CN208899301U - 考虑体外预应力加固的箱梁 - Google Patents

Abstract

考虑体外预应力加固的箱梁，包括底板、顶板、翼缘板和两块腹板，在底板的上表面和/或腹板的内侧面上固定设置有若干个钢筋混凝土块，所有的钢筋混凝土块沿前后方向间隔布置，钢筋混凝土块内预埋有若干个前后通透的波纹管，所有的钢筋混凝土块的波纹管内对应穿设有预应力钢绞线，前端和后端的钢筋混凝土块分别设置有将预应力钢绞线两端锚固的锚具。本实用新型增加了桥梁跨中压应力储备，恢复并提高桥梁刚度，改善桥梁线形，控制桥梁下挠；避免二次施工、缩短体外预应力加固施工周期、保证施工质量以及改善施工条件，减少了再次施工时对原料、场地的要求及环境保护具有重要的指导作用。

Description

考虑体外预应力加固的箱梁

技术领域

本实用新型属于土木工程结构设计及施工技术领域，具体涉及一种考虑体外预应力加固的箱梁。

背景技术

近年来我国公路建设发展迅猛，至2017年底公路通车总里程已突破460万公里，实现了由“初步连通”向“覆盖成网”的重大跨越，其中高速公路通车里程突破13万公里，居世界第一位。交通系统是关乎国计民生的生命线工程，而桥梁结构是该生命线工程正常运转的关键性枢纽，其服务质量及使用寿命水平对保障我国交通事业的健康发展尤为重要。预应力混凝土箱梁因其结构性能优良、抗扭能力强等优点在我国桥梁建设中得到广泛的应用。但随着桥梁结构服役期增加，由于混凝土收缩徐变及预应力损失影响，主跨下挠过大，严重影响行车的舒适及安全性，甚至使得桥梁结构的受力状态改变，加速桥梁结构的破坏，引起一系列安全隐患。

体外预应力是指预应力筋布置在结构构件截面之外，是后张法预应力体系的一个重要分支。体外预应力体系一般由体外预应力筋、防腐管道、转向块、锚固系统和限位减震装置等组成。

传统体外预应力布置在构建的截面外，可在一定程度上解决主跨下挠过大的问题，但由于混凝土转向块（齿块）自重的影响，将会造成挠度的额外损失，同时二次施工空间、施工质量和工期等无法保证。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种考虑体外预应力加固的箱梁。在箱梁设计及预制阶段考虑体外预应力加固荷载影响，通过体外预应力体系提前优化设计加固箱梁，有效减少后期二次体外预应力体系自重的影响，避免额外挠度的产生；并且有效避免了桥梁体外预应力加固二次施工产生的质量、工期、造价以及对构筑物所处位置环境及生态的破坏问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：考虑体外预应力加固的箱梁，包括底板、顶板、翼缘板和两块腹板，相对于普通混凝土结构，在底板的上表面和/或腹板的内侧面上固定设置有若干个钢筋混凝土块，以底板的长度方向为前后方向，所有的钢筋混凝土块沿前后方向间隔布置，钢筋混凝土块内预埋有若干个前后通透的波纹管，最前端和最后端的一个钢筋混凝土块为锚固块，两个锚固块之间的钢筋混凝土块为转向块，所有的转向块和两个转向块内的波纹管内对应穿设有预应力钢绞线，前端锚固块的前侧和后端锚固块的后侧分别设置有将预应力钢绞线的前端和后端锚固的锚具。

预应力钢绞线和锚具上均涂有防锈漆，涂有防锈漆的锚具外部包裹有砂浆或混凝土保护层。

还包括若干个减震限位装置，每个减震限位装置均位于相邻的两个钢筋混凝土块之间；每个减震限位装置均包括钢筋支架，钢筋支架的一端连接在腹板内侧面或底板上侧面，钢筋支架的另一端设置有橡胶块，预应力钢绞线穿过橡胶块内部。

采用上述技术方案，本实用新型的设计及预应力加固方法，包括以下步骤：

（1）在箱梁设计时把锚固块、转向块和减震限位装置的数量、位置进行优化设计及布置，方便后期预应力钢绞线的张拉；

（2）对箱梁的底模清理、起拱，侧模拼接、清理、打磨、刷油；

（3）钢筋进场、加工，钢筋骨架的制作，波纹管埋设，钢筋骨架的绑扎；

（4）端模安装，芯模拼接、安装，顶板钢筋安装，模板固定，模板堵缝；

（5）混凝土浇筑与养护；模板撤除与凿模；

（6）预应力钢绞线穿束、张拉。

步骤（1）中的优化设计具体为，基于桥梁博士按照平面杆系理论对桥梁结构纵向进行建模计算，分析体外预应力钢绞线加固方案优化设置后桥梁结构实际应力状况及挠度恢复情况；采用 Midas 中的实体单元对不同位置转向块受力状况进行模拟分析，以对其数量和位置进行合理的优化，减少应力集中，防止后期桥梁加固时，由于预应力钢绞线的张拉而造成桥梁主体结构受力改变过大，且能够保证最大程度恢复桥梁的刚度和线形。

步骤（4）中的芯模沿前后方向设置有若干个凹槽，同时钢筋骨架也对应伸入到凹槽内，在凹槽内设置波纹管，同时将钢筋支架的一端连接到钢筋骨架上，钢筋骨架位于两个相邻凹槽之间，混凝土浇筑时凹槽内注入混凝土，脱模凝固后形成所述的钢筋混凝土块，钢筋骨架的一端预制到腹板或底板内。

步骤（6）中预应力钢绞线穿束的具体过程为，将预应力钢绞线依次穿入到钢筋混凝土块内预埋的波纹管内，将钢筋支架上设置包裹在预应力钢绞线外部的橡胶块，使用张拉千斤将预应力钢绞线的前后两端分别张拉到预定张力后使用锚具锚固，然后在预应力钢绞线和锚具外部刷防锈漆，最后在涂有防锈漆的锚具外部浇筑有砂浆或混凝土保护层。

在箱梁内部腔体的合理位置设置的转向块、锚固块、减振限位装置等体外预应力加固体系，方便后期施加体外预应力已恢复主跨挠度。避免由于后期体外预应力加固施加而引起自重增加导致的额外挠度损失；通过转向块数量及布置位置的优化，减少应力集中，更好的恢复损失挠度，保证桥梁结构安全；转向块、锚固块等钢筋混凝土块与预制箱梁一同预制完成，而体外预应力钢绞线的张拉则在后期主跨下挠过大加固时完成；桥梁前期设计时，应将体外预应力加固体系（转向块、锚固块、减振限位装置）的自重作为一种恒荷载给予考虑；

转向块和锚固块在后期体外预应力钢绞线通过的地方设置波纹管，以便后期绑扎体外预应力钢筋时，波纹管放置其中，确保位置准确，且避免此部位处混凝土产生应力集中；

为提高体外预应力加固效果，有效解决桥梁长期运营中受力及主跨挠度下挠过大问题，所述的转向块的数量、布置位置、尺寸等须根据不同工程的实际情况，利用桥梁博士及Midas等有限元相关程序进行优化设计，并通过实验验证以确定最终方案，以在保证桥梁结构受力合理的情况下，最大程度的恢复及抑制主跨下挠，恢复桥梁刚度，改善桥梁线形；

转向块、锚固块和减振限位装置等均需在桥梁设计前期完成，锚具、预应力钢绞线可以在后期加固桥梁时根据实际情况布设；

减振限位装置为内包橡胶的小型钢结构，通过钢筋支架与箱梁相联系，其主要用于转向块与转向块或者锚固块与转向块之间的体外预应力钢绞线自由长度较大的位置，以减小体外预应力钢绞线在动荷载下的振动。在预应力钢绞线周围涂上防锈漆，再罩以砂浆或混凝土保护层，主要功能为在温度、腐蚀等外界作用下提供有效的保护措施，延长锚具和钢绞线的正常使用寿命。

本实用新型充分考虑到桥梁全寿命周期的概念，提供出一种考虑体外预应力加固方法的桥梁设计，以更有效的解决桥梁在长期的运营期间下挠过大的问题。本实用新型基于桥梁全寿命周期理念，在设计时即考虑到桥梁在后期使用过程中主跨出现下挠过大的病害，从结构受力及挠度恢复角度出发，通过转向块、锚固块等体外预应力加固体系提前设计，有效解决大跨预应力箱梁挠度损失多大问题，改善桥梁线形，其次，避免二次施工造成的自重增加、施工空间狭窄、施工质量无法保证、影响桥梁正常运营等一系列问题。

本实用新型从结构受力合理、挠度恢复理想、减少施工工期、保证施工质量、避免额外自重等角度解决了目前利用体外预应力加固方法恢复梁体预拱度损失问题，增加了桥梁跨中压应力储备，恢复并提高桥梁刚度，改善桥梁线形，控制桥梁下挠；此外，该箱梁设计方法对避免二次施工、缩短体外预应力加固施工周期、保证施工质量以及改善施工条件，减少了再次施工时对原料、场地的要求及环境保护具有重要的指导作用。

附图说明

图1为本实用新型中箱梁的立面结构示意图；

图2为本实用新型中箱梁的立体结构示意图；

图3为本实用新型提供的体外预应力体系的构造图；

图4为本实用新型提供的转向块、锚固块和预应力钢绞线的布置剖立图。

具体实施方式

如图1-图4所示，本实用新型的考虑体外预应力加固的箱梁，包括底板1、顶板2、翼缘板13和两块腹板3，在底板1的上表面和/或腹板3的内侧面上固定设置有若干个钢筋混凝土块4，以底板1的长度方向为前后方向，所有的钢筋混凝土块4沿前后方向间隔布置，钢筋混凝土块4内预埋有若干个前后通透的波纹管5，最前端和最后端的一个钢筋混凝土块4为锚固块6，两个锚固块6之间的钢筋混凝土块4为转向块7，所有的转向块7和两个转向块7内的波纹管5内对应穿设有预应力钢绞线9，前端锚固块6的前侧和后端锚固块6的后侧分别设置有将预应力钢绞线9的前端和后端锚固的锚具8。

预应力钢绞线9和锚具8上均涂有防锈漆，涂有防锈漆的锚具8外部包裹有砂浆或混凝土保护层10。

箱梁还包括若干个减震限位装置，每个减震限位装置均位于相邻的两个钢筋混凝土块4之间；每个减震限位装置均包括钢筋支架11，钢筋支架11的一端连接在腹板3内侧面或底板1上侧面，钢筋支架11的另一端设置有橡胶块12，预应力钢绞线9穿过橡胶块12内部。

本实用新型的设计及预应力加固方法，包括以下步骤：

（1）在箱梁设计时把锚固块6、转向块7和减震限位装置的数量、位置进行优化设计及布置，方便后期预应力钢绞线9的张拉；

（2）对箱梁的底模清理、起拱，侧模拼接、清理、打磨、刷油；

（3）钢筋进场、加工，钢筋骨架的制作，波纹管埋设，钢筋骨架的绑扎；

（4）端模安装，芯模拼接、安装，顶板2钢筋安装，模板固定，模板堵缝；

（5）混凝土浇筑与养护；模板撤除与凿模；

（6）预应力钢绞线9穿束、张拉。

步骤（1）中的优化设计具体为，基于桥梁博士按照平面杆系理论对桥梁结构纵向进行建模计算，分析体外预应力钢绞线9加固方案优化设置后桥梁结构实际应力状况及挠度恢复情况；采用 Midas 中的实体单元对不同位置转向块7受力状况进行模拟分析，以对其数量和位置进行合理的优化，减少应力集中，防止后期桥梁加固时，由于预应力钢绞线9的张拉而造成桥梁主体结构受力改变过大，且能够保证最大程度恢复桥梁的刚度和线形。

步骤（4）中的芯模沿前后方向设置有若干个凹槽，同时钢筋骨架也对应伸入到凹槽内，在凹槽内设置波纹管5，同时将钢筋支架11的一端连接到钢筋骨架上，钢筋骨架位于两个相邻凹槽之间，混凝土浇筑时凹槽内注入混凝土，脱模凝固后形成所述的钢筋混凝土块4，钢筋骨架的一端预制到腹板3或底板1内。

步骤（7）中预应力钢绞线9穿束的具体过程为，将预应力钢绞线9依次穿入到钢筋混凝土块4内预埋的波纹管5内，将钢筋支架11上设置包裹在预应力钢绞线9外部的橡胶块12，使用张拉千斤将预应力钢绞线9的前后两端分别张拉到预定张力后使用锚具8锚固，然后在预应力钢绞线9和锚具8外部刷防锈漆，最后在涂有防锈漆的锚具8外部浇筑有砂浆或混凝土保护层10。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.考虑体外预应力加固的箱梁，包括底板、顶板、翼缘板和两块腹板，相对于普通混凝土结构，其特征在于：在底板的上表面和/或腹板的内侧面上固定设置有若干个钢筋混凝土块，以底板的长度方向为前后方向，所有的钢筋混凝土块沿前后方向间隔布置，钢筋混凝土块内预埋有若干个前后通透的波纹管，最前端和最后端的一个钢筋混凝土块为锚固块，两个锚固块之间的钢筋混凝土块为转向块，所有的转向块和两个转向块内的波纹管内对应穿设有预应力钢绞线，前端锚固块的前侧和后端锚固块的后侧分别设置有将预应力钢绞线的前端和后端锚固的锚具。

2.根据权利要求1所述的考虑体外预应力加固的箱梁，其特征在于：预应力钢绞线和锚具上均涂有防锈漆，涂有防锈漆的锚具外部包裹有砂浆或混凝土保护层。

3.根据权利要求1所述的考虑体外预应力加固的箱梁，其特征在于：还包括若干个减震限位装置，每个减震限位装置均位于相邻的两个钢筋混凝土块之间；每个减震限位装置均包括钢筋支架，钢筋支架的一端连接在腹板内侧面或底板上侧面，钢筋支架的另一端设置有橡胶块，预应力钢绞线穿过橡胶块内部。