CN114775408B - 一种组合箱梁体外预应力束转向结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合箱梁体外预应力束转向结构，包括转向装置，组合箱梁包括固接一体的箱型外壳、钢内芯和钢横隔板，转向装置包括钢转向块，钢转向块内设置有用于体外预应力束穿过并实现转向的转向钢管，钢转向块穿过钢横隔板且与钢横隔板固接。本发明的组合箱梁体外预应力束转向结构，各组件均采用钢结构制成，可在工厂预制成型，减小了现场施工难度，提高了施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种组合箱梁体外预应力束转向结构。
背景技术
预应力混凝土箱梁桥具有施工快捷、经济性能好的优点，在世界各地得到了广泛的应用。将混凝土材料结合钢材应用于箱梁桥，形成由混凝土箱型外壳和钢内芯组成的组合箱梁结构，与传统混凝土箱梁相比，组合箱梁中各板件具有薄壁特征，体内预应力束的布束空间被压缩，需布置体外预应力束。相较于体内预应力体系桥梁，体外预应力体系桥梁横截面尺寸更小，结构自重更低，体外预应力束与结构接触面积小，可减少结构的预应力损失，且钢束布置、维修更换等工艺更加便捷。
体外预应力束仅通过在转向位置和锚固位置与组合箱梁结构进行接触，使得预应力施加在梁体上，且体外预应力钢束通过在转向构造处实现其线性的变化，对梁体产生有效预应力，从而满足梁体在恒载与活载等荷载作用下的受力要求。因此，转向装置是体外预应力体系的核心。
传统混凝土箱梁的体外预应力束转向构造主要有块式、肋式和横隔板式，但目前体外预应力转向构造多采用混凝土转向构造，尺寸较大，且荷载作用下具有开裂风险，对于内芯为钢结构的组合箱梁并不适用。
发明内容
本发明目的在于提供一种组合箱梁体外预应力束转向结构，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明公开了一种组合箱梁体外预应力束转向结构，包括转向装置，所述组合箱梁包括固接一体的箱型外壳、钢内芯和钢横隔板，所述转向装置包括钢转向块，所述钢转向块内设置有用于体外预应力束穿过并实现转向的转向钢管，所述钢转向块穿过所述钢横隔板且与所述钢横隔板固接。
进一步的，所述钢转向块包括固接一体形成框架的转向壁板和加劲肋板，所述转向壁板设置在所述转向钢管的端部，与所述加劲肋板的两端与所述转向壁板固接，所述加劲肋板与所述转向钢管固接，且所述加劲肋板沿着所述转向钢管的长度方向布设。
进一步的，两侧所述转向壁板和底部的所述转向壁板形成槽结构，所述加劲肋板上设置有开口与所述槽结构开口同向的U形槽，所述U形槽的朝向与所述体外预应力束的作用力转向力方向相反。
进一步的，所述转向装置还包括用于支撑、传递和分散体外预应力束对钢转向块的作用力转向力作用的钢支撑组件，所述钢支撑组件的一端与所述钢转向块固接，另一端与所述钢内芯固接。
进一步的，所述钢支撑组件包括至少一个平钢板，所述平钢板与所述体外预应力束的作用力转向力方向平行，所述平钢板的一端与所述钢转向块固接，另一端与所述钢内芯的顶板或者或底板垂向固接。
进一步的，所述钢支撑组件为一个平钢板，所述平钢板穿过且固接在所述钢横隔板上，所述钢转向块的内侧固接在所述钢内芯的侧板上，所述平钢板的一端与所述钢转向块的外侧固接。
进一步的，所述钢支撑组件为两个平行设置的平钢板，所述平钢板穿过且固接在所述钢横隔板上，其中一平钢板的一端与所述钢转向块的内侧固接，另一平钢板的一端与所述钢转向块的外侧固接。
进一步的，所述钢横隔板采用带内孔的“回”型结构，所述钢横隔板上的内孔边缘固接有平钢板支撑板，所述平钢板支撑板与所述钢横隔板垂向设置，所述钢转向块的两侧均固接有两个平行设置的平钢板，一侧的平钢板连接至所述钢内芯，另一侧的平钢板连接至所述平钢板支撑板。
进一步的，所述转向钢管的转向端为便于与体外预应力束均匀接触的弧形转向结构，且所述转向钢管的两端呈向外扩大的喇叭形状。
进一步的，所述钢转向块、钢支撑组件、钢内芯和钢横隔板采用耐候钢材，所述箱型外壳和钢内芯通过剪力连接件组合形成，所述箱型外壳采用超高性能混凝土成形，所述超高性能混凝土为抗压强度不低于100MPa的活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或密实配筋水泥基复合材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的组合箱梁体外预应力束转向结构，各组件均采用钢结构制成，可在工厂预制成型，减小了现场施工难度，提高了施工效率；较传统普通混凝土转向结构，各组件截面面积大幅度减小，进一步减轻了结构自重，且该转向装置与组合箱梁内部的钢横隔板形成局部框架结构，提高了转向装置抵抗偏心弯矩的能力，有效将体外预应力传递至箱梁，降低了转向结构所产生的局部应力，减小了箱梁壁板的开裂风险。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1中组合箱梁结构的体外预应力布置形式示意图。
图2为本发明实施例1中组合箱梁腹板处体外预应力束转向结构的立面图。
图3为图2中转向块立面大样图。
图4为本发明实施例1中组合箱梁腹板处体外预应力束转向结构的三维视图。
图5为本发明实施例1中组合箱梁腹板处体外预应力束转向结构的三维剖面视图。
图6为图5中转向块的三维透视大样图。
图7为本发明实施例2中组合箱梁腹板处体外预应力束转向结构的三维视图。
图8为图7中转向块的三维透视大样图。
图9为本发明实施例3中组合箱梁顶板处体外预应力束转向结构的三维视图。
图10为图9中转向块的立面大样图。
图例说明：
1、箱型外壳；11、组合箱梁顶板；12、组合箱梁腹板；13、组合箱梁底板；2、钢内芯；3、钢横隔板；31、平钢板支撑板；4、钢转向块；41、转向钢管；42、转向壁板；43、加劲肋板；431、U形槽；5、钢支撑组件；51、平钢板；6、剪力连接件；7、转向装置；10、体外预应力束。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图1-6所示，本发明实施例公开了一种组合箱梁体外预应力束转向结构，包括转向装置7，组合箱梁包括固接一体的箱型外壳1、钢内芯2和钢横隔板3，其中，钢内芯2固接在箱型外壳1的内壁上，钢横隔板3固接在钢内芯2上，钢横隔板3采用带内孔的“回”型结构，钢横隔板3既避免了常规混凝土横隔板的浇筑缺陷，又可综合解决薄壁箱梁面临的横向局部应力过大、整体稳定性、截面畸变和UHPC腹板抗剪承载力等问题。箱型外壳1包括组合箱梁顶板11、组合箱梁腹板12和组合箱梁底板13，分别与钢内芯2的顶板、侧板和底板贴合。具体的，箱型外壳1和钢内芯2通过剪力连接件6组合形成，从而钢内芯2与箱型外壳1共同受力，可进一步降低箱型外壳1的板件厚度，减轻结构自重，提高结构抵抗使用荷载的有效性，改善主梁受力状态，增大连续箱梁桥的跨越能力，同时，钢内芯2可直接作为箱型外壳1的内部模板，根据具体桥梁受力特点可选用不同内芯型式，施工时无需搭设内部模板或仅需搭设部分内部模板即可，且内部模板在钢横隔板处无阻隔、断开，搭设和拆除工艺便捷，有效解决了传统混凝土箱梁桥中，横隔板的布置使箱梁内部模板搭设和拆除工艺繁琐的难题，提高箱梁结构的施工质量，实现桥梁建设的快速化装配施工。转向装置7包括钢转向块4，钢转向块4内设置有用于体外预应力束10穿过并实现转向的转向钢管41，钢转向块4穿过钢横隔板3且与钢横隔板3焊接固定。在具体设置时，结合桥梁结构受力需求，钢转向块4需要设置在钢横隔板3的不同位置；利用钢横隔板3对转向装置7的钢转向块4提供局部框架支撑作用，使钢转向块4由单一受拉或受剪状态转换为受拉与受压相结合状态，钢转向块4受力状态更为合理，进一步提高转向结构抵抗预应力束转向力的能力。转向装置7均采用钢制构件，各构件在工厂预制成型，现场直接拼装，保证了结构施工质量，提高了施工效率，促进了桥梁结构装配化施工；同时，相对于部分现有钢结构转向体系（比如专利CN208949743U所公开的一种用于箱梁桥体外预应力加固用的钢结构转向体系），能显著减少钢横隔板3的数量，同时也能改善受力状况，避免了应力集中、箱型外壳1开裂等诸多问题。
具体的，在本实施例中，钢转向块4包括焊接一体形成框架的转向壁板42和加劲肋板43，转向壁板42设置在转向钢管41的四周，形成方形管状结构，加劲肋板43的四周与转向壁板42固接，加劲肋板43与转向钢管41固接，且加劲肋板43沿着转向钢管41的长度方向布设，其中，加劲肋板43的作用是固定转向钢管41并为转向钢管41提供可靠支撑，提高钢转向块4的刚度和强度，同时，通过转向壁板42和加劲肋板43的框架结构，提高了强度的同时，减轻了钢转向块4的重量。
在本实施例中，转向装置7还包括用于支撑体外预应力束10对钢转向块4的作用力的钢支撑组件5，钢支撑组件5的一端与钢转向块4固接，另一端与钢内芯2固接。具体的，钢支撑组件5为两个平行设置的平钢板51，平钢板51与体外预应力束10的转向作用力方向平行，从而确保平钢板51受到竖向压力，从而达到最佳的支撑效果。平钢板51穿过且固接在钢横隔板3上，其中一平钢板51的一端与钢转向块4的内侧固接，另一平钢板51的一端与钢转向块4的外侧固接。钢支撑组件5布置于钢转向块4与钢内芯2之间，平行于预应力筋转向力方向，且钢转向块4所受到的转向力通过钢横隔板3和支撑组件共同传递至箱梁壁板上，提高转向装置7处抵抗偏心弯矩的能力，降低转向结构所产生的局部应力，减小了箱梁壁板的开裂风险。
在本实施例中，转向钢管41的转向端为便于与体外预应力束10均匀接触的弧形转向结构，且转向钢管41的两端呈向外扩大的喇叭形状。从而减少端部摩阻造成的体外预应力损失；转向钢管41的转向端呈弧形转向，转向钢管41的作用是用于穿过体外预应力钢束，并提供设计要求的体外预应力钢束转向角度和弧度，实现平稳转向，避免应力集中。同时，钢转向块4、钢支撑组件5、钢内芯2和钢横隔板3采用耐候钢材。与普通碳素结构钢相比，耐候钢的耐大气腐蚀能力是其4~8倍，使桥梁结构在服役期间具有良好的耐久性能。
在本实施例中，箱型外壳1采用超高性能混凝土成形，超高性能混凝土为抗压强度不低于100MPa的活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或密实配筋水泥基复合材料。其中，超高性能纤维增强混凝土为超高性能混凝土中加入纤维作为增强材料混合而成。超高性能混凝土为具有超高强度、高延性、高韧性、高耐久性、施工性好的一类混凝土，从而可提高组合箱梁结构的整体性能。
实施例二：
参见图7和8所示，在本实施例中，由于转向钢管41、转向壁板42和加劲肋板43采用焊接方式连接，为了能够简化焊接工艺，减少转向壁板42的数量，两侧转向壁板42和底部的转向壁板42形成槽结构，加劲肋板43上设置有开口与槽结构开口同向的U形槽431，U形槽431的朝向与体外预应力束10的转向作用力方向相反（如果受到向上的转向力，U形槽431则朝下，与图7的朝向相反）。进一步的，为了减小因钢横隔板3太薄而产生的局部弯曲效应，钢支撑组件5为一个平钢板51，平钢板51穿过且固接在钢横隔板3上，钢转向块4的内侧固接在钢内芯2的侧板上，平钢板51的一端与钢转向块4的外侧固接。同时，加劲肋板43插接转向钢管41的位置为U形镂空部，该种结构钢转向块4靠上安装，用于承受向下的作用力。
实施例三：
参见图9和10所示，钢横隔板3上的内孔边缘固接有平钢板支撑板31，平钢板支撑板31与钢横隔板3垂向设置，从而形成T形结构，钢转向块4的上下侧均设置有一组两个平行设置的平钢板51，一侧的平钢板51连接至钢内芯2的顶板，另一侧的平钢板51连接至平钢板支撑板31，上面一组平钢板51可以承受拉力，而下面一组平钢板51则可对钢转向块4形成有效的支撑作用，相对于下面一组平钢板51直接连接到底板，在实现支撑作用的同时能显著减少平钢板51的用料，进而降低组合箱梁的重量。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，包括转向装置（7），所述组合箱梁包括固接一体的箱型外壳（1）、钢内芯（2）和钢横隔板（3），所述转向装置（7）包括钢转向块（4），所述钢转向块（4）内设置有用于体外预应力束（10）穿过并实现转向的转向钢管（41），所述钢转向块（4）穿过所述钢横隔板（3）且与所述钢横隔板（3）固接。
2.根据权利要求1所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，所述钢转向块（4）包括固接一体形成框架的转向壁板（42）和加劲肋板（43），所述转向壁板（42）与所述加劲肋板（43）固接，所述加劲肋板（43）与所述转向钢管（41）固接，且所述加劲肋板（43）沿着所述转向钢管（41）的长度方向布设。
3.根据权利要求2所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，两侧所述转向壁板（42）和底部所述转向壁板（42）形成槽结构，所述加劲肋板（43）上设置有开口与所述槽结构开口同向的U形槽（431），所述U形槽（431）的朝向与所述体外预应力束（10）的转向力方向相反。
4.根据权利要求1所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，所述转向装置（7）还包括用于支撑、传递和分散体外预应力束（10）对钢转向块（4）的转向力作用的钢支撑组件（5），所述钢支撑组件（5）的一端与所述钢转向块（4）固接，另一端与所述钢内芯（2）固接。
5.根据权利要求4所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，所述钢支撑组件（5）包括至少一个平钢板（51），所述平钢板（51）与所述体外预应力束（10）的转向力方向平行，所述平钢板（51）的一端与所述钢转向块（4）固接，另一端与所述钢内芯（2）的顶板或底板垂向固接。
6.根据权利要求5所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，所述钢支撑组件（5）为一个平钢板（51），所述平钢板（51）穿过且固接在所述钢横隔板（3）上，所述钢转向块（4）的内侧固接在所述钢内芯（2）的侧板上，所述平钢板（51）的一端与所述钢转向块（4）的外侧固接。
7.根据权利要求5所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，所述钢支撑组件（5）为两个平行设置的平钢板（51），所述平钢板（51）穿过且固接在所述钢横隔板（3）上，其中一平钢板（51）的一端与所述钢转向块（4）的内侧固接，另一平钢板（51）的一端与所述钢转向块（4）的外侧固接。
8.根据权利要求7所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，所述钢横隔板（3）采用带内孔的“回”型结构，所述钢横隔板（3）上的内孔边缘固接有平钢板支撑板（31），所述平钢板支撑板（31）与所述钢横隔板（3）垂向设置，所述钢转向块（4）的两侧均固接有两个平行设置的平钢板（51），一侧的平钢板（51）连接至所述钢内芯（2），另一侧的平钢板（51）连接至所述平钢板支撑板（31）。
9.根据权利要求1-8任一所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，所述转向钢管（41）的转向端为弧形转向结构，且所述转向钢管（41）的两端呈向外扩大的喇叭形状。
10.根据权利要求1-8任一所述的组合箱梁体外预应力束转向结构，其特征在于，所述钢转向块（4）、钢支撑组件（5）、钢内芯（2）和钢横隔板（3）采用耐候钢材，所述箱型外壳（1）和钢内芯（2）通过剪力连接件（6）组合形成，所述箱型外壳（1）采用超高性能混凝土成形，所述超高性能混凝土为抗压强度不低于100MPa的活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或密实配筋水泥基复合材料。
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2022
- 2022-06-20 CN CN202210694094.1A patent/CN114775408B/zh active Active
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