CN110700071A - 一种预制拼装uhpc板式拱桥及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超高性能混凝土、桥梁工程和装配式结构快速施工领域，具体地说涉及一种预制拼装UHPC板式拱桥及其施工方法，包括位于两端并预制的拱脚节段和用于吊装的内置式预应力钢绞线，所述拱脚节段的内侧分别设置有预制的标准拱肋节段，所述标准拱肋节段的另一端分别设置有预制的榫卯拱肋节段，位于两榫卯拱肋节段之间设置有预制的跨中拱肋节段，所述跨中拱肋节段与榫卯拱肋节段之间设置有预留榫卯孔，所述预留榫卯孔内铆接有T形UHPC楔块。该预制拼装UHPC板式拱桥及其施工方法解决了钢筋混凝土拱桥结构整体承载力低，自重大，跨越能力不足的不利情况，有效提高拱桥跨越能力和整体受力性能，大幅减少养护时间及节省大量的人力与物力，提高了桥梁的使用寿命周期。
Description
技术领域
本发明涉及超高性能混凝土、桥梁工程和装配式结构快速施工领域，具体地说涉及一种预制拼装UHPC板式拱桥及其施工方法。
背景技术
现浇钢筋混凝土拱桥以轴向受力为主要特征，具有结构性能优越，跨越能力大、地质地形适应性强的优势，在城市、山区及跨沟谷桥梁中应用广泛，是现代桥梁常用的结构形式之一。相较传统的圬工拱桥，其结构恒载效应占所有效应的比重可降低30%~40%，这大大提高了钢筋混凝土拱桥跨越能力和经济性能。但其在施工过程和运营过程中，存在两个主要问题：其一，钢筋混凝土拱肋浇筑较为繁琐，模板的安装与拆卸现场耗时较长，且混凝土浇筑受现场环境影响，质量得不到控制；其二，主拱自重较大，受普通混凝土材料性能的限制，跨越能力明显不足。
基于上述问题，引入预制拼装的设计理念，同时结合超高性能混凝土（UHPC）的优良受力性能，提出一种新型预制拼装UHPC板式拱桥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预制拼装UHPC板式拱桥及其施工方法，该预制拼装UHPC板式拱桥及其施工方法有效提高拱桥跨越能力和整体受力性能，同时提高了桥梁的使用寿命周期。
本发明的技术方案在于：一种预制拼装UHPC板式拱桥，包括位于两端并预制的拱脚节段和用于吊装的内置式预应力钢绞线，所述拱脚节段的内侧分别设置有预制的标准拱肋节段，所述标准拱肋节段的另一端分别设置有预制的榫卯拱肋节段，位于两榫卯拱肋节段之间设置有预制的跨中拱肋节段，所述跨中拱肋节段与榫卯拱肋节段之间设置有预留榫卯孔，所述预留榫卯孔内铆接有预制的T形UHPC楔块。
进一步地，所述标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段内分别设置有预应力钢绞线孔道，所述预应力钢绞线的一端锚固在其中一拱脚节段上，预应力钢绞线的另一端依次穿过标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段的预应力钢绞线孔道并锚固在在另一拱脚节段上。
进一步地，所述拱脚节段上预留有预应力钢绞线的锚固端板。
进一步地，所述预应力钢绞线无需张拉并在T形UHPC楔块楔入预留榫卯孔后设置有由预留榫卯孔下部引出的引出部。
进一步地，所述T形UHPC楔块与预留榫卯孔之间形成的接缝内涂抹有环氧树脂胶。
进一步地，所述拱脚节段与标准拱肋节段之间、标准拱肋节段与榫卯拱肋节段之间、及榫卯拱肋节段与跨中拱肋节段之间的接缝处分别涂抹有环氧树脂胶或泵入压浆剂。
进一步地，所述拱脚节段、标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段均采用UHPC材料预制而成。
一种预制拼装UHPC板式拱桥的施工方法，包括以下步骤：
（1）根据跨径要求在台座上固定钢模板，分节段预制拱脚节段、标准拱肋节段、榫卯拱肋节段和跨中拱肋节段，并在各拱肋节段上预留预应力钢绞线孔道，并在拱脚节段上预留锚固端板；
（2）待预制的各节段养护完成后进行拆模；
（3）待拆模结束后，在其中一拱脚节段上锚固预应力钢绞线，并在预应力钢绞线上依次串联标准拱肋节段、榫卯拱肋节段、跨中拱肋节段、榫卯拱肋节段、标准拱肋节段，并将预应力钢绞线的另一端锚固在另一拱脚节段上；
（4）完成各节段串联后，将预应力钢绞线分别由预留榫卯孔位置引出；
（5）待各节段达到设计强度后进行现场吊装，通过引出的预应力钢绞线将各拱肋节段吊装就位；
（6）完成吊装后，将预应力钢绞线由预留榫卯孔下部引出，再卯入T形UHPC楔块，实现全桥结构。
进一步地，所述步骤（1）中，按照设计拱轴线定位预留钢绞线孔道和预留榫卯孔阳模，待检查完模板施工质量后，分节段浇筑各节段；所述步骤（2）中，各预制节段采用常规养护方法或90℃蒸汽养护48小时的方法进行养护，养护完成后进行拆模，拆除模板时注意检查预制节段的浇筑质量。
进一步地，所述步骤（4）中，拱脚节段与标准拱肋节段之间、标准拱肋节段与榫卯拱肋节段之间、及榫卯拱肋节段与跨中拱肋节段之间的接缝处分别涂抹有环氧树脂胶或泵入压浆剂；所述步骤（6）中，T形UHPC楔块铆入预留榫卯孔时在接缝处涂抹环氧树脂胶。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1. 该预制拼装UHPC板式拱桥主要由预制UHPC拱肋节段、预应力钢绞线和T形UHPC楔块等组成，从设计、施工、养护阶段出发，在根本上解决了钢筋混凝土拱桥结构整体承载力低，自重大，跨越能力不足的不利情况；并具有拱肋节段构造简单，受力性能清晰，通用性高且施工方便的优势；
2. 主拱拱肋采用UHPC材料预制而成，由于UHPC材料的超高强度，桥面板的截面面积减小，可大幅降低结构自重，自重较传统钢筋混凝土拱桥降低50%~70%，主拱的抗震性能提高；
3. 拱肋节段均采用预制拼装而成，便于批量生产及品控得到保证，能进一步降低生产成本；
4.内置预应力钢绞线用于串联各拱肋节段，且便于运输和现场架设，其运输和现场吊装工作量大幅减少，可大幅缩短现场施工时间；
5. 由于该预制拼装拱桥采用了UHPC材料，利用UHPC材料优异受力性能和耐久性能，将有效提高拱桥跨越能力和整体受力性能，并大幅减少养护时间及节省大量的人力与物力，从而达到降低养护成本；同时提高桥梁的使用寿命，增加其使用年限以及通行能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的立体图；
图4为本发明的榫卯拱肋节段示意图；
图5为本发明的跨中拱肋节段示意图；
图6为本发明的成桥阶段整体示意图；
图中：1-拱脚节段；2-标准拱肋节段；3-榫卯拱肋节段；31-预应力钢绞线孔道；4-跨中拱肋节段；5-T形UHPC楔块；51-预留榫卯孔；6-预应力钢绞线；61-引出部；7-起重装置。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图6
本发明为一种新型预制拼装UHPC板式拱桥及其施工方法，主要针对普通钢筋混凝土拱桥自重大，跨越能力低及现场施工耗时长等常见问题进行改进，其适用桥型的范围较广，可用于市政桥梁、公路桥梁以及抢险救灾工程中。
其中，一种预制拼装UHPC板式拱桥，包括位于两端并预制的拱脚节段1和用于吊装的内置式预应力钢绞线6，所述拱脚节段的内侧分别设置有预制的标准拱肋节段2，所述标准拱肋节段的另一端分别设置有预制的榫卯拱肋节段3，位于两榫卯拱肋节段之间设置有预制的跨中拱肋节段4，所述跨中拱肋节段与榫卯拱肋节段之间设置有预留榫卯孔51，所述预留榫卯孔内铆接有预制的T形UHPC楔块5。
本实施例中，所述拱脚节段、标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段内含有钢纤维，并分别由UHPC材料预制而成。
上述UHPC为超高性能混凝土的简称，系指抗压强度在150MPa以上，同时具有超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料的统称。其主要特征在于：组成材料颗粒的级配达到最佳的水泥基复合材料；水胶比小于0.25，含有较高比例的微细短钢纤维增强材料；抗压强度不低于150MPa；具有受拉状态的韧性，开裂后仍保持抗拉强度不低于7MPa；内部具有不连通孔结构，有很高的抵抗气、液体浸入能力，与传统混凝土和高性能混凝土（HPC）相比，耐久性大幅度提高。
各拱肋节段截面尺寸远小于普通钢筋混凝土板拱，其强度更高且具有更优越的耐久性能，同时由于UHPC板内含钢纤维，具有更好的变形性能，在地震作用下起到耗能作用。
本实施例中，所述标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段内分别设置有预应力钢绞线孔道31，所述预应力钢绞线的一端锚固在其中一拱脚节段上，预应力钢绞线的另一端依次穿过标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段的预应力钢绞线孔道并锚固在在另一拱脚节段上。从而通过内置的预应力钢绞线起到串联各预制UHPC拱肋节段和运输吊装的作用。
本实施例中，为了更好的与预应力钢绞线相锚固，所述拱脚节段上预留有预应力钢绞线的锚固端板。
本实施例中，所述预应力钢绞线无需张拉仅作为串联拱肋节段及吊装作用，预应力钢绞线在待主拱架设完毕后由预留孔道引出，即T形UHPC楔块楔入预留榫卯孔后设置有由预留榫卯孔下部引出的引出部61，以备运输吊装。
本实施例中，为了更好地完成连接，所述T形UHPC楔块与预留榫卯孔之间形成的接缝内涂抹有环氧树脂胶。
本实施例中，为了更好地完成连接，所述拱脚节段与标准拱肋节段之间、标准拱肋节段与榫卯拱肋节段之间、及榫卯拱肋节段与跨中拱肋节段之间的接缝处分别涂抹有环氧树脂胶或泵入压浆剂。
一种预制拼装UHPC板式拱桥的施工方法，包括以下步骤：
（1）根据跨径要求在台座上固定钢模板，按照设计拱轴线定位预留钢绞线孔道和预留榫卯孔阳模，待检查完模板施工质量后，分节段预制拱脚节段1、标准拱肋节段2、榫卯拱肋节段3和跨中拱肋节段4，并在各拱肋节段上预留预应力钢绞线孔道31，并在拱脚节段上预留锚固端板，以及在榫卯拱肋节段3和跨中拱肋节段的端部预留配合形成预留榫卯孔的凹部。其中，UHPC浇筑前应进行试配以确定其工作性能满足要求，浇筑时采用整体浇筑，并准备相关措施保证浇筑质量。
（2）各预制节段采用常规养护方法或90℃蒸汽养护48小时的方法进行养护，待预制的各节段养护完成后进行拆模，拆除模板时应注意检查预制节段的浇筑质量。
（3）待拆模结束后，在其中一拱脚节段（1#）上锚固预应力钢绞线6，并在预应力钢绞线上依次串联标准拱肋节段2、榫卯拱肋节段3、跨中拱肋节段4、榫卯拱肋节段3、标准拱肋节段2，并将预应力钢绞线的另一端锚固在另一拱脚节段（2#）上，串联顺序为：1#→2→3→4→3→2→2#。
（4）完成各节段串联后，将预应力钢绞线分别由预留榫卯孔51位置引出，以备运输吊装。
（5）待各节段达到设计强度后进行现场吊装，将预制拼装UHPC板式拱桥置于桥台上，将引出的预应力钢绞线通过起重装置7将各拱肋节段吊装就位。
（6）完成吊装后，将预应力钢绞线由预留榫卯孔下部引出，再卯入T形UHPC楔块，实现全桥结构。
本实施例中，所述步骤（1）中，在进行榫卯拱肋节段和跨中拱肋节段预制时，应注意预留榫卯孔位置浇筑，保证钢制阳模定位准确，及该位置UHPC浇筑质量。
本实施例中，所述步骤（4）中，拱脚节段与标准拱肋节段之间、标准拱肋节段与榫卯拱肋节段之间、及榫卯拱肋节段与跨中拱肋节段之间的接缝处分别涂抹有环氧树脂胶或泵入压浆剂；所述步骤（6）中，T形UHPC楔块采用工厂预制，构造根据预留榫卯孔尺寸确定，T形UHPC楔块铆入预留榫卯孔时在接缝处涂抹环氧树脂胶。
该预制拼装拱桥结构具有自重轻，成本低，架设简便等优点，因此可以快速广泛运用于中小跨径桥梁工程中，其基本原理为：采用UHPC材料后，由于UHPC材料的超高强度，桥面板的截面面积减小，可大幅降低结构自重，主拱的抗震性能提高；主拱采用预制拼装而成，其运输和现场吊装工作量大幅减少，有利于快速施工；由于UHPC材料在耐久性能方面的优势，使得新型预制拼装养护成本降低。
此外，该预制拼接UHPC拱桥与传统的预制拼装拱桥的主要不同之处在于：由于预制拱肋内设置有预应力钢绞线，该预应力钢绞线用于串联各拱肋节段，且可用于现场吊装，大幅减少现场施工作业。因此，该新型预制拼接UHPC拱桥不仅承载能力高，施工简单、方便，施工周期短，可操作性高，且容易在实际工程中推广应用，适用范围广。同时在耐久性能和养护方面具有显著的潜在优势，具有较重要的经济效益及社会效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的一种预制拼装UHPC板式拱桥并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种预制拼装UHPC板式拱桥，其特征在于，包括位于两端并预制的拱脚节段和用于吊装的内置式预应力钢绞线，所述拱脚节段的内侧分别设置有预制的标准拱肋节段，所述标准拱肋节段的另一端分别设置有预制的榫卯拱肋节段，位于两榫卯拱肋节段之间设置有预制的跨中拱肋节段，所述跨中拱肋节段与榫卯拱肋节段之间设置有预留榫卯孔，所述预留榫卯孔内铆接有预制的T形UHPC楔块。
2.根据权利要求1所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥，其特征在于，所述标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段内分别设置有预应力钢绞线孔道，所述预应力钢绞线的一端锚固在其中一拱脚节段上，预应力钢绞线的另一端依次穿过标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段的预应力钢绞线孔道并锚固在在另一拱脚节段上。
3.根据权利要求2所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥，其特征在于，所述拱脚节段上预留有预应力钢绞线的锚固端板。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥，其特征在于，所述预应力钢绞线无需张拉并在T形UHPC楔块楔入预留榫卯孔后设置有由预留榫卯孔下部引出的引出部。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥，其特征在于，所述T形UHPC楔块与预留榫卯孔之间形成的接缝内涂抹有环氧树脂胶。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥，其特征在于，所述拱脚节段与标准拱肋节段之间、标准拱肋节段与榫卯拱肋节段之间、及榫卯拱肋节段与跨中拱肋节段之间的接缝处分别涂抹有环氧树脂胶或泵入压浆剂。
7.根据权利要求1所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥，其特征在于，所述拱脚节段、标准拱肋节段、榫卯拱肋节段及跨中拱肋节段均采用UHPC材料预制而成。
8.一种应用于权利要求2所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥的施工方法，其特征至于，包括以下步骤：
（1）根据跨径要求在台座上固定钢模板，分节段预制拱脚节段、标准拱肋节段、榫卯拱肋节段和跨中拱肋节段，并在各拱肋节段上预留预应力钢绞线孔道，并在拱脚节段上预留锚固端板；
（2）待预制的各节段养护完成后进行拆模；
（3）待拆模结束后，在其中一拱脚节段上锚固预应力钢绞线，并在预应力钢绞线上依次串联标准拱肋节段、榫卯拱肋节段、跨中拱肋节段、榫卯拱肋节段、标准拱肋节段，并将预应力钢绞线的另一端锚固在另一拱脚节段上；
（4）完成各节段串联后，将预应力钢绞线分别由预留榫卯孔位置引出；
（5）待各节段达到设计强度后进行现场吊装，通过引出的预应力钢绞线将各拱肋节段吊装就位；
（6）完成吊装后，将预应力钢绞线由预留榫卯孔下部引出，再卯入T形UHPC楔块，实现全桥结构。
9.根据权利要求8所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥的施工方法，其特征在于，所述步骤（1）中，按照设计拱轴线定位预留钢绞线孔道和预留榫卯孔阳模，待检查完模板施工质量后，分节段浇筑各节段；所述步骤（2）中，各预制节段采用常规养护方法或90℃蒸汽养护48小时的方法进行养护，养护完成后进行拆模，拆除模板时注意检查预制节段的浇筑质量。
10.根据权利要求8或9所述的一种预制拼装UHPC板式拱桥的施工方法，其特征在于，所述步骤（4）中，拱脚节段与标准拱肋节段之间、标准拱肋节段与榫卯拱肋节段之间、及榫卯拱肋节段与跨中拱肋节段之间的接缝处分别涂抹有环氧树脂胶或泵入压浆剂；所述步骤（6）中，T形UHPC楔块铆入预留榫卯孔时在接缝处涂抹环氧树脂胶。
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