CN211142767U - 一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，该结构包括多片并排放置的空心板梁(2)和连接多片空心板梁(2)的铰缝(1)，所述铰缝(1)沿空心板梁(2)的长度方向设置，包括上下依次连接的倾斜区段(4)和竖直区段(5)，所述倾斜区段(4)采用混凝土填料填充，所述竖直区段(9)无填充。与现有技术相比，本实用新型取消了传统空心板梁结构中花瓶口和铰缝内预留钢筋和构造钢筋的设计，具有简单明确的结构形式，简化空心板梁与铰缝对接面的模板复杂度，降低施工难度；并只在倾斜区段浇筑混凝土，这一操作降低了铰缝的横向弯曲刚度，减少了铰缝处的弯矩水平，并且铰缝区域采用部分浇筑的形式，进一步减小了铰缝的混凝土用量。

Description

一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构

技术领域

本实用新型属于桥梁工程设计技术领域，具体涉及一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构。

背景技术

空心板梁桥是我国桥梁工程建设中常用的一种桥梁结构，广泛地使用与城市桥梁与公路桥梁的实际应用中。这种结构自重轻、结构性能好、施工方便、可大批量工厂化预制，具有诸多的有利因素，在我国数十年的桥梁工程研究和应用中实现了大数量、大范围的实践，尤其是当1993年交通部编制并出版空心板梁桥标准图后，我国13～20m的公路桥梁大都采用这种结构形式。由于这类桥梁结构的主要部件均为工厂化预制，能够较好地控制构件的浇筑质量，空心板梁桥中较难实现质量保障的部分则成为横向连接各片预制空心板梁的现浇铰缝。空心板梁桥通过铰缝连接各片预制空心板梁，使结构成为共同受力的整体，铰缝的浇筑质量及其在服役过程中的受力状态则成为影响空心板梁桥上部结构整体受力性能和长期耐久性能的关键。

我国在采用空心板梁这一结构形式的初期(约20世纪80年代前)，空心板梁铰缝的形式多为“小铰缝”，即浅铰缝构造。在当时混凝土材料力学性能和耐久性能的背景下，这种铰缝构造尺寸小、断面窄、缝内无拉筋，导致两块空心板梁之间的横向联系较为薄弱。另一方面，由于浅铰缝上口的预留尺寸较小，在现场浇筑时无法采用振捣方式实现混凝土骨料的均匀分布，仅能插捣铰缝花瓶口以上的混凝土填料，严重影响了铰缝混凝土的浇筑质量。上述因素也导致上世纪采用浅铰缝的空心板梁桥在实际运营过程中出现铰缝早期劣化、使用寿命短、破坏广泛且严重的现象。

针对浅铰缝不易振捣、铰缝混凝土质量难以有效保证的问题，20世纪90年代以后，工程界在建设装配式空心板梁时大多改用“大铰缝”，即深铰缝构造。这一构造加大了铰缝的断面面积，便于混凝土的充分振捣，从而保障了铰缝区域混凝土的浇筑质量。然而，在装配式空心板梁桥中采用深铰缝仍存在不可忽视的问题。一方面，在深铰缝的设计与施工中往往不配置铰缝钢筋或仅配置少量抗剪钢筋，导致铰缝区域在车辆荷载作用下的抗力不足；另一方面，传统铰接板理论的基本假定是铰缝在纵桥方向可绕板梁转动，但采用深铰缝后，随着铰缝区域面积的增大，自由转动受到约束，铰缝横向弯曲刚度提高，其传递的横向弯矩不可忽略，而铰缝区域的配筋仍基于剪力传递的计算模式，导致深铰缝在车辆荷载作用下出现较大的弯曲应力，使铰缝区域出现早期弯曲裂缝，进而导致空心板梁桥的横向连接性能下降，对结构的整体性和耐久性产生不利影响。鉴于这些问题，铰缝渗水、白化及由于铰缝破坏引起的空心板梁单板受力的不利现象仍普遍存在。

目前，桥梁工程从业人员已意识到空心板梁深铰缝的上述局限性，主要尝试从铰缝钢筋、填充材料、铰缝形式等方面提升深铰缝的受力性能：①通过加强深铰缝钢筋布置以增强铰缝对横向弯曲的抗力，主要的钢筋布置措施包括顶部钢板连接、II形布置、交叉布置等；②通过采用新型的铰缝填料提高深铰缝的受力性能，例如利用微膨胀混凝土提高铰缝区域的混凝土密实度、同时采用环氧树脂和环氧混凝土提高铰缝区域的受拉与受压性能；③通过改变铰缝形式调整铰缝区域的受力模式，例如加大深铰缝宽度后在铰缝内布置纵向钢筋和箍筋、采用匹配预制方法用剪力键代替铰缝。上述方法在一定程度上优化了深铰缝的受力性能，解决了空心板梁桥服役过程中深铰缝处存在的部分问题，但应当指出：其中一部分方法仍无法很好地解决铰缝区域早期劣化导致的一系列后续问题(如顶板开裂、桥面渗水、单板受力等)，而另一部分方法采用构造复杂、施工工序繁多、控制难度增大，也不利于装配式空心板梁桥快速施工的推进。

综上所述，目前针对装配式空心板梁桥横向连接的优化与提升已出现瓶颈，传统的铰缝设计及后续的相关变式无法同时满足现代化桥梁受力性能、施工性能、耐久性能的要求。近年来，土木工程材料领域取得了突破性的进展，尤其是关于超高性能混凝土开展了深入的研究，但在这一材料的应用模式方面仍出于初步探索阶段。提出一种利用超高性能混凝土提高空心板梁横向连接性能，优化铰缝施工性能，并保障其耐久性能的新型空心板梁桥结构尤为重要。

专利CN108951418A公开了一种预制装配式空心板梁的铰缝构造，包括第一预制空心板梁和第二预制空心板梁，第一预制空心板梁和第二预制空心板梁之间通过铰缝连接；第一预制空心板梁内设有第一弯折钢筋，第一弯折钢筋从第一预制空心板梁的下缘伸出进入铰缝内向上弯折；第二预制空心板梁内设有第二弯折钢筋，第二弯折钢筋从第二预制空心板梁的下缘伸出进入铰缝内向上弯折，第一弯折钢筋和第二弯折钢筋位于铰缝内的部分形成闭合的箍筋。该铰缝构造的铰缝内需要设置钢筋，且除了钢筋以外的铰缝区域全部采用混凝土进行填充，会出现深铰缝受力状态与计算假定不匹配的情况，且混凝土使用量巨大，不易于环境友好。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题而提供一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，能够克服浅铰缝混凝土质量无法保证和深铰缝受力状态与计算假定不匹配的矛盾。该结构可用于实现空心板梁之间的有效剪力传递，降低铰缝传递的弯矩水平，提高空心板梁的横向连接性能，并提高空心板梁的结构整体性能和长期耐久性能。其结构形式简单明确，在保障横向连接性能的同时简化了施工过程，提高了施工效率。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，该结构包括多片并排放置的空心板梁和连接多片空心板梁的铰缝，所述铰缝沿空心板梁的长度方向设置，包括上下依次连接的倾斜区段和竖直区段，所述倾斜区段采用混凝土填料填充，进行现场浇筑与养护，所述竖直区段无填充。空心板梁采用普通混凝土进行工业化预制与养护，其梁体尺寸、预应力管道、预应力束配制与现行中小跨径空心梁标准图相符合，空心板梁不设置向铰缝区域伸出的预留钢筋，铰缝内不配置构造钢筋，采用部分区域由混凝土浇筑而成。空心板梁与铰缝对接面取消传统的宝瓶口设计，采用倾斜区段和竖直区段组合的形式，具有简单明确的构造形式，简化空心板梁与铰缝对接面的模板复杂度，降低施工难度；并只在倾斜区段浇筑混凝土，竖直区段在桥梁的施工及运营阶段均无混凝土填充，这一操作降低了铰缝的横向弯曲刚度，减少了铰缝处的弯矩水平，使空心板梁桥更为符合铰接板理论的基本计算假定，可以克服传统空心板梁铰缝形式存在的结构质量或受力模式的局限性。

进一步地，所述倾斜区段的横截面呈上宽下窄的等腰梯形，便于混凝土的浇筑进行。

进一步地，所述铰缝最宽处的宽度范围为160～200mm。进一步地，所述铰缝最窄处的宽度范围为15～25mm。适当厚度的混凝土填充有利于增加板梁的承重能力，克服了浅铰缝混凝土质量无法保证和深铰缝受力状态与计算假定不匹配的矛盾。

进一步地，所述倾斜区段与水平面形成的倾斜角度为70～80°，便于混凝土浇筑能够快速地进行，即在壁面上的还未凝固的混凝土能够由于重力快速滑到倾斜区段的底部。

进一步地，所述竖直区段的高度为空心板梁高度的15％～20％，即倾斜区段的高度需保证该体积下所浇筑的混凝土具备足够的承重能力。

进一步地，所述空心板梁和铰缝的对接面在预制阶段经过拉毛处理形成拉毛。进一步地，所述拉毛高度为3～5mm。采用钢刷进行拉毛操作，增强混凝土和空心板梁的粘结性能，以便混凝土浇筑之后更好地连接固定空心板梁，提高铰缝和空心板梁的整体受力特性。

进一步地，所述混凝土填料填充完毕后，需进行常温养护。进一步优选地，所述常温养护时间为1～3h，优选2h。

相对现有空心板梁桥结构，本实用新型结构具有如下优点：空心板梁采用普通混凝土进行工业化预制与养护，其梁体尺寸、预应力管道、预应力束配制与现行中小跨径空心梁标准图相符合，空心板梁不设置向铰缝区域伸出的预留钢筋，铰缝内不配置构造钢筋，采用部分区域由混凝土浇筑而成。空心板梁与铰缝对接面取消传统的宝瓶口设计，采用倾斜区段和竖直区段组合的形式，具有简单明确的构造形式，简化空心板梁与铰缝对接面的模板复杂度，降低施工难度；并只在倾斜区段浇筑混凝土，竖直区段在桥梁的施工及运营阶段均无混凝土填充，这一操作降低了铰缝的横向弯曲刚度，减少了铰缝处的弯矩水平，使空心板梁桥更为符合铰接板理论的基本计算假定，可以克服传统空心板梁铰缝形式存在的结构质量或受力模式的局限性，并且铰缝区域采用部分浇筑的形式，进一步减小了铰缝的混凝土用量。

附图说明

图1为采用混凝土填料的空心板梁桥构造的结构示意图；

图2和3为不同放置位置的空心板梁的截面结构示意图；

图4-5为施工方法的步骤示意图。

图中：1-铰缝；2-空心板梁；3-对接面；4-倾斜区段；5-竖直区段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，该结构包括多片并排放置的空心板梁2和连接多片空心板梁2的铰缝1，铰缝1沿空心板梁2的长度方向设置，包括上下依次连接的倾斜区段4和竖直区段5，倾斜区段4采用混凝土填料填充，竖直区段5无填充。空心板梁2采用普通混凝土进行工业化预制与养护，铰缝1的倾斜区段4采用超高性能混凝土进行现场浇筑与养护，空心板梁2不设置向铰缝区域伸出的预留钢筋，铰缝1内不配置构造钢筋，空心板梁2的梁体尺寸、预应力管道、预应力束配制与现行中小跨径空心梁标准图相符合。在符合空心板梁上部结构设计规范和受力要求的情况下，可适当调整空心板梁标准图的相关参数，以适应实际的功能需求。

如图2和3所示，倾斜区段4的横截面呈上宽下窄的等腰梯形。图2为放置于中间的两个相邻空心板梁2的截面示意图，两个空心板梁2均对称设有倾斜边和竖直边，形成中间的倾斜区段4和竖直区段5；图3为放置于侧边的两个相邻空心板梁2的截面示意图，一个对称设有倾斜边和竖直边，另一个只有一边设有倾斜边和竖直边，形成中间的倾斜区段4和竖直区段5。

铰缝1最宽处的宽度范围为160～200mm。铰缝1最窄处的宽度范围为15～25mm。倾斜区段4的斜边与水平面形成的倾斜角度为70～80°。竖直区段5的高度为空心板梁2高度的15％～20％。

空心板梁2和铰缝1的对接面3在预制阶段经过拉毛处理，采用钢刷进行拉毛操作，拉毛高度为3～5mm。

如图4-5所示，一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构的施工方法包括以下步骤：

(a)将多片经过预制的空心板梁2依次架设至指定位置，如图4，架设完毕如图5；

(b)在铰缝1的倾斜区段4浇筑超高性能混凝土，采用辅助构造使混凝土仅填充铰缝区域的上部区域；

(c)混凝土填料填充完毕后，需进行常温养护；

(d)养护结束后，拆除辅助结构。

常温养护时间为1～3h，优选2h。

上述实施例说明，本实用新型利用超高性能混凝土解决了铰缝区域设计与施工过程中受力性能和施工性能难以同时兼顾的问题：①在保障铰缝混凝土质量、提高结构横向整体性能和耐久性能的同时使结构设计的计算模式更为明确且符合实际；②很大程度上简化了传统空心板梁铰缝区域的构造形式和施工流程，降低了施工难度，提高了施工效率，并且铰缝区域无需高温蒸养，具有良好的经济性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，其特征在于，该结构包括多片并排放置的空心板梁(2)和连接多片空心板梁(2)的铰缝(1)，所述铰缝(1)沿空心板梁(2)的长度方向设置，包括上下依次连接的倾斜区段(4)和竖直区段(5)，所述倾斜区段(4)采用混凝土填料填充，所述竖直区段(5)无填充。

2.根据权利要求1所述的一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，其特征在于，所述倾斜区段(4)的横截面呈上宽下窄的等腰梯形。

3.根据权利要求1所述的一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，其特征在于，所述铰缝(1)最宽处的宽度范围为160～200mm。

4.根据权利要求1所述的一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，其特征在于，所述铰缝(1)最窄处的宽度范围为15～25mm。

5.根据权利要求1所述的一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，其特征在于，所述倾斜区段(4)的斜边与水平面形成的倾斜角度为70～80°。

6.根据权利要求1所述的一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，其特征在于，所述竖直区段(5)的高度为空心板梁(2)高度的15％～20％。

7.根据权利要求1所述的一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，其特征在于，所述空心板梁(2)和铰缝(1)的对接面(3)在预制阶段形成拉毛。

8.根据权利要求7所述的一种采用混凝土填料的空心板梁桥结构，其特征在于，所述拉毛高度为3～5mm。

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