CN109235224B - 一种预应力混凝土连续t梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力混凝土连续T梁，包括由梁肋和翼板构成的T梁主体，所述T梁主体上设置有防腐蚀装置和加固装置，所述防腐蚀装置包括设置在梁肋表面的碳纤维布、设置在碳纤维布内部的热能输出装置、设置在翼板内的压力能驱动装置、以及设置在热能输出装置和压力能驱动装置之间的控制装置，所述热能输出装置为设置在碳纤维布内部的电热网，所述压力能驱动装置用于将翼板顶部所受压力转化为电能并为热能输出装置供能，所述压力能驱动装置包括压力发电组件和蓄电池组，所述防腐蚀装置还包括设置在T梁主体内部与钢筋电性相连的导电杆，结构强度高，使用时不易出现裂缝，同时可以有效防止T梁被腐蚀，保证T梁的结构强度和实用寿命。

Description

一种预应力混凝土连续T梁

技术领域

本发明涉及桥梁预制件技术领域，具体为一种预应力混凝土连续T梁。

背景技术

指横截面形式为T型的梁。两侧挑出部分称为翼缘，其中间部分称为梁肋(或腹板)。由于其相当于是将矩形梁中对抗弯强度不起作用的受拉区混凝土挖去后形成的。与原有矩形抗弯强度完全相同外，却既可以节约混凝土，又减轻构件的自重，提高了跨越能力。

承重结构由配筋混凝土的上翼缘和梁肋结合而成的梁式桥称为T形梁桥，因主梁的截面形状如英文字母T而得名。T形梁截面受压区利用耐压的混凝土做成翼缘板并兼作桥面；受拉区用钢筋或预应力钢筋承受拉力。T形截面随着翼板的宽度增大，可使受压区高度减小，内力偶臂增大，使所需的受拉钢筋面积减小。判断一个截面是否属于T形截面，不是看截面本身形状，而是看其翼板是否参加抗压作用。

T型梁是公路装配式桥梁中经常采用的一种上部结构形式。与空心板、小箱梁这两种常用的装配式预制结构相比，T型梁的截面效率指标最高，经济跨度最大；与现浇连续梁相比，预制T梁采用“先简支后连续施工”的方法，将简支梁的批量预制生产和连续梁的优越性结合起来，实现批量预制生产的方式来加快连续梁的建设，降低施工难度，保证施工质量，加快施工进度，降低工程造。

申请号为201711465472.4的中国发明专利公开了一种预制T梁及其施工方法，该方案采用分批预制与吊装配合的工作模式，能够极大加快施工进度；当吊装完成后，保证螺纹钢筋伸出桥面板，通过在螺纹钢筋与通孔的间隙灌入环氧砂浆混凝土，能够提高桥面板与纵梁的连接强度，保证桥梁整体的稳定性和结构强度；此外，防水层能够提高桥梁的防水性能，避免雨水伸入桥梁内部并腐蚀减震组件，而保护层能够降低桥梁表面开裂的风险，延长桥梁正常使用寿命。可见，采用上述技术方案，不仅能够大大加快施工进度，降低施工难度，而且在桥梁建造完成后，桥梁的抗震性能和使用寿命均极大提高。

但是上述方案中的T梁结构在长期的运营状态下许多梁肋损伤比较严重，出现其强度不足、耐久性和安全性过低等现象，同时防腐蚀效果较差，在T梁出现裂缝之后不能对有效防止裂缝被腐蚀，影响T梁的使用寿命。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种结构强度高，使用时不易出现裂缝，同时可以有效防防止T梁被腐蚀，保证T梁的结构强度和实用寿命的预应力混凝土连续T梁，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种预应力混凝土连续T梁，包括由梁肋和翼板构成的T梁主体，所述T梁主体上设置有防腐蚀装置和加固装置，所述防腐蚀装置包括设置在梁肋表面的碳纤维布、设置在碳纤维布内部的热能输出装置、设置在翼板内的压力能驱动装置、以及设置在热能输出装置和压力能驱动装置之间的控制装置；

所述热能输出装置为设置在碳纤维布内部的电热网，所述压力能驱动装置用于将翼板顶部所受压力转化为电能并为热能输出装置供能，所述压力能驱动装置包括压力发电组件和蓄电池组，所述蓄电池组与电热网电性相连；

所述防腐蚀装置还包括设置在T梁主体内部的导电杆，所述导电杆与T梁主体内的钢筋电性相连，所述导电杆延伸出T梁主体且与碳纤维布内的电热网电性相连。

进一步地，所述加固装置包括设置在梁肋内的固定杆，所述固定杆延伸出梁肋，所述梁肋外部设置有加强板，所述加强板上设置有通孔，所述固定杆穿过通孔，同时所述固定杆上设置有紧固螺丝。

进一步地，所述加固装置还包括设置在梁肋内的预埋板，所述固定杆与预埋板相连，且所述固定杆与预埋板之间一体成型。

进一步地，所述压力发电组件包括设置依次连接的压电晶体、电能输出端子和转换控制器，所述转换控制器与蓄电池组相连。

进一步地，所述压电晶体设置翼板顶面以下10～15厘米的位置，所述电能输出端子、转换控制器和蓄电池组位于梁肋内部或外部。

进一步地，所述压电晶体的材质为α-石英、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs和钛酸钡之中的一种或者几种，所述蓄电池组由多个蓄电池单元组成。

进一步地，所述控制装置包括设置水浸传感器、控制芯片和驱动开关，所述驱动开关连接于电能网与蓄电池组之间，所述控制芯片与水浸传感器相连，所述驱动开关与控制芯片相连。

进一步地，所述水浸传感器设置在碳纤维布内部，所述控制芯片和和驱动开关设置在梁肋内部或外部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过设置加固装置，采用加强板对梁肋进行加固处理，同时通过固定杆和紧固螺丝对加强板进行锚固，加强板套箍在T梁的梁肋上，使T梁局部截面处于单轴受压状态，在跨中部分加强板混凝土连续T梁抗压，在两端部分固定杆协助T梁箍筋或弯起钢筋抵抗剪力，另外，以机械式为主的加固、锚固方式又避免了发生脆性破坏的可能，实现了对T梁无损伤加固与锚固双重功能。本发明结构充分利用了加强板、顶钢板和固定杆的力学特性，实现一种结构合理、造价低，施工简便的用于复合加固T梁的组合结构；

(2)本发明通过设置防腐蚀装置，其中碳纤维布可以使加强板和梁肋表面之间结合的更加紧密，从而加强对梁肋的保护能力，同时固定杆可以有效得提供竖向抵抗力，从而较大程度上提高碳纤维布的利用率，对提高T梁主体的极限承载力、刚度以及限制裂缝的发展有较大的意义，通过紧固螺丝对固定杆施加一定的预紧力相当于对碳纤维布施加一定的预紧力，从而有效的抵抗梁体底侧的竖向拉力，一定程度上防止碳纤维布的剥离，提高了梁体的承载能力；

(3)本发明加固装置中加强板覆盖在梁肋的表面，避免空气、水汽和雨水与梁肋直接接触，降低了梁肋的被侵蚀速度，从而保护T梁，同时本发明防腐蚀装置中的碳纤维布位于加强板和梁肋之间，可以使加强板和梁肋表面之间结合的更加紧密，上避免空气、水汽和雨水与梁肋直接接触，加强对T梁的保护能力；

(4)在本发明的防腐蚀装置中，碳纤维布内部设置有电热网，当电热网通电时产生热量，从而将加强板余梁肋之间存在的水分蒸干，从而两者之间区域的干燥，从而有有效防止雨水和水汽侵蚀梁肋，保证T梁主体的结构强度，延长T梁主体的使用寿命；

(5)在本发明的防腐蚀装置中，T梁主体内设置有导电杆，位于T梁主体内的导电杆与钢筋相连，延伸处T梁主体外的导电杆与电热网相连，当电热网通电时，电流会沿着导电杆进入T梁主体内钢筋，钢筋作为被保护的阴极，电路中的电子在外加电源的电势能作用下，流向钢筋，使钢筋产生阴极极化，增强了对T梁中钢筋锈蚀的抑制，消除锈蚀对T梁使用寿命的影响；

(6)通过设置压力能驱动装置，可以将T梁受到的压力转化为电能储存起来，再为防腐蚀装置的运行提供能量，使得整个装置无需外加能源功能，降低能耗，同时通过设置控制装置，在水汽浓度高时电热网和导电杆通电工作，为T梁提供防腐蚀保护，在水汽浓度低时电热网和导电杆断电，一方面可以节省能源，另一方面可以便民电热网持续工作而烧毁防腐蚀装置，同时避免T梁受到损害。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明防腐蚀装置结构示意图；

图3为本发明压力能驱动装置的结构示意图；

图4为本发明控制装置的结构示意图。

图中标号：

1-防腐蚀装置；2-加固装置；3-压力能驱动装置；4-控制装置；5-梁肋；6-翼板；

101-碳纤维布；102-电热网；103-导电杆；

201-固定杆；202-加强板；203-通孔；204-紧固螺丝；205-预埋板；

301-压力发电组件；302-蓄电池组；303-压电晶体；304-电能输出端子；305-转换控制器；

401-水浸传感器；402-控制芯片；403-驱动开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明提供了一种预应力混凝土连续T梁，包括由梁肋5和翼板6构成的T梁主体，T梁主体上设置有防腐蚀装置1和加固装置2，如图1所示，在本发明中，加固装置2包括设置在梁肋5内的固定杆201，固定杆201延伸出梁肋5，梁肋5外部设置有加强板202，加强板202上设置有通孔203，固定杆201穿过通孔203，同时固定杆201上设置有紧固螺丝204，加固装置2还包括设置在梁肋5内的预埋板205，固定杆201与预埋板205相连，且固定杆201与预埋板205之间一体成型。

在本发明中，通过采用加强板202对梁肋5进行加固处理，同时通过固定杆201和紧固螺丝204对加强板202进行锚固，加强板202套箍在T梁的梁肋5上，使T梁局部截面处于单轴受压状态，在跨中部分加强板202混凝土连续T梁抗压，在两端部分固定杆201协助T梁箍筋或弯起钢筋抵抗剪力；另外，以机械式为主的加固、锚固方式又避免了发生脆性破坏的可能，实现了对T梁无损伤加固与锚固双重功能。本发明结构充分利用了加强板202、顶钢板和固定杆201的力学特性，实现一种结构合理、造价低，施工简便的用于复合加固T梁的组合结构。

值得说明的是，现有技术中在对T梁进行加固时，都是在主要受力结构T梁梁肋5上钻孔后埋设螺杆，这样破坏主梁混凝土，损伤或割断梁内钢筋，利用螺杆锚固在主梁上的反力来防止加固钢板剥离，这就使本已受损的主梁“雪上加霜”，受到二次损伤，同时，如果埋置螺杆不够坚固，也会出现被拔出的可能。本发明中固定杆201与预埋板205一体成型，且固定杆201与预埋板205呈T形结构，可以有效防止固定杆201从梁肋5上脱落，从而保证加固装置的结构完整性，同时可以避免在梁肋5上钻孔对梁肋5造成的破坏，保护T梁。

如图1、图2、图3和图4所示，在本发明中，防腐蚀装置1包括设置在梁肋5表面的碳纤维布101、设置在碳纤维布101内部的热能输出装置，防腐蚀装置1还包括设置在T梁主体内部的导电杆103，导电杆103与T梁主体内的钢筋电性相连，导电杆103延伸出T梁主体且与碳纤维布101内的电热网102电性相连。

在本发明中，由于加强板202覆盖在梁肋5的表面上，可以降低梁肋5表面与空气的直接接触面积，避免梁肋5上出现裂缝或避免梁肋5上裂缝过大，同时避免梁肋5内部钢筋锈蚀破坏，保证梁肋5的结构强度。为了强化上述结构对梁肋5的保护能力，本发明设置在加强板202和梁肋5表面之间设置了碳纤维布101，碳纤维布101可以使加强板202和梁肋5表面之间结合的更加紧密，从而加强对梁肋5的保护能力。同时固定杆201可以有效得提供竖向抵抗力，从而较大程度上提高碳纤维布101的利用率，对提高T梁主体的极限承载力、刚度以及限制裂缝的发展有较大的意义，通过紧固螺丝204对固定杆201施加一定的预紧力相当于对碳纤维布101施加一定的预紧力，从而有效的抵抗梁体底侧的竖向拉力，一定程度上防止碳纤维布101的剥离，提高了梁体的承载能力。

需要进一步说明的是，上述说明介绍了防腐蚀装置1中碳纤维布101对T梁主体的加固作用，主要介绍的是碳纤维布101自身的作用以及碳纤维布101与加固装置2结合时产生的效果，不但可以为T梁主体提供加固作用，还可以减小T梁主体与空气、雨水等易于腐蚀T梁主体的物品接触的机会，从而提高T梁主体的防腐蚀能力，但上述作用只是防腐蚀装置1及碳纤维布101的次要作用，在防腐蚀装置1中，碳纤维布101内部设置有电热网102，当电热网102通电时产生热量，从而将加强板202余梁肋5之间存在的水分蒸干，从而两者之间区域的干燥，从而有有效防止雨水侵蚀梁肋5，保证T梁主体的结构强度，延长T梁主体的使用寿命。

在本发明中，防腐蚀装置1除了上述结构想相结合产生防腐蚀能力外，还可以通过向T梁主体内钢筋通电，T梁主体内设置有导电杆103，位于T梁主体内的导电杆103与钢筋相连，延伸处T梁主体外的导电杆103与电热网102相连，当电热网102通电时，电流会沿着导电杆103进入T梁主体内钢筋，钢筋作为被保护的阴极，电路中的电子在外加电源的电势能作用下，流向钢筋，使钢筋产生阴极极化，增强了对T梁中钢筋锈蚀的抑制，消除锈蚀对T梁使用寿命的影响。

需要进一步说明的是，由于防腐蚀装置1中电热网102需要通电而产热，导电杆103也需要通电才能保护钢筋，位于给上述装置供能，本发明设置了压力能驱动装置3，压力能驱动装置3可以将受到的压力转化为电能储存起来，再向电热网102和导电杆103，使得二者工作，持续为T梁主体提供防腐蚀保护。

如图1和图3所示，本发明中压力能驱动装置3包括压力发电组件301和蓄电池组302，蓄电池组302与电热网102电性相连，压力发电组件301包括设置依次连接的压电晶体303、电能输出端子304和转换控制器305，转换控制器305与蓄电池组302相连。压电晶体303设置翼板6顶面以下10～15厘米的位置，电能输出端子304、转换控制器305和蓄电池组302位于梁肋5内部或外部。

压电晶体303的材质为α-石英、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs和钛酸钡之中的一种或者几种，压电晶体303被挤压或拉伸时，其两端会产生不同的电荷，这种效应被称为压电效应。当车辆经过T梁上方的桥面时，压电晶体303就会将路面压力能转化为电能。

转换控制器305的具体结构为：内置有PCB(Printed Circuit Board，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板)控制电路板，由该PCB控制电路板形成一个微型单片机并储存控制程序，由PCB控制电路板对压力发电组件301输出的电能进行稳压、稳流。转换控制器305与蓄电池组302电气连接，这样通过压力发电组件301生成的电能通过转换控制器305输送至蓄电池组302内。

蓄电池组302由多个蓄电池单元组成，全部的蓄电池单元串联连接，此种设置可以保证每一个蓄电池单元都能够输出比较大的电流，并且可以提高蓄电池组302的输出电压。

压力发电组件301中的压电晶体303在翼板6产生的压力F1与地基的作用力F2的共同作用下被挤压或拉伸并产生压电效应，从而使压力发电组件301产生电能，在转换控制器305的控制下，压力发电组件301将电能提供给蓄电池组302，之后蓄电池组302将电能储存起来，当蓄电池组302内存储有电能后，蓄电池组302通过线路为电热网102提供电能。

如图2和图4所示热能输出装置和压力能驱动装置3之间设置有控制装置4，控制装置4包括设置水浸传感器401、控制芯片402和驱动开关403，驱动开关403连接于电能网102与蓄电池组302之间，控制芯片402与水浸传感器401相连，驱动开关403与控制芯片402相连，水浸传感器401设置在碳纤维布101内部，控制芯片402和和驱动开关403设置在梁肋5内部或外部。

在干燥天气下，加强板202与梁肋5表面之间存在的水汽较少，水汽对梁肋5的侵蚀十分缓慢，不会影响梁肋5的正常使用和使用寿命，而当天气潮湿时，水汽浓度较大，会加剧梁肋5的被侵蚀速度，在下雨且雨水沿着加强板202与梁肋5之间的缝隙浸在梁肋5表面上时，梁肋5的被侵蚀速度最大，为了避免水汽和雨水对梁肋5持续侵蚀，电热网102会通电产热，使得碳纤维布101的温度升高，进而使梁肋5表面保持干燥，达到防侵蚀的目的。

值得说明的是，上述说明中水汽浓度的检测是通过水浸传感器401达到的，水浸传感器401是基于液体导电原理，用电极探测是否有水存在，再用传感器转换成干接点输出。水浸传感器可分为接触式水浸探测器和非接触式水浸探测器。其中接触式水浸探测器利用液体导电原理进行检测，正常时两极探头被空气绝缘；在浸水状态下探头导通，传感器输出干接点信号。当探头浸水高度约1毫米时，即产生告警信号。

非接触式水浸探测器利用光在不同介质截面的折射与反射原理进行检测。塑料半球内放置有LED和光电接收器，当探测器置于空气中时，因全反射，绝大部分LED光子被光电接收器接收；当靠近半球表面时，由于光的折射，光电接收器接收到的LED光子将会减少，从而输出也发生改变。

本发明中水浸传感器401采用非接触式，控制芯片402采用市面上常见的51系列单片机或HPC系列单片机中的一种，驱动开关403正常情况下处于关段状态，从而使电热网102及导电杆103处于断电状态。水浸传感器401会检测梁肋5的水汽浓度，并将检测的信息传递给控制芯片402，控制芯片402会对受到的信息分析判断，同时控制芯片402内设置有浓度极值，当空气中的水汽浓度过高或者有水流流过水浸传感器401时，控制芯片402会控制驱动开关403闭合，电热网102及导电杆103通电开始运作。

本发明中加固装置2和防腐蚀装置1相结合，加固装置2可以为梁肋5提供加固作用和防腐蚀作用，防腐蚀装置1也可以为梁肋5提供加固作用和防腐蚀作用，而防腐蚀装置1结构中防腐蚀的下过来源有三种，所以本发明通过两种方式对T梁进行加固处理，四种方式来对T梁进行防腐蚀处理，强化对T梁的加固和防腐蚀效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种预应力混凝土连续T梁，其特征在于：包括由梁肋(5)和翼板(6)构成的T梁主体，所述T梁主体上设置有防腐蚀装置(1)和加固装置(2)，所述防腐蚀装置(1)包括设置在梁肋(5)表面的碳纤维布(101)、设置在碳纤维布(101)内部的热能输出装置、设置在翼板(6)内的压力能驱动装置(3)、以及设置在热能输出装置和压力能驱动装置(3)之间的控制装置(4)；

所述热能输出装置为设置在碳纤维布(101)内部的电热网(102)，所述压力能驱动装置(3)用于将翼板(6)顶部所受压力转化为电能并为热能输出装置供能，所述压力能驱动装置(3)包括压力发电组件(301)和蓄电池组(302)，所述蓄电池组(302)与电热网(102)电性相连；

所述防腐蚀装置(1)还包括设置在T梁主体内部的导电杆(103)，所述导电杆(103)与T梁主体内的钢筋电性相连，所述导电杆(103)延伸出T梁主体且与碳纤维布(101)内的电热网(102)电性相连。

2.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土连续T梁，其特征在于：所述加固装置(2)包括设置在梁肋(5)内的固定杆(201)，所述固定杆(201)延伸出梁肋(5)，所述梁肋(5)外部设置有加强板(202)，所述加强板(202)上设置有通孔(203)，所述固定杆(201)穿过通孔(203)，同时所述固定杆(201)上设置有紧固螺丝(204)。

3.根据权利要求2所述的一种预应力混凝土连续T梁，其特征在于：所述加固装置(2)还包括设置在梁肋(5)内的预埋板(205)，所述固定杆(201)与预埋板(205)相连，且所述固定杆(201)与预埋板(205)之间一体成型。

4.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土连续T梁，其特征在于：所述压力发电组件(301)包括设置依次连接的压电晶体(303)、电能输出端子(304)和转换控制器(305)，所述转换控制器(305)与蓄电池组(302)相连。

5.根据权利要求4所述的一种预应力混凝土连续T梁，其特征在于：所述压电晶体(303)设置翼板(6)顶面以下10～15厘米的位置，所述电能输出端子(304)、转换控制器(305)和蓄电池组(302)位于梁肋(5)内部或外部。

6.根据权利要求4或5所述的一种预应力混凝土连续T梁，其特征在于：所述压电晶体(303)的材质为α-石英、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs和钛酸钡之中的一种或者几种，所述蓄电池组(302)由多个蓄电池单元组成。

7.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土连续T梁，其特征在于：所述控制装置(4)包括设置水浸传感器(401)、控制芯片(402)和驱动开关(403)，所述驱动开关(403)连接于电热网(102)与蓄电池组(302)之间，所述控制芯片(402)与水浸传感器(401)相连，所述驱动开关(403)与控制芯片(402)相连。

8.根据权利要求7所述的一种预应力混凝土连续T梁，其特征在于：所述水浸传感器(401)设置在碳纤维布(101)内部，所述控制芯片(402)和驱动开关(403)设置在梁肋(5)内部或外部。

Images