CN115075114A - 纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁工程结构技术领域，具体为纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造及施工方法。该构造的横向连接钢筋一端预先植入旧箱梁翼缘板内，另一端与新箱梁翼缘板内横向钢筋焊接。在椭圆形横向钢管与横向连接钢筋之间的空隙用泡沫填充。纵向开孔钢板的椭圆形孔也沿纵向分布以便椭圆形横向钢管穿过。最后浇筑、养护新箱梁翼缘板混凝土和横向接缝混凝土，形成横向拓宽结构。本发明从根本上解决了传统铰接湿接缝因无法耗散新旧桥纵向变形差从而拓宽后结构出现病害的问题。应用本发明拓宽，新桥能自由发生纵向收缩变形，新旧桥纵向变形差被有效吸收耗散，同时提供横向抗拉、竖向抗剪等作用，以提高拓宽结构的受力安全性。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程结构技术领域，具体为纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造及施工方法，是一种应用于长联混凝土连续箱梁桥拓宽的横向连接构造。
背景技术
我国早期建设的高速公路目前出现了通行能力不足的问题，为此不得不考虑扩建旧线来增加道路通行能力，缓解紧张的交通压力，而箱梁的拓宽改造无疑成为高速公路改扩建工程的关键性工程。目前已广泛运用在箱梁拓宽工程中的传统铰接湿接缝拓宽连接构造，其应用于长联混凝土箱梁拓宽时，在新旧桥的长期成桥差异作用尤其是纵向差异变形下，拓宽结构的支点截面以及梁端截面将产生很大的纵横向拉应力及横向偏位，已成为制约预应力混凝土连续箱梁桥横向拓宽技术进步的难点。传统铰接湿接缝连接构造已不适用于长联混凝土箱梁的拓宽工程中。
发明内容
本发明对传统铰接湿接缝应用于长联混凝土箱梁拓宽时由于新旧桥纵向变形差异而产生的梁端横向偏位以及纵向和横向拉应力过大等不足，提出的横向连接构造从根本上解决了长联新旧桥纵向变形差异的问题，使新桥可以自由地发生纵向变形，提供了纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造及施工方法。
目的是使新桥可以自由地发生纵向变形，从根本上解决了新旧桥纵向变形差异的问题。本发明的横向连接构造对长联新旧桥的纵向差异变形具有良好耗散能力，并为其应用的拓宽结构中在横向连接处提供良好的横向作用和竖向作用的抵抗能力。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的一种纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，横向连接构造包括泡沫填充材料、旧箱梁翼缘板内的横向连接钢筋、椭圆形横向钢管以及新箱梁翼缘板内的横向钢筋、纵向开孔钢板、接缝处后浇混凝土；所述泡沫填充材料填充于横向连接钢筋及椭圆形横向钢管的空隙中，便于横向连接钢筋沿纵向变形；纵向开孔钢板以及接缝处后浇混凝土位于旧箱梁翼缘板与新箱梁翼缘板之间；横向连接钢筋的一端植入旧箱梁翼缘板内，另一端与新箱梁翼缘板内的横向钢筋相焊接。
本发明所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，在所有横向连接钢筋完成焊接后，将包含有泡沫填充材料分体的椭圆形横向钢管分别套住各自对应的横向连接钢筋，并使椭圆形横向钢管的一端抵近旧箱梁翼缘板的板端，另一端穿过纵向开孔钢板中对应位置的椭圆形开孔；将浇筑新箱梁翼缘板混凝土的模板安装完成后，可同步浇筑新箱梁翼缘板和接缝处后浇混凝土，脱模后最终实现新旧箱梁的横向连接；
本发明所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，椭圆形横向钢管沿椭圆形轮廓线其长轴方向与旧箱梁翼缘板或新箱梁翼缘板的顺桥向平行；纵向开孔钢板的椭圆形开孔沿纵向分布，其长轴方向与旧箱梁翼缘板或新箱梁翼缘板的顺桥向平行；
所述的泡沫填充材料为中部具有完整圆形通孔的填充块体，横向连接钢筋的外径与圆形通孔的尺寸相匹配；所述椭圆形横向钢管内轮廓线短轴两侧的预设局部区域满足横向连接钢筋沿箱梁的顺桥向发生滑移，以使得新箱梁由于长期收缩徐变而产生的纵向变形能够通过横向连接钢筋的顺桥向滑移而吸收、耗散；椭圆形内轮廓线的长轴长度能够吸收新旧箱梁由于长期收缩徐变差异而产生的纵向变形差，所述的椭圆形横向钢管其椭圆形内轮廓线的长轴长度限制各向连接钢筋作顺桥向滑移的极限距离。
本发明所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，所述泡沫填充材料为发泡聚氨酯；所述的泡沫填充材料形成两个分体，两个分体对称地布置在椭圆形横向钢管内轮廓线长轴方向的两侧；所述泡沫填充材料的每一个分体均填充在横向连接钢筋或横向钢筋与椭圆形横向钢管的孔壁之间，且泡沫填充材料每一个分体的内侧型面为形状与横向连接钢筋或横向钢筋的外圆面相匹配的半圆面，而外侧型面为形状与椭圆形横向钢管的孔壁相匹配的半椭圆形面。
本发明所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，所述椭圆形横向钢管的内轮廓线的短轴长度比横向连接钢筋的外径长2～3mm；椭圆形横向钢管的内轮廓线的长轴长度为横向连接钢筋外径的2倍。
本发明所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，布置在新箱梁翼缘板板端的纵向开孔钢板，其高度与新箱梁翼缘板的高度相等。
本发明所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，所述泡沫填充材料在椭圆形横向钢管内沿着钢管轴向的填充长度大于或等于椭圆形横向钢管的管长。
本发明所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造的施工方法，步骤如下：
步骤1、将泡沫填充材料塞入椭圆形横向钢管中，并在椭圆形内轮廓线长轴方向的两侧对称地布置，在新箱梁翼缘板的板端处安置纵向开孔钢板；
步骤2、横向连接钢筋的一端植入旧箱梁翼缘板内，植入深度不大于旧箱梁翼缘板的横桥向宽度；随后将新箱梁翼缘板内横向钢筋沿箱梁横桥向与横向连接钢筋的另一端焊接；
步骤3使每个包含有泡沫填充材料分体的椭圆形横向钢管穿过纵向开孔钢板中对应位置的椭圆形开孔，同时将椭圆形横向钢管穿过并套住横向钢筋和横向连接钢筋，使椭圆形横向钢管抵近旧箱梁翼缘板的板端；
步骤4、最后将新箱梁翼缘板的施工模板安装完成后，可一次性浇筑新箱梁翼缘板和接缝处后浇混凝土，经养护后脱模，最终实现新旧箱梁的横向连接。
有益效果
1. 本发明引入的纵向可变形横向拓宽连接构造从根本上解决了长联新旧桥纵向变形差异的问题，目的使新桥可以自由地发生纵向变形，利用椭圆形横向钢管管道以及管道内的泡沫填充材料，使得横向连接钢筋在椭圆形内轮廓线短轴两侧的预设局部区域内可以发生新旧桥之间的顺桥向相对滑移，即本发明的箱梁拓宽连接构造具有顺桥向的不抗滑功能，通过横向连接钢筋沿椭圆形横向钢管内轮廓线长轴方向发生的顺桥向滑移，以耗散长联混凝土新旧桥之间由于长期收缩徐变差异引起的纵向变形差；相比传统铰接湿接缝拓宽连接构造，纵向可变形横向拓宽连接构造使新桥可以自由地发生纵向变形，对于长联混凝土箱梁拓宽结构中的新旧桥长期收缩徐变差异作用具有良好的耗散效果。从而解决了传统铰接湿接缝应用于长联混凝土箱梁拓宽时由于新旧桥纵向变形差异而产生的梁端横向偏位以及纵向和横向拉应力过大等危害问题。
2. 横向连接钢筋与椭圆形横向钢管内轮廓线短轴方向孔壁间的竖向挤压作用，承担了新桥与旧桥之间的竖向剪切作用，即本发明的箱梁拓宽连接构造也具有竖向抗剪功能，以保证在新旧桥基础沉降差异的作用下长联混凝土箱梁拓宽结构的安全性。
3. 本发明的横向拓宽连接构造使新桥可以自由地发生纵向变形，由于在椭圆形横向钢管与横向连接钢筋之间的填充润滑物质（泡沫填充材料），降低了横向连接钢筋与椭圆形横向钢管内轮廓界面上的摩擦力，能够为横向连接钢筋提供较好的滑移变形，以耗散由于新旧桥长期收缩徐变差异产生的纵向变形差，同时椭圆形内轮廓线的长轴长度为耗散纵向变形差提供了空间，从而有效预防了由于新旧桥纵向变形差异引起拓宽结构的危害问题。
4. 本发明介绍的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造及施工方法，可以有效吸收耗散长联混凝土箱梁拓宽结构中由于新旧桥长期收缩徐变差异而导致的纵向变形差，有效减轻了新旧桥纵向变形差异引起拓宽结构梁端截面顶板翼缘产生的纵向和横向拉应力，同时减小了由于新旧桥纵向变形差异引起拓宽结构梁端截面产生的横向偏位；并且本发明所述横向连接构造的竖向抗拔能力也能保证在新旧桥基础沉降差异作用下长联混凝土箱梁拓宽结构的安全性。
附图说明
图 1是本发明纵向可变形横向拓宽连接构造；
图 2是应用于实际箱梁结构中的纵向可变形横向拓宽连接构造的具体形式；
图 3是安置于新箱梁内侧翼缘板板端的纵向开孔钢板及其椭圆形孔洞示意图；
图 4是椭圆形横向钢管管道内泡沫填充材料的分体示意图；
以上图中1-泡沫填充材料，2-横向连接钢筋，3-椭圆形横向钢管，4-新箱梁翼缘板内横向钢筋，5-纵向开孔钢板，6-接缝处后浇混凝土，7-旧箱梁翼缘板，8-新箱梁翼缘板。
具体实施方式
为使本发明的实施目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图 1及图 2所示，本发明公开了纵向可变形横向连接构造，横向连接构造包括泡沫填充材料1、横向连接钢筋2、椭圆形横向钢管3以及新箱梁翼缘板内横向钢筋4、纵向开孔钢板5、接缝处后浇混凝土6；其中: 泡沫填充材料1填充于各横向连接钢筋2和椭圆形横向钢管3的空隙中，便于横向连接钢筋2沿纵向变形。纵向开孔钢板5以及接缝处后浇混凝土6位于旧箱梁翼缘板7与新箱梁翼缘板8之间。横向连接钢筋2的一端预先植入旧箱梁翼缘板7内，另一端与新箱梁翼缘板8内横向钢筋4进行焊接。
新箱梁内侧翼缘板端的纵向开孔钢板上相邻两个椭圆形孔的间距，应根据接缝处后浇混凝土与新旧箱梁翼缘板端界面处的竖向抗剪需要计算确定，在箱梁梁端附近位置纵向开孔的间距需要缩短，在箱梁跨中附近位置纵向开孔的间距可予以增加。
各横向连接钢筋穿过由泡沫填充材料包围形成的钢筋预留孔道，进入各自所在的椭圆形横向钢管中，同时横向连接钢筋的一端植入旧箱梁翼缘板内，另一端与新箱梁翼缘板内钢筋进行焊接固定。
在实施所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造时，所有横向连接钢筋2完成焊接后，需将包含有泡沫填充材料1分体的椭圆形横向钢管3穿过并套住各自对应的横向连接钢筋2，并使椭圆形横向钢管3抵近旧箱梁翼缘板7的板端，然后使如图 3所示的纵向开孔钢板5中对应位置的椭圆形开孔穿过各椭圆形横向钢管3。将浇筑新箱梁翼缘板8混凝土的模板安装完成后，可同步浇筑新箱梁翼缘板8和接缝处后浇混凝土6，脱模后最终实现新旧箱梁的横向连接；
所述椭圆形横向钢管3的椭圆形轮廓线，其长轴方向与箱梁的顺桥向平行；同样纵向开孔钢板5的椭圆形开孔沿纵向分布；所述的泡沫填充材料1，为中部具有完整圆形通孔的填充块体，保证横向连接钢筋2的外径与圆形通孔的尺寸相匹配；
所述椭圆形横向钢管3内轮廓线短轴两侧的预设局部区域能满足横向连接钢筋2沿箱梁的顺桥向发生滑移，采用横向连接钢筋2挤压椭圆形横向钢管3内轮廓线长轴方向的泡沫材料而发生新旧桥结构之间顺桥向相对滑移，以吸收、耗散长联混凝土新旧桥之间由于长期收缩徐变差异引起的纵向变形差，
所述的椭圆形横向钢管3，其椭圆形内轮廓线的长轴长度也限制了各横向连接钢筋2作顺桥向滑移的极限距离；因此本发明的箱梁拓宽连接构造具有纵向可变形功能；横向连接钢筋与椭圆形横向钢管内轮廓线短轴方向孔壁间的竖向挤压作用承担了新桥与旧桥之间竖向剪切作用，即本发明的箱梁拓宽横向连接构造具有竖向抗剪功能，以保证在新旧桥基础沉降差异作用下长联混凝土箱梁拓宽结构的安全性。
如图 4所示，泡沫填充材料1为发泡聚氨酯。泡沫填充材料1分体设置为两部分，并对称地布置在椭圆形横向钢管3内轮廓线长轴方向的两侧；泡沫填充材料1的每一个分体，均能够填充在横向连接钢筋2与椭圆形横向钢管3的孔壁之间，且泡沫填充材料1每一个分体的内侧型面为形状与横向连接钢筋2的外圆面匹配的半圆面，而外侧型面则为形状与椭圆形横向钢管3的孔壁匹配的半椭圆形面。
在实现适用于长联混凝土箱梁的纵向可变形横向拓宽连接构造时，横向连接钢筋植入旧桥箱梁翼缘板内的长度不大于旧箱梁翼缘板的横桥向宽度。
椭圆形横向钢管3的内轮廓线短轴长度比横向连接钢筋2的外径长2～3mm；长轴长度为横向连接钢筋2外径的2倍。
安置在新箱梁翼缘板8板端的纵向开孔钢板5，其高度与新箱梁翼缘板8的高度相等。
泡沫填充材料1在椭圆形横向钢管3内沿着钢管轴向的填充长度，不得小于椭圆形横向钢管4的管长。
其工作原理是：
如图 1及图 2所示，当新旧桥之间发生混凝土收缩及徐变变形差异作用时，利用椭圆形横向钢管内的泡沫填充材料形成了横向连接钢筋的纵向变形空间，使得横向连接钢筋在椭圆形管道内轮廓线短轴两侧的预设局部区域内可以发生新旧桥之间的顺桥向相对滑移，以吸收耗散长联混凝土新旧桥之间由于长期收缩徐变差异引起的纵向变形差，即本发明的箱梁拓宽连接构造具有顺桥向的可变形功能；
横向连接钢筋与椭圆形横向钢管内轮廓线短轴方向孔壁间的竖向挤压作用，可以抵抗新桥与旧桥之间的竖向剪切作用，即本发明的箱梁拓宽连接构造具有竖向抗剪功能，以保证在新旧桥基础沉降差异的作用下长联混凝土箱梁拓宽结构的安全性；
椭圆形横向钢管内轮廓线的长轴长度限制了横向连接钢筋作顺桥向滑移的极限距离，因此本连接构造在耗散新旧桥纵向变形差的同时，也能够限制新箱梁由于长期收缩徐变而产生的纵向变形不致过大。
此箱梁拓宽横向连接构造整体实现了纵向可变形、竖向抗剪的功能，因此，本项专利是一种应用于长联混凝土箱梁拓宽结构，对新旧桥成桥差异作用具有良好耗散和抵抗能力的横向连接构造，并提供了一种拓宽箱梁的施工方法。
实现纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造的施工方法，其步骤如下:
步骤1、将泡沫填充材料塞入椭圆形横向钢管中，并在椭圆形内轮廓线长轴方向的两侧对称地布置，在新箱梁翼缘板的板端处安置纵向开孔钢板；
步骤2、横向连接钢筋的一端植入旧箱梁翼缘板内，植入深度不大于旧箱梁翼缘板的横桥向宽度，随后将新箱梁翼缘板内横向钢筋沿箱梁横桥向与横向连接钢筋的另一端焊接；
步骤3、使每个包含有泡沫填充材料分体的椭圆形横向钢管穿过纵向开孔钢板中对应位置的椭圆形开孔，同时将椭圆形横向钢管穿过并套住横向钢筋和横向连接钢筋，使椭圆形横向钢管抵近旧箱梁翼缘板的板端；
步骤4、最后将新箱梁翼缘板的施工模板安装完成后，可一次性浇筑新箱梁翼缘板和接缝处后浇混凝土，经养护后脱模，最终实现新旧箱梁的横向连接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，其特征在于，横向连接构造包括泡沫填充材料（1）、旧箱梁翼缘板（7）内的横向连接钢筋（2）、椭圆形横向钢管（3）以及新箱梁翼缘板（8）内的横向钢筋（4）、纵向开孔钢板（5）、接缝处后浇混凝土（6）；所述泡沫填充材料（1）填充于横向连接钢筋（2）及椭圆形横向钢管（3）的空隙中，纵向开孔钢板（5）以及接缝处后浇混凝土（6）位于旧箱梁翼缘板（7）与新箱梁翼缘板（8）之间；横向连接钢筋（2）的一端植入旧箱梁翼缘板（7）内，另一端与新箱梁翼缘板（8）内的横向钢筋（4）相焊接。
2.根据权利要求 1所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，其特征在于：所述椭圆形横向钢管（3）沿椭圆形轮廓线其长轴方向与旧箱梁翼缘板（7）或新箱梁翼缘板（8）的顺桥向平行；纵向开孔钢板（5）的椭圆形开孔沿纵向分布，其长轴方向与旧箱梁翼缘板（7）或新箱梁翼缘板（8）的顺桥向平行；
所述的泡沫填充材料（1）为中部具有完整圆形通孔的填充块体，横向连接钢筋（2）的外径与圆形通孔的尺寸相匹配；所述椭圆形横向钢管（3）内轮廓线短轴两侧的预设局部区域满足横向连接钢筋（2）沿箱梁的顺桥向发生滑移，所述的椭圆形横向钢管（3）其椭圆形内轮廓线的长轴长度限制各向横连接钢筋（2）作顺桥向滑移的极限距离。
3.根据权利要求 1所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，其特征在于，所述泡沫填充材料（1）为发泡聚氨酯；所述的泡沫填充材料（1）形成两个分体，两个分体对称地布置在椭圆形横向钢管（3）内轮廓线长轴方向的两侧；所述泡沫填充材料（1）的每一个分体均填充在横向连接钢筋（2）或横向钢筋（4）与椭圆形横向钢管（3）的孔壁之间，且泡沫填充材料（1）每一个分体的内侧型面为形状与横向连接钢筋（2）或横向钢筋（4）的外圆面相匹配的半圆面，而外侧型面为形状与椭圆形横向钢管（3）的孔壁相匹配的半椭圆形面。
4.根据权利要求 2所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，其特征在于，所述椭圆形横向钢管（3）的内轮廓线的短轴长度比横向连接钢筋（2）的外径长2～3mm；椭圆形横向钢管（3）的内轮廓线的长轴长度为横向连接钢筋（2）外径的2倍。
5.根据权利要求 2所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，其特征在于，布置在新箱梁翼缘板（8）板端的纵向开孔钢板（5），其高度与新箱梁翼缘板（8）的高度相等。
6.根据权利要求 2所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造，其特征在于，所述泡沫填充材料（1）在椭圆形横向钢管（3）内沿着钢管轴向的填充长度大于或等于椭圆形横向钢管（3）的管长。
7.根据权利要求 1至6任意一项所述的纵向可变形混凝土连续箱梁横向拓宽连接构造的施工方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1、将泡沫填充材料（1）塞入椭圆形横向钢管（3）中，并在椭圆形内轮廓线长轴方向的两侧对称地布置，在新箱梁翼缘板（8）的板端处安置纵向开孔钢板（5）；
步骤2、横向连接钢筋（2）的一端植入旧箱梁翼缘板（7）内，植入深度不大于旧箱梁翼缘板（7）的横桥向宽度，随后将横向钢筋（4）沿箱梁横桥向与横向连接钢筋（2）的另一端焊接；
步骤3、使每个包含有泡沫填充材料（1）分体的椭圆形横向钢管（3）穿过纵向开孔钢板（5）中对应位置的椭圆形开孔，同时将椭圆形横向钢管（3）穿过并套住横向钢筋（4）和横向连接钢筋（2），使椭圆形横向钢管（3）抵近旧箱梁翼缘板（7）的板端；
步骤4、最后将新箱梁翼缘板（8）的施工模板安装完成后，可一次性浇筑新箱梁翼缘板（8）和接缝处后浇混凝土（6），经养护后脱模，最终实现新旧箱梁的横向连接。
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