CN112523061A - 一种uhpc加劲预应力混凝土箱梁桥结构及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁工程领域,一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构,包括预应力混凝土箱梁以及设置在桥墩顶部区域的UHPC加劲肋;所述预应力混凝土箱梁由顶板、底板及腹板组成箱型结构,箱型结构全桥高度相等,箱型结构外轮廓保持一致;所述UHPC加劲肋为等厚度的板式结构,其立面呈上宽下窄的对称梯形;所述UHCP加劲肋设置于预应力混凝土箱梁腹板正下方;所述UHPC加劲肋横向在桥墩顶部设置有支点横隔板,所述支点横隔板的两侧间隔设置有若干块构造横隔板。本发明提供UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构及施工工艺,具有结构构造简单可靠、结构受力合理等优点,特别适用于采用悬臂浇筑施工的大跨径预应力混凝土箱梁桥。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程领域,具体涉及一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构及其施工工艺。
背景技术
预应力混凝土箱梁桥是一种应该用十分广泛的桥梁,其工程造价经济、施工简便,是公路桥梁尤其是山区公路大跨径桥梁的常用结构形式。然而大跨径预应力混凝土箱梁桥也存在一些缺点:第一,大跨径预应力混凝土箱梁桥一般采用挂篮悬臂法施工,箱梁在墩顶附近承受巨大的负弯矩和竖直剪力,该区域受力状态复杂,箱梁混凝土容易产生裂缝病害,影响桥梁结构的耐久性和增加养护费用;第二,箱梁混凝土长期徐变效应以及箱梁混凝土裂缝等原因容易导致箱梁跨中长期挠度过大、甚至下挠不收敛而使桥梁垮塌的严重事故,因此跨中长期挠度的问题不仅是威胁大跨径预应力混凝土箱梁桥安全的难题,同时也是制约预应力混凝土箱梁桥向更大跨径发展的一个重要因素;第三,大跨径预应力混凝土箱梁桥箱梁高度为曲线变化,箱梁外轮廓全桥不一致,施工模板调整和钢筋绑扎复杂,不宜实施标准化施工,施工效率较低;第四,桥梁跨径越大,墩顶区域箱梁尺寸越大,节段重量和体量越大,施工难度也越大,因此施工难度也是制约预应力混凝土箱梁桥跨径发展的一个重要因素。
超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高的力学性能和超高的耐久性能的水泥基复合材料,常用的UHPC抗压强度在120~200MPa之间,抗拉强度在7~9MPa之间,相对普通混凝土其抗压性能大幅度提高,同时其耐久性也更好,设计使用寿命可达200年。UHPC作为一种新兴的性能优越的建筑结构材料,自1993年由法国工程师研发成功以来备受关注和研究,并在结构工程尤其桥梁结构工程中得到了推广应用。基于UHPC材料优异的力学性能,本发明所述的一种超高性能混凝土(UHPC)加劲预应力混凝土箱梁桥结构,将UHPC用于预应力混凝土箱梁桥结构受压和受剪最大的墩顶负弯矩区域,充分发挥了UHPC材料优异的力学性能,不仅能有效节省材料,同时能有效解决大跨径预应力混凝土箱梁桥存在的上述缺点,具有广阔的推广应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:针对大跨径预应力混凝土箱梁桥存在的缺点,本发明提供UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构及施工工艺,具有构造简单可靠、结构受力合理、材料节省、施工便捷、节能环保、经济效益好等优点,特别适用于采用悬臂浇筑施工的大跨径预应力混凝土箱梁桥。
为了达到上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构,包括预应力混凝土箱梁以及设置在桥墩顶部区域的UHPC加劲肋;
所述预应力混凝土箱梁由顶板、底板及腹板组成箱型结构,箱型结构全桥高度相等,箱型结构外轮廓保持一致;
所述UHPC加劲肋为等厚度的板式结构,其立面呈上宽下窄的对称梯形;
所述UHCP加劲肋设置于预应力混凝土箱梁腹板正下方;
所述UHPC加劲肋横向在桥墩顶部设置有支点横隔板,所述支点横隔板的两侧间隔设置有若干块构造横隔板。
进一步的,所述UHPC加劲肋内预埋设置有延伸至预应力混凝土箱梁腹板内的接缝钢筋,并设置有贯通UHPC加劲肋及预应力混凝土箱梁腹板的竖向预应力钢筋。
进一步的,所述支点横隔板采用与预应力混凝土箱梁一致的混凝土材料,并与预应力混凝土箱梁的0号节段同步整体浇筑混凝土成型;支点横隔板与桥墩连接传递荷载。
进一步的,所述UHPC加劲肋内预埋设置有延伸至支点横隔板和构造横隔板的接缝钢筋,并设置有贯通UHPC加劲肋、支点横隔板和构造横隔板的横向预应力钢筋。
进一步的,所述构造横隔板采用与预应力混凝土箱梁一致的混凝土材料,UHPC加劲肋内预埋设置有延伸至构造横隔板内的接缝钢筋,并设置有贯通UHPC加劲肋及构造横隔板的横向预应力钢筋。
本发明还提供一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构的施工工艺,该工艺包括如下步骤:
步骤一:完成基础和桥墩施工后,对UHPC加劲肋和预应力混凝土箱梁进行节段的划分并编号,在桥墩上浇筑UHPC加劲肋的0号节段:在桥墩上安装附墩托架,在附墩托架上安装UHPC加劲肋模架浇筑UHPC加劲肋的0号节段;
步骤二:在UHPC加劲肋0号节段上安装UHPC加劲肋悬浇挂篮,利用挂篮和UHPC加劲肋模架浇筑UHPC加劲肋的1号节段;
步骤三:移动UHPC加劲肋悬浇挂篮和UHPC加劲肋模架,浇筑UHPC加劲肋的2号节段,重复上述工序依次浇筑UHPC加劲肋的其余节段,在这个施工过程中根据需要适时浇筑构造横隔板,安装并张拉相应的构造横隔板以及横向预应力钢筋;
步骤四:安装附UHPC加劲肋托架,在附UHPC加劲肋托架上安装预应力混凝土箱梁模架,浇筑预应力混凝土箱梁的0号节段及UHPC加劲肋支点横隔板,安装并张拉预应力混凝土箱梁的0号节段相应的接缝钢筋、竖向预应力钢筋以及横向预应力钢筋;
步骤五:在预应力混凝土箱梁的0号节段上安装预应力混凝土箱梁悬浇挂篮,利用预应力混凝土箱梁悬浇挂篮和预应力混凝土箱梁模架悬臂浇筑预应力混凝土箱梁的1号节段,安装并张拉预应力混凝土箱梁的1号节段相应的竖向预应力钢筋和横向预应力钢筋;
步骤六:移动预应力混凝土箱梁悬浇挂篮及预应力混凝土箱梁模架,浇筑预应力混凝土箱梁的2号节段,安装并张拉预应力混凝土箱梁的2号节段相应的竖向预应力钢筋和横向预应力钢筋,重复上述工序依次浇筑预应力混凝土箱梁的其余节段,完成施工。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构,能充分发挥UHPC材料的力学性能,节省材料,具有较好的经济效益。
(2)本发明提供UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构采用了具有新型结构构造特点的UHPC(超高性能混凝土)加劲肋,能有效减轻结构自重,克服大跨径预应力混凝土梁桥跨中长期下挠过大的问题,并降低了大跨径预应力混凝土箱梁的施工难度,有效提高了预应力混凝土箱梁桥的极限跨径。
(3)本发明可有效降低箱梁产生裂缝的风险。本发明提供的UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构中所采用的超高性能混凝土具有优异的力学性能,能够有效分担预应力混凝土箱梁在墩顶附近承受的负弯矩和竖直剪力,降低大跨径箱梁桥的开裂风险,使本发明的连续箱梁桥能在防范箱梁开裂方面有足够的保障,防止桥梁垮塌。
(4)本发明的UHPC加劲肋及预应力混凝土箱梁均采用传统的、工艺成熟的挂篮悬浇施工工艺,施工便捷,施工措施费用低,同时由于预应力混凝土箱梁为等高度预应力混凝土箱型结构,其外轮廓保持全桥连续一致,使得施工模板调整和钢筋绑扎容易,便于实施标准化施工,施工效率较高。
附图说明
图1是本发明UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构总体布置纵断面示意图;
图2是本发明UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构纵剖面示意图;
图3是本发明UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构在桥墩支点处横剖面示意图;
图4是本发明UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构在构造横隔板处横剖面示意图;
图5是本发明UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构在无横隔板处横剖面示意图;
图6是本发明UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构悬臂浇筑施工节段划分示意图;
图7是本发明浇筑UHPC加劲肋的0号节段施工示意图;
图8是本发明浇筑UHPC加劲肋的1号节段施工示意图;
图9是本发明依次浇筑UHPC加劲肋的其余节段施工示意图;
图10是本发明浇筑预应力混凝土箱梁的0号节段及UHPC加劲肋支点横隔板施工示意图;
图11是本发明浇筑预应力混凝土箱梁的1号节段施工示意图;
图12是本发明依次浇筑预应力混凝土箱梁的其余节段施工示意图;
其中,附图中标记为:1-预应力混凝土箱梁;2-UHPC加劲肋;3-支点横隔板;4-构造横隔板;5-桥墩;6-接缝钢筋;7-竖向预应力钢筋;8-横向预应力钢筋;9-预应力混凝土箱梁的0号节段;10-预应力混凝土箱梁的1号节段;11-预应力混凝土箱梁的2号节段;12-UHPC加劲肋的0号节段;13-UHPC加劲肋的1号节段;14-UHPC加劲肋的2号节段;15-UHPC加劲肋的3号节段;16-UHPC加劲肋模架;17-附墩托架;18-UHPC加劲肋悬浇挂篮;19-预应力混凝土箱梁模架;20-附UHPC加劲肋托架;21-预应力混凝土箱梁悬浇挂篮;22-顶板;23-底板;24-腹板。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是,本发明的具体实施例只是为了能更清楚的描述技术方案,而不能作为本发明保护范围的一种限制。
请参阅图1-图12,一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁1桥结构,包括预应力混凝土箱梁1以及设置在桥墩5顶部区域的UHPC加劲肋2;
所述预应力混凝土箱梁1由顶板22、底板23及两侧的腹板24组成箱型结构,箱型结构全桥高度相等,箱型结构外轮廓保持一致;
所述UHPC加劲肋2为等厚度的板式结构,其立面呈上宽下窄的对称梯形;本发明通过在重载区设置梯形UHPC加劲肋2,使得UHPC加劲肋2敏感部位的疲劳应力幅较小,抗疲劳性能更优,能更好满足使用年限的要求。
所述UHCP加劲肋设置于预应力混凝土箱梁1腹板24正下方;
所述UHPC加劲肋2横向在桥墩5顶部设置有支点横隔板3,所述支点横隔板3的两侧间隔设置有若干块构造横隔板4。通过设置支点横隔板3和构造横隔板4,达到增强箱梁桥整体刚度的效果,使得在相同荷载情况下,新结构箱梁桥的竖向挠度明显小于传统结构。
本发明的UHPC加劲预应力混凝土箱梁1桥结构中所采用的超高性能混凝土具有优异的力学性能,能够有效分担预应力混凝土箱梁1在墩顶附近承受的负弯矩和竖直剪力,降低大跨径箱梁桥的开裂风险,使本发明的连续箱梁桥能在防范箱梁开裂方面有足够的保障,防止桥梁垮塌。由于采用了具有新型结构构造特点的UHPC(超高性能混凝土)加劲肋,能有效减轻结构自重,克服大跨径预应力混凝土梁桥跨中长期下挠过大的问题,并降低了大跨径预应力混凝土箱梁1的施工难度,有效提高了预应力混凝土箱梁1桥的极限跨径。
所述UHPC加劲肋2内预埋设置有延伸至预应力混凝土箱梁1腹板24内的接缝钢筋6,并设置有贯通UHPC加劲肋2及预应力混凝土箱梁1腹板24的竖向预应力钢筋7。通过设置接缝钢筋6,改善了UHPC加劲肋2与预应力混凝土箱梁1拼缝处的抗剪性能,提高了接缝传荷能力和增强结构稳定性。
所述支点横隔板3采用与预应力混凝土箱梁1一致的混凝土材料,并与预应力混凝土箱梁的0号节段9同步整体浇筑混凝土成型;支点横隔板3与桥墩5连接传递荷载,避免了由于变形差过大而导致的混凝土结构开裂甚至毁坏。UHPC加劲肋2内预埋设置有延伸至支点横隔板3内的接缝钢筋6,并设置有贯通UHPC加劲肋2及支点横隔板3的横向预应力钢筋8。
所述构造横隔板4采用与预应力混凝土箱梁1一致的混凝土材料,UHPC加劲肋2内预埋设置有延伸至构造横隔板4和构造横隔板4的接缝钢筋6,并设置有贯通UHPC加劲肋2支点横隔板3和构造横隔板4的横向预应力钢筋8。
本发明UHPC加劲肋2内预埋设置的竖向预应力钢筋7、接缝钢筋6以及横向预应力钢筋8,UHPC加劲肋2与预应力混凝土箱梁1及支点横隔板3、构造横隔板4的连接加强构造,该预埋钢筋结构强度高,该构造施工方便、快捷,省时省力,提高了施工效率,并降低了施工成本,而且能可靠地保证后浇注UHPC加劲肋2以及预应力混凝土箱梁1及支点横隔板3、构造横隔板4的连接可靠性。
本发明还提供一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁1桥结构的施工工艺,该工艺包括如下步骤:
步骤一:完成基础和桥墩5施工后,在桥墩5上浇筑UHPC加劲肋的0号节段12:在桥墩5上安装附墩托架17,在附墩托架17上安装UHPC加劲肋模架16浇筑UHPC加劲肋的0号节段12;
步骤二:在UHPC加劲肋的0号节段12上安装UHPC加劲肋悬浇挂篮18,利用挂篮和UHPC加劲肋模架16浇筑UHPC加劲肋的1号节段13;
步骤三:移动UHPC加劲肋悬浇挂篮18和UHPC加劲肋模架16,浇筑UHPC加劲肋的2号节段14,重复上述工序依次浇筑UHPC加劲肋2的其余节段,如浇筑UHPC加劲肋的3号节段15请参加图9,在这个施工过程中根据需要适时浇筑构造横隔板4,安装并张拉相应的构造横隔板4以及横向预应力钢筋8;
步骤四:安装附UHPC加劲肋托架20,在附UHPC加劲肋托架20上安装预应力混凝土箱梁模架19,浇筑预应力混凝土箱梁的0号节段9及UHPC加劲肋2支点横隔板3,安装并张拉预应力混凝土箱梁的0号节段9相应的竖向预应力钢筋7以及横向预应力钢筋8;
步骤五:在预应力混凝土箱梁的0号节段9上安装预应力混凝土箱梁悬浇挂篮21,利用预应力混凝土箱梁悬浇挂篮21和预应力混凝土箱梁模架19悬臂浇筑预应力混凝土箱梁的1号节段10,安装并张拉预应力混凝土箱梁的1号节段10相应的竖向预应力钢筋7和横向预应力钢筋8。
步骤六:移动预应力混凝土箱梁悬浇挂篮21及预应力混凝土箱梁模架19,浇筑预应力混凝土箱梁的2号节段11,安装并张拉预应力混凝土箱梁的2号节段11相应的竖向预应力钢筋7和横向预应力钢筋8,重复上述工序依次浇筑预应力混凝土箱梁1的其余节段,完成施工。
本发明的UHPC加劲肋2及预应力混凝土箱梁1均采用传统的、工艺成熟的挂篮悬浇施工工艺,施工便捷,施工措施费用低,同时由于预应力混凝土箱梁1为等高度预应力混凝土箱型结构,其外轮廓保持全桥连续一致,使得施工模板调整和钢筋绑扎容易,便于实施标准化施工,施工效率较高。
本发明的UHPC加劲预应力混凝土箱梁1桥结构,将具有优异力学性能的UHPC应用于预应力箱梁桥受力较大的墩顶负弯矩区形成组合结构,充分发挥UHPC材料的力学性能,其构造简单、受力合理、施工便捷、耐久性好、经济性好,节能环保,并能解决大跨径预应力混凝土连续箱梁存在的一些问题,提高大跨径预应力混凝土梁桥的跨越能力,具有广阔的推广应用前景。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明,但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围,凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更,均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (6)
1.一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构,其特征在于:包括预应力混凝土箱梁以及设置在桥墩顶部区域的UHPC加劲肋;
所述预应力混凝土箱梁由顶板、底板及腹板组成箱型结构,箱型结构全桥高度相等,箱型结构外轮廓保持一致;
所述UHPC加劲肋为等厚度的板式结构,其立面呈上宽下窄的对称梯形;
所述UHCP加劲肋设置于预应力混凝土箱梁腹板正下方;
所述UHPC加劲肋横向在桥墩顶部设置有支点横隔板,所述支点横隔板的两侧间隔设置有若干块构造横隔板。
2.根据权利要求1所述的一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构,其特征在于:所述UHPC加劲肋内预埋设置有延伸至预应力混凝土箱梁腹板内的接缝钢筋,并设置有贯通UHPC加劲肋及预应力混凝土箱梁腹板的竖向预应力钢筋。
3.根据权利要求1所述的一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构,其特征在于:所述支点横隔板采用与预应力混凝土箱梁一致的混凝土材料,并与预应力混凝土箱梁的0号节段同步整体浇筑混凝土成型;所述支点横隔板与桥墩连接传递荷载。
4.根据权利要求1所述的一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构,其特征在于:所述UHPC加劲肋内预埋设置有延伸至支点横隔板和构造横隔板的接缝钢筋,并设置有贯通UHPC加劲肋、支点横隔板和构造横隔板的横向预应力钢筋。
5.根据权利要求1所述的一种UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构,其特征在于:所述构造横隔板采用与预应力混凝土箱梁一致的混凝土材料,UHPC加劲肋内预埋设置有延伸至构造横隔板内的接缝钢筋,并设置有贯通UHPC加劲肋及构造横隔板的横向预应力钢筋。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的UHPC加劲预应力混凝土箱梁桥结构的施工工艺,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一:完成基础和桥墩施工后,在桥墩上浇筑UHPC加劲肋的0号节段:在桥墩上安装附墩托架,在附墩托架上安装UHPC加劲肋模架浇筑UHPC加劲肋的0号节段;
步骤二:在UHPC加劲肋0号节段上安装UHPC加劲肋悬浇挂篮,利用挂篮和UHPC加劲肋模架浇筑UHPC加劲肋的1号节段;
步骤三:移动UHPC加劲肋悬浇挂篮和UHPC加劲肋模架,浇筑UHPC加劲肋的2号节段,重复上述工序依次浇筑UHPC加劲肋的其余节段,并浇筑构造横隔板,安装并张拉相应的构造横隔板以及横向预应力钢筋;
步骤四:安装附UHPC加劲肋托架,在附UHPC加劲肋托架上安装预应力混凝土箱梁模架,浇筑预应力混凝土箱梁的0号节段及UHPC加劲肋支点横隔板,安装并张拉预应力混凝土箱梁的0号节段相应的接缝钢筋、竖向预应力钢筋以及横向预应力钢筋;
步骤五:在预应力混凝土箱梁的0号节段上安装预应力混凝土箱梁悬浇挂篮,利用预应力混凝土箱梁悬浇挂篮和预应力混凝土箱梁模架悬臂浇筑预应力混凝土箱梁的1号节段,安装并张拉预应力混凝土箱梁的1号节段相应的竖向预应力钢筋和横向预应力钢筋;
步骤六:移动预应力混凝土箱梁悬浇挂篮及预应力混凝土箱梁模架,浇筑预应力混凝土箱梁的2号节段,安装并张拉预应力混凝土箱梁的2号节段相应的竖向预应力钢筋和横向预应力钢筋,重复上述工序依次浇筑预应力混凝土箱梁的其余节段,完成施工。
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