CN108086133A - 超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造及其桥梁施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木建筑技术领域，公开一种超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造及其桥梁施工方法，包括多个采用超高性能混凝土制作的预制主梁，各预制主梁上设正弯矩区预应力束，相邻预制主梁间设负弯矩区预应力束，相邻预制主梁之间具有湿接缝，湿接缝内填充超高性能混凝土，还包括跨设于相邻预制主梁间的第二批张拉预应力束，其包括分别设于相邻预制主梁上的弯曲波纹管和直线波纹管，弯曲波纹管位于正弯矩区内，直线波纹管设于负弯矩区内，弯曲波纹管和直线波纹管内穿设预应力筋，预应力筋穿出于弯曲波纹管的端部锚固在预制主梁端部，预制主梁在预应力筋穿出于直线波纹管的端部位置设有锚固槽口，穿出于直线波纹管的预应力筋端部通过锚固装置锚固在锚固槽口内。
Description
技术领域
本发明涉及土木建筑技术领域，具体地，涉及一种超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造及其桥梁施工方法。
背景技术
目前广泛采用的装配式预应力混凝土T形梁或者箱梁桥具有结构简单、受力明确、节省材料、架设安装方便、跨越能力较大等优点，普通混凝土T梁的经济跨度一般为25m～40m，普通混凝土箱梁的经济跨度一般为30m～50m，随着跨径的增加，预制梁恒荷载占比会越来越大，吊装重量也会越来越重，目前的40m单片T梁的吊装重量已达140t，40m单片小箱梁的吊装重量已达180t，对吊装设备及施工工艺要求严格。
为解决恒荷载占比过大的问题，可采用超高性能材料取代普通材料，比如采用超高性能混凝土混凝土取代普通混凝土。超高性能混凝土（Ultra-High PerformanceConcrete），简称UHPC，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，UHPC具有较高的韧性、高的抗压强度和优异的耐久性，在热养护的条件下基本无收缩，且长期荷载作用下徐变很小（约为普通混凝土的1/10）。UHPC 因其良好的材料性能在使桥梁结构向轻质、大跨方向发展和实现使用环境下的长寿命以及减少后期维护费用等方面极具潜力，是土木工程领域极具应用前景的新型建筑材料。目前的研究表明：同条件下，UHPC结构较普通混凝土结构自重可减轻20%～40%，跨越能力大，可适用于30～60m跨径。
但超高性能混凝土结构因其材料性能优越，抗压强度和容重的比值（比强度）大，相比于普通混凝土预制T梁或箱梁，其自重较轻，断面尺寸较小。经对比分析，普通混凝土预应力T梁或箱梁其预应力配置一般由正常使用中抗裂验算控制，而超高性能混凝土预应力T梁或箱梁其预应力配置一般由承载能力极限状态正截面抗弯验算控制。这会导致超高性能混凝土预应力结构的设计思路与普通混凝土存在明显差异，如附图1～3所示，常规普通混凝土简支变连续结构由预制主梁、正弯矩区预应力束、负弯矩区预应力束和湿接缝组成，超高性能混凝土预应力结构中若仍采用普通混凝土的钢束布置形式会导致预应力筋张拉阶段预制梁上拱明显，截面上缘压应力储备不足。
进一步研究发现，超高性能混凝土预制梁因自重轻，活载与恒载的比值在2:4至1:1之间，这比普通混凝土的1:3至1: 4大幅提高，简支变连续结构中的后浇带位置，活载产生的拉应力比例明显，超高性能混凝土结构墩顶拉应力需要更多的墩顶负弯矩钢束加以平衡。
发明内容
本发明解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单可靠、可有效减少负弯矩区预应力束数量、同时改善预制主梁受力情况的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造。
本发明同时提供一种施工难度低、效率高、可克服传统桥梁施工过程中预应力钢束张拉时反拱明显且墩顶简支变连续联系处拉应力过大的问题的桥梁施工方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，包括多个采用超高性能混凝土制作的预制主梁，预制主梁包括顶板、底板及设于顶板和底板之间的腹板，各预制主梁上设有体内预应力形式或体外预应力形式的正弯矩区预应力束，相邻预制主梁之间设有负弯矩区预应力束，相邻预制主梁之间具有湿接缝，湿接缝内填充有超高性能混凝土，还包括跨设于相邻预制主梁之间的第二批张拉预应力束；
所述第二批张拉预应力束包括分别设于相邻预制主梁上的弯曲波纹管和直线波纹管，弯曲波纹管位于预制主梁的正弯矩区内，直线波纹管设于预制主梁的负弯矩区内，弯曲波纹管和直线波纹管之间通过波纹管连接装置相接，波纹管连接装置位于湿接缝处，还包括穿设于弯曲波纹管和直线波纹管内的预应力筋，预应力筋穿出于弯曲波纹管的端部通过锚固装置锚固在预制主梁端部，预制主梁在预应力筋穿出于直线波纹管的端部位置设有锚固槽口，穿出于直线波纹管的预应力筋端部通过锚固装置锚固在锚固槽口内。
进一步地，第二批张拉预应力束为体内预应力钢束。
进一步地，第二批张拉预应力束的面积为正弯矩区预应力束的30%～50%。
进一步地，任意一个预制主梁上的第二批张拉预应力束面积的25%～35%设于相邻预制主梁上。
进一步地，第二批张拉预应力束的弯曲角度、起弯点位置由湿接缝顶部负弯矩区正截面承载能力及抗裂验算确定。
优选地，预应力筋在预制主梁上的锚固位置在顶板和腹板的交界处。
进一步地，波纹管连接装置为波纹管接头。
一种桥梁施工方法，设有如上所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，包括以下步骤：
S1.准备预制主梁，预制主梁上预留正弯矩区预应力束安装路径、负弯矩区预应力束安装路径和第二批张拉预应力束安装路径；
S2.在预制主梁的正弯矩区预应力束安装路径内张拉正弯矩区预应力束；
S3.待桥梁下部结构施工完毕后，吊装多块S2步骤的预制主梁，并使相邻预制主梁之间形成湿接缝；
S4.将相邻预制主梁之间的弯曲波纹管和直线波纹管在湿接缝处安装波纹管连接装置；
S5.浇筑湿接缝并进行养护；
S6.将预应力筋贯穿弯曲波纹管和直线波纹管；
S7.待S5中的湿接缝强度达标后，张拉预应力筋并锚固预应力筋端部；
S8.封锚；
S9.在负弯矩区预应力束安装路径内安装负弯矩区预应力束；
S10.桥面铺装及附属设施施工。
进一步地，预制主梁在预应力筋穿出于直线波纹管的端部位置设有锚固槽口，预应力筋端部通过锚固装置锚固在锚固槽口内。
更进一步地，锚固槽口采用超高性能混凝土封锚。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）通过在正弯矩区设计面积约为正弯矩区预应力束面积的30%～50%的第二批张拉预应力束，且该第二批张拉预应力束为跨湿接缝的后张束，并推迟至简支变连续完成之后再张拉，该后张束既可抵抗跨中的正弯矩，又可抵抗二期恒载及活载产生的负弯矩；
2）本发明的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造预留25%～35%左右的第二批张拉预应力束待湿接缝浇筑完毕后再张拉，并跨越湿接缝锚固在相邻的预制主梁顶板位置，这样既解决了超高性能混凝土结构预制阶段上拱过大的问题，又解决了后期湿接缝位置截面顶缘拉应力超限的问题；
3）本发明的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造跨中断面与常规结构完全一致，并没有增加正弯矩区预应力束的面积，即预制主梁在预制阶段，所施加的正弯矩区预应力束可减少30%左右，这样可大大减少预制主梁上拱问题，并改善预制主梁内应力分布情况；
4）超高性能混凝土结构自重小，前期所需预应力钢束不宜过多，本发明将部分正弯矩区预应力束待二期恒载部分施加后再同负弯矩区预应力束结合一起施加（即第二批张拉预应力束与负弯矩区预应力束的张拉），大大改善了预制主梁的受力情况，减少负弯矩区预应力束数量，并减少了锚固装置数量；
5）本发明的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造受力方式明确，施工方便，轻型，预应力筋效率高，能较好地克服超高性能混凝土结构因比强度高、自重轻导致预应力钢束张拉时反拱明显、墩顶简支变连续联系处拉应力过大的问题，降低了施工难度，提高施工速度，节约施工时间。
附图说明
图1为现有技术的常规普通混凝土简支变连续结构主视剖面图；
图2为图1中I-I截面图；
图3为图1中Ⅱ-Ⅱ截面图；
图4为实施例1所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造的主视剖面简图；
图5为图4中A-A截面图；
图6为图4中B-B截面图；
图7为图4中第二批张拉预应力束的细节图；
图8为实施例2所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造的主视剖面简图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图4至图6所示的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，包括两个采用超高性能混凝土制作的预制主梁1，预制主梁包括顶板11、底板12及设于顶板和底板之间的腹板13，各预制主梁1上设有正弯矩区预应力束2，相邻预制主梁1之间设有负弯矩区预应力束3，相邻预制主梁1之间具有湿接缝4，湿接缝4内填充有超高性能混凝土，还包括跨设于相邻预制主梁1之间的第二批张拉预应力束5。
超高性能混凝土具有较高的韧性、高的抗压强度和优异的耐久性，在热养护的条件下基本无收缩，且长期荷载作用下徐变很小（约为普通混凝土的1/10），采用超高性能混凝土制作的预制主梁，抗压强度和容重的比值（比强度）大，相比于普通混凝土预制T梁或箱梁，其自重较轻，断面尺寸较小，其内正弯矩区预应力束2、负弯矩区预应力束3结合第二批张拉预应力束5的设置使得本发明的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造不会出现采用普通混凝土的钢束布置形式导致的预应力筋张拉阶段预制梁上拱明显、截面上缘压应力储备不足的问题。
预制主梁1可为预制T梁、箱梁、U型梁等。
正弯矩区预应力束2是指主要以抵抗正弯矩为主的钢绞线，一般是在预制主梁预制时、吊装前张拉，可采用先张法、后张法等有粘结体内预应力形式，也可采用体外预应力形式。
负弯矩区预应力束3用于抵抗负弯矩，本发明的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造较常规普通混凝土简支变连续结构所需的负弯矩区预应力束少。
湿接缝4是指用于使两根预制主梁1连接成整体的后浇带。
具体地，如图7所示，第二批张拉预应力束5包括分别设于相邻预制主梁1上的弯曲波纹管51和直线波纹管52，弯曲波纹管51位于预制主梁1的正弯矩区内，直线波纹管52设于预制主梁1的负弯矩区内，弯曲波纹管51和直线波纹管52之间通过波纹管连接装置53相接，波纹管连接装置53位于湿接缝4处，还包括穿设于弯曲波纹管51和直线波纹管52内的预应力筋54，预应力筋54穿出于弯曲波纹管51的端部通过锚固装置55锚固在预制主梁1端部，预制主梁5在预应力筋穿出于直线波纹管52的端部位置设有锚固槽口14，穿出于直线波纹管52的预应力筋54端部通过锚固装置55锚固在锚固槽口14内。
本发明的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造相对于图1中的常规普通混凝土简支变连续结构来说，采用第二批张拉预应力束5代替了一部分正弯矩区预应力束和一部分负弯矩区预应力束，具体来说，第二批张拉预应力束的面积约为图1中常规普通混凝土简支变连续结构正弯矩区预应力束总面积的30%，而具体到本实施例中，第二批张拉预应力束5的面积为正弯矩区预应力束2的40%左右，具体需根据吊装阶段所受荷载确定，这种设置方式既可抵抗跨中的正弯矩，又可抵抗二期恒载及活载产生的负弯矩；同时本发明的超高性能混凝土简支变连续梁构造跨中断面与常规结构完全一致，并没有增加正弯矩区预应力束的面积，即预制主梁在预制阶段，所施加的正弯矩区预应力束可减少30%左右，这样可大大减少预制主梁上拱问题，并改善预制主梁内应力分布情况。
弯曲波纹管51、直线波纹管52和波纹管连接装置53组成预应力筋54的预埋管道，预制主梁1在预制过程中需特别注意预埋波纹管位置的精度。
波纹管连接装置53为常规波纹管接头，确保不漏浆（即超高性能混凝土未凝固时的流体状态）即可。
第二批张拉的预应力束5可以为体内预应力钢束，也可采用体外预应力钢束，本实施例中为体内预应力钢束。
锚固槽口14尺寸由第二批张拉预应力束5内钢绞线数量确定，锚固槽口14采用超高性能混凝土封锚，锚固装置55采用常规预应力锚具即可。
预应力筋54在预制主梁1上的锚固位置宜布置在顶板11和腹板13的交界处，使第二批张拉预应力束5与预制主梁1形成一种优良的固定关系。
此外，任意一个预制主梁1上的第二批张拉预应力束5面积的30%设于相邻预制主梁1上，即任一预制主梁上预留约30%长度的第二批张拉预应力束跨越湿接缝后待湿接缝浇筑完毕后再张拉锚固在相邻预制主梁顶板位置，这样既解决了超高性能混凝土结构预制阶段上拱过大的问题，又解决了后期湿接缝位置截面顶缘拉应力超限的问题。
第二批张拉预应力束5的弯曲角度、起弯点位置由湿接缝顶部负弯矩区正截面承载能力及抗裂验算确定。
实施例2
如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造包括三个预制主梁。
实施例3
一种桥梁施工方法，设有如实施例1或实施例2中的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，包括以下步骤：
S1.准备预制主梁，预制主梁上预留正弯矩区预应力束安装路径、负弯矩区预应力束安装路径和第二批张拉预应力束安装路径；
S2.在预制主梁的正弯矩区预应力束安装路径内张拉正弯矩区预应力束；
S3.待桥梁下部结构施工完毕后，吊装多块S2步骤的预制主梁，并使相邻预制主梁之间形成湿接缝；
S4.将相邻预制主梁之间的弯曲波纹管和直线波纹管在湿接缝处安装波纹管连接装置；
S5.浇筑湿接缝并进行养护；
S6.将预应力筋贯穿弯曲波纹管和直线波纹管；
S7.待S5中的湿接缝强度达标后，张拉预应力筋并锚固预应力筋端部；
S8.封锚；
S9.在负弯矩区预应力束安装路径内安装负弯矩区预应力束；
S10.桥面铺装及附属设施施工。
其中预制主梁在预应力筋穿出于直线波纹管的端部位置设有锚固槽口，预应力筋端部通过锚固装置锚固在锚固槽口内。
锚固槽口采用超高性能混凝土封锚。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，其特征在于，包括多个采用超高性能混凝土制作的预制主梁，预制主梁包括顶板、底板及设于顶板和底板之间的腹板，各预制主梁上设有体内预应力形式或体外预应力形式的正弯矩区预应力束，相邻预制主梁之间设有负弯矩区预应力束，相邻预制主梁之间具有湿接缝，湿接缝内填充有超高性能混凝土，还包括跨设于相邻预制主梁之间的第二批张拉预应力束；
所述第二批张拉预应力束包括分别设于相邻预制主梁上的弯曲波纹管和直线波纹管，弯曲波纹管位于预制主梁的正弯矩区内，直线波纹管设于预制主梁的负弯矩区内，弯曲波纹管和直线波纹管之间通过波纹管连接装置相接，波纹管连接装置位于湿接缝处，还包括穿设于弯曲波纹管和直线波纹管内的预应力筋，预应力筋穿出于弯曲波纹管的端部通过锚固装置锚固在预制主梁端部，预制主梁在预应力筋穿出于直线波纹管的端部位置设有锚固槽口，穿出于直线波纹管的预应力筋端部通过锚固装置锚固在锚固槽口内。
2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土简支变连续组合梁布筋构造，其特征在于，第二批张拉预应力束为体内预应力钢束。
3.根据权利要求1所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，其特征在于，第二批张拉预应力束的面积为正弯矩区预应力束的30%～50%。
4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，其特征在于，任意一个预制主梁上的第二批张拉预应力束面积的25%～35%设于相邻预制主梁上。
5.根据权利要求1所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，其特征在于，第二批张拉预应力束的弯曲角度、起弯点位置由湿接缝顶部负弯矩区正截面承载能力及抗裂验算确定。
6.根据权利要求1所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，其特征在于，预应力筋在预制主梁上的锚固位置在顶板和腹板的交界处。
7.根据权利要求1所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，其特征在于，波纹管连接装置为波纹管接头。
8.一种桥梁施工方法，其特征在于，设有如权利要求1～7任意一项所述的超高性能混凝土简支变连续梁布筋构造，包括以下步骤：
S1.准备预制主梁，预制主梁上预留正弯矩区预应力束安装路径、负弯矩区预应力束安装路径和第二批张拉预应力束安装路径；
S2.在预制主梁的正弯矩区预应力束安装路径内张拉正弯矩区预应力束；
S3.待桥梁下部结构施工完毕后，吊装多块S2步骤的预制主梁，并使相邻预制主梁之间形成湿接缝；
S4.将相邻预制主梁之间的弯曲波纹管和直线波纹管在湿接缝处安装波纹管连接装置；
S5.浇筑湿接缝并进行养护；
S6.将预应力筋贯穿弯曲波纹管和直线波纹管；
S7.待S5中的湿接缝强度达标后，张拉预应力筋并锚固预应力筋端部；
S8.封锚；
S9.在负弯矩区预应力束安装路径内安装负弯矩区预应力束；
S10.桥面铺装及附属设施施工。
9.根据权利要求8所述的桥梁施工方法，其特征在于，预制主梁在预应力筋穿出于直线波纹管的端部位置设有锚固槽口，预应力筋端部通过锚固装置锚固在锚固槽口内。
10.根据权利要求9所述的桥梁施工方法，锚固槽口采用超高性能混凝土封锚。
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