CN110424240A - 基于缓粘结预应力uhpc永久模板的双向预应力无配筋组合梁及施工方法 - Google Patents

基于缓粘结预应力uhpc永久模板的双向预应力无配筋组合梁及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁及施工方法，包括高性能混凝土预制的顶板、缓粘结预应力UHPC永久模板、自养护混凝土和竖向缓粘结预应力筋；缓粘结预应力UHPC永久模板包括腹模、端头插板以及底座板；竖向缓粘结预应力筋穿过顶板、向下延伸并插入底座板；底座板预埋有纵向缓粘结预应力筋；组合梁的梁腹内腔填充自养护混凝土，去掉了传统钢筋，充分发挥UHPC材料特性。本发明避免了传统梁预制过程中拆模的复杂工艺，发挥UHPC耐久性高的优势，解决了传统预应力混凝土梁结构耐久性不足和纯UHPC梁结构造价高的问题，解决了传统预应力混凝土梁底板开裂问题，简化了工艺，提高了效率。

Description

基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁 及施工方法
技术领域
本发明涉及组合梁及施工方法，特别是涉及一种基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁及施工方法。
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，而且会影响结构的耐久性和使用性能。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替代部分钢筋，便于桥梁快速化施工。值得注意的是，UHPC虽然材料性能好，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：本发明提供一种基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁，以UHPC作为永久模板材料，自养护混凝土填充梁腹板，在纵向和竖向施加预应力，无需配置传统的钢筋，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，解决了传统预应力混凝土耐久性差，易开裂等问题，同时也解决了纯预应力UHPC梁造价高的问题；本发明还提供了一种施工方法，采用装配化施工，施工工艺简单，解决传统预应力混凝土梁施工周期长的问题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁，包括采用高性能混凝土预制的顶板和均采用超高性能混凝土预制的、作为永久性模板的腹模、端头插板以及底座板；顶板、底座板分别位于组合梁的上、下端，腹模沿组合梁长边方向、对称置于底座板上，端头插板沿组合梁短边方向、对称置于底座板上，顶板和底座板的长度相同，端头插板与腹模的高度相同；竖向缓粘结预应力筋穿过顶板、向下延伸并插入底座板，顶板、底座板上均设有竖向缓粘结预应力筋穿过位置相应的竖向预应力孔；底座板预埋有沿其长度方向的纵向缓粘结预应力筋；所述组合梁的梁腹内腔填充自养护混凝土，并与底座板、腹模、端头插板、顶板、纵向缓粘结预应力筋、竖向缓粘结预应力筋形成组合梁整体。
其中底座板、腹模和端头插板采用超高性能混凝土材料预制，超高性能混凝土的强度为120～150MPa，纤维掺量为2％～4％；顶板采用高性能混凝土预制，高性能混凝土的强度为50MPa。
进一步地，所述顶板、底座板均预埋有连接钢筋，底座板两侧还设有锚固区间接钢筋，顶板上还预埋有顶板钢筋网。锚固区间接钢筋在底座板预制过程中预埋，布置满足局部区承载力和总体区抗裂设计的要求；连接钢筋连接自养护混凝土和顶板和底座板，连接钢筋的数量根据结构界面抗剪需求设置。
进一步地，所述顶板上设有供自养护混凝土浇入的浇筑孔；顶板和底座板上均分别设有与腹模、端头插板相适配的安装槽，安装槽包括底座板上的用于插入端头插板的横向插槽、用于插入腹模的纵向插槽以及顶板上的扣槽。
优选地，所述自养护混凝土为C50～C80混凝土，并在其搅拌过程中掺入预吸水高倍吸水树脂(SAP)养护剂使混凝土自行养护，以降低混凝土自生收缩。自养护混凝土在浇筑孔中浇入，采用插入式振捣器振捣。
优选地，所述腹模的厚度为2～4cm，其内壁上设有矩形键齿，键齿高度为2-3cm。其中，键齿的数量根据腹膜界面抗剪要求设置。键齿的设置可以提高界面连接的抗剪性能。
进一步地，所述扣槽的长度与顶板长度相同，宽度比组合梁的梁腹的宽度大2～3mm，扣槽深度为4～5cm。
进一步地，所述自养护混凝土浇筑孔为圆形孔，孔径为10～15cm；竖向预应力孔为圆形孔，孔径为2cm～3cm。
优选地，所述底座板、腹模和端头插板采用强度为120～150MPa的超高性能混凝土材料预制，纤维掺量为2％～4％。
优选地，纵向插槽的长度比腹模长度长1～2mm，宽度比腹模厚度宽1～2mm；所述的纵向插槽距离底座板长边边缘1～2cm；横向插槽的长度比端头插板底部的宽度加两腹膜厚度大1～2mm，厚度比端头插板的厚度大1～2mm；所述的横向插槽据底座板短边的边缘1～2cm；端头插板高度与腹模高度相同，端头插板厚度比腹模厚度小1-2mm。
本发明同时提供了上述基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁的施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、预制作为永久性模板的腹模、端头插板以及底座板；
步骤2、将预制好的UHPC底座板放置梁的加工台座上，将两片预制好的UHPC腹膜插入到底座板的纵向插槽中；将两片预制好的端头插板插入到底座板的横向插槽中；
步骤3、吊装混凝土顶板，将腹膜和端头插板扣入到混凝土顶板的扣槽中；
步骤4、将竖向预应力筋从混凝土顶板的竖向预应力孔传入到底座板的竖向预应力孔中；并对竖向预应力筋进行适当的固定；
步骤5、使用聚氨酯泡沫对一些安装缝进行封缝处理，并对底座板端部的纵向缓粘结预应力筋遮盖保护，避免污染；
步骤6、将新拌的自养护混凝土通过浇筑孔浇入到梁腹中，边浇筑边使用插入式振捣器进行振捣
步骤7、自养护混凝土浇筑7d后，张拉纵向缓粘结预应力筋和竖向缓粘结预应力筋，梁体制作完成。
优选地，所述步骤(6)中采用插入式振捣器振捣。
发明原理：本发明基于缓粘结预应力UHPC永久模板制作双向预应力无配筋组合梁，以UHPC作为永久模板，自养护混凝土填充梁腹板，在纵向和竖向施加预应力，无需配置传统的钢筋，充分发挥了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，解决了传统预应力混凝土耐久性差，易开裂等问题，同时也解决了纯预应力UHPC梁造价高的问题。并采用装配化施工，施工工艺简单，解决传统预应力混凝土梁施工周期长的问题。
有益效果：
(1)本发明将UHPC作为梁的永久性模板，避免了传统的梁预制过程中拆模的工艺，发挥UHPC耐久性高的优势，解决了传统预应力混凝土梁结构耐久性不足和纯UHPC梁结构造价高昂的问题；
(2)本发明将UHPC作为底座板用作梁结构的受拉区，并施加有纵向缓粘结后张预应力，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易开裂的问题；
(3)将自养护混凝土填充在梁腹与UHPC结合，省去混凝土传统的人工养护环节，提高了施工效率的同时提高了梁的刚度，解决了纯预应力UHPC梁刚度验算难通过的问题；竖向预应力的施加，提高了梁的抗剪能力，省去了传统的钢筋，简化了施工工艺，提高了施工效率；
(4)本发明采用装配式施工，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是本发明的UHPC-NC双向缓粘结预应力无配筋组合梁的截面示意图；
图2是本发明的UHPC-NC双向缓粘结预应力无配筋组合梁的A-A剖面图；
图3是顶板的三维示意图；
图4是底座板的三维示意图；
图5是腹模的三维示意图；
图6是端头插板的三维示意图。
具体实施方式
下面结合实施例进行详细描述。
如图1、2所示，本发明的一种基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁，包括顶板1、底座板3、腹模14、端头插板10，顶板1位于组合梁的上端，底座板3位于组合梁的下端，顶板1的长度和底座板3的长度相同；其中底座板3、腹模14和端头插板10采用超高性能混凝土材料预制，UHPC强度为150MPa，纤维掺量为2％～4％，顶板1采用高性能混凝土预制，高性能混凝土强度为50MPa。
两个腹模14沿组合梁长边方向、对称置于底座板3上，两个端头插板10沿组合梁短边方向、对称置于底座板上；即腹膜14插置在底座板3的纵向插槽13中，端头插板10插置在底座板3的横向插槽12中。竖向缓粘结预应力筋15穿过顶板1、向下延伸并插入底座板3，顶板1、底座板3上均设有竖向缓粘结预应力筋15穿过位置相应的竖向预应力孔9；底座板3预埋有沿其长度方向的纵向缓粘结预应力筋4；所述组合梁的梁腹内填充自养护混凝土2，并与底座板3、腹模14、端头插板10、顶板1、纵向缓粘结预应力筋4、竖向缓粘结预应力筋15形成组合梁整体。底座板3的厚度设计满足纵向缓粘结预应力筋4、锚固区间接钢筋5和连接钢筋6的布置要求。
其中自养护混凝土2选用标号为C50混凝土，并在其搅拌过程中掺入预吸水SAP养护剂使混凝土自行养护，以降低混凝土自生收缩；纵向缓粘结预应力筋4为直线型，在底座板3预制过程中预埋，在自养护混凝土2浇筑完7d后进行张拉；竖向缓粘结预应力筋15为直线型，沿梁高通长布置，自养护混凝土2浇筑完7d后在底座板3和混凝土顶板1处张拉。
如图3所示，顶板1预制时预埋连接钢筋6、顶板钢筋网8，连接钢筋6连接自养护混凝土和顶板1，连接钢筋6的数量根据结构界面抗剪需求设置；并且顶板1预制时预留自养护混凝土浇筑孔9、腹模、端头插板装配用的扣槽11、竖向预应力孔16，其中自养护混凝土浇筑孔9为圆形孔，孔径为10～15cm；扣槽11的长度与顶板1的长度相同，宽度比梁腹的宽度大2～3mm，深度为4～5cm；竖向预应力孔16为圆形，孔径为2～3cm。
如图4所示，底座板3预制时预埋连接钢筋6、锚固区间接钢筋5以及沿其长度方向的纵向缓粘结预应力筋，连接钢筋6连接自养护混凝土和底座板3，连接钢筋6的数量根据结构界面抗剪需求设置；锚固区间接钢筋5的布置满足局部区承载力和总体区抗裂设计的要求；预制过程中，底座板3上还预留了竖向预应力孔16以及腹模、端头插板装配用的安装槽，包括用于插入端头插板的横向插槽12、用于插入腹模的纵向插槽16。
纵向插槽16的长度比腹模长度长1～2mm，宽度比腹模厚度宽1～2mm，纵向插槽16距离底座板3长边的边缘1～2cm；横向插槽12的长度比端头插板10底部的宽度加两腹模14厚度还要长1～2mm，横向插槽12的厚度比端头插板10的厚度大1～2mm，横向插槽12距离底座板3短边的边缘1～2cm。
如图5所示，腹模14的厚度为2～4cm，其内壁上设有矩形键齿，键齿高度为2-3cm，键齿为矩形，键齿的数量根据腹膜界面抗剪要求设置。
如图6所示为端头插板的示意图，端头插板10与腹模14的高度相同，端头插板厚度比腹模厚度小1～2mm。
本实施例的UHPC-NC双向缓粘结预应力无配筋组合梁的施工方法，包括如下步骤：
步骤1、预制作为永久性模板的腹模14、端头插板10以及底座板3；
步骤2、将预制好的UHPC底座板3放置梁的加工台座上，将两片预制好的UHPC腹膜14插入到底座板3的纵向插槽13中；将两片预制好的端头插板10插入到底座板3的横向插槽12中；
步骤3、吊装混凝土顶板1，将腹膜14和端头插板10扣入到混凝土顶板1的扣槽11中；
步骤4、将竖向预应力筋15从混凝土顶板1的竖向预应力孔16传入到底座板3的竖向预应力孔16中；并对竖向预应力筋15进行适当的固定；
步骤5、使用聚氨酯泡沫对一些安装缝进行封缝处理，并对底座板3端部的纵向缓粘结预应力筋4遮盖保护，避免污染；
步骤6、将新拌的自养护混凝土2通过自养护混凝土浇筑孔9浇入到梁腹中，边浇筑边使用插入式振捣器进行振捣
步骤7、自养护混凝土2浇筑7d后，张拉纵向缓粘结预应力筋4和竖向缓粘结预应力筋15，梁体制作完成。

Claims (10)

1.一种基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁，其特征在于：包括采用高性能混凝土预制的顶板(1)和均采用超高性能混凝土预制的、作为永久性模板的腹模(14)、端头插板(10)以及底座板(3)；顶板(1)、底座板(3)分别位于组合梁的上、下端，腹模(14)沿组合梁长边方向、对称置于底座板(3)上，端头插板(10)沿组合梁短边方向、对称置于底座板(3)上，顶板(1)和底座板(3)的长度相同，端头插板(10)与腹模(14)的高度相同；竖向缓粘结预应力筋(15)穿过顶板(1)、向下延伸并插入底座板(3)，顶板(1)、底座板(3)上均设有竖向缓粘结预应力筋(15)穿过位置相应的竖向预应力孔(16)；底座板(3)预埋有沿其长度方向的纵向缓粘结预应力筋(4)；所述组合梁的梁腹内腔填充自养护混凝土(2)，并与顶板(1)、腹模(14)、端头插板(10)、底座板(3)、纵向缓粘结预应力筋(4)、竖向缓粘结预应力筋(15)形成组合梁整体。
2.根据权利要求1所述的双向预应力无配筋组合梁，其特征在于：所述顶板、底座板均预埋有连接钢筋(6)，底座板(3)两侧还设有锚固区间接钢筋(5)，顶板上还预埋有顶板钢筋网(8)。
3.根据权利要求1所述的双向预应力无配筋组合梁，其特征在于：所述顶板(1)上设有供自养护混凝土浇入的浇筑孔(9)；顶板(1)和底座板(3)上均分别设有与腹模、端头插板相适配的安装槽，安装槽包括底座板上的用于插入端头插板的横向插槽、用于插入腹模的纵向插槽以及顶板上的扣槽(11)。
4.根据权利要求1所述的双向预应力无配筋组合梁，其特征在于：所述自养护混凝土为C50～C80混凝土，并在搅拌过程中掺入预吸水高倍吸水树脂使混凝土自行养护。
5.根据权利要求1所述的双向预应力无配筋组合梁，其特征在于：所述腹模(14)的厚度为2～4cm，其内壁上设有矩形键齿，键齿高度为2～3cm。
6.根据权利要求1所述的双向预应力无配筋组合梁，其特征在于：所述扣槽(11)的长度与顶板(1)长度相同，宽度比组合梁的梁腹的宽度大2～3mm，扣槽深度为4～5cm。
7.根据权利要求1所述的双向预应力无配筋组合梁，其特征在于：所述自养护混凝土浇筑孔(9)为圆形孔，孔径为10～15cm；竖向预应力孔(16)为圆形孔，孔径为2cm～3cm。
8.根据权利要求1所述的双向预应力无配筋组合梁，其特征在于：所述底座板(3)、腹模(14)和端头插板(10)采用强度为120～150MPa的超高性能混凝土材料预制，纤维掺量为2％～4％。
9.一种基于缓粘结预应力UHPC永久模板的双向预应力无配筋组合梁的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)预制作为永久性模板的腹模、端头插板以及底座板；
(2)将两片预制好的UHPC腹模插入到底座板的纵向插槽中；将两片预制好的端头插板插入到底座板的横向插槽中；
(3)吊装混凝土顶板，将腹模和端头插板扣入到混凝土顶板的扣槽中；
(4)将竖向预应力筋从混凝土顶板的竖向预应力孔穿入到底座板的竖向预应力孔中，并对竖向预应力筋进行固定；
(5)对安装缝进行封缝处理，并对底座板端部的纵向缓粘结预应力筋遮盖保护，避免污染；
(6)将新拌的自养护混凝土通过自养护混凝土浇筑孔浇入到梁腹中，边浇筑边进行振捣；
(7)待自养护混凝土达到张拉强度后，张拉纵向缓粘结预应力筋和竖向预应力筋，梁体制作完成。
10.根据权利要求8所述的UHPC-NC双向缓粘结预应力无配筋组合梁的施工方法，其特征在于：所述步骤(6)中采用插入式振捣器振捣。
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