CN108894118A - 带有钢束张拉连接器的简支变连续桥梁施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有钢束张拉连接器的简支变连续桥梁施工方法。通过将钢束张拉连接器沿T梁纵向预先埋置于T梁内，并在T梁间的湿接缝区张拉；使得现有墩顶负弯矩区的曲线型钢束转变为直线束，减小了管道摩擦引起的预应力损失。而张拉槽从预制T梁翼板顶部转移到湿接缝区域，一方面，避免了钢筋在T梁内部断开，极大地减小了预留张拉槽对T梁承载力的影响；另一方面，极大地缩短了预留张拉槽内混凝土及其周围混凝土龄期的差异，大大减小了由于龄期差异而出现的混凝土收缩、徐变应力。从施工过程来看，将钢束张拉的施工工序由当前的“先张拉后锚固”调整为“先锚固后张拉”，消除了锚具回缩造成的预应力损失。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，具体涉及一种带有钢束张拉连接器的简支变连续桥梁施工方法。
背景技术
装配式简支T梁桥是目前中小跨径混凝土梁桥最常用的桥型，然而桥面处的升缩缝会造成桥面不平整和不连续，侵蚀环境和汽车冲击作用也会导致伸缩装置出现一些病害，因此桥梁工程师提出了简支梁桥桥面连续的新型构造方案：在墩顶处现浇湿接缝，待混凝土养护达到设计强度之后，利用千斤顶等张拉负弯矩预应力钢束，从而使墩顶现浇段混凝土储备压应力，以应对二期恒载及活载作用下出现的负弯矩，使简支T梁桥形成连续体系。
交通部于2008年牵头多家设计单位合作制定了《装配式预应力混凝土T形连续梁桥上部构造通用图》，但是，由于许多关键技术尚未解决，我国简支变连续T梁桥设计具有以下几个特点：
(1)通用图设计时仍然以规范中简支梁桥和连续梁桥的相关条例作为依据，未考虑简支变连续T梁桥结构体系的固有特点；
(2)在后连续端部的配筋方式和配筋量上没有统一的规定，因而导致端部配筋的设计种类繁多，且带有一定的主观随意性；
(3)在先简支后连续结构体系的施工工艺上，存在很大的分歧，对横向整体化与纵向体系转换的先后顺序、负弯矩钢束张拉顺序等缺乏统一的认识。
虽然先简支后连续在桥梁工程中被日益广泛应用，但在已建成的“简支变连续”的预应力混凝土梁桥中，主梁开裂现象非常严重，预应力损失过大，部分桥梁因为施工原因，负弯矩区段的预应力完全丧失，这类病害正在越来越引发人们的担忧，究其原因，负弯矩区段的构造形式不合理，施工质量不过关，预应力失效是引起上述病害的根源。
负弯矩区段是简支变连续T梁桥实现连续功能的关键部位，其构造及施工质量在很大程度上决定了桥梁的功能和耐久性，传统的负弯矩区段构造型式主要有以下几种形式：
(1)在T梁翼缘板设锚固齿板锚固。如图1所示，该形式的缺陷在于：需要吊篮法施工负弯矩，在桥面下完成张拉锚固施工，工艺相对桥面上锚固困难，高墩施工时存在一定的安全风险；而且挂篮内操作空间有限，监理等人员不能现场监督施工质量。
(2)上弯负弯矩钢束并在桥面上开浅槽锚固。如图2所示，该形式的缺陷在于：锚固齿块占据部分整体化层，使该处桥面整体化层厚度变薄且质量控制困难，容易开裂，开裂位置位于顶板，耐久性存在一定的隐患；需截断桥面板上缘钢筋，钢筋恢复焊接质量不易控制；采用在顶板开天窗的构造形式，也带来纵横向钢筋连接质量不高、前后施工混凝土结合不良等质量问题，影响天窗处顶板的结构受力性能；只能使用扁锚，预埋顶板扁波纹施工质量不易控制，管易变形，穿束困难、灌浆质量难保证；预留槽口回填混凝土体积小，回填质量不易控制，回填混凝土在达到设计强度过程中，因混凝土收缩而产生裂缝，桥面水易渗透裂缝侵入锚固区影响锚具的耐久性。
(3)加厚T梁翼板并在T梁翼板上开深槽锚固。如图3～图6所示，该形式的缺陷在于：槽口在翼缘上开挖部分的钢筋和预制梁内的钢筋没有有效连接，对结构受力不利，影响结构的安全性；锚固钢束开挖槽口和翼缘板钢筋布置存在干扰；只能使用扁锚，预埋顶板扁波纹施工质量不易控制，管易变形，穿束困难、灌浆质量难保证；预留槽口回填混凝土体积小，回填质量不易控制，回填混凝土在达到设计强度过程中，因混凝土收缩而产生裂缝，桥面水易渗透裂缝侵入锚固区影响锚具的耐久性。
(4)加厚T梁翼板并在T梁翼板上开孔预留张拉槽锚固。如图7所示，该形式的缺陷在于：T梁翼板内部中普通钢筋必须在预留张拉槽处截断，T梁承载力受到削弱；预留张拉槽混凝土龄期与周围混凝土龄期相差很大，收缩徐变开裂问题突出；预留张拉槽回天混凝土体积小，回填质量不易控制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带有钢束张拉连接器的简支变连续桥梁施工方法，通过改进桥梁结构及施工工艺，克服目前因负弯矩区段构造形式不合理所带来的桥梁质量问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带有钢束张拉连接器的简支变连续桥梁施工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)预制T梁：沿T梁纵向在T梁钢筋笼两端处绑扎波纹管，使波纹管一段置于T梁钢筋笼中，一段伸出T梁钢筋笼；浇注混凝土前将钢束穿入波纹管，并在置于T梁钢筋笼中的钢束端头处设置锚固装置；最后浇注混凝土将锚固装置、部分波纹管及钢束预制在T梁内；
(2)按照常规施工流程架设预制好的T梁形成简支梁，并使T梁中伸出T梁端头的波纹管及钢束位于湿接缝区；
(3)在湿接缝区安装湿接缝钢筋笼并预留张拉槽；
(4)浇筑张拉槽外的湿接缝混凝土；
(5)在伸出T梁的钢束端头固设钢束锚固器，并通过在钢束锚固器外套装连接旋紧器将位于湿接缝区两侧的钢束相连接，钢束锚固器与连接旋紧器间螺纹配合；
(6)待湿接缝区的混凝土强度和弹性模量达到设计值的90％后，通过施力设备对连接旋紧器作用实现钢束张拉；张拉旋紧时，将湿接缝区两侧钢束的引伸量、连接旋紧器的旋紧力矩作为张拉旋紧的双控条件实时监测；张拉完成后，向连接旋紧器上的预留孔灌浆；
(7)后使用超高性能混凝土现浇预留的张拉槽。
进一步，步骤(6)中的施力设备为液压力矩扳手。
进一步，步骤(6)中所述的双控条件是经过运算得出，通过标定钢束锚固器与连接旋紧器间的旋紧力矩、钢束上的张拉力以及施力设备油压之间的关系，将旋紧力矩或者钢束张拉力动态显示为油压值，实现钢束张拉过程的检测与控制。
本发明的有益效果在于：该钢束张拉连接器直接沿T梁纵向预先埋置于T梁内，并在T梁间的湿接缝区张拉；使得现有墩顶负弯矩区的曲线型钢束转变为直线束，减小了管道摩擦引起的预应力损失。而张拉槽从预制T梁翼板顶部转移到湿接缝区域，一方面，避免了钢筋在T梁内部断开，极大地减小了(预留)张拉槽对T梁承载力的影响；另一方面，极大地缩短了预留张拉槽内混凝土及其周围混凝土龄期的差异，大大减小了由于龄期差异而出现的混凝土收缩、徐变应力；另外，该钢束张拉器还能将扁锚调整为圆锚，在提高连接可靠性的同时进一步减小了预应力损失。从施工过程来看，将钢束张拉的施工工序由当前的“先张拉后锚固”调整为“先锚固后张拉”，消除了锚具回缩造成的预应力损失。将波纹管单端注浆调整为中间注浆，通过减小注浆距离极大提高了波纹管内部注浆的饱满度，减小了波纹管内钢束的锈蚀风险。
总的来说，该桥梁体系解决了简支变连续T梁负弯矩区段混凝土顶板的开裂问题，消除了顶板预应力、钢束预应力损失大的顽疾，简化了简支变连续负弯矩区段负弯矩钢束复杂的施工工序，解决了施工槽口/预留张拉槽内混凝土和周围混凝土龄期相差大，收缩徐变开裂严重的问题，也消除了施工槽口/预留张拉槽处顶板钢筋截断所造成的承载力下降的问题。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为在T梁翼缘板设锚固齿板锚固的示意图；
图2为上弯负弯矩钢束并在桥面上开浅槽锚固的示意图；
图3为加厚T梁翼板并在T梁翼板上开深槽锚固的示意图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为图3的B-B剖视图；
图6为图3的C-C剖视图；
图7为加厚T梁翼板并在T梁翼板上开孔预留张拉槽锚固的示意图；
图8为钢束张拉连接器的结构示意图；
图9为带有钢束张拉连接器的桥梁构造示意图；
图10为带有预留张拉槽的桥梁构造示意图；
图11为图10的俯视图；
图12为浇筑了预留张拉槽的桥梁构造示意图；
图13为图12的俯视图；
图14为连接旋紧机构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
设置在桥梁中的钢束张拉连接器包括波纹管1以及插装在波纹管1内的钢束2，钢束2一端设有锚固装置3，还包括与钢束2另一端相配合的连接旋紧机构4；连接旋紧机构4主要由钢束锚固器41及连接旋紧器42组成，连接旋紧器42套装在钢束锚固器41外且与钢束锚固器41的外周螺纹配合。锚固装置3为常规结构组成，包括夹持在钢束2端头处的锚固块31及与锚固块31相配合的锚固钢板32，还包括套装在波纹管1外且位于锚固钢板32内侧的螺旋钢筋33。该部分装置作为锚固端直接预制在T梁中。
该带有钢束张拉连接器桥梁的简支变连续施工方法具体步骤为：
(1)预制T梁：沿T梁5纵向在T梁钢筋笼两端处绑扎波纹管1，使波纹管一段置于T梁钢筋笼中，一段伸出T梁钢筋笼；浇注混凝土前将钢束2穿入波纹管，并在置于T梁钢筋笼中的钢束端头处设置锚固装置3；最后浇注混凝土将锚固装置、部分波纹管及钢束预制在T梁内；该步骤中，波纹管及钢束水平预制在T梁的桥面板处，这样墩顶处后期形成的负弯矩区即可由现有的曲线型钢束转变为直线束。而钢束与T梁同时预制的过程，也可使钢束张拉的施工工序由现有的“先张拉后锚固”调整为“先锚固后张拉”。
(2)按照常规施工流程架设预制好的T梁形成简支梁，并使T梁中伸出T梁端头的波纹管及钢束位于湿接缝区6。
(3)在湿接缝区6安装湿接缝钢筋笼并预留张拉槽；
(4)浇筑张拉槽外的湿接缝混凝土；伸出T梁的钢束作为张拉端，且其位于湿接缝区，改变了预留张拉槽的位置，可降低桥梁的施工难度，也消除了预留张拉槽对T梁承载力的影响；同时，因预留张拉槽与湿接缝区同期施工，也缩短了预留张拉槽内混凝土及其周围混凝土龄期的差异。
(5)在伸出T梁的钢束端头固设钢束锚固器41，并通过在钢束锚固器41外套装连接旋紧器42将位于湿接缝区6两侧的钢束2相连接，钢束锚固器与连接旋紧器间螺纹配合；
(6)待湿接缝区的混凝土强度和弹性模量达到设计值的90％后，通过施力设备对连接旋紧器作用实现钢束张拉；张拉旋紧时，将湿接缝区两侧钢束的引伸量、连接旋紧器的旋紧力矩作为张拉旋紧的双控条件实时监测；张拉完成后，向连接旋紧器上的预留孔灌浆；
施力设备可选用液压力矩扳手，利用液压力矩扳手实现连接旋紧器的旋钮调节，进而实现两侧钢束的同步张拉，与目前的千斤顶张拉等常规方式相比，施工效率更高且不会产生预应力损失。
(7)后使用超高性能混凝土现浇预留的张拉槽。此处特别采用超高性能混凝土(UHPC)浇筑，以弥补张拉槽处钢筋截断所带来的负弯矩区段混凝土桥面板承载能力下降的问题。
(8)按照常规施工流程完成简支梁变连续梁体系转换，后期桥面铺装。
步骤(6)中，双控条件是经过运算得出，对连接旋紧器42作用的液压力矩扳手可以将油压转变为扭矩，通过标定钢束锚固器与连接旋紧器间的旋紧力矩、钢束上的张拉力以及液压力矩扳手油压之间的关系，将旋紧力矩或者钢束张拉力动态显示为油压值，通过实时监测，实现钢束张拉过程的检测与控制。
上述步骤中，湿接缝区6的浇筑不是一次完成的，而是先浇筑张拉槽外的混凝土，然后待负弯矩钢束张拉完成后再浇筑张拉槽内混凝土，分两次进行，降低桥梁的施工难度，消除预留张拉槽对T梁承载力的影响。
还需要说明的是，上述的连接旋紧器42为套筒结构，其内壁上沿轴向设有两段旋向相反的螺纹，各段螺纹对应与一侧的钢束锚固器41相连接，两段旋向相反的螺纹可以实现两侧锚具的相向运动及钢束的同步张拉。连接旋紧器42上设有灌浆孔，以实现钢束锚固器41与连接旋紧器42的锁定，在钢束张拉完成后，向灌浆孔内灌浆实现锁定步骤，后再进行湿接缝的二次浇筑(张拉槽内混凝土浇筑)。
该钢束张拉连接器直接沿T梁纵向预制在T梁中，并在T梁间的湿接缝区6张拉；使得现有墩顶负弯矩区的曲线型钢束转变为直线束，减小了管道摩擦引起的预应力损失；而张拉槽从预制T梁翼板顶部转移到湿接缝区域，一方面，避免了钢筋在T梁内部断开，极大地减小了(预留)张拉槽对T梁承载力的影响；另一方面，极大地缩短了预留张拉槽内混凝土及其周围混凝土龄期的差异，大大减小了由于龄期差异而出现的混凝土收缩、徐变应力；另外，该钢束张拉器还能将扁锚调整为圆锚，在提高连接可靠性的同时进一步减小了预应力损失。从施工过程来看，将钢束张拉的施工工序由当前的“先张拉后锚固”调整为“先锚固后张拉”，消除了锚具回缩造成的预应力损失。
由于钢束的连接张拉位置处于两T梁首尾相接的湿接缝段，使得波纹管的注浆位置由现有的单端注浆调整为中间注浆，从而减小了注浆距离，极大提高了波纹管内部注浆的饱满度，进而减小了波纹管内钢束的锈蚀风险。
总的来说，该桥梁体系解决了简支变连续T梁负弯矩区段混凝土顶板的开裂问题，消除了顶板预应力、钢束预应力损失大的顽疾，简化了简支变连续负弯矩区段负弯矩钢束复杂的施工工序，解决了施工槽口/预留张拉槽内混凝土和周围混凝土龄期相差大，收缩徐变开裂严重的问题，也消除了施工槽口/预留张拉槽处顶板钢筋截断所造成的承载力下降的问题。解决了现有技术中负弯矩区域构造形式不合理，施工难度大、质量不易保证等问题。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种带有钢束张拉连接器的简支变连续桥梁施工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)预制T梁：沿T梁纵向在T梁钢筋笼两端处绑扎波纹管，使波纹管一段置于T梁钢筋笼中，一段伸出T梁钢筋笼；浇注混凝土前将钢束穿入波纹管，并在置于T梁钢筋笼中的钢束端头处设置锚固装置；最后浇注混凝土将锚固装置、部分波纹管及钢束预制在T梁内；
(2)按照常规施工流程架设预制好的T梁形成简支梁，并使T梁中伸出T梁端头的波纹管及钢束位于湿接缝区；
(3)在湿接缝区安装湿接缝钢筋笼并预留张拉槽；
(4)浇筑张拉槽外的湿接缝混凝土；
(5)在伸出T梁的钢束端头固设钢束锚固器，并通过在钢束锚固器外套装连接旋紧器将位于湿接缝区两侧的钢束相连接，钢束锚固器与连接旋紧器间螺纹配合；
(6)待湿接缝区的混凝土强度和弹性模量达到设计值的90％后，通过施力设备对连接旋紧器作用实现钢束张拉；张拉旋紧时，将湿接缝区两侧钢束的引伸量、连接旋紧器的旋紧力矩作为张拉旋紧的双控条件实时监测；张拉完成后，向连接旋紧器上的预留孔灌浆；
(7)后使用超高性能混凝土现浇预留的张拉槽。
2.根据权利要求1所述的带有钢束张拉连接器的简支变连续桥梁施工方法，其特征在于：步骤(6)中的施力设备为液压力矩扳手。
3.根据权利要求2所述的带有钢束张拉连接器的简支变连续桥梁施工方法，其特征在于：步骤(6)中所述的双控条件是经过运算得出，通过标定钢束锚固器与连接旋紧器间的旋紧力矩、钢束上的张拉力以及施力设备油压之间的关系，将旋紧力矩或者钢束张拉力动态显示为油压值，实现钢束张拉过程的检测与控制。
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