CN116463930A - 一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种连续钢‑混组合梁桥体外预应力构造及其施工方法，该构造包括钢梁和混凝土桥面板，中支点对应的混凝土桥面板为负弯矩区混凝土桥面板，其余混凝土桥面板为正弯矩区混凝土桥面板，跨中区域正弯矩区混凝土桥面板下方设有预应力钢筋，预应力钢筋沿纵桥向设置，预应力钢筋两端分别通过锚固组件连接于钢梁的底板。本发明仅在跨中的底板下方设置预应力钢筋，通过施加预应力，钢束一次效应减少跨中正弯矩，减少钢梁钢材用量，钢束二次效应减少中支点负弯矩并对桥面板施加预压力，减少负弯矩区混凝土桥面板的钢筋用量，并能够增加负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性和耐久性，充分利用了预应力钢束的一次、二次效应，提高了预应力的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，特别是一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造及其施工方法。
背景技术
钢-混组合梁桥是将钢材和混凝土两种不同性能的材料通过剪力连接键连接起来而共同工作的一种组合结构，能够发挥钢材和混凝土两种材料各自的材料特性，相比于一般的纯钢梁桥，其截面刚度更大、用钢量更省，相比于混凝土梁桥，钢-混组合梁桥更加轻便、施工周期更短。由于钢-混组合梁桥的多方面的优点，近些年来，我国修建了大量的钢-混组合梁桥。
但是，连续钢-混组合梁桥造价相对于连续混凝土桥更贵，随着跨径的增加，其内力也相应增加，一般工程中通过加大钢梁梁高和增大截面尺寸以适应受力要求，但这却增加了造价，未能进一步挖掘性价比更高的高强材料的优势。
另外，连续钢-混组合梁在其中支点负弯矩区域内，混凝土桥面板受拉易开裂，降低了刚度，而往往需要通过加大钢筋配置、采取施工措施或者张拉预应力的方式克服。
当采用张拉预应力的方式时，既可仅对中支点负弯矩区域的桥面板设置纵向预应力短钢筋(束)，也可在全桥范围内布置折线或曲线的通长钢筋(束)。但无论是布置短束还是通长束，负弯矩区段桥面板均布置有钢束。
这种布置方式的工作原理都是通过张拉预应力钢束将预压力直接施加到负弯矩区桥面板，即钢束的一次效应；但是，超静定结构由于多余约束的存在，当受到强迫变形时，会在结构内产生附加内力，上述布置方式中桥面板内的预应力钢束强迫桥面板结构变形，产生的结构内力即钢束二次效应，而钢束二次效应与钢束一次效应反向，降低了预应力的效率，且钢束二次效应不能得到利用。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造及其施工方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，包括钢梁和混凝土桥面板，中支点对应的所述混凝土桥面板为负弯矩区混凝土桥面板，其余的所述混凝土桥面板为正弯矩区混凝土桥面板，跨中区域的正弯矩区混凝土桥面板的下方设有预应力钢筋，所述预应力钢筋沿纵桥向设置，所述预应力钢筋的两端分别通过锚固组件连接于所述钢梁的底板。
采用本发明所述的一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，仅在跨中的所述底板下方纵向设置所述预应力钢筋，通过施加预应力，其产生的直接作用即钢束一次效应有利于减少跨中的正弯矩，能够减少所述钢梁钢材的用量，同时跨中区域受力后向上翘，减少了中支点的支反力，即预应力产生的间接作用即钢束二次效应有利于减少中支点的负弯矩并对桥面板施加预压力，从而可以减少所述负弯矩区混凝土桥面板的钢筋用量，并能够增加所述负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性和耐久性，充分利用了预应力钢束的一次、二次效应，提高了预应力的利用效率；该构造布置简单、施工工艺简便、便于检测和维修，能够根据后期运营情况及时调整预应力大小，相比传统的连续钢-混组合梁桥预应力钢束布置方式，显著提高了桥梁结构的经济效益和耐久性。
作为本发明优选地技术方案，所述预应力钢筋的中间段通过至少一个限位组件连接于所述底板。
作为本发明进一步优选地技术方案，所述限位组件包括吊环，所述预应力钢筋穿过所述吊环。
作为本发明优选地技术方案，所述钢梁包括依次连接的顶板、腹板和所述底板。
作为本发明进一步优选地技术方案，所述顶板和所述混凝土桥面板通过若干剪力连接件连接。
作为本发明优选地技术方案，所述锚固组件包括锚具、支撑垫板和支撑竖板，所述支撑垫板横桥向连接于所述底板，所述支撑竖板纵桥向连接于所述底板，所述支撑竖板连接所述支撑垫板内侧，所述支撑垫板外侧抵接设置所述锚具，所述锚具夹持所述预应力钢筋。
采用这种结构，所述锚具连接所述预应力钢筋并锚定在所述支撑垫板上，所述支撑垫板将预应力通过所述支撑竖板传递给所述底板，即所述支撑竖板主要作为传力构件，同时能够避免所述支撑垫板受力破坏。
作为本发明进一步优选地技术方案，所述锚具和所述支撑垫板之间设有锚垫板。
作为本发明优选地技术方案，所述预应力钢筋替换为预应力钢束。
第二方面，本发明还提供了一种如以上任一项所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造的施工方法，包括以下步骤：
S1、吊装所述混凝土桥面板至所述钢梁上，浇筑所述负弯矩区混凝土桥面板范围内的湿接缝，负弯矩区形成钢-混组合梁；
S2、张拉所述预应力钢筋并连接于所述锚固组件，预应力传递给所述底板；
S3、浇筑所述正弯矩区混凝土桥面板范围内的湿接缝，全桥形成钢-混组合梁。
采用本发明所述的一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造的施工方法，先浇筑所述负弯矩区混凝土桥面板范围内的湿接缝，然后张拉所述预应力钢筋形成预应力，跨中区域受力后向上翘，减少了中支点的支反力，从而减少中支点的负弯矩并对桥面板施加预压力，增加所述负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性和耐久性，然后在跨中钢梁受力变形后再浇筑所述正弯矩区混凝土桥面板范围内的湿接缝，避免其先浇筑后由于张拉预应力的作用而在所述正弯矩区混凝土桥面板产生拉应力，充分利用了预应力钢束的一次、二次效应，提高了预应力的利用效率。
第三方面，本发明还提供了一种连续钢-混组合梁桥，包括下部结构，所述下部结构支承如以上任一项所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造及连续钢-混组合梁桥，仅在跨中的所述底板下方纵向设置所述预应力钢筋，通过施加预应力，其产生的直接作用即钢束一次效应有利于减少跨中的正弯矩，能够减少所述钢梁钢材的用量，同时跨中区域受力后向上翘，减少了中支点的支反力，即预应力产生的间接作用即钢束二次效应有利于减少中支点的负弯矩并对桥面板施加预压力，从而可以减少所述负弯矩区混凝土桥面板的钢筋用量，并能够增加所述负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性和耐久性，充分利用了预应力钢束的一次、二次效应，提高了预应力的利用效率；该构造布置简单、施工工艺简便、便于检测和维修，能够根据后期运营情况及时调整预应力大小，相比传统的连续钢-混组合梁桥预应力钢束布置方式，显著提高了桥梁结构的经济效益和耐久性；
2、本发明所述的一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造的施工方法，先浇筑所述负弯矩区混凝土桥面板范围内的湿接缝，然后张拉所述预应力钢筋形成预应力，跨中区域受力后向上翘，减少了中支点的支反力，从而减少中支点的负弯矩并对桥面板施加预压力，增加所述负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性和耐久性，然后在跨中钢梁受力变形后再浇筑所述正弯矩区混凝土桥面板范围内的湿接缝，避免其先浇筑后由于张拉预应力的作用而在所述正弯矩区混凝土桥面板产生拉应力，充分利用了预应力钢束的一次、二次效应，提高了预应力的利用效率。
附图说明
图1为连续钢-混组合梁桥体外预应力构造的结构示意图；
图2为图1中A部的放大示意图；
图3为图1中B-B剖视图。
图中标记：10-钢梁，11-预应力钢筋，12-支撑竖板，13-支撑垫板，14-锚垫板，15-锚具，16-底板，17-限位组件，18-负弯矩区混凝土桥面板，19-正弯矩区混凝土桥面板，20-下部结构，21-剪力连接件，22-腹板，23-顶板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1至图3所示，本发明所述的一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，包括钢梁10和混凝土桥面板，中支点对应的所述混凝土桥面板为负弯矩区混凝土桥面板18，其余的所述混凝土桥面板为正弯矩区混凝土桥面板19。
如图1所示，跨中区域的正弯矩区混凝土桥面板19的下方设有预应力钢筋11，所述预应力钢筋11沿纵桥向设置，所述预应力钢筋11的两端分别通过锚固组件连接于所述钢梁10的底板16，所述预应力钢筋11的中间段通过至少一个限位组件17连接于所述底板16，具体地，所述限位组件17包括吊环，所述预应力钢筋11穿过所述吊环。
如图2所示，所述锚固组件包括锚具15、支撑垫板13和支撑竖板12，所述支撑垫板13横桥向焊接连接于所述底板16，所述支撑竖板12纵桥向焊接连接于所述底板16，所述支撑竖板12焊接连接所述支撑垫板13内侧，所述支撑垫板13外侧抵接设置所述锚具15，所述锚具15和所述支撑垫板13之间设有锚垫板14，所述锚具15夹持所述预应力钢筋11，所述锚垫板14焊接于所述支撑垫板13外侧；采用这种结构，所述锚具15连接所述预应力钢筋11并锚定在所述支撑垫板13上，所述支撑垫板13将预应力通过所述支撑竖板12传递给所述底板16，即所述支撑竖板12主要作为传力构件，同时能够避免所述支撑垫板13受力破坏。
如图1和图3所示，所述钢梁10包括依次连接的顶板23、腹板22和所述底板16，所述顶板23和所述混凝土桥面板通过若干剪力连接件21连接。
在一个具体的实施方案中，所述预应力钢筋11替换为预应力钢束。
本实施例所述的一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，仅在跨中的所述底板16下方纵向设置所述预应力钢筋11，通过施加预应力，其产生的直接作用即钢束一次效应有利于减少跨中的正弯矩，能够减少所述钢梁10钢材的用量，同时跨中区域受力后向上翘，减少了中支点的支反力，即预应力产生的间接作用即钢束二次效应有利于减少中支点的负弯矩并对桥面板施加预压力，从而可以减少所述负弯矩区混凝土桥面板18的钢筋用量，并能够增加所述负弯矩区混凝土桥面板18的抗裂性和耐久性，充分利用了预应力钢束的一次、二次效应，提高了预应力的利用效率；该构造布置简单、施工工艺简便、便于检测和维修，能够根据后期运营情况及时调整预应力大小，相比传统的连续钢-混组合梁桥预应力钢束布置方式，显著提高了桥梁结构的经济效益和耐久性。
实施例2
本发明所述的一种如实施例1所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造的施工方法，包括以下步骤：
S1、所述钢梁10和所述混凝土桥面板在工厂分段预制，并将所述锚固组件焊接于所述底板16，然后运输至现场；
S2、现场将所述钢梁10连接，并架设于下部结构20上；
S3、吊装所述混凝土桥面板至所述钢梁10上，浇筑所述负弯矩区混凝土桥面板18范围内的湿接缝，负弯矩区形成钢-混组合梁；
S4、张拉所述预应力钢筋11并连接于所述锚固组件，预应力传递给所述底板16；
S5、浇筑所述正弯矩区混凝土桥面板19范围内的湿接缝，全桥形成钢-混组合梁。
本实施例所述的一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造的施工方法，先浇筑所述负弯矩区混凝土桥面板18范围内的湿接缝，然后张拉所述预应力钢筋11形成预应力，跨中区域受力后向上翘，减少了中支点的支反力，从而减少中支点的负弯矩并对桥面板施加预压力，增加所述负弯矩区混凝土桥面板18的抗裂性和耐久性，然后在跨中钢梁10受力变形后再浇筑所述正弯矩区混凝土桥面板19范围内的湿接缝，避免其先浇筑后由于张拉预应力的作用而在所述正弯矩区混凝土桥面板19产生拉应力，充分利用了预应力钢束的一次、二次效应，提高了预应力的利用效率。
实施例3
如图1所示，本发明所述的一种连续钢-混组合梁桥，包括下部结构20，所述下部结构20支承如实施例1所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造。
图1中所述钢梁10的两端分别架设在一个所述下部结构20上，中间通过一个所述下部结构20支撑于所述钢梁10的底部形成中支点，即一联所述钢梁10对应三个所述下部结构20，所述下部结构20具体为桥墩。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，包括钢梁(10)和混凝土桥面板，其特征在于，中支点对应的所述混凝土桥面板为负弯矩区混凝土桥面板(18)，其余的所述混凝土桥面板为正弯矩区混凝土桥面板(19)，跨中区域的正弯矩区混凝土桥面板(19)的下方设有预应力钢筋(11)，所述预应力钢筋(11)沿纵桥向设置，所述预应力钢筋(11)的两端分别通过锚固组件连接于所述钢梁(10)的底板(16)。
2.根据权利要求1所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，其特征在于，所述预应力钢筋(11)的中间段通过至少一个限位组件(17)连接于所述底板(16)。
3.根据权利要求2所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，其特征在于，所述限位组件(17)包括吊环，所述预应力钢筋(11)穿过所述吊环。
4.根据权利要求1所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，其特征在于，所述钢梁(10)包括依次连接的顶板(23)、腹板(22)和所述底板(16)。
5.根据权利要求4所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，其特征在于，所述顶板(23)和所述混凝土桥面板通过若干剪力连接件(21)连接。
6.根据权利要求1所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，其特征在于，所述锚固组件包括锚具(15)、支撑垫板(13)和支撑竖板(12)，所述支撑垫板(13)横桥向连接于所述底板(16)，所述支撑竖板(12)纵桥向连接于所述底板(16)，所述支撑竖板(12)连接所述支撑垫板(13)内侧，所述支撑垫板(13)外侧抵接设置所述锚具(15)，所述锚具(15)夹持所述预应力钢筋(11)。
7.根据权利要求6所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，其特征在于，所述锚具(15)和所述支撑垫板(13)之间设有锚垫板(14)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造，其特征在于，所述预应力钢筋(11)替换为预应力钢束。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、吊装所述混凝土桥面板至所述钢梁(10)上，浇筑所述负弯矩区混凝土桥面板(18)范围内的湿接缝，负弯矩区形成钢-混组合梁；
S2、张拉所述预应力钢筋(11)并连接于所述锚固组件；
S3、浇筑所述正弯矩区混凝土桥面板(19)范围内的湿接缝，全桥形成钢-混组合梁。
10.一种连续钢-混组合梁桥，其特征在于，包括下部结构(20)，所述下部结构(20)支承如权利要求1-8任一项所述的连续钢-混组合梁桥体外预应力构造。
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