CN117107623A - 一种uhpc-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造及施工方法 - Google Patents

一种uhpc-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造及施工方法 Download PDF

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薛炜
何福军
张英才
吴延均
闵振寰
龙佩恒
张广达
姜宇
孟思超
方治
杨建恩
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Abstract

本发明涉及一种UHPC‑波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造及施工方法,属于桥梁施工技术领域。其中预制箱梁节段包括UHPC顶板、UHPC底板、UHPC横隔板、波形钢腹板、剪力连接件和横撑,顶、底板均布置FRP预应力钢束,顶、底板通过预留U形钢筋交错搭接并焊接横向钢筋,形成湿接缝钢筋骨架,浇筑UHPC,待接缝强度达到设计值后张拉预应力,实现预制节段悬拼施工。本发明构造简单,安装方便快捷,节段整体自重小,接缝强度高且耐久性好,连接可靠,有效避免因接缝失效导致的主梁破坏,减少现场浇筑工程量,缩短施工周期。

Description

一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造及施工方法
技术领域
本发明涉及一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造及施工方法,属于桥梁施工技术领域。
背景技术
为解决传统预应力混凝土箱梁桥腹板开裂,提升桥梁整体耐久性、安全性和经济性,学者们提出采用波形钢腹板代替普通混凝土腹板。波形钢腹板组合结构具有自重轻、力学性能优异和施工方便等优点,具有广泛的工程应用前景。
传统的波形钢腹板PC组合箱梁顶、底板大多采用普通混凝土,顶、底板自重较大不易整体吊装,对大节段预制拼装不利,且对大跨径桥梁极易出现的较大拉应力,开裂问题严重,耐久性低。同时传统预应力钢束耐久性和耐腐蚀性差,在桥梁服役过程中,预应力钢束易被渗水锈蚀,导致预应力效用显著降低,桥梁整体受力性能变差,且易出现裂缝,影响桥梁安全性。如CN206090273U公开的一种节段预制拼装UHPC-波形钢腹板组合箱梁及斜拉桥以及CN113215949A公开的预制拼装式UHPC-波形钢腹板组合箱梁桥及施工方法均存在上述拼接问题。因此,常规的波形钢腹板组合箱梁桥的顶、底板限制了其在大跨度梁桥方面的应用和推广,预应力钢束也应努力寻求轻质高强、耐腐蚀的材料,保持预应力的导入效率,提升预应力筋耐腐蚀能力,从而保证桥梁安全性和耐久性。
此外,既有的箱梁施工方法存在落地支架法中断桥下既有交通,顶推法不易开展变截面施工,悬臂浇筑法现场劳动力需求大、施工周期长及环境污染严重等问题。因此,减少施工现场工程量,降低劳动力成本,缩短施工周期及保证施工绿色安全也是波形钢腹板组合梁桥在大跨度桥梁工程中应用面临的关键性问题。
另外,由于现有的关于UHPC-波形钢腹板组合箱梁预制节段技术发明多集中于节段构造特征和尺寸等方面,且大多仅对等截面UHPC-波形钢腹板组合箱梁预制节段进行介绍,对变截面箱梁预制节段的构造方式论述不足,缺少变截面箱梁预制后悬臂拼装施工过程的指导和论述,缺少预制拼装过程中主梁受力性能的探究,缺乏专利的普遍适用性,工程适用性相对欠佳。
有鉴于此,亟需提出一种适用于大跨度桥梁结构的悬臂拼装UHPC-波形钢腹板变截面箱梁构造以解决传统波形钢腹板PC组合箱梁存在的问题,推动预制拼装波形钢腹板组合箱梁技术的工程应用,具有重要工程需求背景和社会经济效益。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题,本发明提出一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造及施工方法。本发明能够实现波形钢腹板组合箱梁全机械化拼装,能够有效减轻结构自重、提高悬拼节段长度;减少现场浇筑工作量,降低施工难度和危险性及显著缩短工程周期。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造,所述UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁由多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段通过UHPC灌浆接缝拼装组成;每个所述UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段包括UHPC顶板、UHPC底板、波形钢腹板、剪力连接件;所述UHPC顶板和UHPC底板轴向水平放置,波形钢腹板垂直放置在UHPC顶板和UHPC底板之间的腹板位置上,并与设置在波形钢腹板上下缘的剪力连接件连接;
所述UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段还包括UHPC横隔板或横撑;所述UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁由多个带UHPC横隔板的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段以及多个带横撑的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段拼装而成;其中,UHPC横隔板或横撑设置在UHPC顶板和UHPC底板之间,并与两侧波形钢腹板连接;
所述UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段的UHPC顶板和UHPC底板均通过UHPC灌浆接缝连接为整体,所述UHPC灌浆接缝包括顶板横向湿接缝以及底板横向湿接缝;
所述剪力连接件包括顶板Twin-PBL开孔钢板连接件以及底板角钢连接件,顶板Twin-PBL开孔钢板连接件以及底板角钢连接件分别与钢腹板上翼缘钢板连以及钢腹板下翼缘钢板连接,嵌入于所述UHPC顶板和UHPC底板中,并通过贯穿钢筋连接;
所述顶板横向湿接缝和底板横向湿接缝由预留在预制节段端口处的U形钢筋交错搭接而成,并焊接有多根横向钢筋从而形成骨架,然后在接缝处浇筑有超高性能混凝土UHPC,且接缝底部粘贴有密封止水带。
进一步地,所述UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段间波形钢腹板采用高强螺栓和双面贴角焊缝组合方式连接。
进一步地,所述密封止水带为耐腐蚀性的橡胶垫。
进一步地,所述UHPC顶板和UHPC底板内分别轴向平行设置有体内预应力钢束孔道,体内预应力筋采用FRP预应力钢束穿入体内预应力钢束孔道。
进一步地,所述横撑为Q235B工字形钢,由两根水平横杆、两根斜杆和一根竖杆焊接构成。
进一步地,所述顶板横向湿接缝和底板横向湿接缝开口宽度0.1-0.3m;U形钢筋上肢距顶板顶面0.02-0.08m,距底板顶面0.02-0.08m,搭接长度为0.05-0.2m,弯折半径为0.05-0.1m。
上述UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造的施工方法,包括以下步骤:
步骤一,在预制台座上完成UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段的制造,其中墩顶、跨中和四分点节段的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段安装UHPC横隔板,其余UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段在钢腹板间焊接横撑;按照此步骤预制多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段,同时完成基础和桥墩施工;
步骤二,完成墩顶0#块施工,待UHPC强度达到设计标准后张拉FRP预应力钢束,安装挂篮准备悬拼施工;
步骤三,采用门式起重机对称吊装墩顶两侧UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段就位,将节段间波形钢腹板采用高强螺栓连接,并采用三点空间坐标方法进行精准定位,然后利用双面贴角焊缝进行节段固定;
步骤四,待节段间波形钢腹板焊接完成后,安装顶板横向湿接缝和底板横向湿接缝模板,并浇筑超高性能混凝土UHPC;
步骤五,待顶板横向湿接缝和底板横向湿接缝UHPC强度达到设计标准后,在体内预应力钢束孔道内进行FRP预应力钢束张拉,并及时封锚;
步骤六,挂篮移动至下一节段,重复步骤三至步骤五,对称悬臂拼装主墩两侧预制的多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段,循环施工;
步骤七,首先完成边跨合龙,张拉边跨底板FRP预应力钢束,然后施工中跨合龙段,并张拉中跨底板FRP预应力钢束,施加桥面铺装,完成桥梁施工。
本发明提出一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造及施工方法,在满足承载需求和施工质量的同时,极大缩短了施工周期,提升了主梁的力学性能,具体有益效果如下:
1.本发明提供的预制UHPC-波形钢腹板变截面箱梁悬拼施工方法,在工厂预制构件并运送至现场直接装配,极大减少了现场工程量,缩短了施工周期,节约工程成本,适用于大跨度波形钢腹板连续梁和连续刚构桥的工程施工;波形钢腹板间焊接横撑增强横向联系和整体稳定性,保证节段吊装准确性和安全性。
2.本发明提供的UHPC-波形钢腹板变截面箱梁构造,顶板和底板均采用UHPC材料,减小顶、底板厚度和截面面积,自重可减少百分之五十;UHPC材料强度高,后期徐变小,梁体自重小,可有效减小梁体下挠及长期荷载作用下桥面开裂的问题。
3.本发明提供的UHPC-波形钢腹板变截面箱梁构造,顶板和底板体内预应力筋均采用FRP预应力钢束,FRP预应力筋具备轻质高强的特性,将其施加一定的预应力不但能充分发挥其力学特性,而且可使桥梁抗裂能力得到提升;FRP采用非金属材料适用于酸碱等各种复杂环境条件,较传统预应力钢筋的耐腐蚀能力更强,抗拉和耐久性能好。
4.本发明提供的UHPC-波形钢腹板变截面箱梁构造设计简单,受力特征明确,顶底板UHPC接缝抗弯、抗剪性能好,抗疲劳性能和耐久性好,且后期收缩率变小;湿接缝宽度小,减小接缝现浇量,提高施工速度,UHPC与钢筋间粘结性好,抗裂性能好;连接可靠,避免因接缝失效导致的主梁破坏,提升桥梁长期性能,降低全寿命期造价。
5.为有效提升预制节段的受力性能,本次预制节段体内预应力选用FRP钢束,FRP钢束具备轻质高强等特点,可显著提升桥梁的抗裂能力;针对变截面箱梁预制节段的悬臂拼装方法进行了详细的论述,为施工提供宝贵的理论指导;为增强预制拼装过程中主梁的整体稳定性,保证各预制节段的刚度,本次选择在预制拼装过程中对预制节段增设临时横撑,并对临时横撑的构造和布置位置进行分析,有效的保证了主梁线性和应力满足要求。
附图说明
图1是预制拼装箱梁节段立体结构示意图;
图2是无横隔板预制拼装箱梁节段横向剖视图;
图3是有横隔板预制拼装箱梁节段横向剖视图;
图4是预制拼装箱梁节段侧视图;
图5是预制拼装箱梁节段俯视图;
图6是顶板横向湿接缝构造放大俯视图;
图7是波形钢腹板拼接侧视图;
图8是预制拼装箱梁节段端部接口放大图;
图9是顶板横向湿接缝构造放大侧视图;
图10是底板横向湿接缝构造放大侧视图;
图11是波形钢腹板剪力连接件立体结构示意图;
图12是波形钢腹板连接构造放大图;
图13是墩顶0#块施工挂篮悬拼施工示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-13和具体实施对本发明做进一步的详细说明,便于清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。
如附图1-3所示,本发明的一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造,UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁由多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1通过UHPC灌浆接缝2拼装组成。每个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1包括UHPC顶板11、UHPC底板12、波形钢腹板13、剪力连接件14。UHPC顶板11和UHPC底板12轴向水平放置,波形钢腹板13垂直放置在UHPC顶板11和UHPC底板12之间的腹板位置上,并与设置在波形钢腹板13上下缘的剪力连接件14连接。
UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1还包括UHPC横隔板15或横撑16。如图2-3所示,UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁由多个带UHPC横隔板15的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1以及多个带横撑16的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1拼装而成。其中,UHPC横隔板15或横撑16设置在UHPC顶板11和UHPC底板12之间,并与两侧波形钢腹板13连接。UHPC顶板11和UHPC底板12内分别轴向平行设置有体内预应力钢束孔道111,体内预应力筋采用FRP预应力钢束112穿入体内预应力钢束孔道111。
如图4-6,8-10所示,本实施例中,UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1的UHPC顶板11和UHPC底板12均通过UHPC灌浆接缝2连接为整体,UHPC灌浆接缝2包括顶板横向湿接缝21以及底板横向湿接缝22。顶板横向湿接缝21和底板横向湿接缝22由预留在预制节段端口处的U形钢筋211交错搭接而成,并焊接有多根横向钢筋212从而形成骨架,然后在接缝处浇筑有超高性能混凝土UHPC,且接缝底部粘贴有密封止水带213。本实施例中采用耐腐蚀性强的橡胶垫作为密封止水带213。
如图7和图9所示,剪力连接件14包括顶板Twin-PBL开孔钢板连接件141以及底板角钢连接件142,顶板Twin-PBL开孔钢板连接件141以及底板角钢连接件142分别与钢腹板上翼缘钢板143连以及钢腹板下翼缘钢板144连接,嵌入于UHPC顶板11和UHPC底板12中,并通过贯穿钢筋145连接。此外,如图12所示,本实施例中,UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1间波形钢腹板13采用高强螺栓131和双面贴角焊缝132组合方式连接。
本实施例中,横撑16为Q235B工字形钢,由两根水平横杆、两根斜杆和一根竖杆焊接构成。顶板横向湿接缝21和底板横向湿接缝22开口宽度0.2m。U形钢筋211上肢距顶板顶面0.05m,距底板顶面0.05m,搭接长度为0.1m,弯折半径为0.05m。
上述UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造的施工方法,包括以下步骤:
步骤一,在预制台座上完成UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1的制造,其中墩顶、跨中和四分点节段的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1安装UHPC横隔板15,其余UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1在钢腹板间焊接横撑16。按照此步骤预制多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1,同时完成基础和桥墩施工。
步骤二,如图13,完成墩顶0#块3施工,待UHPC强度达到设计标准后张拉FRP预应力钢束112,安装挂篮4准备悬拼施工。
步骤三,采用门式起重机对称吊装墩顶两侧UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1就位,将节段间波形钢腹板13采用高强螺栓131连接,并采用三点空间坐标方法进行精准定位,然后利用双面贴角焊缝132进行节段固定。
步骤四,待节段间波形钢腹板13焊接完成后,安装顶板横向湿接缝21和底板横向湿接缝22模板,并浇筑超高性能混凝土UHPC。
步骤五,待顶板横向湿接缝21和底板横向湿接缝22UHPC强度达到设计标准后,在体内预应力钢束孔道111内进行FRP预应力钢束112张拉,并及时封锚。
步骤六,挂篮移动至下一节段,重复步骤三至步骤五,对称悬臂拼装主墩两侧预制的多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段1,循环施工。
步骤七,首先完成边跨合龙,张拉边跨底板FRP预应力钢束112,然后施工中跨合龙段,并张拉中跨底板FRP预应力钢束112,施加桥面铺装,完成桥梁施工。
以上仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的结构作任何形式上的限制。本发明的布置型式及使用数量也不局限于本例,可以根据工程实际进行优化选择,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术原理对以上实施例进行的任何修改、等同变化与装饰,均仍在本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造,其特征在于:所述UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁由多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)通过UHPC灌浆接缝(2)拼装组成;每个所述UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)包括UHPC顶板(11)、UHPC底板(12)、波形钢腹板(13)、剪力连接件(14);所述UHPC顶板(11)和UHPC底板(12)轴向水平放置,波形钢腹板(13)垂直放置在UHPC顶板(11)和UHPC底板(12)之间的腹板位置上,并与设置在波形钢腹板(13)上下缘的剪力连接件(14)连接;
所述UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)还包括UHPC横隔板(15)或横撑(16);所述UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁由多个带UHPC横隔板(15)的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)以及多个带横撑(16)的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)拼装而成;其中,UHPC横隔板(15)或横撑(16)设置在UHPC顶板(11)和UHPC底板(12)之间,并与两侧波形钢腹板(13)连接;
所述UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)的UHPC顶板(11)和UHPC底板(12)均通过UHPC灌浆接缝(2)连接为整体,所述UHPC灌浆接缝(2)包括顶板横向湿接缝(21)以及底板横向湿接缝(22);
所述剪力连接件(14)包括顶板Twin-PBL开孔钢板连接件(141)以及底板角钢连接件(142),顶板Twin-PBL开孔钢板连接件(141)以及底板角钢连接件(142)分别与钢腹板上翼缘钢板(143)连以及钢腹板下翼缘钢板(144)连接,嵌入于所述UHPC顶板(11)和UHPC底板(12)中,并通过贯穿钢筋(145)连接;
所述顶板横向湿接缝(21)和底板横向湿接缝(22)由预留在预制节段端口处的U形钢筋(211)交错搭接而成,并焊接有多根横向钢筋(212)从而形成骨架,然后在接缝处浇筑有超高性能混凝土UHPC,且接缝底部粘贴有密封止水带(213)。
2.根据权利要求1所述的一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造,其特征在于:所述UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)间波形钢腹板(13)采用高强螺栓(131)和双面贴角焊缝(132)组合方式连接。
3.根据权利要求1所述的一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造,其特征在于:所述密封止水带(213)为耐腐蚀性的橡胶垫。
4.根据权利要求1所述的一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造,其特征在于:所述UHPC顶板(11)和UHPC底板(12)内分别轴向平行设置有体内预应力钢束孔道(111),体内预应力筋采用FRP预应力钢束(112)穿入体内预应力钢束孔道(111)。
5.根据权利要求1所述的一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造,其特征在于:所述横撑(16)为Q235B工字形钢,由两根水平横杆、两根斜杆和一根竖杆焊接构成。
6.根据权利要求1所述的一种UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造,其特征在于:所述顶板横向湿接缝(21)和底板横向湿接缝(22)开口宽度0.1-0.3m;U形钢筋(211)上肢距顶板顶面0.02-0.08m,距底板顶面0.02-0.08m,搭接长度为0.05-0.2m,弯折半径为0.05-0.1m。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述UHPC-波形钢腹板预制拼装变截面箱梁构造的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,在预制台座上完成UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)的制造,其中墩顶、跨中和四分点节段的UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)安装UHPC横隔板(15),其余UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)在钢腹板间焊接横撑(16);按照此步骤预制多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1),同时完成基础和桥墩施工;
步骤二,完成墩顶0#块(3)施工,待UHPC强度达到设计标准后张拉FRP预应力钢束(112),安装挂篮准备悬拼施工;
步骤三,采用门式起重机对称吊装墩顶两侧UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1)就位,将节段间波形钢腹板(13)采用高强螺栓(131)连接,并采用三点空间坐标方法进行精准定位,然后利用双面贴角焊缝(132)进行节段固定;
步骤四,待节段间波形钢腹板(13)焊接完成后,安装顶板横向湿接缝(21)和底板横向湿接缝(22)模板,并浇筑超高性能混凝土UHPC;
步骤五,待顶板横向湿接缝(21)和底板横向湿接缝(22)UHPC强度达到设计标准后,在体内预应力钢束孔道(111)内进行FRP预应力钢束(112)张拉,并及时封锚;
步骤六,挂篮移动至下一节段,重复步骤三至步骤五,对称悬臂拼装主墩两侧预制的多个UHPC-波形钢腹板预制拼装箱梁节段(1),循环施工;
步骤七,首先完成边跨合龙,张拉边跨底板FRP预应力钢束(112),然后施工中跨合龙段,并张拉中跨底板FRP预应力钢束(112),施加桥面铺装,完成桥梁施工。
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CN117569220A (zh) * 2024-01-15 2024-02-20 河南中桥桥梁科技有限公司 一种波形钢腹板组合箱梁及其施工方法
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