CN216108006U - 全预制装配式隐盖梁及其梁式桥 - Google Patents

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陈巨峰
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本实用新型公开了一种全预制装配式隐盖梁及其梁式桥。全预制装配式隐盖梁,包括隐盖梁本体,隐盖梁本体通过若干沿着横桥向布置的隐盖梁预制节段拼接而成,且相邻的两节隐盖梁预制节段间,均通过阴阳齿嵌合的方式拼接,同时,各隐盖梁预制节段之间通过张拉锚固的横桥向预应力钢束连接成一体;所述的隐盖梁预制节段,在处于顺桥向的两端面中,至少一个端面设置有能够与预制小箱梁端部嵌合的小箱梁拼缝槽口。由此可知,本实用新型所述的隐盖梁,主体构件均为预制件,能够低成本地推广预制拼装结构的应用。

Description

全预制装配式隐盖梁及其梁式桥
技术领域
本实用新型涉及一种全预制装配式隐盖梁及其梁式桥,属于土木工程桥梁设计与工程施工领域。
背景技术
在国家战略引导、社会及产业发展需求的推动下,桥梁建造技术正朝着装配化、工业化、标准化的方向发展。目前,国内混凝土梁式桥“预制装配化”发展主要有3个方向:
1)桥跨上部结构采用预制小箱梁替代现浇箱梁
在城市快速路建设中,预制小箱梁替代现浇箱梁已成为建设各方的共识。一方面,同等跨径下,预制小箱梁的混凝土用量仅为现浇箱梁的50%;在软土地区,预制小箱梁方案的建设成本不到现浇箱梁的75%(下部结构工程量减少,现场地基处理费用取消),具有显著的经济效益;另一方面,随着UHPC高性能混凝土的推广应用,预制小箱梁的拼缝宽度从过去严格控制于50mm逐渐拓宽至300mm,这使预制小箱梁方案可通过调整拼缝宽度以适应变宽段、弯曲段的建设需求。
以宁波市为例,2011年竣工的机场路高架,主线上部结构均采用现浇箱梁结构;2015年竣工的南环、北环高架,上部结构75%采用预制小箱梁结构或预制空心板梁,仅曲线段、变宽段、匝道衔接段采用现浇箱梁;2017年启动的机场路高架南延、2018年启动的西洪大桥连接线工程及环城南路西延工程,全线95%采用预制小箱梁(曲线段、变宽段、匝道衔接段均为预制结构),仅通行净空受限段采用现浇箱梁。
2)桥跨上部结构采用“短线法”节段预制拼装梁替代现浇箱梁
自21世纪起,国内逐渐开始尝试采用“短线法”节段预制拼装技术,并逐渐在重大工程中推广应用,如所示。短线法节段预制拼装技术基本上解决了桥跨结构工厂化预制的问题,现场仅采用“体外预应力”与“胶结剪力键”将各个预制构件融合成整体。经过20余年的发展,从常规的单箱单室截面发展到宽幅的单箱多室截面。
3)桥梁下部结构(墩柱&盖梁)采用成品大吨位预制构件
桥梁墩柱的整体预制拼装技术最初应用于跨海大桥的建设,即在陆上完成墩柱的整体制造,通过浮船运抵桥位处,最后借助浮船起重机的大吨位吊装能力,将墩柱一次性安装就位。
近10年,随着城市快速路高架建设场地建设要求的大幅提升(扬尘控制、噪音控制、夜间灯光控制、交通导改限制等),建设场地维护费用水涨船高。部分在既有道路上建设的高架工程,逐渐尝试采用预制拼装技术施工墩柱与盖梁——即将立柱或盖梁在工厂完成整体预制,在现场采用大吨位起重机完成架设。
目前,上海、浙江、江苏、广东、山东、湖南、四川等省均由类似工程建设案例。
当立柱或盖梁采用整体预制拼装时,构件尺寸的设定相对矛盾。
一方面,单体构件越大,结构的整体性越强,现场拼缝数量更少,结构性能更接近现浇结构;另一方面,随着构件尺寸的增大,结构重量也相应提高,也面临着3个方面的挑战:
1)对施工区域地基承载力的要求增加——以40m3的构件(2.5m×2.5m×6.4m的立柱或1/3幅普通盖梁)为例,单体重量达100吨,需要250吨~300吨级的起重设备(视作业环境而定),地基承载力不低于150kPa;而75m3的构件(半幅盖梁)单体重量达200吨,需要500吨级的起重设备(常规起重设备的上限,再高级别的起重设备,并非各省都具备),地基承载力要求提高至250kPa。
2)构件运输难度提高:预制构件的尺寸,还受到公路运输的限制(宽×高≤3m×3m),且体积越大,输运难度越高。
3)工厂制造的通用性降低:构件尺寸越大,制造工厂的匹配要求越高(如门式起重机规格、制造场地的规模),同时匹配模板的通用性更弱(预制构件因批量化生产,不选择木模板,而钢模板的定制属性更强),缩小了预制构件与现浇构件的成本优势。
上述分析的前两个挑战通常会推高立柱&盖梁构件的施工成本——这使得此类预制拼装技术更多是在“城市文明施工要求”与“工程进度”间的经济性选择,预制构件越大,预制装配式构件的经济性劣势越显著。
因此,寻求高效的小体积构件的预制拼装化,是该技术推广应用的核心与关键。
预制小箱梁体系建造工艺成熟,预制厂生产线与架桥机在各类桥梁工程中可广泛应用,但受其较大的结构高度限制(预制梁+盖梁),在净高受限区域无法使用。
一种解决方法为,将盖梁设计为“倒T型”,预制小箱梁搁置在牛腿上,形成半隐式预制小箱梁体系。此时,上部桥跨结构仅维持简支体系——受倒T型盖梁中段凸起影响,预制小箱梁在该区域仅维持桥面连续、结构简支的模式——在同等跨径下,简支梁的原材料用量较连续体系相比大幅攀升:钢筋用量增加40%,混凝土用量增加27%,预应力钢束用量增加32%,伸缩缝数量增加200%(结构不连续时,连续的桥面极易出现破损)。此外,简支梁为静定体系,受基础的不均匀沉降影响,在端部易出现折角,严重影响行车舒适性——在设计时速达80km/h的城市快速路高架,需严格控制“跳车”现象,严重制约了该类体系的推广应用。
另一种解决方法,是隐盖梁结构体系。其将预制小箱梁与盖梁置于同一平面内,解决了预制小箱梁的净高问题。且隐盖梁结构体系在施工时,采用“先架设预制小箱梁后浇筑混凝土隐盖梁”的工艺,满足了在有效净空条件下,混凝土梁式桥主体部分的预制化。
但是,上述的施工方法,存在以下3个成本疑虑:
1)临时支承措施投入大:预制小箱梁重量偏大,预制小箱梁跨径通常在26m~35m,单体重量在75~120吨左右,城市高架横桥向通常设置8~12片预制梁,总重量逾2500吨,其临时支承结构堪比永久盖梁,措施投入大;
2)预制梁架设难度高:为确保结构体系连续,预制小箱梁两端端部纵向钢筋伸出1.2~1.5m(即中跨隐盖梁的1/2宽度或端部隐盖梁的80%宽度),该部分钢筋与临时支承体系的位置亦存在冲突(顺桥向投影面,临时支承结构位于预制小箱梁范围内),故预制小箱梁最简易的“跨内起梁”工艺无法实践——若采用“跨后喂梁”工艺,意味着架桥机及跨后起重设备(“跨后喂梁”还需配置起重设备将预制小箱梁提升至高架平面)需等待隐盖梁的浇筑时间(通常不少于2个月),经济效益很低;若采用汽车起重机架设工艺(双机抬吊),受两端伸长钢筋影响,起重设备单次支撑腿能架设的小箱梁数量有限(详见隐盖梁施工方案);若采用履带起重机架设工艺(单机吊装,履带移动),则对施工现场临时道路的地基承载力提出较高的要求(400吨级履带起重机作业);
3)现浇隐盖梁的配筋率高:作为新尽管现浇隐盖梁设置了密集的横桥向预应力钢束,但现阶段设计水平仍配置了大量普通钢筋,以应对不确定的复杂多向应力效应——与常规结构体系相比,预制小箱梁式隐盖梁结构体系的设计计算研究相对偏少——与现浇箱梁相比,隐盖梁不仅承担着每一道预制小箱梁的端部内力(以弯矩、剪力、扭矩为主,现浇箱梁在局部主要以以正应力与剪应力为主,而不以内力形式传递),还需抵抗横向荷载效应。考虑到预制小箱梁与隐盖梁连接处的力学特征研究较少(即预制结构与现浇结构间连接的力学性能),设计单位更趋向于配置密集钢筋体系,以确保结构的有效性——同时保证结构的承载力与正常使用状态可靠性(裂缝的控制)。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的不足,研发一种全预制装配式隐盖梁及其梁式桥,利用既有预制小箱梁生产线,拓展预制小箱梁结构体系的适用范围,低成本地推广预制拼装结构的应用,对我国城市桥梁,特别是城市高架的建设,具有较高的经济价值与社会效益。
为实现上述的技术目的,本实用新型将采取如下的技术方案:
一种全预制装配式隐盖梁,包括隐盖梁本体,隐盖梁本体通过若干沿着横桥向布置的隐盖梁预制节段拼接而成,且相邻的两节隐盖梁预制节段间,均通过阴阳齿嵌合的方式拼接,同时,各隐盖梁预制节段之间通过张拉锚固的横桥向预应力钢束连接成一体;
所述的隐盖梁预制节段,在处于顺桥向的两端面中,至少一个端面设置有能够与预制小箱梁端部嵌合的小箱梁拼缝槽口。
优选地,所述的隐盖梁预制节段包括隐盖梁中支点节段,能够拼接形成布置在中支点区域的隐盖梁本体;
所述的隐盖梁中支点节段,包括中支点盖梁中部节段本体以及中支点盖梁端部节段本体;
所述的中支点盖梁中部节段本体/中支点盖梁端部节段本体,处于顺桥向的两端面均设置为盖梁拼缝面,对应为第一、第二盖梁拼缝面;中支点盖梁中部节段本体/中支点盖梁端部节段本体,均贯通第一盖梁拼缝面、第二盖梁拼缝面设置有顺桥向预应力孔道;
所述的中支点盖梁中部节段本体,处于横桥向的两端面均设置为盖梁节段拼接面,对应为第一盖梁节段拼接面、第二盖梁节段拼接面;中支点盖梁中部节段本体均贯通第一盖梁节段拼接面、第二盖梁节段拼接面设置横桥向预应力钢束孔道;
所述的中支点盖梁端部节段本体,处于横桥向的两端面中,仅处于内侧的端面设置为盖梁节段拼接面;
所述的盖梁拼缝面,贯通对应的隐盖梁预制节段顶面设置小箱梁拼缝槽口;
所述的第一盖梁节段拼接面背离拼接式隐盖梁的中点设置,且第一盖梁节段拼接面设置有若干内凹齿块;
所述的第二盖梁节段拼接面靠近拼接式隐盖梁的中点设置,且第二盖梁节段拼接面设置有外凸齿块;每一个中支点盖梁中部节段本体两侧的内凹齿块的位置与外凸齿块的位置对应;
横桥向预应力钢束孔道均与所述的外凸齿块/内凹齿块相错设置;
所述的中支点盖梁端部节段本体,均预埋有横桥向预应力钢束,且中支点盖梁端部节段本体处于横桥向的盖梁节段拼接面,设有与对应中支点盖梁中部节段本体的内凹齿块匹配的外凸齿块;各横桥向预应力钢束孔道与中支点盖梁端部节段本体内所预埋的横桥向预应力钢束对应
优选地,所述的隐盖梁预制节段包括隐盖梁中支点节段,能够拼接形成布置在中支点区域的隐盖梁本体;
所述的隐盖梁边支点节段,包括边支点盖梁中部节段本体以及边支点盖梁端部节段本体;
所述的边支点盖梁中部节段本体处于横桥向的结构,与中支点盖梁中部节段本体处于横桥向的结构一致;
所述的边支点盖梁端部节段本体处于横桥向的结构,与中支点盖梁端部节段本体处于横桥向的结构一致;
所述的隐盖梁边支点节段,处于顺桥向的两端面中,仅靠近中支点区域的端面设置有盖梁拼缝面。
优选地,所述的内凹齿块在第一盖梁节段拼接面分布成3排,对应为第一、第二、第三排状内凹齿块,第一、第二、第三排状内凹齿块均包括有若干个沿着第一盖梁节段拼接面的高度方向分布的内凹齿块,且第一排状内凹齿块处于第一盖梁节段拼接面的中部方向,而第二、第三排状内凹齿块则对称分布在第一排状内凹齿块的两侧;
所述的外凸齿块在第二盖梁节段拼接面分布成3排,对应为第一、第二、第三排状外凸齿块,第一、第二、第三排状外凸齿块均包括有若干个沿着第一盖梁节段拼接面的高度方向分布的外凸齿块,且第一排状外凸齿块处于第一盖梁节段拼接面的中部方向,而第二、第三排状外凸齿块则对称分布在第一排状外凸齿块的两侧;
每一个隐盖梁中部节段中,第一排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第一排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应,第二排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第二排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应,第三排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第三排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应。
一种梁式桥,包括下部支撑结构以及设置在下部支撑结构上方的上部结构,上部结构包括沿着横桥向布置的若干隐盖梁以及分设在每一根隐盖梁两侧、并沿着顺桥向布置的若干预制小箱梁;预制小箱梁与隐盖梁之间形成拼缝区;其特征在于,所述的隐盖梁为上述的全预制装配式隐盖梁。
相对于现有技术,本实用新型所述的技术方案,具有如下的优点:
1、本实用新型所述的全预制隐盖梁本体结构体系,可以采用先盖梁后预制梁的架设方式,简化了隐盖梁结构体系在施工过程中所需要搭建的临时支撑体系,有效地节约了成本。
2、在施工过程中,可以利用已完成的盖梁作为临时支承,解决了大型临时措施投入问题。
3、采用全预制拼装式接头,取消小箱梁端部钢筋,可采用最经济的“跨内起梁”工艺吊装;
4、隐盖梁亦采用预制拼装式构造,明确力学传递途径,将材料用在刀刃上。
附图说明
图1是本实用新型所述全预制拼装式混凝土梁式桥结构体系的结构示意图;
图1中:1-小箱梁常规段;2-小箱梁端部实心段;3-隐盖梁中支点节段;4- UHPC填充层;5-中支点盖梁端部节段;
图2是图1中小箱梁常规段的结构示意图;
图中:1-1、常规段本体;1-2、箱梁跨内预应力钢束;
图3是图1中小箱梁端部实心段的结构示意图;
图4是小箱梁端部实心段另一个方向的结构示意图;
图3、图4中:2-1、梁端实心段本体;2-2、箱梁拼缝面;2-3、梁端凸齿;2-4、节段间耦合预应力孔道;2-5、锚固块;2-6、箱梁跨内预应力钢束孔道;2-7、箱梁拼接面;2-8、节段间耦合连接用预应力钢束;2-9、耦合连接用钢束的张拉端;
图5是图1中所述的中支点盖梁中部节段本体的结构示意图(未画出预应力钢束孔道);
图6是中支点盖梁中部节段本体在另一个方向的结构示意图;
图5、图6中,3-1、第一盖梁节段拼接面;3-2、第一盖梁拼缝面;3-3、小箱梁拼缝槽口;3-4、横桥向预应力钢束孔道;3-5、内凹齿块;3-6、中支点盖梁中部节段本体; 3-7、外凸齿块;
图7是图1中所述的中支点盖梁端部节段本体的结构示意图(未画出预应力钢束孔道);
图8是所述的中支点盖梁端部节段本体在另一个方向的结构示意图;
图7、图8中:5-1、中支点盖梁端部节段本体;5-2横桥向预应力钢束;5-3、中支点盖梁端部节段本体的小箱梁拼缝槽口;5-4、中支点盖梁端部节段本体的盖梁拼缝面;5-5、中支点盖梁端部节段本体的外凸齿块;5-6、P锚。
图9为全预制拼装式混凝土梁式桥结构体系处于中支点区域的结构示意图;
图10为全预制拼装式混凝土梁式桥结构体系处于边支点区域的结构示意图。
图11是本实用新型所述全预制拼装式混凝土梁式桥结构体系的施工流程图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。另外,出于方便说明的目的,垂向、横向与纵向为两两垂直的方向,垂向上的两个方向分别为上下方向。
如图1至10所示,本实用新型所述的全预制拼装式混凝土梁式桥结构体系,包括下部支撑结构以及设置在下部支撑结构上方的上部结构,上部结构包括沿着横桥向布置的若干隐盖梁以及分设在每一根隐盖梁两侧、并沿着顺桥向布置的若干预制小箱梁;其中:
所述的预制小箱梁,包括两个部分,如图1、图10所示,对应为小箱梁常规段1以及小箱梁端部实心段2。
所述的小箱梁常规段1,如图2所示,指预制小箱梁横断面与通用的预制小箱梁跨中横断面相同的区段,包括常规段本体1-1,并在腹板端头以及底板端头均向外延伸出箱梁跨内预应力钢束1-2,另外,所述常规段本体1-1,在顶板区域开设直径为45cm的作业人孔1-1-1,人孔1-1-1中心距离常规段本体1-1边缘50~60cm,同时在人孔1-1-1周边配置加强钢筋。
所述的小箱梁端部实心段,设于小箱梁常规段的端部,通常,其长度不小于2m不超过4m。原因在于,依据圣维南原理,端部应力在1倍梁高范围内,应力可扩散均匀,故实心段长度不小于梁高(1.6m 或者1.8m),考虑到端部齿块、锚板等构造占据的范围,故实心段长度不宜小于2m。
如图3-4所示,小箱梁端部实心段包括梁端实心段本体2-1,梁端实心段本体2-1包括两相对设置的端面,对应为箱梁拼接面、箱梁拼缝面2-2,箱梁拼接面直接浇筑在小箱梁常规段1的端部,与小箱梁常规段一体成型,箱梁拼缝面2-2与隐盖梁邻接。所述的箱梁拼缝面2-2分为齿块区与预应力锚固区两部分。其中,预应力锚固区分为腹板束锚固区与底板束锚固区。腹板束锚固区设置腹板预应力钢束孔道,以供腹板预应力钢束穿行,底板束锚固区设置有供底板预应力钢束穿行的底板预应力钢束孔道,腹板预应力钢束、底板预应力钢束共同构成如图2所示的箱梁跨内预应力钢束1-2,腹板预应力钢束孔道、底板预应力钢束孔道共同构成箱梁跨内预应力钢束孔道2-6。具体地,腹板束锚固区采用“槽口”上设置“楔形锚固块2-5”以适应腹板预应力钢束5°倾斜布置的要求,底板束锚固区与齿块区在同一平面内。
预应力锚固区以外均为齿块区,齿块区设置若干排状梁端凸齿2-3,每一个梁端凸齿2-3均采用“阳齿”(凸齿)构造。梁端凸齿2-3侧缘与预应力锚固区封锚侧缘保持持平,作为延伸至隐盖梁节段槽口内的部分。另外,本申请所述的梁端凸齿2-3,总体上共有三排,包括中排梁端凸齿以及对称布置在中排梁端凸齿两侧的侧面梁端凸齿。
以相邻的四个梁端凸齿2-3为中心,设置节段间耦合预应力孔道2-4,为确保节段间耦合预应力孔道2-4至预制小箱梁内缘的距离不小于100mm,节段间耦合预应力孔道2-4仅布置在中排梁端凸齿的两侧,且自上而下共设置6排。通过在节段间耦合预应力孔道中布置节段间耦合连接用预应力钢束,实现隐盖梁预制节段分别与处于隐盖梁预制节段纵向两侧的小箱梁端部实心段之间的连接,节段间耦合预应力孔道的设置,务必保证节段间耦合连接用预应力钢束分布在预制小箱梁空心投影范围内。而在齿块区的两侧对称设置腹板束锚固区、在齿块区的下侧设置底板束锚固区。
节段间耦合连接用预应力钢束不从梁端凸齿范围内穿过,以确保梁端凸齿的可靠性。
节段间耦合预应力孔道采用“多配少用”的原则,即单个预制小箱梁端部仅需配置4孔即可,但预留12个节段间耦合预应力孔道,使预制小箱梁在工厂制造阶段可不随隐盖梁节段特征而定制(减少工厂预制阶段的规格数量),实现产品通用化。
小箱梁端部实心段对应于各箱梁跨内预应力钢束,布置有若干分别贯通至腹板束锚固区、底板束锚固区的箱梁跨内预应力钢束孔道,因此,现场可以将各箱梁跨内预应力钢束沿着小箱梁端部实心段内对应的箱梁跨内预应力钢束孔道布置后,锚固在对应的腹板束锚固区、底板束锚固区。
所述腹板锚固区沿着箱梁拼缝面的高度方向,设置有三个楔形锚固块,每一个楔形锚固块均布置有一个箱梁跨内预应力钢束孔道,并能够适应腹板预应力钢束5°倾斜布置的要求。
梁端凸齿侧缘与预应力锚固区的封锚侧缘保持持平,以作为延伸至隐盖梁预制节段槽口内的部分。梁端凸齿与腹板束锚固区以及底板束锚固区的预应力锚垫板的相对位置一定要协调,且腹板束锚固区以及底板束锚固区的预应力锚垫板延伸长度略小于梁端凸齿的延伸长度。若腹板锚固区以及底板束锚固区的预应力锚垫板延伸长度过多,则梁端凸齿与隐盖梁预制节段的有效耦合深度减少,连接区域可靠度降低。考虑到预制小箱梁腹板钢束呈5°倾斜布置,故需以最外侧的锚垫板为基准。
所述的隐盖梁采用分节段预制,由若干节隐盖梁预制节段沿着横桥向拼接而成。单个隐盖梁预制节段匹配1~2片预制小箱梁,当匹配单片预制小箱梁时,单个隐盖梁预制节段宽度不超过4.0m,当匹配2片预制小箱梁时,单个隐盖梁预制节段宽度不超过7.5m。所述的隐盖梁预制节段包括两类,其中一类为隐盖梁中支点节段,能够拼接形成布置在中支点区域的隐盖梁本体,另一类则为隐盖梁边支点节段,能够拼接形成布置在边支点区域的隐盖梁本体。各隐盖梁预制节段的尺寸相近,且以立方体为主,为工厂化制造创造条件——一方面,隐盖梁预制节段在制造期间可使用通用的钢模板,无需定制;另一方面,隐盖梁预制节段的尺寸较小,预制场地的要求较低——构件小型化大幅降低了制造、运输及吊装成本,具备大规模推广应用的前景。
如图7、图8所示,所述的隐盖梁中支点节段,包括中支点盖梁中部节段本体以及中支点盖梁端部节段本体;所述的隐盖梁边支点节段,包括边支点盖梁中部节段本体以及边支点盖梁端部节段本体。
如图5、图6所示,中支点盖梁中部节段本体/中支点盖梁端部节段本体,处于顺桥向的两端面均设置为盖梁拼缝面,对应为第一、第二盖梁拼缝面;中支点盖梁中部节段本体/中支点盖梁端部节段本体,均贯通第一盖梁拼缝面、第二盖梁拼缝面设置有顺桥向预应力孔道;中支点盖梁中部节段本体,处于横桥向的两端面均设置为盖梁节段拼接面,对应为第一盖梁节段拼接面、第二盖梁节段拼接面,中支点盖梁中部节段本体均贯通第一盖梁节段拼接面、第二盖梁节段拼接面设置横桥向预应力钢束孔道。所述的边支点盖梁中部节段本体,处于横桥向的两端面,结构与中支点盖梁中部节段本体处于横桥向的两端面的结构一致,其与中支点盖梁中部节段本体的不同之处,在于边支点盖梁中部节段本体处于顺桥向的两端面中,仅靠近中支点区域的端面设置有盖梁拼缝面。
所述的盖梁拼缝面,贯通对应的隐盖梁预制节段顶面设置小箱梁拼缝槽口3-3。小箱梁拼缝槽口3-3的深度为60mm,小箱梁拼缝槽口3-3底缘中点距离顶缘的距离H,为预制小箱梁梁高h+200mm,小箱梁拼缝槽口3-3的轮廓形状与预制小箱梁的端部形状相似(预制小箱梁呈水平布置安放,故底缘呈水平),仅在顶部按小箱梁全宽拉通。小箱梁拼缝槽口3-3不设置齿块构造,平顺的小箱梁拼缝槽口3-3与带齿块的预制小箱梁(小箱梁端部实心段所设置的梁端凸齿)间,通过灌注UHPC(超高性能混凝土)完成连接。换句话来讲,预制小箱梁的端部能够与对应的小箱梁拼缝槽口3-3对接,且小箱梁拼缝槽口3-3的深度与小箱梁端部实心段的各梁端凸齿2-3的厚度匹配,即各梁端凸齿2-3均能够恰好嵌装在小箱梁拼缝槽口3-3中,促使小箱梁端部实心段的箱梁拼缝面与小箱梁拼缝槽口3-3的敞口端相触、小箱梁端部实心段的梁端凸齿2-3的端部与小箱梁拼缝槽口3-3的槽底相触,实现预制小箱梁的端部与隐盖梁预制节段间的无间隙接触。
所述的第一盖梁节段拼接面背离拼接式隐盖梁的中点设置,且第一盖梁节段拼接面设置有若干内凹齿块;所述的内凹齿块在第一盖梁节段拼接面分布成3排,对应为第一、第二、第三排状内凹齿块,第一、第二、第三排状内凹齿块均包括有若干个沿着第一盖梁节段拼接面的高度方向分布的内凹齿块,且第一排状内凹齿块处于第一盖梁节段拼接面的中部方向,而第二、第三排状内凹齿块则对称分布在第一排状内凹齿块的两侧。
所述的第二盖梁节段拼接面靠近拼接式隐盖梁的中点设置,且第二盖梁节段拼接面设置有若干外凸齿块,以与相邻的隐盖梁中支点节段的内凹齿块匹配。所述的外凸齿块在第二盖梁节段拼接面分布成3排,对应为第一、第二、第三排状外凸齿块,第一、第二、第三排状外凸齿块均包括有若干个沿着第一盖梁节段拼接面的高度方向分布的外凸齿块,且第一排状外凸齿块处于第一盖梁节段拼接面的中部方向,而第二、第三排状外凸齿块则对称分布在第一排状外凸齿块的两侧。
每一个中支点盖梁中部节段本体/边支点盖梁中部节段本体中,第一排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第一排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应,第二排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第二排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应,第三排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第三排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应。
所述的中支点盖梁中部节段本体中分别配置有横桥向预应力钢束孔道、顺桥向预应力孔道(附图中未绘制)。横桥向预应力钢束孔道布置在相邻的两排外凸齿块之间,在横桥向预应力钢束孔道中布置横桥向预应力钢束,横桥向预应力钢束的线形及数量依据隐盖梁横桥向计算分析确定。顺桥向预应力孔道需同时兼顾“隐盖梁节段内的横桥向钢束”与“预制小箱梁横断面允许孔道位置”,以总数不少于4个Φ25mm孔道(即截面配置的预应力钢束面积不少于1680mm2)。拼缝区域(小箱梁的端部与隐盖梁的顺桥向端面)采用“非间隙构造”,与常规节段拼装技术有较大的差异,界面区域施加必要的顺桥向预应力钢束(布置在顺桥向预应力孔道中),增加界面正应力,以提高界面的抗剪承载力。顺桥向预应力钢束的一端与处于隐盖梁中支点节段一侧的预制小箱梁实心段端部所布置的张拉端连接,顺桥向预应力钢束的另一端与处于隐盖梁中支点节段另一侧的预制小箱梁实心段端部所布置的张拉端连接。
所述的中支点盖梁端部节段本体,处于横桥向的两端,在靠近外侧端面的位置处设有横桥向锚固区,横桥向锚固区预埋若干P锚,以在中支点盖梁端部节段本体中直接通过P锚埋设横桥向预应力钢束(横桥向预应力钢绞线),而内侧端面则与隐盖梁中支点节段的第二盖梁节段拼接面结构一致,也设置有同样分布的外凸齿块,以与相邻的隐盖梁中支点节段的内凹齿块匹配。
本实用新型中,通过在横桥向预应力钢束孔道中布设并张拉横桥向预应力钢束,以提高相邻两节隐盖梁中支点区域节段之间界面的抗剪承载力,之后采用后注浆工艺封管完成施工。所述的顺桥向预应力孔道,贯通第一、第二小箱梁拼缝槽口,并与小箱梁端部实心段上所设置的部分预应力钢束孔道对应,用于布设节段间耦合连接用预应力钢束,增加隐盖梁中支点区域节段与小箱梁端部实心段之间界面正应力,以提高界面的抗剪承载力。
如图10所示,所述的隐盖梁边支点节段,处于顺桥向的两端,在靠近外侧端面的位置处设有顺桥向锚固区,而在靠近内侧的端面则设置盖梁拼缝面。顺桥向锚固区预埋若干P锚,以在隐盖梁边支点节段中直接通过P锚与节段间耦合连接用预应力钢束的一端连接,耦合连接用预应力钢束的另一端依次穿过隐盖梁边支点节段、小箱梁端部实心段后,与相邻的预制小箱梁的常规段本体张拉端连接。
边支点盖梁端部节段本体在横桥向的设置方式,与中支点盖梁端部节段本体的设置方式一致,在此不再赘述。
所述的下部支撑结构,包括承台、设置在承台上的两根立柱以及设置在每根立柱上方的支座。上部结构通过支座支撑在下部支撑结构上。
本实用新型作为一种全新的预制拼装式混凝土梁桥结构体系,其施工阶段需要设计3套临时体系,以确保该体系顺利实施:
1)隐盖梁节预制段拼装阶段,需要设计第一套临时支承体系,第一套临时支承体系在隐盖梁预应力钢束张拉完成后拆除;
第一套临时支承体系采用“钢管立柱+钢结构梁”体系,钢管立柱均位于承台区域。第一套临时支承体系的支承梁直接承担隐盖梁预制节段。
2)预制小箱梁架设前,需要对隐盖梁设置一套临时锚固体系(第二套临时支承体系通过隐盖梁的盖梁端部预制节段配装),以防止隐盖梁因不平衡荷载(如单侧假设的预制小箱梁,架桥机自重等)导致的倾覆。临时锚固体系在预制小箱梁架设完成后(即架桥机不再支承于该隐盖梁)、预制小箱梁拼缝浇筑前拆除——若临时固结反力架不影响湿接缝浇筑且不影响反力架的拆除,则可以留至预制小箱梁负弯矩束张拉完成后拆除。
临时锚固体系仅适用于具有悬臂端的隐盖梁结构,如双柱式(两侧悬臂)与三柱式(单侧悬臂),对于四柱式隐盖梁可不设置临时锚固体系。
临时锚固体系采用“压锚式”构造,即在隐盖梁预制节段的上、下缘各设置1道型钢梁,在型钢梁间用精轧螺纹钢施加预拉力,使2道型钢梁紧密压紧。
临时锚固体系的核心要素,在于无损式固结,即不损坏隐盖梁预制节段混凝土的前提下,实现临时固结。
临时锚固体系的立柱通常设置在承台边缘,贯穿桥面的位置通常位于隐盖梁拼缝区域,若在该位置设置临时锚孔,对其永久构造造成严重影响。
3)预制小箱梁架设完成后,在拼缝UHPC浇筑、预应力钢束张拉前,需要搁置在第三套临时支承体系上,第三套临时支承体系在预制小箱梁架设前完成(与临时锚固体系同时),并在预制小箱梁负弯矩束张拉完成后拆除。
施工时,先在第一套临时支承体系上吊装隐盖梁预制节段,然后以隐盖梁预制节段作为预制小箱梁架设的支承结构,再架设预制小箱梁。
为施工形成上述的预制拼装式混凝土梁桥结构体系,如图11所示,本实用新型提供了包括如下施工步骤的施工方法:
(1)以下部支撑结构为基础,搭建隐盖梁临时支承体系;
(2)按需吊装隐盖梁预制节段至隐盖梁临时支承体系上方;待所需隐盖梁预制节段吊装到位后,张拉横桥向预应力钢束,使得各隐盖梁预制节段能够沿横桥向拼装成一体,形成隐盖梁本体;
(3)拆除隐盖梁临时支承体系;与此同时,在隐盖梁和下部支撑结构之间形成临时锚固体系,以提高隐盖梁本体的抗倾覆能力;
(4)以隐盖梁本体为基础,搭建小箱梁临时支承体系;
(5)基于跨内起梁的原理,采用架桥机,从隐盖梁本体的上方一一架设各预制小箱梁,使得各预制小箱梁的梁端凸齿嵌装到隐盖梁预制节段的小箱梁拼缝槽口中;
(6)浇筑拼缝UHPC
在预制小箱梁与隐盖梁预制节段之间的拼缝位置处浇筑UHPC混凝土,形成UHPC填充层;
(7)张拉锚固节段间耦合连接用预应力钢束
从隐盖梁预制节段一侧的小箱梁常规段的人孔中进入该侧预制小箱梁内,将节段间耦合连接用预应力钢束的一端锚固到该侧小箱梁端部实心段的节段间耦合预应力锚固区;然后从隐盖梁预制节段另一侧的小箱梁常规段的人孔中进入该侧预制小箱梁内,将节段间耦合连接用预应力钢束的另一端锚固到该侧小箱梁端部实心段的节段间耦合预应力锚固区,并对节段间耦合连接用预应力钢束进行张拉;
(8)拆卸临时锚固体系、小箱梁临时支承体系
将临时锚固体系、小箱梁临时支承体系拆除,即可。

Claims (5)

1.一种全预制装配式隐盖梁,包括隐盖梁本体,其特征在于,隐盖梁本体通过若干沿着横桥向布置的隐盖梁预制节段拼接而成,且相邻的两节隐盖梁预制节段间,均通过阴阳齿嵌合的方式拼接,同时,各隐盖梁预制节段之间通过张拉锚固的横桥向预应力钢束连接成一体;
所述的隐盖梁预制节段,在处于顺桥向的两端面中,至少一个端面设置有能够与预制小箱梁端部嵌合的小箱梁拼缝槽口。
2.根据权利要求1所述的全预制装配式隐盖梁,其特征在于,所述的隐盖梁预制节段包括隐盖梁中支点节段,能够拼接形成布置在中支点区域的隐盖梁本体;
所述的隐盖梁中支点节段,包括中支点盖梁中部节段本体以及中支点盖梁端部节段本体;
所述的中支点盖梁中部节段本体/中支点盖梁端部节段本体,处于顺桥向的两端面均设置为盖梁拼缝面,对应为第一、第二盖梁拼缝面;中支点盖梁中部节段本体/中支点盖梁端部节段本体,均贯通第一盖梁拼缝面、第二盖梁拼缝面设置有顺桥向预应力孔道;
所述的中支点盖梁中部节段本体,处于横桥向的两端面均设置为盖梁节段拼接面,对应为第一盖梁节段拼接面、第二盖梁节段拼接面;中支点盖梁中部节段本体均贯通第一盖梁节段拼接面、第二盖梁节段拼接面设置横桥向预应力钢束孔道;
所述的中支点盖梁端部节段本体,处于横桥向的两端面中,仅处于内侧的端面设置为盖梁节段拼接面;
所述的盖梁拼缝面,贯通对应的隐盖梁预制节段顶面设置小箱梁拼缝槽口;
所述的第一盖梁节段拼接面背离拼接式隐盖梁的中点设置,且第一盖梁节段拼接面设置有若干内凹齿块;
所述的第二盖梁节段拼接面靠近拼接式隐盖梁的中点设置,且第二盖梁节段拼接面设置有外凸齿块;每一个中支点盖梁中部节段本体两侧的内凹齿块的位置与外凸齿块的位置对应;
横桥向预应力钢束孔道均与所述的外凸齿块/内凹齿块相错设置;
所述的中支点盖梁端部节段本体,均预埋有横桥向预应力钢束,且中支点盖梁端部节段本体处于横桥向的盖梁节段拼接面,设有与对应中支点盖梁中部节段本体的内凹齿块匹配的外凸齿块;各横桥向预应力钢束孔道与中支点盖梁端部节段本体内所预埋的横桥向预应力钢束对应。
3.根据权利要求2所述的全预制装配式隐盖梁,其特征在于,所述的隐盖梁预制节段包括隐盖梁中支点节段,能够拼接形成布置在中支点区域的隐盖梁本体;
所述的隐盖梁边支点节段,包括边支点盖梁中部节段本体以及边支点盖梁端部节段本体;
所述的边支点盖梁中部节段本体处于横桥向的结构,与中支点盖梁中部节段本体处于横桥向的结构一致;
所述的边支点盖梁端部节段本体处于横桥向的结构,与中支点盖梁端部节段本体处于横桥向的结构一致;
所述的隐盖梁边支点节段,处于顺桥向的两端面中,仅靠近中支点区域的端面设置有盖梁拼缝面。
4.根据权利要求2所述的全预制装配式隐盖梁,其特征在于,所述的内凹齿块在第一盖梁节段拼接面分布成3排,对应为第一、第二、第三排状内凹齿块,第一、第二、第三排状内凹齿块均包括有若干个沿着第一盖梁节段拼接面的高度方向分布的内凹齿块,且第一排状内凹齿块处于第一盖梁节段拼接面的中部方向,而第二、第三排状内凹齿块则对称分布在第一排状内凹齿块的两侧;
所述的外凸齿块在第二盖梁节段拼接面分布成3排,对应为第一、第二、第三排状外凸齿块,第一、第二、第三排状外凸齿块均包括有若干个沿着第一盖梁节段拼接面的高度方向分布的外凸齿块,且第一排状外凸齿块处于第一盖梁节段拼接面的中部方向,而第二、第三排状外凸齿块则对称分布在第一排状外凸齿块的两侧;
每一个隐盖梁中部节段中,第一排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第一排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应,第二排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第二排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应,第三排状内凹齿块中各内凹齿块的位置均与第三排状外凸齿块中各外凸齿块的位置对应。
5.一种梁式桥,包括下部支撑结构以及设置在下部支撑结构上方的上部结构,上部结构包括沿着横桥向布置的若干隐盖梁以及分设在每一根隐盖梁两侧、并沿着顺桥向布置的若干预制小箱梁;预制小箱梁与隐盖梁之间形成拼缝区;其特征在于,所述的隐盖梁为权利要求1至4任一权利要求所述的全预制装配式隐盖梁。
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