CN110184901A - 带x型钢筋的无缝桥引板构造及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带X型钢筋的无缝桥引板构造及其设计方法，该设计方法包括：1、计算无缝桥的桥梁梁端顺桥向变形；2、确定每个X型钢筋组的变形长度最小值及其沿顺桥向分布数量q；3、设定连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组中沿横桥向设置的钢筋数n q ，计算其他各处的钢筋数和横桥向总刚度；4、判断无缝桥桥台与平置引板连接处、平置引板与第一块混凝土板连接处的钢筋数是否达到设定的合理区间，是则转下一步骤，否则调整n q 重新计算；5、由以上得到带X钢筋的无缝桥引板构造的钢筋配置及引板尺寸。该无缝桥引板构造及其设计方法不仅结构简单，而且设计合理，有利于使桥梁梁端的顺桥向变形合理、安全地分布在各X型钢筋处。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁制造技术领域，具体涉及一种带X型钢筋的无缝桥引板构造及其设计方法。
背景技术
桥梁在环境温度作用下将会产生温度变形，传统桥梁通过在桥梁端部设置伸缩缝来容纳变形，而伸缩缝在环境和车辆荷载下经常会损害而需要维修从而增加全寿命周期成本，由此，在桥梁端部取消伸缩缝形成无伸缩缝桥梁(以下简称无缝桥)越来越受到工程师的重视。无缝桥取消伸缩缝后，温度变形则通过在引板末端设置胀缝容纳变形，或者对引板预锯缝处理产生混凝土分布裂缝从而吸纳变形，但是这种变形吸纳方式存在变形集中和耐久性问题，以及变形吸纳的理论计算及设计方法不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带X型钢筋的无缝桥引板构造及其设计方法，不仅结构简单，而且设计合理，有利于使桥梁梁端的顺桥向变形合理、安全地分布在各X型钢筋处。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种带X型钢筋的无缝桥引板构造，包括经连接钢筋组浇筑在无缝桥桥台上的平置引板，所述平置引板在远离无缝桥桥台端沿顺桥向依次水平相接有若干块混凝土板，平置引板与第一块混凝土板之间、相邻混凝土板之间以及最后一块混凝土板与锚固梁之间分别经X型钢筋组连接；所述X型钢筋组由沿横桥向设置的若干X型钢筋组成，组成各X型钢筋组的X型钢筋数量不同，各X型钢筋单体刚度相同。
进一步地，所述平置引板与各混凝土板的上下表面均铺设有砂垫层。
进一步地，所述混凝土板的接缝正下方均设有位于路堤填土上表面的枕梁，平置引板与混凝土板下表面的砂垫层也位于路堤填土上表面。
进一步地，相邻混凝土板之间、混凝土板与平置引板之间、混凝土板与锚固梁之间均设有橡胶板。
进一步地，所述锚固梁的形状为倒90度的“L”形结构，其竖直段的底端嵌入路堤填土上表面的锚固槽。
本发明还提供了上述带X型钢筋的无缝桥引板构造的设计方法，包括以下步骤：
步骤S1：计算无缝桥的桥梁梁端顺桥向变形uimp；
步骤S2：根据《公路技术状况评定标准》规定的分布裂缝宽度限值，确定每个X型钢筋组的变形长度最小值Δumin，并进一步由式(A1)确定X型钢筋组沿顺桥向分布数量q；同时，设定混凝土板长度la、平置引板长度lb、枕梁长度lc、平置引板下枕梁与牛腿接触长度ld的值；
q＝uimp/Δumin (A1)
步骤S3：设定连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量nq；由式(A2)计算得到连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度Kq，并通过式(A3)、(A4)进一步获得K0～Kq-1，以及n0～nq-1：
Kq＝nqkp (A2)
其中，n0为连接无缝桥桥台与平置引板的连接钢筋组中沿横桥向设置的连接钢筋数量，n1为连接平置引板与第一块混凝土板的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量，n2～nq-1分别为连接各相邻混凝土板的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量，nq为连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量；K0为连接无缝桥桥台与平置引板的连接钢筋组沿顺桥向的总刚度，K1为连接平置引板与第一块混凝土板的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度，K2～Kq-1分别为连接各相邻混凝土板的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度，Kq为连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度；fs.a为单块混凝土板上表面摩擦力，fx.a为单块混凝土板下表面摩擦力，fs.b为平置引板上表面摩擦力，fx.b为平置引板下表面摩擦力；kp为单个X型钢筋刚度，kl为单个连接钢筋刚度；
步骤S4：判断无缝桥桥台与平置引板连接处、平置引板与第一块混凝土板连接处的配筋数n0及n1是否达到设定的合理区间，是则转下一步骤，否则调整nq，返回步骤S3重新计算，直至n0及n1达到合理区间；
步骤S5：由以上得到带X钢筋的无缝桥引板构造的钢筋配置及引板尺寸。
进一步地，所述混凝土板、平置引板上下表面摩擦力fs.a、fx.a、fs.b、fx.b由混凝土板与砂垫层之间摩擦力以及混凝土板与混凝土枕梁之间摩擦力按式(A5)计算得到：
式中，Ps.a为单块混凝土板上表面压力，Px.a为单块混凝土板下表面压力，Ps.b为平置引板上表面压力，Px.b为平置引板下表面压力，Px为引板下表面压力，γ1为路面铺装容重，γ2为引板上方填土容重，γ3为混凝土板上方填土容重，γ4为引板容重，γ5为混凝土板容重，d1为路面铺装厚度，d2为引板上方填土厚度，d3为混凝土板上方填土厚度，d4为引板厚度，d5为混凝土板厚度，μs,a为混凝土板与砂垫层之间的摩擦系数，μs,b为平置引板与砂垫层之间的摩擦系数，μr.a为混凝土板与枕梁之间的摩擦系数，μr.b为混凝土板与枕梁及牛腿之间的摩擦系数，la为混凝土板长度，lb为平置引板长度，lc为混凝土板与枕梁接触长度，ld为平置引板与枕梁和牛腿的总接触长度，W为平置引板和混凝土板的横向宽度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供的带X型钢筋的无缝桥引板构造结构简单，在引板末端铺设通过X型钢筋相连的混凝土板和锚固梁，混凝土板滑动传递梁端变形，混凝土板之间的X型钢筋吸纳变形，最后在锚固梁处使变形归零而不传递到接线道路上，能规避混凝土的开裂，有利于提高耐久性，同时，通过科学合理的结构设计，使桥梁温度变形能够合理、安全地分布在各X型钢筋处，具有很强的实用性，可广泛应用于桥梁领域。
附图说明
图1是本发明实施例的无缝桥引板构造示意图。
图2是本发明实施例中X型钢筋的平面分布示意图。
图3是本发明实施例的无缝桥引板构造的设计方法的实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1、2所示，本发明带X型钢筋的无缝桥引板构造，包括经连接钢筋组5浇筑在无缝桥桥台6上的平置引板4，所述平置引板4在远离无缝桥桥台端沿顺桥向依次水平相接有若干块混凝土板1，平置引板4与第一块混凝土板之间、相邻混凝土板之间以及最后一块混凝土板与锚固梁11之间分别经X型钢筋组2连接。所述X型钢筋组2由沿横桥向设置的若干X型钢筋组成，组成各X型钢筋组的X型钢筋数量不同，各X型钢筋单体刚度相同。
在本实施例中，所述平置引板4与各混凝土板的上下表面均铺设有砂垫层9，通过在上下砂垫层之间的混凝土板传递梁端变形，混凝土板在上下砂垫层中滑动，并使用X型钢筋吸纳变形，最后在锚固梁处使变形归零而不传递到接线道路上。
在本实施例中，所述混凝土板的接缝正下方均设有位于路堤填土7上表面的枕梁10，平置引板与混凝土板下表面的砂垫层也位于路堤填土上表面。
在本实施例中，相邻混凝土板之间、混凝土板与平置引板之间、混凝土板与锚固梁之间均设有橡胶板8。
在本实施例中，所述锚固梁的形状为倒90度的“L”形结构，其竖直段的底端嵌入路堤填土上表面的锚固槽。
在本实施例中，所述平置引板4为面板式引板，面板式引板与混凝土板上方的砂垫层上表面铺设有路面，锚固梁远离桥台的路堤填土上表面自下往上依次铺设有道路基层12、路面13，无缝桥桥台的上表面铺设有路面。
本发明还提供了上述带X型钢筋的无缝桥引板构造的设计方法。
平置引板与混凝土板为刚体位移，橡胶板相对于X型钢筋刚度很小，变形主要由X型钢筋吸纳，桥台连接钢筋起传递位移作用，不吸纳变形。
无缝桥在温度变化、混凝土收缩徐变、汽车制动力等作用下的桥梁梁端顺桥向变形uimp(由于裂缝主要产生在引板受拉时，以下以主梁缩短而引板受拉为例进行说明)通过桥台连接钢筋和X型钢筋传至平置引板位移u0和混凝土板位移u1～uq，在桥台连接钢筋和X型钢筋处位移被吸纳位移Δu0～Δuq，直至末端的锚固梁位移uq变为零。各参数的关系按式(1)计算得到：
对于桥台连接钢筋处位移Δu0＝0，且为了温度变形在各处X型钢筋位移吸纳相同且等于分布裂缝最小宽度Δumin，则：
Δu1＝Δu2＝…＝Δuq-1＝Δuq＝Δumin (3)
q＝uimp/Δumin (4)
采用隔离法，以该引板结构的锚固梁、混凝土、平置引板、桥台为对象进行单独分析。设Ffix为锚固梁反力，F0为连接钢筋拉力，F1～Fq为X型钢筋拉力，Fimp为桥台拉力，fs.a为混凝土板上表面摩擦力，fx.b为混凝土板下表面摩擦力，fs.b为平置引板上表面摩擦力，fx.b为平置引板下表面摩擦力，根据力的平衡原理，则有：
X型钢筋及连接钢筋在平面上的分布如图2所示，n2～nq-1分别为连接各相邻混凝土板的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量，nq为连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量，K0为连接无缝桥桥台与平置引板的连接钢筋组沿顺桥向的总刚度，K1为连接平置引板与第一块混凝土板的X型钢筋组的沿顺桥向的总刚度，K2～Kq-1分别为连接各相邻混凝土板的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度，Kq为连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度，假定单个X型钢筋单体刚度为kp，单个连接钢筋单体刚度为kl，则对于X型钢筋组的沿顺桥向的总刚度Kq及连接钢筋组的沿顺桥向的总刚度K0为：
Kq＝nqkp (6)
Ki-1＝ni-1kp,i＝2,3,…,q
K0＝n0kl (7)
由式(3)、(4)、(6)、(7)则有：
Fq＝KqΔuq＝KqΔumin； (8)
混凝土板、平置引板上下表面摩擦力fs.a、fx.a、fs.b、fx.b由混凝土板与砂垫层之间摩擦力以及混凝土板与混凝土枕梁之间摩擦力按式(9)计算得到：
式中，Ps.a为单块混凝土板上表面压力，Px.a为单块混凝土板下表面压力，Ps.b为平置引板上表面压力，Px.b为平置引板下表面压力，Px为引板下表面压力，γ1为路面铺装容重，γ2为引板上方填土容重，γ3为混凝土板上方填土容重，γ4为引板容重，γ5为混凝土板容重，d1为路面铺装厚度，d2为引板上方填土厚度，d3为混凝土板上方填土厚度，d4为引板厚度，d5为混凝土板厚度，μs,a为混凝土板与砂垫层之间的摩擦系数，μs,b为平置引板与砂垫层之间的摩擦系数，μr.a为混凝土板与枕梁之间的摩擦系数，μr.b为混凝土板与枕梁及牛腿之间的摩擦系数，la为混凝土板长度，lb为平置引板长度，lc为混凝土板与枕梁接触长度，ld为平置引板与枕梁和牛腿的总接触长度，W为平置引板和混凝土板的横向宽度。
由式(5)-(9)则有：
Fi-1＝Fq+fs.a+fx.a＝KqΔumin+fs.a+fx.a＝Ki-1Δumin；
…
F0＝F1+fs.b+fx.b＝K0Δumin； (10)
由式(10)可得到：
综上，本发明提供的带X型钢筋的无缝桥引板构造的设计方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S1：计算无缝桥的桥梁梁端顺桥向变形uimp；
步骤S2：根据《公路技术状况评定标准》规定的分布裂缝宽度限值，确定每个X型钢筋组的变形长度最小值Δumin，并进一步由式(A1)确定X型钢筋组沿顺桥向分布数量q；同时，设定混凝土板长度la、平置引板长度lb、枕梁长度lc、平置引板下枕梁与牛腿接触长度ld的值；
p＝uimp/Δumin (A1)
步骤S3：设定连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量nq；由式(A2)计算得到连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度Kq，并通过式(A3)、(A4)进一步获得K0～Kq-1，以及n0～nq-1：
Kq＝nqkp (A2)
其中，n0为连接无缝桥桥台与平置引板的连接钢筋组中沿横桥向设置的连接钢筋数量，n1为连接平置引板与第一块混凝土板的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量，n2～nq-1分别为连接各相邻混凝土板的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量，nq为连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量；K0为连接无缝桥桥台与平置引板的连接钢筋组沿顺桥向的总刚度，K1为连接平置引板与第一块混凝土板的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度，K2～Kq-1分别为连接各相邻混凝土板的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度，Kq为连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度；fs.a为单块混凝土板上表面摩擦力，fx.a为单块混凝土板下表面摩擦力，fs.b为平置引板上表面摩擦力，fx.b为平置引板下表面摩擦力；kp为单个X型钢筋刚度，kl为单个连接钢筋刚度；
步骤S4：判断无缝桥桥台与平置引板连接处、平置引板与第一块混凝土板连接处的配筋数n0及n1是否达到设定的合理区间，是则转下一步骤，否则调整nq，返回步骤S3重新计算，直至n0及n1达到合理区间；
步骤S5：由以上得到带X钢筋的无缝桥引板构造的钢筋配置及引板尺寸。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种带X型钢筋的无缝桥引板构造，其特征在于，包括经连接钢筋组浇筑在无缝桥桥台上的平置引板，所述平置引板在远离无缝桥桥台端沿顺桥向依次水平相接有若干块混凝土板，平置引板与第一块混凝土板之间、相邻混凝土板之间以及最后一块混凝土板与锚固梁之间分别经X型钢筋组连接；所述X型钢筋组由沿横桥向设置的若干X型钢筋组成，组成各X型钢筋组的X型钢筋数量不同，各X型钢筋单体刚度相同。
2.根据权利要求1所述的带X型钢筋的无缝桥引板构造，其特征在于，所述平置引板与各混凝土板的上下表面均铺设有砂垫层。
3.根据权利要求2所述的带X型钢筋的无缝桥引板构造，其特征在于，所述混凝土板的接缝正下方均设有位于路堤填土上表面的枕梁，平置引板与混凝土板下表面的砂垫层也位于路堤填土上表面。
4.根据权利要求1所述的带X型钢筋的无缝桥引板构造，其特征在于，相邻混凝土板之间、混凝土板与平置引板之间、混凝土板与锚固梁之间均设有橡胶板。
5.根据权利要求1所述的带X型钢筋的无缝桥引板构造，其特征在于，所述锚固梁的形状为倒90度的“L”形结构，其竖直段的底端嵌入路堤填土上表面的锚固槽。
6.一种如权利要求1-5任一所述的带X型钢筋的无缝桥引板构造的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：计算无缝桥的桥梁梁端顺桥向变形uimp；
步骤S2：根据《公路技术状况评定标准》规定的分布裂缝宽度限值，确定每个X型钢筋组的变形长度最小值Δumin，并进一步由式(A1)确定X型钢筋组沿顺桥向分布数量q；同时，设定混凝土板长度la、平置引板长度lb、枕梁长度lc、平置引板下枕梁与牛腿接触长度ld的值；
q＝uimp/Δumin (A1)
步骤S3：设定连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量nq；由式(A2)计算得到连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度Kq，并通过式(A3)、(A4)进一步获得K0～Kq-1，以及n0～nq-1：
Kq＝nqkp (A2)
其中，n0为连接无缝桥桥台与平置引板的连接钢筋组中沿横桥向设置的连接钢筋数量，n1为连接平置引板与第一块混凝土板的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量，n2～nq-1分别为连接各相邻混凝土板的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量，nq为连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组中沿横桥向设置的X型钢筋数量；K0为连接无缝桥桥台与平置引板的连接钢筋组沿顺桥向的总刚度，K1为连接平置引板与第一块混凝土板的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度，K2～Kq-1分别为连接各相邻混凝土板的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度，Kq为连接最后一块混凝土板与锚固梁的X型钢筋组沿顺桥向的总刚度；fs.a为单块混凝土板上表面摩擦力，fx.a为单块混凝土板下表面摩擦力，fs.b为平置引板上表面摩擦力，fx.b为平置引板下表面摩擦力；kp为单个X型钢筋刚度，kl为单个连接钢筋刚度；
步骤S4：判断无缝桥桥台与平置引板连接处、平置引板与第一块混凝土板连接处的配筋数n0及n1是否达到设定的合理区间，是则转下一步骤，否则调整nq，返回步骤S3重新计算，直至n0及n1达到合理区间；
步骤S5：由以上得到带X钢筋的无缝桥引板构造的钢筋配置及引板尺寸。
7.根据权利要求6所述的带X型钢筋的无缝桥引板构造的设计方法，其特征在于，所述混凝土板、平置引板上下表面摩擦力fs.a、fx.a、fs.b、fx.b由混凝土板与砂垫层之间摩擦力以及混凝土板与混凝土枕梁之间摩擦力按式(A5)计算得到：
式中，Ps.a为单块混凝土板上表面压力，Px.a为单块混凝土板下表面压力，Ps.b为平置引板上表面压力，Px.b为平置引板下表面压力，Px为引板下表面压力，γ1为路面铺装容重，γ2为引板上方填土容重，γ3为混凝土板上方填土容重，γ4为引板容重，γ5为混凝土板容重，d1为路面铺装厚度，d2为引板上方填土厚度，d3为混凝土板上方填土厚度，d4为引板厚度，d5为混凝土板厚度，μs,a为混凝土板与砂垫层之间的摩擦系数，μs,b为平置引板与砂垫层之间的摩擦系数，μr.a为混凝土板与枕梁之间的摩擦系数，μr.b为混凝土板与枕梁及牛腿之间的摩擦系数，la为混凝土板长度，lb为平置引板长度，lc为混凝土板与枕梁接触长度，ld为平置引板与枕梁和牛腿的总接触长度，W为平置引板和混凝土板的横向宽度。
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