CN109610349B - 一种内置斜编网片的pc箱梁腹板加固结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固结构及方法。本发明将由纵向钢绞线、横向钢绞线、对角钢绞线编织而成的钢绞线网片放置于施工过程中已绑扎好的半成品钢筋笼两侧腹板内。钢绞线网片的大小、纵向钢绞线、横向钢绞线的布置间距根据半成品钢筋笼的规格确定。钢绞线网片同腹板纵筋、U型箍筋的接触部分，纵向钢绞线、横向钢绞线、对角钢绞线之间的接触部分，均先胶粘结再绑扎连接；钢绞线网片通过锚固连接于固定用钢片上。固定用钢片由横截面钢片和纵截面钢片焊接成整体。钢绞线网片固定完毕后再按正常工序完成整个钢筋笼的绑扎、支模和混凝土浇筑。整体结构的抗弯能力和抗剪能力增强，避免过早产生结构裂缝。

Description

一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固结构及方法
技术领域
本发明涉及一种内置斜编网片的PC(预应力钢筋混凝土)箱梁腹板加固结构及方法，属结构工程领域，亦属桥梁结构领域。
背景技术
现代交通运输枢纽中，公、铁路桥梁已成为生命线工程。预应力箱梁是桥梁结构中常用的形式之一，是一种典型的弯、剪、扭复合受力构件，其主要有顶板、底板、两侧腹板和翼缘板四个部分。在长期的车辆疲劳荷载下，桥梁结构随着使用年限的增加会带有不同程度的疲劳损伤，尤其箱梁的二分之一跨至四分之一跨腹板部位，疲劳损伤尤其严重，常常由于腹板混凝土的抗拉能力满足不了实际工况中的拉力要求而过早产生开裂暴露梁内钢筋，从而引发钢筋锈蚀、混凝土剥落一系列问题，使得桥梁结构在运营阶段的刚度和强度大打折扣，降低了材料的耐久性和结构的承载性能。
目前，针对箱梁腹板易开裂问题，常用的解决办法有增大截面行加固如增设主筋法、增大梁肋法、加厚桥面板法等，体外预应力加固如预应力拉杆加固法、增设纵梁加固法、钢板锚固法等，这些措施多为补救性措施，在加固结构的同时也因二次施工带来了结构本身强度削弱且操作复杂的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有运营箱型梁桥中存在的腹板过早开裂问题，提供一种基于箱梁腹板受力机理、可有效抑制腹板裂纹过早出现或开展、缓解腹板混凝土疲劳损伤的PC箱梁腹板加固结构。
本发明的另一目的在于提供一种无需二次施工、整体性强、操作方便、基于PC箱梁腹板受力机理、利用钢绞线的高强抗拉性能、从设计和施工源头改善箱梁腹板因主压应力过大而过早开裂的问题，提高结构腹板的抗剪能力，延长PC箱梁的疲劳寿命，增强其耐久性的加固结构及方法。
针对上述目的，本发明通过以下技术方法实现：
一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固结构，包括半成品钢筋笼(1)，其中半成品钢筋笼(1)包括完整底板钢筋和腹板钢筋中的U型箍筋(5)，还包括钢绞线网片(2)；钢绞线网片(2)固定于半成品钢筋笼(1)两侧腹板处，具体位置为腹板的U型箍筋(5)内侧；钢绞线网片(2)由纵向钢绞线(6)、横向钢绞线(7)和对角钢绞线(8)编织而成，纵向钢绞线(6)水平布置，横向钢绞线(7)垂直布置，纵向钢绞线(6)与横向钢绞线(7)构成基础框架，对角钢绞线(8)成十字交叉状固定于基础框架上。
其中，半成品钢筋笼(1)为结构设计完毕、在施工过程中的钢筋笼绑扎阶段、且已完成底板钢筋绑扎及腹板处部分钢筋绑扎的钢筋笼。本发明所用钢绞线网片(2)需在结构设计中进行配筋验算，防止超筋梁或少筋梁发生。所述横向钢绞线(7)每条均为通长，每两根横向钢绞线(7)间的对角钢绞线(8)也可选通长，以保证钢绞线网片(2)的整体性。
所述基础框架的整体高度h0小于半成品钢筋笼(1)的腹-底板垂向高h，沿梁长方向，在梁的跨中位置，相邻横向钢绞线(7)之间的间距小于等于h0/n，除跨中位置之外的相邻横向钢绞线(7)之间的间距为h0/n；相邻纵向钢绞线(6)间距为h0/2n，n为整数。
还设置了固定用钢片(4)，包括横截面钢片(14)和纵截面钢片(15)，横截面钢片(14)布置在半成品钢筋笼(1)横截面端部腹板位置处，纵截面钢片(15)布置在半成品钢筋笼(1)纵截面两端；
还设置了腹板纵筋(3)用于将连接横截面钢片(14)固定于半成品钢筋笼(1)横截面端部。
所述横截面钢片(14)需依据设计图纸上腹板纵筋(3)将穿过位置提前钻孔以便后续锚固。所述钢绞线网片(2)中的所用的钢绞线均选用高强度钢丝数量≥3的刻痕钢绞线，需按实际梁桥规格、在符合规范配筋范围内选用，宜采用高强度有粘结钢绞线。
所述部分钢绞线网片(2)和U型箍筋(5)接触部分、钢绞线网片(2)和腹板纵筋(3)接触部分均由环氧粘钢胶(9)粘接、并用固定用扎丝(10)绑扎完成连接，利用粘钢胶强度高、固化快、抗震动、易施工等特点保证网片不致发生相对移动脱落，并以固定用绑扎丝进一步固定，每段扎丝预留至少20cm长度。所述钢绞线网片(2)同腹板纵筋(3)的绑扎，钢绞线网片同固定用钢片(4)的锚固两者施工顺序可交换。
还设置了端部拉环(11)、金属胀栓(12)、U型夹具(13)，端部拉环(11)通过金属胀栓(12)固定于纵截面钢片(15)，U型夹具(13)卡在金属胀栓(12)和端部拉环(11)的锚固孔之间，端部拉环(11)连接纵向钢绞线(6)。
一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固方法，包括以下步骤：
步骤一：依据半成品钢筋笼(1)尺寸编制钢绞线网片(2)，所述的钢绞线网片(2)包括由多根纵向钢绞线(6)与多根横向钢绞线(7)构成的基础框架，以及成十字交叉状固定于基础框架上的对角钢绞线(8)；纵向钢绞线(6)水平布置，横向钢绞线(7)垂直布置，对角钢绞线(8)与水平线呈45°或135°斜置；基础框架的整体高度h0小于半成品钢筋笼(1)的腹-底板垂向高h，沿梁长方向，在梁的跨中位置，相邻横向钢绞线(7)之间的间距小于h0/n，当跨中位置的相邻横向钢绞线(7)间距小于10cm时，跨中位置可不布置对角钢绞线(8)；除跨中位置之外的相邻横向钢绞线(7)之间的间距为h0/n；相邻纵向钢绞线(6)间距为h0/2n，n为整数，每条纵向钢绞线(6)的两端距离半成品钢筋笼(1)两端部至少20cm；钢绞线同时提供抗弯能力和抗拉能力，和混凝土协调作用后，提高整个腹板的抗剪能力。
步骤二：固定用钢片(4)钻孔、焊接、固定，具体如下：
固定用钢片(4)包括横截面钢片(14)和纵截面钢片(15)，在横截面钢片(14)上钻孔，钻孔位置为腹板纵筋(3)将穿过的位置，在纵截面钢片(15)上钻孔，钻孔位置为端部拉环(11)的锚固孔位置；再用焊接的方法将横截面钢片(14)和纵截面钢片(15)焊接成整体；横截面钢片(14)通过腹板纵筋(3)固定在半成品钢筋笼(1)横截面端部腹板位置处，纵截面钢片(15)固定在半成品钢筋笼(1)纵截面端部；
步骤三：钢绞线网片(2)的固定，具体为：
在底板钢筋及U型箍筋(5)绑扎完毕之后的半成品钢筋笼(1)的两侧腹板处U型箍筋(5)的内侧，分别放置编织好的钢绞线网片(2)，在钢绞线网片(2)和U型箍筋(5)的接触位置进行粘接，并在胶干后用固定用扎丝(10)绑扎连接；
将纵向钢绞线(6)的伸出部分插入端部拉环(11)的拉环孔内，再用金属胀栓(12)进行钢绞线网片(2)和纵截面钢片(15)的锚固，然后用U型夹具(13)再夹紧以防止滑动；
步骤四：按正常工序绑扎剩余部分钢筋笼、支模并浇灌混凝土。
本发明具有以下优点：
1、改善PC箱梁腹板混凝土开裂情况。PC梁腹板主要承受剪力作用，在反复车辆荷载作用下，往往由于混凝土抗拉强度低于腹板所承受的主拉应力而在支座附近至L/4跨范围两侧腹板25°～50°斜向裂缝。这种裂缝属于结构性裂缝，随着疲劳荷载的增加斜向裂缝不断开展贯通从而使桥梁结构面临很大的失效风险。本发明从PC箱梁腹板混凝土的受力机理出发，利用钢绞线良好的抗拉性能，通过增设钢绞线网片(2)的方式，发挥45°斜编钢绞线的抗拉能力分担引起腹板混凝土开裂的主拉应力，去防止腹板混凝土过早被拉裂，减小混凝土的损伤。
2、防止梁在地震作用下发生屈曲断裂。用于固定网片的固定用钢片(4)和金属胀栓(12)都具有高强性能，使得网片和钢筋连接紧密、同外部混凝土接触较好，在车辆疲劳作用下，钢绞线网片(2)与其外部紧密接触的混凝土、箍筋可起到一定延缓裂缝过早开展甚至出现的作用。
3、施工方便，易于实现。施工过程中使用预制的钢绞线网片(2)、配合环氧粘钢胶(9)、金属胀栓(12)等锚固器具固定在半成品钢筋笼(1)上，并可以根据实际结构尺寸挑选材料规格，人力消耗不大，施工方便快捷。
4、避免二次施工，整体性较好。所用加固方法避免外部加固的混凝土钻孔、凿去旧混凝土表面等二次施工操作给原梁带来损伤和新的风险源。
5、所提出的加固方法构造轻质，不会给结构增大过大重量，且节约成本适合在工程中广泛推广。
附图说明
图1为本发明所述的半成品钢筋笼结构示意图。
图2为本发明在箱梁使用状态的横截面结构示意图。
图3为本发明在箱梁使用状态的纵截面结构示意图。
图4为本发明在箱梁使用状态的横、纵截面结构示意图。
图5为图2中固定用钢片、钢绞线网片粘结锚固的局部详图。
图6为图4中锚固详图。
图7为钢绞线网片详图。
图中1-半成品钢筋笼；2-钢绞线网片；3-腹板纵筋；4-固定用钢片；5-U型箍筋；6-纵向钢绞线；7-横向钢绞线；8-对角钢绞线；9-环氧粘钢胶；10-固定用扎丝；11-端部拉环；12-金属胀栓；13-U型夹具；14-横截面钢片；15-纵截面钢片。
具体实施方式
为了便于描述，以下所述各部件相对位关系仅是依据了所述结构的实际情况，其仅为本发明实施的一例，本发明并非受下述约束。凡是对本发明内容做任何流程等效变换或直接运用的，均在本发明的专利保护范围之内。
1、依据半成品钢筋笼(1)尺寸编制钢绞线网片(2)
钢绞线网片(2)中所用的钢绞线均选用钢丝数量≥3的刻痕钢绞线，使其在具有高强抗拉强度的同时也具备一定抗弯能力，以增加与混凝土的包裹力，张拉完毕后进行网片预制。取h0小于半成品钢筋笼(1)的腹-底板垂向高度，将h0划分成合适的等份n(本实施例中n＝1),钢绞线网片(2)内有三根纵向钢绞线(6)水平布置，多根横向钢绞线(7)垂直布置，对角钢绞线(8)与水平线呈45°或135°斜置，除跨中位置，相邻横向钢绞线(7)间距为h0，跨中位置的横向钢绞线(7)间距≤h0/n(本实施例间距＜h0/n且小于10cm,故跨中位置相邻横向横向钢绞线(7)未布置对角钢绞线(8))，相邻纵向钢绞线(6)间距为h0/2，编织过程中应沿梁长方向从跨边向跨中进行，依据已确定的尺寸截取钢绞线长度，网片中纵向钢绞线(6)、网片两侧的横向钢绞线(7)必须通长，同一对角线上宜选择通长的钢绞线、编织角度按实际操作调整。每条纵向钢绞线(6)的两端均距半成品钢筋笼(1)两端部至少20cm。网片最外侧的钢绞线均伸出，并插入端部拉环(11)。在纵、横钢绞线的接触部位涂环氧粘钢胶(9)粘结，胶干后再用固定用扎丝(10)绑扎拧紧。
2、固定用钢片钻孔、焊接、固定
固定用钢片(4)包括横截面钢片(14)和纵截面钢片(15)，横截面钢片(14)布置在半成品钢筋笼(1)横截面两端腹板位置处，纵截面钢片(15)布置在半成品钢筋笼(1)纵截面两端，两者根据箱梁实际倾角焊接成整体。其中横截面钢片(14)需依据设计图纸上腹板纵筋(3)将穿过的位置进行钻孔，纵截面钢片(15)需依据端部拉环(11)的锚固孔位置进行钻孔。固定用钢片(4)的尺寸依据实际网片的大小及锚固规格选取。腹板纵筋(3)按设计图纸布置即可，与钢绞线网片(2)接触部分采用粘接和绑扎连接，以防止钢绞线网片(2)在钢筋笼内滑动。
3、钢绞线网片的固定
对于底板钢筋及U型箍筋(5)绑扎完毕之后的半成品钢筋笼(1)，将编织好的钢绞线网片(2)两侧腹板处U型箍筋(5)内侧分别放置编织好的钢绞线网片(2)，用环氧粘钢胶(9)粘接涂抹钢绞线网片(2)和U型箍筋(5)接触位置，并在胶干后用固定用扎丝(10)绑扎连接。
将钢绞线网片(2)中纵向钢绞线(6)的端部伸入端部拉环(11)的拉环孔内，用金属胀栓(12)固定端部拉环(11)于纵截面钢片(15)的钻孔位置，并用U型夹具(13)卡在金属胀栓(12)和端部拉环(11)的锚固孔之间；
纵向钢绞线(6)依次通过端部拉环(11)、纵截面钢片(15)固定于半成品钢筋笼(1)。
4、按正常工序绑扎剩余部分钢筋笼、支模并浇灌混凝土。
钢筋笼的绑扎
钢绞线网片(2)固定完毕，在所述网片内侧放上按实际设计的腹板纵筋(3)，腹板纵筋(3)和钢绞线网片(2)、固定用钢片(4)相接触部位分别由环氧粘钢胶(9)粘结，待胶干之后，用固定用扎丝(10)将其与钢绞线网片(2)紧紧缠绕绑扎连接以进一步加固，扎丝预留至少20cm长度。之后严格按照相关规范和设计进行剩余钢筋笼的绑扎。
支模
根据箱梁的尺寸进行支模，支模顺序为先底、腹板再顶板，本发明仅叙述底、腹板部分。检查模板合格后将钢筋笼固定在模具内，并将绑扎过程中预留的扎丝与模具的下截面和侧面连接固定，以保证浇筑过程中钢绞线网片(2)相对钢筋不发生较大移动。
浇筑与振捣
根据箱梁形状的特殊性，混凝土浇筑顺序为先底、腹板再顶板，本发明仅叙述底、腹板部分。底、腹板混凝土到模板内后需进行振捣密实，期间振捣棒不得触动钢绞线网片(2)。
本发明从箱梁腹板受力机理出发，从设计和施工之初对预应力混凝土箱梁内部进行加固改进，在保证配筋率满足规范要求的前提下，在箱梁腹板内部两侧布置由钢绞线编织成的45°斜编织钢绞线网片，网片与横纵筋接触部位先以粘钢胶粘接，再由固定用扎丝(10)绑扎，以高强抗拉性能的斜置钢绞线分担混凝土的部分主拉应力，从而使得混凝土部分的主拉应力减小、结构的整体抗剪能力和抗弯能力提高，裂缝不至于在运营期内过早开裂。本发明施工难度小，且经济性强，适合在工程中广泛推广和应用。

Claims (6)

1.一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固结构，包括半成品钢筋笼(1)，其中半成品钢筋笼(1)包括完整底板钢筋和腹板钢筋中的U型箍筋(5)，其特征在于：还包括钢绞线网片(2)；钢绞线网片(2)固定于半成品钢筋笼(1)两侧腹板处，具体位置为腹板的U型箍筋(5)内侧；钢绞线网片(2)由纵向钢绞线(6)、横向钢绞线(7)和对角钢绞线(8)编织而成，纵向钢绞线(6)水平布置，横向钢绞线(7)垂直布置，纵向钢绞线(6)与横向钢绞线(7)构成基础框架，对角钢绞线(8)成十字交叉状固定于基础框架上。
2.根据权利要求1所述的一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固结构，其特征在于：所述基础框架的整体高度h0小于半成品钢筋笼(1)的腹-底板垂向高h，沿梁长方向，在梁的跨中位置，相邻横向钢绞线(7)之间的间距小于h0/n，除跨中位置之外的相邻横向钢绞线(7)之间的间距为h0/n；相邻纵向钢绞线(6)间距为h0/2n，n为整数。
3.根据权利要求1所述的一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固结构，其特征在于：还设置了固定用钢片(4)，包括横截面钢片(14)和纵截面钢片(15)，横截面钢片(14)布置在半成品钢筋笼(1)横截面端部腹板位置处，纵截面钢片(15)布置在半成品钢筋笼(1)纵截面两端。
4.根据权利要求3所述的一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固结构，其特征在于：还设置了腹板纵筋(3)用于将横截面钢片(14)固定于半成品钢筋笼(1)横截面端部。
5.根据权利要求3所述的一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固结构，其特征在于：还设置了端部拉环(11)、金属胀栓(12)、U型夹具(13)，端部拉环(11)通过金属胀栓(12)固定于纵截面钢片(15)，U型夹具(13)卡在金属胀栓(12)和端部拉环(11)的锚固孔之间，端部拉环(11)连接纵向钢绞线(6)。
6.一种内置斜编网片的PC箱梁腹板加固方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：依据半成品钢筋笼(1)尺寸编制钢绞线网片(2)，所述的钢绞线网片(2)包括由多根纵向钢绞线(6)与多根横向钢绞线(7)构成的基础框架，以及成十字交叉状固定于基础框架上的对角钢绞线(8)；纵向钢绞线(6)水平布置，横向钢绞线(7)垂直布置，对角钢绞线(8)与水平线呈45°或135°斜置；基础框架的整体高度h0小于半成品钢筋笼(1)的腹-底板垂向高h，沿梁长方向，在梁的跨中位置，相邻横向钢绞线(7)之间的间距小于等于h0/n，当跨中位置的相邻横向钢绞线(7)间距小于10cm时，跨中位置可不布置对角钢绞线(8)；除跨中位置之外的相邻横向钢绞线(7)之间的间距为h0/n；相邻纵向钢绞线(6)间距为h0/2n，n为整数，每条纵向钢绞线(6)的两端距离半成品钢筋笼(1)两端部至少20cm；
步骤二：固定用钢片(4)钻孔、焊接、固定，具体如下：
固定用钢片(4)包括横截面钢片(14)和纵截面钢片(15)，在横截面钢片(14)上钻孔，钻孔位置为腹板纵筋(3)将穿过的位置，在纵截面钢片(15)上钻孔，钻孔位置为端部拉环(11)的锚固孔位置；再用焊接的方法将横截面钢片(14)和纵截面钢片(15)焊接成整体；横截面钢片(14)通过腹板纵筋(3)固定在半成品钢筋笼(1)横截面端部腹板位置处，纵截面钢片(15)固定在半成品钢筋笼(1)纵截面端部；
步骤三：钢绞线网片(2)的固定，具体为：
在底板钢筋及U型箍筋绑扎完毕之后的半成品钢筋笼(1)的两侧腹板处U 型箍筋(5)的内侧，分别放置编织好的钢绞线网片(2)，在钢绞线网片(2)和U型箍筋(5)的接触位置进行粘接，并在胶干后用固定用扎丝(10)绑扎连接；
将纵向钢绞线(6)的伸出部分插入端部拉环(11)的拉环孔内，再用金属胀栓(12)进行钢绞线网片(2)和纵截面钢片(15)的锚固，然后用U型夹具(13)再夹紧以防止滑动；
步骤四：按正常工序绑扎剩余部分钢筋笼、支模并浇灌混凝土。
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