}\]$

式中

int：取整函数，按四舍五入法则进行取整，

σ_con,d：底板预应力钢筋的张拉控制应力设计值，

A_p,d：底板预应力钢筋的总截面面积，

σ_con,w：无粘结预应力钢筋的张拉控制应力设计值，

A_p1,w：单根无粘结预应力钢筋的截面面积，

K：底板宽度，

s_v：底板加厚横梁沿桥纵向的相互间距，

d₁：底板厚度，

a_p,w：无粘结预应力钢筋重心至底板底面的垂直距离，

r：底板的圆曲线半径，当为其它曲线形式时，按照计算取用，其中l为曲线弦长，β为曲线矢高f与弦长l之比。

4.根据权利要求1所述的宽幅箱梁桥主梁底板结构，其特征在于，所述无粘结预应力钢筋为直径18.1mm的UPS15.2E无粘结环氧涂层钢绞线。

5.权利要求1所述宽幅箱梁桥主梁底板结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、浇筑主梁

按设计完成架设模板、绑扎钢筋后浇筑主梁、底板加厚横梁及底纵梁的混凝土；浇筑时，预埋所述横向布置于底板和两端置于底板加厚横梁中的无粘结预应力钢筋；

步骤2、张拉无粘结预应力钢筋

待步骤1所浇筑的混凝土强度达到90％设计强度时，张拉无粘结预应力钢筋，张拉结束后通过锚具将无粘结预应力钢筋的两端锚固在底板加厚横梁的两端部的顶面；

步骤3、张拉底板预应力钢筋

无粘结预应力钢筋张拉后，张拉底板预应力钢筋，结束宽幅箱梁桥主梁底板结构的施工。