CN110409282A - 一种基于永久性后张预应力uhpc套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁及施工方法，其组合梁包括顶板、套装模板和自养护混凝土，套装模板包括底座板、腹模板和端头插板，底座板、腹模板和端头插板均由超高性能混凝土预制形成，底座板的上表面预制有回形插槽。本发明的组合梁以UHPC作为永久模板材料，自养护混凝土填充梁腹板体的内腔，去掉传统的箍筋，充分发挥UHPC和混凝土的材料特性，优化梁结构形式，省去混凝土人工养护环节，同时解决了纯预应力UHPC梁造价高的问题。本发明适用于装配式施工，可以适用于I型梁，箱梁等结构，本发明中的施工方法，施工工艺简单，施工效率高，可以解决传统预应力混凝土梁施工周期长的问题。

Description

一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自 养护组合梁及施工方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁及施工方法。
背景技术
预应力混凝土梁在施工过程中通常使用模板预制，钢筋绑扎复杂、施工工序繁琐，且混凝土浇筑质量不易控制。现有预应力混凝土桥梁病害调查发现，在服役预应力混凝土梁的病害严重，结构开裂、钢筋锈蚀等问题不仅影响桥梁的安全性，而且会影响结构的安全性和使用性能。超高性能混凝土(UHPC)是一种水泥基材料，具有优异的物理与力学性能，其拉压强度高，韧性和耐久性好，长期荷载作用下徐变小，不仅有利于桥梁朝轻质、大跨方向发展，而且可以避免结构开裂，增强桥梁严酷环境下的耐久性，降低后期维修养护成本，是土木工程桥梁领域极具应用前景的新型水泥基材料。
现有研究表明，UHPC极限拉应变高和抗拉强度大，跨过裂缝的纤维桥联作用可等代腹筋抗剪作用，故可取消腹筋设置，便于桥梁快速化施工。值得注意的是，虽然UHPC材料性能好，但是其材料的价格较高，自然养护条件下收缩大，这在一定程度上限制了其推广、应用。因此，要想实现UHPC在桥梁工程中的大规模推广，必须进行创新性应用。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁及施工方法，其组合梁以UHPC作为永久模板材料，自养护混凝土填充梁腹板体的内腔，去掉传统的箍筋，充分发挥UHPC和混凝土的材料特性，优化梁结构形式，省去混凝土人工养护环节，同时解决了纯预应力UHPC梁造价高的问题。本发明适用于装配式施工，可以适用于I型梁，箱梁等结构形式，采用本发明中的施工方法，施工工艺简单，施工效率高、可以解决传统预应力混凝土梁施工周期长的问题。
技术方案：本发明一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，包括顶板、套装模板和自养护混凝土，套装模板包括底座板、腹模板和端头插板，所述底座板、腹模板和端头插板均由超高性能混凝土预制形成，底座板的上表面预制有回形插槽，所述回形插槽内垂直插设有两组腹模板和两组端头插板，两组所述腹模板和两组所述端头插板均两两对称设置形成截面为矩形的中空结构的梁腹板体，所述顶板由高性能混凝土预制形成，顶板的下表面沿其长度方向预制有扣槽，所述扣槽与梁腹板体的顶端相卡合，所述梁腹板体的内腔中浇筑有自养护混凝土。
进一步的，所述顶板内沿其长度方向预埋有顶板钢筋网，顶板的上表面预制有多组等间距设置的自养护混凝土浇筑孔，多组所述自养护混凝土浇筑孔竖直贯穿顶板与梁腹板体的内腔相通。自养护混凝土浇筑孔方便将自养护混凝土浇注到梁腹板体的内腔中。
进一步的，所述扣槽内沿其长度方向垂直预制有多组第一预埋连接钢筋，多组所述第一预埋连接钢筋均位于梁腹板体的内腔中，多组第一预埋连接钢筋为U型结构。第一预埋连接钢筋可增强梁结构的界面抗剪能力，其具体数量根据结构界面抗剪需求设置。
进一步的，所述底座板的两端部内均预埋有多组竖直设置的锚固区间接钢筋，底座板内沿其长度方向预埋有多组等间距设置的波纹管，多组所述波纹管均水平穿过位于底座板两端部的锚固区间接钢筋。设置锚固区间接钢筋，可满足局部区承载力和总体区抗裂设计的要求。
进一步的，所述波纹管为直线型镀锌波纹管，波纹管内穿过有预应力钢绞线。
进一步的，所述底座板的上表面沿其长度方向垂直预制有多组等间距设置的第二预埋连接钢筋，多组所述第二预埋连接钢筋均位于梁腹板体的内腔中，多组第二预埋连接钢筋为倒置的U型结构。
进一步的，所述回形插槽由交替设置且首尾相连的横向插槽和纵向插槽组成，所述横向插槽和纵向插槽均设有两组，所述腹模板的底端垂直插设在纵向插槽内，所述端头插板的底端垂直插设在横向插槽内，所述腹模板的顶端和端头插板的顶端均插设在扣槽内，腹模板的高度与端头插板的高度相同。
进一步的，两组所述腹模板相向的一侧设有多组键齿，所述键齿为矩形结构。键齿可增强腹模板界面的抗剪能力。
本发明还提供了一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁施工方法，包括如下步骤：
(1)将由超高性能混凝土预制形成的底座板放置于梁的加工台座上；
(2)将由超高性能混凝土预制形成的两组腹模板分别垂直插设在回形插槽的两组纵向插槽内，将由超高性能混凝土预制形成的两组端头插板分别垂直插设在回形插槽的两组横向插槽内，形成截面为矩形的中空结构的梁腹板体；
(3)吊装由高性能混凝土预制形成的顶板，将腹模板的顶端和端头插板的顶端均插设在顶板的扣槽内；
(4)将预应力钢绞线穿入到波纹管中；
(5)使用聚氨酯泡沫对安装缝隙进行封缝处理，并对底座板两端部的波纹管进行遮盖，避免污染；
(6)将新搅拌的自养护混凝土通过自养护混凝土浇筑孔浇筑到梁腹板体的内腔中，边浇筑边使用插入式振捣器进行振捣，在搅拌自养护混凝土的过程中掺入预吸水SAP内养护剂；
(7)自养护混凝土浇筑7d后，张拉预应力钢绞线，并对波纹管进行压浆，则无腹筋预应力自养护组合梁制作完成。
进一步的，所述步骤(6)中的预吸水SAP内养护剂为高倍吸水树脂，高倍吸水树脂对混凝土自行养护，降低混凝土自生收缩。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将UHPC做为组合梁的永久性模板材料，避免了传统的梁预制过程中立模和拆模的复杂工艺，解决了传统预应力混凝土结构耐久性不足的问题和纯UHPC结构造价高昂的问题；
(2)本发明将UHPC的底座板用作梁结构的受拉区，并施加有后张预应力，充分发挥了UHPC抗拉强度高的优势，解决了传统预应力混凝土梁底板开裂问题；
(3)将自养护混凝土填充在梁腹板体的内腔中与UHPC结合，避免了混凝土传统的人工养护，提高了结构的刚度，提高了组合梁的抗剪能力，去掉了传统的箍筋，解决了纯预应力结构刚度验算难通过的问题；
(4)本发明适用于装配式施工，可以适用于I型梁，箱梁等结构形式，具有广泛的适用性和很高的可靠性。
附图说明
图1为本发明自养护组合梁截面示意图；
图2为图1中A-A剖面图；
图3为顶板结构示意图；
图4为扣槽结构示意图；
图5为底座板结构示意图；
图6为腹模板结构示意图；
图7为端头插板结构示意图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1和图2所示，本发明一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，包括顶板1、套装模板和自养护混凝土8，套装模板包括底座板2、腹模板3和端头插板4，底座板2、腹模板3和端头插板4均由超高性能混凝土(UHPC)预制形成，UHPC强度为150MPa,纤维掺量为2％～4％，底座板2的上表面预制有回形插槽5，回形插槽5内垂直插设有两组腹模板3和两组端头插板4，两组腹模板3和两组端头插板4均两两对称设置形成截面为矩形的中空结构的梁腹板体6，顶板1由高性能混凝土预制形成，高性能混凝土强度为50MPa，顶板1的下表面沿其长度方向预制有扣槽7，扣槽7的深度为4～5cm之间，扣槽7与梁腹板体6的顶端相卡合，梁腹板体6的内腔中浇筑有自养护混凝土8，自养护混凝土8为标号C50～C80中任一的混凝土，混凝土内掺入高倍吸水树脂，高倍吸水树脂对混凝土自行养护，降低混凝土自生收缩；自养护混凝土8与底座板2、腹模板3、端头插板4和顶板1形成组合梁整体；
如图3和图4所示，顶板1与底座板2长度相同，顶板1内沿其长度方向预埋有顶板钢筋网9，顶板钢筋网9增加顶板1的抗裂能力，顶板1的上表面预制有多组等间距设置的自养护混凝土浇筑孔10，自养护混凝土浇筑孔10的圆孔直径为10～15cm，多组自养护混凝土浇筑孔10竖直贯穿顶板1与梁腹板体6的内腔相通，自养护混凝土浇筑孔10方便将自养护混凝土8浇注到梁腹板体6的内腔中；
扣槽7内沿其长度方向垂直预制有多组第一预埋连接钢筋11，多组第一预埋连接钢筋11均位于梁腹板体6的内腔中，多组第一预埋连接钢筋11为U型结构，梁腹板体6的内腔中浇注满自养护混凝土8之后，多组第一预埋连接钢筋11将顶板1与梁腹板体6形成一体，而且第一预埋连接钢筋11可增强梁结构的界面抗剪能力，其具体数量根据结构界面抗剪需求设置；
如图5所示，底座板2的两端部内均预埋有多组竖直设置的锚固区间接钢筋12，通过设置锚固区间接钢筋12，可满足底座板2的局部区承载力和总体区抗裂设计的要求，底座板2内沿其长度方向预埋有多组等间距设置的波纹管13，多组波纹管13均水平穿过位于底座板2两端部的锚固区间接钢筋12，波纹管13为直线型镀锌波纹管，波纹管13内穿过有预应力钢绞线；
底座板2的上表面沿其长度方向垂直预制有多组等间距设置的第二预埋连接钢筋14，多组第二预埋连接钢筋14均位于梁腹板体6的内腔中，多组第二预埋连接钢筋14为倒置的U型结构，梁腹板体6的内腔中浇注满自养护混凝土8之后，多组第二预埋连接钢筋14将底座板2与梁腹板体6形成一体，而且第二预埋连接钢筋14可增强梁结构的界面抗剪能力，其具体数量根据结构界面抗剪需求设置；
如图6和图7所示，回形插槽5由交替设置且首尾相连的横向插槽51和纵向插槽52组成，横向插槽51和纵向插槽52均设有两组，两组腹模板3的底端均垂直插设在两组纵向插槽52内，纵向插槽52的长度与腹模板3长度相同，宽度比腹模板3厚度大1～2mm，端头插板4的底端垂直插设在横向插槽51内，横向插槽51的长度与端头插板4的底部宽度相同，厚度比端头插板4的厚度大1～2mm，腹模板3的顶端和端头插板4的顶端均插设在扣槽内，且腹模板3和端头插板4的顶部外侧壁与扣槽7的侧壁相贴合，腹模板3的高度与端头插板4的高度相同，端头插板4厚度比腹模板3厚度小1～2mm；
两组腹模板3相向的一侧设有多组键齿15，键齿15为矩形结构，厚度为2～4cm，高度为2～3cm，键齿15可增强腹模板3界面的抗剪能力，其数量根据腹模板3界面抗剪要求设置。
本发明还一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁施工方法，包括如下步骤：
(1)将由超高性能混凝土预制形成的底座板2放置于梁的加工台座上；
(2)将由超高性能混凝土预制形成的两组腹模板3分别垂直插设在回形插槽5的两组纵向插槽52内，将由超高性能混凝土预制形成的两组端头插板4分别垂直插设在回形插槽5的两组横向插槽51内，形成截面为矩形的中空结构的梁腹板体6；
(3)吊装由高性能混凝土预制形成的顶板1，将腹模板3的顶端和端头插板4的顶端均插设在顶板1的扣槽7内；
(4)将预应力钢绞线穿入到波纹管13中；
(5)使用聚氨酯泡沫对安装缝隙进行封缝处理，并对底座板2两端部的波纹管13进行遮盖，避免污染；
(6)将新搅拌的自养护混凝土8通过自养护混凝土浇筑孔10浇筑到梁腹板体6的内腔中，边浇筑边使用插入式振捣器进行振捣，在搅拌自养护混凝土8的过程中掺入预吸水SAP内养护剂，预吸水SAP内养护剂为高倍吸水树脂，高倍吸水树脂对混凝土自行养护，降低混凝土自生收缩；
(7)自养护混凝土8浇筑7d后，张拉预应力钢绞线，并对波纹管13进行压浆，则无腹筋预应力自养护组合梁制作完成。

Claims (10)

1.一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，包括顶板、套装模板和自养护混凝土，其特征在于：套装模板包括底座板、腹模板和端头插板，所述底座板、腹模板和端头插板均由超高性能混凝土预制形成，底座板的上表面预制有回形插槽，所述回形插槽内垂直插设有两组腹模板和两组端头插板，两组所述腹模板和两组所述端头插板均两两对称设置形成截面为矩形的中空结构的梁腹板体，所述顶板由高性能混凝土预制形成，顶板的下表面沿其长度方向预制有扣槽，所述扣槽与梁腹板体的顶端相卡合，所述梁腹板体的内腔中浇筑有自养护混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，其特征在于：所述顶板内沿其长度方向预埋有顶板钢筋网，顶板的上表面预制有多组等间距设置的自养护混凝土浇筑孔，多组所述自养护混凝土浇筑孔竖直贯穿顶板与梁腹板体的内腔相通。
3.根据权利要求1所述的一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，其特征在于：所述扣槽内沿其长度方向垂直预制有多组第一预埋连接钢筋，多组所述第一预埋连接钢筋均位于梁腹板体的内腔中，多组第一预埋连接钢筋为U型结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，其特征在于：所述底座板的两端部内均预埋有多组竖直设置的锚固区间接钢筋，底座板内沿其长度方向预埋有多组等间距设置的波纹管，多组所述波纹管均水平穿过位于底座板两端部的锚固区间接钢筋。
5.根据权利要求4所述的一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，其特征在于：所述波纹管为直线型镀锌波纹管，波纹管内穿过有预应力钢绞线。
6.根据权利要求1所述的一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，其特征在于：所述底座板的上表面沿其长度方向垂直预制有多组等间距设置的第二预埋连接钢筋，多组所述第二预埋连接钢筋均位于梁腹板体的内腔中，多组第二预埋连接钢筋为倒置的U型结构。
7.根据权利要求1所述的一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，其特征在于：所述回形插槽由交替设置且首尾相连的横向插槽和纵向插槽组成，所述横向插槽和纵向插槽均设有两组，所述腹模板的底端垂直插设在纵向插槽内，所述端头插板的底端垂直插设在横向插槽内，所述腹模板的顶端和端头插板的顶端均插设在扣槽内，腹模板的高度与端头插板的高度相同。
8.根据权利要求1所述的一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁，其特征在于：两组所述腹模板相向的一侧设有多组键齿，所述键齿为矩形结构。
9.一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将由超高性能混凝土预制形成的底座板放置于梁的加工台座上；
(2)将由超高性能混凝土预制形成的两组腹模板分别垂直插设在回形插槽的两组纵向插槽内，将由超高性能混凝土预制形成的两组端头插板分别垂直插设在回形插槽的两组横向插槽内，形成截面为矩形的中空结构的梁腹板体；
(3)吊装由高性能混凝土预制形成的顶板，将腹模板的顶端和端头插板的顶端均插设在顶板的扣槽内；
(4)将预应力钢绞线穿入到波纹管中；
(5)使用聚氨酯泡沫对安装缝隙进行封缝处理，并对底座板两端部的波纹管进行遮盖，避免污染；
(6)将新搅拌的自养护混凝土通过自养护混凝土浇筑孔浇筑到梁腹板体的内腔中，边浇筑边使用插入式振捣器进行振捣，在搅拌自养护混凝土的过程中掺入预吸水SAP内养护剂；
(7)自养护混凝土浇筑7d后，张拉预应力钢绞线，并对波纹管进行压浆，则无腹筋预应力自养护组合梁制作完成。
10.根据权利要求9所述的一种基于永久性后张预应力UHPC套装模板的无腹筋预应力自养护组合梁施工方法，其特征在于：所述步骤(6)中的预吸水SAP内养护剂为高倍吸水树脂。
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