CN203222728U - 一种预应力混凝土变截面箱桥梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预应力混凝土变截面箱桥梁，在跨中位置的底板相应梁高位置及其上方从跨中至桥墩的方向沿箱梁纵向设置向上倾斜或弯起的锚固板，在跨中至3L/8截面区段锚固板和底板融为一体，其余位置分离；预应力底板索上弯布置在锚固板内部。本实用新型所提供的桥梁，通过预应力底板索上弯布置提供向上的径向力，抵消二期恒载等施加的向下作用力，确保主梁合拢后不会因该作用力而发生下挠变形，易于施工控制，可以提高承载通行能力。

Description

一种预应力混凝土变截面箱桥梁

技术领域

本实用新型涉及土木工程桥梁技术领域，特别是涉及一种预应力混凝土变截面箱桥梁。 

背景技术

大跨预应力混凝土变截面箱桥梁是目前广泛采用的桥型，以连续梁和连续刚构桥最为多见，常采用挂篮悬臂浇筑法施工。 

如图1至图1-2所示，图1为一种底板索下弯布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁的结构示意图，图1-1为图1所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图，图1-2为图1所示桥梁B-B剖视面的结构示意图。 

这种变截面箱梁桥目前常用的截面形式为单箱单室截面，由于受力需要，梁高由跨中L/2截面向支点截面不断加大，导致底板01下缘立面成拱形，由跨中向桥墩06处悬臂根部支点方向，箱室净空加大，梁高加大，底板01也逐渐加厚，腹板02在靠近支点截面局部加厚，底板01立面纵向为拱形，底板01拱形矢跨比（矢高/主跨跨径）一般为1/20左右。锯齿块03用于锚固正弯矩底板索05。 

如图2至图2-2所示，图2为一种底板索下弯布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁钢索纵向布置的结构示意图，图2-1为图2所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图，图2-2为图2所示桥梁B-B剖视面的结构示意图。 

由于正弯矩索布置在底板01内，故正弯矩索常称为底板索05，由于底板01的立面为拱形，这种构造布置导致底板索05的立面亦成拱形，底板索05下弯布置，矢跨比一般为1/20左右。由于底板索05被张拉且其两端被锚固在锯齿块03上，被张拉的底板索05必然产生向下的径向力。当桥梁跨径增大时，采用增加梁高、加厚底板01、加厚腹板02、增加配索等措施来进行设置，而增加梁高、增加配索，底板索05的径向力进一步加大，这种构造不合理导致受力不利的问题，桥的跨径越大这种问题越严重，制约着该类桥梁的发展。 

表一分析了跨径加大时，底板索05的径向力和公路车道荷载的相互关系。 

表一 

从表一中可以看出，跨径加大时，底板索05的径向力急剧加大，底板索向下的径向力和公路车道荷载的比值亦急剧加大。消除或减小径向力的影响对提高通行能力、减小桥梁病害意义重大。 

具体来说，上文中所描述的连续刚构桥底板索下弯布置的主要缺陷表现在： 

（1）拱形底板索05向下的径向力在相应底板01位置产生顺桥向剪切力，由于跨中段底板01较薄，一般为25～40cm，横向钢筋按构造配置，底板索05向下的径向力过大则易导致跨中段底板01出现顺桥向剪切裂缝，严重的导致桥梁底板01崩裂破坏。由表一可知，跨径加大时，底板索05向下的径向力急剧增加，病害更严重。 

（2）底板索05向下的径向力还直接导致相应区段腹板02受拉，易导致腹板02出现主拉应力裂缝，通常L/4截面至L/2截面范围此类病害较常见，与此有关，一般L/4截面至L/2截面范围梁高较小，竖向预应力控制难度大，若竖向有效预应力不可靠，会加剧病害。 

（3）由于底板索05因构造要求需要锚固在腹板02和底板01的交接处以减短传力路线，对大跨径桥梁底板索05锚固区常常由跨中附近沿伸到L/8截面附近，大跨悬臂浇筑法施工的变截面箱梁桥的正弯矩区通常在L/4截面至跨中L/2截面间，跨中L/2截面处最大，L/8截面附近正弯矩一般很小或为负弯矩，为保证跨中正弯矩受力和锚固构造需要，布置在L/4截面至L/8截面间的底板索05和该段受力不吻合，L/4截面至L/8截面梁高大，偏心距大，且产生向下的径向力最大，故负作用大。 

（4）底板索05向下的径向力直接导致跨中下挠。 

（5）拱形的底板索05的定位较难，施工不易控制，曲线索预应力损失大，不经济。 

（6）底板索05向下的径向力、一期及二期恒载、车道荷载均向下，加剧混凝土收缩徐变效应，导致跨中运营期持续下挠。 

因此，为了解决上述桥梁所产生的问题，提出了一种底板索水平布置预应力混凝土变截面箱桥梁，如图3至图4-2所示，图3为现有技术中一种底板索水平布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁的结构示意图，图3-1为图3所示桥梁的A-A剖视图的结构示意图，图3-2为图3所示桥梁B-B剖视图的结构示意图，图4为现有技术中一种底板索水平布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁钢索纵向布置的结构示意图，图4-1为图4所示桥梁的A-A剖视图的结构示意图，图4-2为图4所示桥梁B-B剖视图的结构示意图。 

上文中底板索水平布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁的技术方案为：在箱梁内跨中底板11相应梁高位置沿纵向设置水平锚固板14,在跨中L/2截面至3L/8截面区段，水平锚固板14和底板11融为一体，其余位置和底板11分离，底板索15布置在水平锚固板14内，在底板索15张拉锚固位置的水平锚固板14上设置锯齿块13，底板索15张拉锚固端在锯齿块13处弯起到箱内，并沿纵向对称地张拉锚固在锯齿块13上。水平锚固板14可以延伸到桥墩16处并穿过墩顶横隔板17与相邻跨的水平锚固板14连为一体，也可以在靠近桥墩16侧最后一个锯齿块13处终止并在水平锚固板14后端设置安全护栏。 

与上文中一种底板索下弯布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁相比，底板索水平布置预应力混凝土变截面箱桥梁的特点是：（1）在纵坡水平布置的桥梁中，由于设置了水平锚固板14，且底板索15被布置于水平锚固板14内，使得跨中正弯矩底板索15是水平布置，消除了现有技术跨中正弯矩索向下的径向力，解决了大跨径变截面箱梁桥跨中正弯矩索向下的径向力随跨径不断加大的难题，可有效解决由径向力引起的变截面箱梁桥跨中底板易出现的顺桥向裂缝、跨中普遍出现的下挠、腹板易出现的主拉应力裂缝问题。（2）底板索15布置在水平锚固板14内，和传统的底板索下弯布置采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱桥梁相比，弯矩包络图更为吻合，受力合理，可克服跨中L/2截面至3L/8截面较大的正弯矩，在正负弯矩均较小的L/4截面附近接近中心受压，在L/8截面附近能抵抗部分负弯矩。（3）桥梁底板索 15布置在水平锚固板14内，简化了现有技术底板的构造设计和施工，改善了底板受力。 

但是，如此设置，将会产生如下问题：（1）底板索水平布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁的底板索15布置和采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱桥梁的弯矩包络图不能完全吻合，存在一定偏差。（2）为降低边跨墩高节省造价，提高主跨桥下净空或克服跨中下挠，主跨一般设置双向2%左右纵坡，在设置纵坡的桥梁上，为方便设计施工，一般水平锚固板和桥面平行设置，底板索15布置在双向2%左右纵坡上，底板索15存在部分向下的径向力。（3）底板索15水平布置预应力混凝土变截面箱桥梁不能提供向上的分力，不能平衡二期恒载及车道荷载向下作用力。（4）未提供消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的控制方法，主跨合拢后变形不易控制。（5）在主跨设置双向纵坡的桥梁上，底板索15向下的径向力、一期及二期恒载、车道荷载均向下，加剧混凝土收缩徐变效应，导致跨中运营期一定的持续下挠。 

现有技术采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱桥梁主梁合拢后的后续施工工作有以下特点： 

现有技术中大跨预应力混凝土变截面箱桥梁的箱梁合拢后进行厚10厘米左右现浇调平混凝土施工、厚10厘米左右沥青混凝土铺装施工、人行道、栏杆或防撞护栏施工。 

厚10厘米左右现浇调平混凝土、厚10厘米左右沥青混凝土铺装、人行道、栏杆或防撞护栏重量一般称为二期恒载。 

二期恒载施工阶段，底板索一般张拉完成。二期恒载一般采用混凝土材料，部分桥梁栏杆采用钢结构，自重均较大。 

表二列出了二期恒载和公路设计车道荷载的比例关系。二期恒载一般为公路设计车道荷载的2倍左右，消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的影响对提高通行能力、减小施工控制难度意义重大。 

表二 

实用新型内容

针对现有技术的缺陷和不足，本实用新型的目的在于提供一种产生向上的径向力、消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的影响，构造受力更合理、施工方便的预应力混凝土变截面箱桥梁。 

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为： 

一种预应力混凝土变截面箱桥梁，包括桥墩、底板、腹板、预应力底板索及锚固板，在跨中位置的所述底板相应梁高位置及其上方，从跨中至所述桥墩的方向沿箱梁纵向设置向上倾斜或弯起的锚固板，在跨中至3L/8截面区段，所述锚固板和所述箱梁的底板融为一体，其余位置分离；所述预应力混凝土在所述锚固板内部。 

优选的，所述锚固板的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，所述锚固板的上部表面向上凸起设置呈凸形抛物线形表面且与所述桥墩的墩顶水平段相连，所述锚固板下部与设置于跨中合拢段施工节段的水平段的所述底板融为一体。 

优选的，所述锚固板位于所述预应力底板索张拉锚固位置设置有锯齿块，所述预应力底板索张拉锚固端在所述锯齿块处弯起到箱梁内，并沿箱梁的纵向对称张拉锚固在所述的锯齿块上。 

优选的，所述锚固板延伸至所述桥墩侧最后一个所述锯齿块水平布置且延伸到所述桥墩处并穿过墩顶横隔板与相邻跨的所述锚固板连为一体。 

优选的，所述锚固板的墩顶水平段和桥跨倾斜段间的过渡段为曲线过渡段。 

优选的，所述锚固板与靠近所述桥墩侧最后一个所述锯齿块处终止并在所述锚固板后端设置安全护栏。 

优选的，所述锚固板的横向构造钢筋在腹板处弯起并和所述腹板的竖向钢筋焊接牢固。 

优选的，在箱梁跨中L/2截面至3L/8截面段的所述锚固板设置有横向加强肋，在所述横向加强肋上施加横向预应力。 

本实用新型所提供的一种预应力混凝土变截面箱桥梁包括桥墩、箱梁的底板、腹板、预应力底板索及锚固板，在跨中位置的底板相应梁高位置及其上方，从跨中至桥墩的方向按沿箱梁纵向设置向上倾斜或弯起的锚固板，在跨中至3L/8截面区段，锚固板和箱梁的底板融为一体，其余位置分离；预应力混凝土在锚固板内部。如此设置，锚固板在跨中合拢段水平布置再按照一定的坡率向上倾斜，置于锚固板内部的预应力底板索会沿着锚固板上弯布置，而锚固板上弯的坡率是根据能平衡二期恒载、车道载荷的作用力确定的，因此，上弯布置的预应力底板索会提供向上的径向力，以抵消二期恒载、车道载荷等所施加的向下作用力，确保主梁合拢后不会因向下的作用力而发生下挠变形，可以保证桥梁合拢后标高基本不变，易于施工控制，克服了同类桥梁向下径向力的弊端，提高其承载通行能力，增大其跨越能力。 

附图说明

图1为现有技术中一种底板索下弯布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁的结构示意图； 

图1-1为图1所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图； 

图1-2为图1所示桥梁B-B剖视面的结构示意图； 

图2为现有技术中一种底板索下弯布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁钢索纵向布置的结构示意图； 

图2-1为图2所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图； 

图2-2为图2所示桥梁B-B剖视面的结构示意图； 

图3为现有技术中一种底板索水平布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁的结构示意图； 

图3-1为图3所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图； 

图3-2为图3所示桥梁B-B剖视面的结构示意图； 

图4为现有技术中一种底板索水平布置大跨预应力混凝土变截面箱桥梁钢索纵向布置的结构示意图； 

图4-1为图4所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图； 

图4-2为图4所示桥梁B-B剖视面的结构示意图； 

图5为本实用新型所提供的一种具体实施方式中预应力混凝土变截面箱桥梁的结构示意图； 

图5-1为图5所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图； 

图5-2为图5所示桥梁B-B剖视面的结构示意图； 

图6为本实用新型所提供的一种具体实施方式中预应力混凝土变截面箱桥梁钢索纵向布置的结构示意图； 

图6-1为图6所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图； 

图6-2为图6所示桥梁B-B剖视面的结构示意图； 

其中：图1-图2-2中： 

底板01、腹板02、锯齿块03、底板索05、桥墩06、横隔板07； 

图3-图4-2中： 

底板11、腹板12、锯齿块13、水平锚固板14、底板索15、桥墩16、横隔板17； 

图5-图6-2中： 

底板1、腹板2、锯齿块3、水平锚固板4、底板索5、桥墩6、横隔板7。 

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种预应力混凝土变截面箱桥梁，消除或减小二期恒载及车道荷载引起主梁下挠变形的影响，构造受力合理。 

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。 

请参考图5至图6-2，图5为本实用新型所提供的一种具体实施方式中预应力混凝土变截面箱桥梁的结构示意图；图5-1为图5所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图；图5-2为图5所示桥梁B-B剖视面的结构示意图；图6为本实用新型所提供的一种具体实施方式中预应力混凝土变截面箱桥梁钢索纵向布置的结构示意图；图6-1为图6所示桥梁的A-A剖视面的结构示意图；图6-2为图6所示桥梁B-B剖视面的结构示意图。 

本实用新型所提供的预应力混凝土变截面箱桥梁，包括桥墩6、底板1、腹板2、预应力底板索5及锚固板4，设置于跨中位置的底板1的相应梁高位置及其上方，从跨中至桥墩6的方向按一定坡率沿箱梁纵向设置向上倾斜或弯起的锚固板4，在跨中至3L/8截面区段，锚固板4和箱梁的底板1融为一体，其余位置分离；预应力底板索5上弯布置在锚固板4内部。锚固板4的厚度和底板1跨中位置的厚度相同，一般为30-50cm。 

如此设置，锚固板4在跨中合拢段水平布置且按照一定的坡率向上倾斜，置于锚固板4内部的预应力底板索5会沿着锚固板4上弯布置，而锚固板4上弯的坡率是根据能平衡二期恒载和车道载荷的作用力确定的，因此，上弯布置的预应力底板索5会提供向上的径向力，以抵消二期恒载、车道载荷等所施加的向下作用力，确保主梁合拢后不会因向下的作用力而发生下挠变形，可以保证桥梁合拢后标高基本不变，易于施工控制，克服了同类桥梁向下径向力的弊端，提高其承载通行能力，增大其跨越能力。当然，如此设置预应力底板索5也可以提供部分抗剪分力，提高桥梁的抗剪能力，设置锚固板4同时也可以提高桥梁的抗剪畸变能力。 

在本具体实施方式中，锚固板4是沿着5%的坡率上向倾斜布置的，当然，也可以根据不同的桥梁，采用不同的倾斜坡率。 

为了便于施工，锚固板4的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，锚固板4的上部表面向上凸起设置呈凸形抛物线形表面且与桥墩6的墩顶水平段相连，锚固板4下部与设置于跨中合拢段施工节段的水平段的底板1融为一体。 

需要说明的是，锚固板4的整体部分是呈抛物线形设置的，其中锚固板4的抛物线形的两端与桥墩6的墩顶水平端连接，且锚固板4与桥墩6的连接段的表面为向上凸起设置的凸形抛物线形表面。 

如此设置，可以使设置于锚固板4的预应力底板索5立面形成凹形抛物线形立面，使得预应力底板索5和梁桥的弯矩包络图基本吻合，可克服跨中L/2截面至3L/8截面较大的正弯矩，在L/8截面附近能抵抗部分负弯矩。 

如图6至图6-2所示,预应力底板索5布置在锚固板4内，在预应力底板索5张拉锚固位置的锚固板4上设置锯齿块3，预应力底板索5张拉锚固端在锯齿块3处弯起到箱内，箱梁合拢后，按纵向对称张拉锚固在锯齿块3上。 

锚固板4可以如图5所示在靠近桥墩6侧最后一个锯齿块3处水平布置延伸到桥墩6处并穿过墩顶横隔板7与相邻跨的锚固板4连为一体。锚固板4的墩顶水平段和桥跨倾斜段间的过渡段为曲线过渡段。也可在靠近桥墩6侧最后一个锯齿块3处终止并在锚固板4后端设置安全护栏。 

预应力底板索5在平面内平弯到箱内腹板2和底板1交接处进行张拉和锚固操作。参照图5所示，锚固板4左右两侧沿桥的纵向与腹板2融为一体，其横向构造钢筋在腹板2处弯起并和腹板2竖向钢筋焊接牢固或搭接，当采用搭接时,锚固板4的横向构造钢筋在腹板2处弯起,并保证在腹板内的锚固长度为钢筋直径的40倍以上。 

在跨中L/2截面至3L/8截面段水平面内预应力底板索5的径向力较大，该区段锚固板4的横向构造钢筋要特别加强，必要时在水平锚固板4上设置横向加强肋，必要时在横向加强肋上施加横向预应力。 

此外，本具体实施方式中提供了一种预应力混凝土变截面箱桥梁的施工方法，该方法为：桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，锚固板4和箱梁节段一起现浇，或锚固板4推迟一个施工阶段，在箱内支架或吊架上现浇。设置于锚固板4的横向加强肋上施加的横向预应力施工要早于纵向预应力底板索5的张拉施工，横向预压力可以避免桥梁产生纵向开裂。 

底板索的张拉根据跨中标高的变化合理范围分多批多阶段进行施工。箱梁合拢后张拉40%，后期现浇的调平混凝土厚10厘米完成后张拉20%，人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉20%，沥青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉20%。当不设置调平混凝土时，箱梁合拢后张拉40%，人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉30%，沥青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉30%。底板索的张拉力分段比例可根据箱梁应力和变形的变化合理范围调整。 

如此，施工时锚固板4可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，锚固板4也可推迟一个施工阶段在箱内支架或吊架上现浇，施工易于控制，同时预应力底板索5的张拉根据跨中标高的变化合理范围分多批多阶段进行施工，可实现主跨一期合拢后，桥梁标高基本不变，同时也易于对施工进行控制。 

需要说明的是，本具体实施方式中所提供的一种预应力混凝土变截面箱桥梁及其施工方法，适用于各种纵坡主跨100至150米宽桥（4至6车道）， 当然，也不排除在进行其他形式的梁桥设计时采用本具体实施方式中的梁桥和施工方法。 

以上对本实用新型所提供的一种预应力混凝土变截面箱桥梁进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种预应力混凝土变截面箱桥梁，包括桥墩（6）、底板（1）、腹板（2）、预应力底板索（5）及锚固板（4），其特征在于：在跨中位置的所述底板（1）相应梁高位置及其上方，从跨中至所述桥墩（6）的方向沿箱梁纵向设置向上倾斜或弯起的锚固板（4），在跨中至3L/8截面区段，所述锚固板（4）和所述底板（1）融为一体，其余位置分离；所述预应力底板索（5）上弯布置在所述锚固板（4）内部。

2.根据权利要求1所述的预应力混凝土变截面箱桥梁，其特征在于，所述锚固板（4）的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，所述锚固板（4）的上部表面向上凸起设置呈凸形抛物线形表面且与所述桥墩（6）的墩顶水平段相连，所述锚固板（4）下部与设置于跨中合拢段施工节段的水平段的所述底板（1）融为一体。

3.根据权利要求1所述的预应力混凝土变截面箱桥梁，其特征在于，所述锚固板（4）位于所述预应力底板索（5）张拉锚固位置设置有锯齿块（3），所述预应力底板索（5）张拉锚固端在所述锯齿块（3）处弯起到箱梁内，并沿箱梁的纵向均对称张拉锚固在所述的锯齿块（3）上。

4.根据权利要求3所述的预应力混凝土变截面箱桥梁，其特征在于，所述锚固板（4）延伸至所述桥墩（6）侧最后一个所述锯齿块（3）水平布置且延伸到所述桥墩（6）处并穿过墩顶横隔板（7）与相邻跨的所述锚固板（4）连为一体。

5.根据权利要求4所述的预应力混凝土变截面箱桥梁，其特征在于，所述锚固板（4）的墩顶水平段和桥跨倾斜段间的过渡段为曲线过渡段。

6.根据权利要求4所述的预应力混凝土变截面箱桥梁，其特征在于，所述锚固板（4）于靠近所述桥墩（6）侧最后一个所述锯齿块（3）处终止并在所述锚固板（4）后端设置安全护栏。

7.根据权利要求1至6任一条所述的预应力混凝土变截面箱桥梁，其特征在于，所述锚固板（4）的横向构造钢筋在腹板（2）处弯起并和所述腹板（2）的竖向钢筋焊接牢固。

8.根据权利要求7所述的预应力混凝土变截面箱桥梁，其特征在于，在箱梁跨中L/2截面至3L/8截面段的所述锚固板（4）设置有横向加强肋，在所述横向加强肋上施加横向预应力。

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