CN109629418B - 一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，包括预制混凝土桥面板(7)、横梁(1)及纵梁(2)；所述横梁(1)上间隔一定距离设置所述纵梁(2)，所述纵梁(2)支撑于所述横梁(1)上，形成钢格子体系，所述预制混凝土桥面板(7)安装于所述横梁(1)和所述纵梁(2)形成的每个所述钢格子体系上；预制混凝土桥面板(7)与主桁(3)分离，仅通过横梁(1)与主桁(3)相连；本发明还公开了一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板的施工方法。本发明的桥面板，弱化了横梁与边桁连接处刚度，采用板桁分离的形式且尽量采用工字型截面横梁，减小了系杆力及预应力与主桁之间的传递，从而减小混凝土桥面板裂缝宽度。

Description

一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板及施工方法

技术领域

本发明属于混凝土桥面板技术领域，更具体地，涉及一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板及施工方法。

背景技术

钢-混凝土组合结构桥梁在近20年得到了迅速发展，由于其合理利用材料特点，充分发挥材料各自优势，相比纯钢结构桥梁，可大幅节省钢材、提高刚度和承载力等；与传统混凝土结构桥梁相比，可显著降低结构高度、提高跨越能力、减轻自重、改善抗震性能、缩短施工工期等，具有显著的综合优势。因此，采用钢-混凝土组合梁对既有钢筋混凝土桥梁进行加固改造能够产生显著的技术经济效益和社会效益，是桥梁加固改造的重要发展方向之一。

但是，如今大跨度中承式连续钢桁拱桥桥面板多采用正交异性钢桥面板，暂无采用钢-混结合桥面。现有技术中的钢-混结合桥面以及正交异性钢桥面板存在以下问题：

1、现有技术中钢-混结合桥面为板桁结合的方式，该方式主桁系杆力以及混凝土桥面板所受的水平拉力均较大，不利于桥面结构的稳定性。

2、在大跨度无推力拱上，混凝土桥面作为系杆的一部分，会承担较大的水平系杆拉力，导致混凝土桥面的顺桥向拉应力难以控制。

3、而传统正交异性钢桥面板在重载车辆作用下容易产生疲劳问题；正交异性钢桥面板存在铺装易损问题及海洋环境下的锈蚀问题；大跨桥梁正交异性钢桥面板抗风性能较混凝土桥面板差；长跨桥梁正交异性钢桥面板焊接残余应力及残余变形控制难度大，施工精度要求高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板及施工方法，在横梁以及纵梁形成的钢格子体系上安装预制混凝土桥面板，并且预制混凝土桥面板与主桁之间仅通过横梁相连，相比板桁结合的方式，前者能够一定程度减小系杆力及混凝土桥面板预应力与主桁之间的传递。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，包括预制混凝土桥面板，还包括横梁以及纵梁；其中，

所述纵梁间隔一定距离支撑于所述横梁上，形成钢格子体系，所述预制混凝土桥面板安装于所述横梁和所述纵梁形成的每个所述钢格子体系上；并且，

所述横梁的一侧设置主桁，所述主桁内部设置若干个系杆，所述主桁上方设置若干吊杆，所述横梁与所述主桁相连，且混凝土桥面板与主桁不直接相连，形成板桁分离的桥面板结构。

进一步地，所述横梁上设置第一拼接板，所述第一拼接板上阵列布置若干圆孔，所述横梁的腹板与所述主桁通过所述第一拼接板连接，所述横梁的下翼缘板与所述主桁通过第二拼接板连接。

进一步地，所述预制混凝土桥面板内部横向间隔设置若干钢束穿过孔，所述钢束穿过孔内设置钢束，纵桥向相邻的所述预制混凝土桥面板之间横向间隔设置若干连接器，一部分所述钢束通过所述连接器固定连接，另一部分所述钢束的一端为张拉端，另一端为固定端。

进一步地，所述张拉端以及所述固定端分别固定于所述预制混凝土桥面板的两端。

进一步地，相邻的两块所述预制混凝土桥面板之间通过现浇的湿接缝连接，且所示预制混凝土桥面板与所述钢格子体系形成之间通过所述湿接缝以及剪力钉连接。

进一步地，所述纵梁之间通过纵梁连接板在所述横梁处连接，其中所述纵梁的腹板和下翼缘板与所述纵梁连接板通过螺栓连接。

进一步地，所述纵梁连接板上设置若干长圆孔，所述纵梁上设有若干所述圆孔。

进一步地，所述纵梁连接板中还设置加劲肋。

进一步地，所述预制混凝土桥面板支承面上设有一层石棉垫，且所述预制混凝土桥面板上方设有一层沥青混凝土。

按照本发明的另一个方面，还提供一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板的施工方法，用于所述的密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板的安装，包括如下步骤：

S1：在所述横梁上安装所述纵梁，并且所述横梁与所述纵梁之间不固结，所述长圆孔内部连接相邻两个所述纵梁的螺栓不拧紧；

S2：张拉所述主桁中所述系杆的预应力；

S3：固结所述纵梁连接板内部连接相邻两个所述纵梁的螺栓；

S4：吊装全桥所述预制混凝土桥面板，再自主跨跨中向两端分段对称浇筑所述湿接缝，使得桥面板自重产生的水平拉力分配到所述纵梁中，并且在设定的所述预制混凝土桥面板之间安装所述钢束；

S5：通过剪力钉以及相邻的两块所述预制混凝土桥面板之间现浇的混凝土，将所述预制混凝土桥面板与所述横梁以及所述纵梁进行固结；

S6：张拉所述预制混凝土桥面板中的预应力，并且再张拉一次系杆预应力。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，在横梁以及纵梁形成的钢格子体系上安装预制混凝土桥面板，并且预制混凝土桥面板与主桁之间仅通过横梁相连，相比板桁结合的方式，前者能够一定程度减小系杆力及混凝土桥面板预应力与主桁之间的传递。

(2)本发明的密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，钢束的一端为张拉端，另一端为固定端，采用分段的方式张拉预制混凝土桥面板的预应力，在工期允许下能够减小预应力张拉长度，提高了预应力效率。

(3)本发明的密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，横梁采用工字型截面，弱化横梁与主桁连接处的刚度，减小系杆力及预应力与主桁之间的传递，从而减小混凝土桥面板裂缝宽度。

(4)本发明的密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，相比传统正交异性板，其施工精度要求相对较为低、与铺装层连接性能好、适应重载交通需求、养护维修工作量少，生命周期内的使用成本有所下降，且桥面系的弯扭频率比增大，适用于沿海风环境，解决了传统正交异性桥面板在重载车辆作用下疲劳问题、铺装易损问题及海洋环境下的锈蚀问题，提升了桥面系的抗风稳定性。

(5)本发明的密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板的施工方法，通过让桥面系纵梁在施工阶段分阶段参与受力，较好的解决了混凝土桥面板受压必然带动桥面系钢结构小纵梁受压这一不合理受力状态的技术难题。桥面系纵梁在较大的主跨范围内整体受拉，充分利用了材料强度，边跨及中墩顶各项应力状态良好，具有良好的经济性。

附图说明

图1为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板整体结构示意图；

图2为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的纵横梁各自体系示意图；

图3为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的预制混凝土桥面板布置图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的横梁与主桁链接构造图；

图6为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的纵横梁连接构造图；

图7为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的预应力钢索布置图；

图8为图7的C-C视图；

图9为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的预应力效率分布图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-横梁、2-纵梁、3-主桁、4-系杆、5-湿接缝、6-石棉垫、7-预制混凝土桥面板、8-沥青混凝土、9-第一拼接板、10-圆孔、11-第二拼接板、12-纵梁连接板、13-长圆孔、14-加劲肋、15-钢束、16-连接器、17-钢束穿过孔；151-钢束张拉端、152-钢束固定端。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板整体结构示意图。图2为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的纵横梁各自体系示意图。结合图1和图2，一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板包括横梁1、纵梁2、主桁3、系杆4、湿接缝5以及预制混凝土桥面板7。桥面设置多道纵梁2支撑在横梁1上，形成格子体系，横梁1上间隔一定距离设置纵梁2，由图1中1/2A-A部分可以看出，横梁2的一侧设置主桁3，且与主桁3相连。主桁3内部设置若干个系杆4，主桁3上方设置若干吊杆。另外，所述预制混凝土桥面板7支承面上铺设一层石棉垫6，并且预制混凝土桥面板7上方铺设一层沥青混凝土8。相邻的两块预制混凝土桥面板7之间通过现浇的湿接缝5连接。

进一步地，图3为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的预制混凝土桥面板布置图。图4为图3的俯视图。如图3和图4所示，横梁1和纵梁2形成的每个钢格子体系上安装预制混凝土桥面板7，通过湿接缝5以及剪力钉将钢格子梁与预制混凝土桥面板7结合形成整体结构，每两个预制混凝土桥面板7之间通过现浇的湿接缝5相连。横梁与主桁3之间直接相连。本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，相比传统正交异性板，其施工精度要求相对较为低、铺装层连接性能好、适应重载交通需求、养护维修工作量少，生命周期内的使用成本有所下降，且相比传统正交异性板，连接性能好，桥梁整体刚度提升，使桥面系的弯扭频率比由1.59提高到了2.2，弯扭频率比与抗风性能呈正相关，保证了桥梁的抗风性能。

优选地，相邻两个横梁1的间距为12m～16m，相邻两个纵梁2的间距约4m，预制混凝土桥面板7的厚度约为26cm。

进一步地，图5为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的横梁与主桁链接构造图。如图5所示，预制混凝土桥面板7与主桁3之间仅通过横梁1与主桁3相连，横梁1上设置第一拼接板9，第一拼接板9阵列布置若干圆孔10，用于螺栓的穿过，横梁1的腹板与主桁3通过第一拼接板9螺栓连接，横梁1的下翼缘板与主桁3通过第二拼接板11螺栓连接，而上翼缘板则与主桁3焊接。本发明的密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，采用板桁分离的形式，预制混凝土桥面板7与主桁3之间仅通过横梁1与主桁3相连的方案，相比板桁结合的方式，前者主桁3刚性系杆及预制混凝土桥面板7所受水平拉力均有6％以上的减小。

进一步地，图6为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的纵横梁连接构造图。如图6所示，横梁1为工字型钢，横梁1的中部开孔用于纵梁2穿过，纵梁2之间通过纵梁连接板12在横梁1处连接，其中纵梁2的腹板和下翼缘板与纵梁连接板12通过螺栓连接，上翼缘板则采用焊接。纵梁2上设有若干圆孔10，纵梁连接板12内设有若干长圆孔13。纵梁连接板12中还设置加劲肋14。横梁1采用工字型截面横梁，弱化了横梁1与主桁3连接处的刚度，减小了系杆力及预应力与主桁之间的传递，从而减小混凝土桥面板裂缝宽度。

进一步地，图7为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的预应力钢索布置图。图8为图7的C-C视图。如图7和图8所示，预制混凝土桥面板7的内部横向设置若干钢束穿过孔17，用于钢束15的穿过，纵桥向相邻的两块预制混凝土桥面板7之间横向间隔设置若干连接器16将一部分钢束15连接；另一部分钢束15的一端为张拉端151，另一端为固定端152，张拉端151和固定端152分别固定于预制混凝土桥面板7的两端，与连接器16错开设置，将整个桥面分段为多块桥面板一起张拉。预应力张拉长度越长，预应力损失越大，因此本发明采用分段的方式张拉预制混凝土桥面板7的预应力，在工期允许下能够减小预应力张拉长度，提高预应力效率，能较好控制桥面板裂缝宽度。

进一步地，图9为本发明实施例一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板涉及的预应力效率分布图。如图9所示，整体横断面上预制混凝土桥面板7与横梁1与纵梁2形成的格子形钢结构所承担的预应力比例如上图所示，结果表明：中墩顶附近因主桁3的刚度大，预应力效率较低，52％的预应力传递给了预制混凝土桥面板7；跨中260m范围内预应力效率较高，约72％的预应力传递给了预制混凝土桥面板7。

进一步地，一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板的施工方法，包括如下步骤：

S1：在横梁1上安装纵梁2，并且横梁1与纵梁2之间不固结，长圆孔13内部连接相邻两个纵梁2的螺栓不拧紧；

S2：张拉主桁3中系杆4的预应力，用于改善钢桁拱拱肋主体结构受力状态；

S3：固结纵梁连接板12中长圆孔13内部连接相邻两个纵梁2的螺栓，避免将柔性系杆张拉力过多的转化为小纵梁初始压力；

S4：吊装全桥预制混凝土桥面板7，使得桥面板自重产生的水平拉力可以分配到纵梁2中去，而不传递给预制混凝土桥面板7，并且在设定的预制混凝土桥面板7之间安装钢束15；

S5：通过剪力钉以及相邻的两块预制混凝土桥面板7之间现浇的混凝土，将预制混凝土桥面板7与横梁1以及纵梁2进行固结；

S6：张拉预制混凝土桥面板7中的预应力，并且再张拉一次系杆预应力。

本发明实施例密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板通过让桥面系纵梁2在施工阶段分阶段参与受力，较好的解决了混凝土桥面板受压必然带动桥面系钢结构小纵梁受压这一不合理受力状态的技术难题。桥面系纵梁2在400m主跨范围内整体受拉，充分利用了材料强度，100m边跨及中墩顶局部压应力亦小于150Mpa，各项应力状态良好，具有良好的经济性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，包括预制混凝土桥面板（7），其特征在于，还包括横梁（1）以及纵梁（2）；其中，

所述纵梁（2）间隔一定距离支撑于所述横梁（1）上，形成钢格子体系，所述预制混凝土桥面板（7）安装于所述横梁（1）和所述纵梁（2）形成的每个所述钢格子体系上，相邻的两块所述预制混凝土桥面板（7）之间通过现浇的湿接缝（5）连接；并且，

所述横梁（1）的一侧设置主桁（3），所述主桁（3）内部设置若干个系杆（4），所述主桁（3）上方设置若干吊杆，所述横梁（1）与所述主桁（3）相连，且预制混凝土桥面板（7）与主桁（3）不直接相连，形成板桁分离的桥面板结构；

所述横梁（1）上设置第一拼接板（9），所述第一拼接板（9）上阵列布置若干圆孔（10），所述横梁（1）的腹板与所述主桁（3）通过所述第一拼接板（9）连接，所述横梁（1）的下翼缘板与所述主桁（3）通过第二拼接板（11）连接；

所述纵梁（2）之间通过纵梁连接板（12）在所述横梁（1）处连接，其中所述纵梁（2）的腹板和下翼缘板与所述纵梁连接板（12）通过螺栓连接；所述纵梁连接板（12）上设置若干长圆孔（13），所述纵梁（2）上设有若干所述圆孔（10）；

所述预制混凝土桥面板（7）内部横向间隔设置若干钢束穿过孔（17），所述钢束穿过孔（17）内设置钢束（15），纵桥向相邻的所述预制混凝土桥面板（7）之间横向间隔设置若干连接器（16），一部分所述钢束（15）通过所述连接器（16）固定连接，另一部分所述钢束（15）的一端为张拉端（151），另一端为固定端（152）。

2.根据权利要求1所述的一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，其特征在于，所述张拉端（151）以及所述固定端（152）分别固定于所述预制混凝土桥面板（7）的两端。

3.根据权利要求1所述的一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，其特征在于，所述预制混凝土桥面板（7）与所述钢格子体系形成之间通过所述湿接缝（5）以及剪力钉连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，其特征在于，所述纵梁连接板（12）中还设置加劲肋（14）。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板，其特征在于，所述预制混凝土桥面板（7）支承面上设有一层石棉垫（6），且所述预制混凝土桥面板（7）上方设有一层沥青混凝土（8）。

6.一种密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板的施工方法，用于如权利要求1-5任一项所述的密纵梁体系分段预应力叠合混凝土桥面板的安装，包括如下步骤：

S1：在所述横梁（1）上安装所述纵梁（2），并且所述横梁（1）与所述纵梁（2）之间不固结，所述长圆孔（13）内部连接相邻两个所述纵梁（2）的螺栓不拧紧；

S2：张拉所述主桁（3）中所述系杆（4）的预应力；

S3：固结所述纵梁连接板（12）内部连接相邻两个所述纵梁（2）的螺栓；

S4：吊装全桥所述预制混凝土桥面板（7），再自主跨跨中向两端分段对称浇筑所述湿接缝（5），使得桥面板自重产生的水平拉力分配到所述纵梁（2）中，并且在设定的所述预制混凝土桥面板（7）之间安装所述钢束（15）；

S5：通过剪力钉以及相邻的两块所述预制混凝土桥面板（7）之间现浇的混凝土，将所述预制混凝土桥面板（7）与所述横梁（1）以及所述纵梁（2）进行固结；

S6：张拉所述预制混凝土桥面板（7）中的预应力，并且再张拉一次系杆预应力。