专利名称：空心预应力混凝土(hpc)梁以及空心预应力混凝土拼接梁(s－hpc)桥建造方法
技术领域：
本发明涉及一种空心预应力混凝土梁以及一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法，更具体地说，涉及一种可以极大地增加梁的跨度的空心预应力混凝土梁以及一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法。
背景技术：
一般而言，具有I形截面的I型预应力混凝土梁桥是造价便宜并且全球广泛使用的桥梁之一。但是，对于I型梁桥，当梁的长度超过40-50米时，梁的长度和重量会增加，从而使梁的制造、搬运和安装等所有过程都变得非常困难。因此，对于混凝土箱型梁，采用将多个短到2-3米的拼接部件连接起来的方法建造桥梁。
在传统的I型梁桥中，由于钢丝大多数安装在梁的端部，因此，无法根据力矩分布特性(其在梁的中间部分增大)来安装钢丝，从而使钢丝的数量以及梁的截面尺寸整体上增加。而且，由于梁的端部需要制造成大尺寸，因此梁的重量增加，并且模具的制造变困难。
传统上，为了高效率地建造大跨度的I型梁桥，通过将梁分成多个拼接部分来制造梁，并将拼接梁移到施工现场，在施工现场将其组合起来。对于混凝土箱型梁桥，一般广泛地采用每个跨度使用15个或更多拼接部分的建造方法。但是，对于I型梁，很少使用拼接梁，并且这种方法只能用于建造小型桥梁或者用于有建造困难的山区等施工现场。具体地说，在拼接梁桥中，当施加负荷时，拼接部分中开始发生破坏，使拼接梁桥的承载能力与整体型梁桥相比降低了20-30％，并且可以说，拼接梁桥的结构特性缺乏效率。
而且，在传统的递增预应力梁桥中，用于施加预应力的钢丝的锚定装置的安装位置限于梁的端部的侧表面。因此，由于锚定装置的安装位置不自由，所以就整个梁而言，难以动态高效地配置钢丝。
而且，由于传统的梁桥具有主体部分封闭的结构，因此不仅重量增加，而且桥梁对于沿垂直于梁的方向作用的风或水等负荷的承受力很低。再者，梁的封闭主体部分给人一种被禁闭的感觉。
发明内容
技术问题为了解决上述和/或其他问题，本发明提供了一种空心预应力混凝土梁以及一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法，其可以通过在I型梁的主体部分中引入洞而减轻梁的重量，通过安装锚定装置而高效地配置钢丝、增加梁的最大跨度、减轻梁的重量、降低梁桥的建造成本，并显著改善施工条件，例如梁的搬运和安装。
而且，本发明提供了一种空心预应力混凝土梁以及一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法，其将钢丝或钢条等抗拉加固部件适当地局部安装在拼接梁的拼接部分的下端，并发明一种用于防止拼接梁下端的张力降低的概念和方法，以增加拼接梁的承载能力，从而将承载能力增加到整体型梁的水平。
而且，本发明提供了一种空心预应力混凝土梁以及一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法，其可以将钢丝固定在梁上的任意位置，因为可以将钢丝的锚定装置安装在主体的洞上，以使简支梁桥或连续桥梁都可以实现最具动态效率的配置，可以容易地对梁施加递增的预应力，因为钢丝锚定装置是露在外面的，可以制造大跨度梁，可以根据梁的位置和尺寸以及限制条件来轻松控制张力，可以使多个锚定装置露在外面，在施工期间可以对张力进行高效的管理，并且在桥梁造好后可以通过附加的张紧来提供加固功能。
而且，本发明提供了一种空心预应力混凝土梁以及一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法，其使风和水可以穿过梁主体部分中的洞，从而可以提高梁的横向抗负荷能力，因为减小了横向负荷。
而且，本发明提供了一种空心预应力混凝土梁以及一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法，其可以通过主体部分中的洞而提供一定的视野，从而消除了传统梁桥中由于梁的封闭主体部分而造成的被禁闭的感觉，极大地提高了美感，并且可以大幅降低由于造桥而给居民带来的不便。
而且，本发明提供了一种空心预应力混凝土梁以及一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法，其可以通过在梁的洞中安装钢丝锚定装置而根据梁中产生的力矩的分布来分布和固定钢丝，从而将梁中所用的钢丝数量减至最少，缩小了梁的截面尺寸，通过使梁的端部的截面尺寸与其中部相同而减轻了梁的重量，并且简化了模具。
技术方案根据本发明的一方面，提供了一种用于形成I型预应力混凝土梁桥的空心预应力混凝土梁，其中，在I型预应力混凝土梁的主体部分中形成至少一个洞。
这个洞是在制造梁之前使用模具形成的，模具上有一个洞用来形成这个洞，或者是通过将塑料、钢部件或聚苯乙烯泡沫等模制部件安装于模具中(在浇注混凝土之前安装，事后再拆下来)而形成。
该梁由多个拼接梁拼接而成，并使用钢筋、钢条或钢丝(其通过焊接、耦合或锚定装置而连接)等连接部件来加固和连接拼接部分，以加强将拼接梁连接起来的拼接部分的下部的张力。
将用于固定钢丝(其用于张紧梁)的锚定装置安装于洞内。
根据本发明的另一方面，提供了一种空心预应力混凝土拼接梁桥，其中，在梁的主体部分中形成多个洞，以减轻梁的重量，该空心预应力混凝土拼接梁桥的建造方法如下将工厂制造的多个拼接梁运到施工现场，在施工现场将拼接梁组合起来，将安装在整个梁上的钢丝第一次张紧，在将拼接梁连接起来的拼接部分处通过以焊接方式或者使用耦合或锚定装置连接的钢条或钢丝来加固拼接部件之间的连接部分，将第一次张紧的组合梁安装在桥墩上，对于连续桥梁，安装连续的钢丝来连接已安装的拼接梁，将板坯倒在已安装的拼接梁的上部，在板坯固化之后，第二次张紧尚未张紧的钢丝或已张紧的连续钢丝，并且在桥梁造好之后产生裂缝或发生过度下垂时，额外地张紧钢丝。
有利效果如上所述，在根据本发明的空心预应力混凝土梁以及建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法中，大大延长了梁桥可以获得的跨度，降低了制造梁的成本，通过减轻梁的重量显著改善了梁的制造、搬运和安装等一般施工条件，通过防止拼接部分的承载能力的降低而将承载能力增加到与整体型梁相同的程度，容易根据力矩的分布来获得适当的张力，在施工期间可以通过施加递增的预应力来高效地管理张力，提供了在桥梁造好之后通过附加的张紧来自我加固的功能，可以在梁的主体中简单地形成洞，可以提高梁的横向抗负荷能力，可以消除驾驶员的被禁闭的感觉，大大提高了梁的外观的美感，并且大大减少了造桥给居民带来的不便。
图1是根据本发明的实施例的空心预应力混凝土梁的正视图；图2是图1的空心预应力混凝土梁的平面图；图3是显示在建造连续桥梁时根据本发明的另一实施例的锚定装置、钢丝和空心预应力混凝土梁的配置示例的正视图；图4是显示在建造简支梁桥时根据本发明的另一实施例的锚定装置、钢丝和空心预应力混凝土梁的配置示例的正视图；图5是图3和4的空心预应力混凝土梁的平面图；图6是根据本发明的实施例的空心预应力混凝土拼接梁的正视图；图7至9是显示图6的空心预应力混凝土拼接梁的每个拼接梁的洞的各种例子的正视图；图10是根据本发明的另一实施例的安装了锚定装置和连续钢丝的空心预应力混凝土拼接梁的正视图；图11是图10的空心预应力混凝土拼接梁的平面图；图12是当连接加固部件为钢条或钢筋时图6的拼接部分的局部放大图；图13是当连接加固部件为钢丝时图6的拼接部分的局部放大图；图14至16是显示根据本发明的另一实施例的空心预应力混凝土拼接梁的每个拼接梁的具有各种最小洞(至少两个洞)的拼接部分的各种连接示例的正视图；图17是用于解释根据本发明的实施例的用于建造空心预应力混凝土拼接梁的方法的流程图。
具体实施例方式
下文将参照
根据本发明的各种实施例的空心预应力混凝土梁以及建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法。
参照图1，根据本发明的实施例的空心预应力混凝土梁的主体部分形成有多个洞2，以减轻I型梁1的重量。洞2可以如图7和15所示为圆形或椭圆形、如图8和14所示为矩形或者如图9和16所示为三角形。另外，洞2可以具有各种形状，例如多边形。
洞2可以减轻I型梁1的重量，减重的幅度对应于洞2所占的体积。除了附图中所示的洞2之外，可以各种形状来形成洞2，例如圆形和多边形洞的组合。将洞2配置成具有最佳的间隔、最佳的形状以及最佳的方向，以最大程度地增加其承载能力。
如图3、4和5所示，可以安装长钢丝11，用于沿着I型梁1的长度方向张紧。而且，如图3、4和5所示，可以将锚定装置7容易地安装于洞2中，并且除了长钢丝11之外，还可以以各种路径来安装通过锚定装置7固定的连续钢丝12。而且，如图5所示，钢丝不仅安装于梁的主体部分，而且安装于上法兰或下法兰。
因此，由于安装短的连续钢丝12，使其根据力矩的分布相对于梁的中心部分向左右两侧分布，因此可以将梁的端部尺寸制造成与梁的中心部分相同。因此，可以将用于梁的钢丝的数量减至最少，并且可以缩小梁的截面尺寸。而且，通过使梁的端部的截面尺寸与其中部相同，可以减轻梁的重量并且可以简化模具。
不需要长钢丝11，仅用连续钢丝12就可以执行张紧。尽管附图中未显示，但可以各种方法来制造洞2，例如，使用具有洞的模具在制造梁之前形成洞，或者使用可以在浇注混凝土之前安装并在事后拆掉的塑料、钢部件或泡沫聚苯乙烯等模制部件。因此，减轻了混凝土的重量，减重的幅度与洞2所占的空间相对应，同时获得一种结构，即除洞之外的剩余混凝土可以动态地支撑剪力，以使梁的重量减轻，同时保持承载能力。
另外，可以改进梁1抵抗横向负荷的能力，因为当风和水可以通过梁1的主体部分的洞2时，会减小横向负荷。而且，由于扩大了穿过主体部分的洞2的视野，因此消除了传统梁桥中由于梁的封闭主体部分而造成的被禁闭的感觉，大大地提高了美感，并且极大地减少了由于造桥给居民带来的不便。
而且，如图6所示，根据本发明的另一实施例的空心预应力混凝土梁由多个拼接梁3拼接而成。也就是说，如图10和11所示，在将拼接梁3连接起来的拼接部分处，使用以焊接方式或通过耦合或锚定装置7连接的钢筋、钢条5或钢丝6等连接部件来连接空心预应力混凝土拼接梁，以加固梁1的下端的张力。而且，由于可以在施工现场将拼接梁3组合起来，因此可以极大地改善梁搬运和安装等一般的施工条件。
如图12所示，连接部件可以是横跨梁1的下部安装的钢条5或嵌入钢筋，其焊接在一起或通过耦合而连接起来，以增加拼接部分4的承载能力。或者，如图13所示，横跨梁1的下部安装钢丝6，并将用于钢丝6的锚定装置7安装在洞2中。因此，可以将多个锚定装置7露在外面，以便可以在施工期间通过施加递增的预应力进行高效的张力管理，并且可以获得在桥梁造好之后通过附加的张紧来加固的功能。
图10和11显示了配置钢条5、钢丝6和锚定装置7的方法的实施例。锚定装置7安装于梁的端部以及梁的洞中。图中还显示了可以如何将钢丝配置于梁的内部。对于连续桥梁，可以将钢丝安装于梁的上部。图11显示了可以将拼接部分的加固钢条和钢丝配置于法兰部分而非主体部分的情况。
因此，在根据本发明的空心预应力混凝土梁桥中，由于大大减轻了梁的重量，所以可以建造具有超过70米的大跨度的I型梁桥。由于提出了增加拼接部分4的承载能力的解决方案，因此可以在工厂内制造具有大跨度的梁。
如图14至16所示，除了在拼接梁3的主体部分形成多个洞以减轻梁的重量之外，可以在拼接梁3的拼接部分4周围形成至少一对洞，以加固拼接部分4。
在根据本发明的建造空心预应力混凝土梁桥的方法中，如图17所示，将在工厂里制造的多个拼接梁搬运到施工现场(S1)，在施工现场将这些拼接梁组合起来，将安装在整个梁上的钢丝第一次张紧，在将拼接梁连接起来的拼接部分处通过钢条或钢丝(其通过焊接或使用耦合或锚定装置相连)加固拼接部件之间的连接部分(S2)，将第一次张紧的已组合的梁安装于桥墩上(S3)，对于连续桥梁，安装连续钢丝以将已安装的拼接梁连接起来(S4)，将板坯倒在已安装的拼接梁的上部(S5)，在板坯固化之后，将尚未张紧的钢丝第二次张紧或者将连续钢丝张紧(S6)，并且在桥梁造好之后产生裂缝或发生过度下垂时，额外地张紧和加固钢丝(S7)。
因此，可以使多个锚定装置露在外面，并且在施工期间可以通过施加递增的预应力来进行高效的张力管理。如果桥梁在造好之后受到损坏，可以通过附加的张紧来进行自我加固。
虽然本发明已参考其优选实施例进行了具体显示与说明，但本领域的技术人员应了解，可在不脱离所附权利要求书所界定的本发明的主旨和范围的情况下，在形式和细节上作各种变化。例如，可以使用各种形状和数量的洞，并且除了使用钢丝或钢条的方法之外，可以各种方法来加强拼接部分的张力。
权利要求
1.一种用于形成I型预应力混凝土梁桥的空心预应力混凝土梁，其中，在所述I型预应力混凝土梁的主体部分中形成了至少一个洞。
2.如权利要求1所述的空心预应力混凝土梁，其中，所述洞的形状是圆形、三角形、矩形、椭圆形、多边形之一或其组合。
3.如权利要求1所述的空心预应力混凝土梁，其中，所述洞是在制造梁之前使用模具形成的，所述模具上有一个洞用来形成这个洞，或者是通过将在浇注混凝土之前安装并在事后拆下来的塑料、钢部件或聚苯乙烯泡沫等模制部件安装于模具中而形成。
4.如权利要求1所述的空心预应力混凝土梁，其中，所述梁由多个拼接梁拼接而成，并使用以焊接方式、耦合或锚定装置连接起来的钢筋、钢条或钢丝等连接部件来加固和连接拼接部分，以加强将拼接梁连接起来的拼接部分的下部的张力。
5.如权利要求1所述的空心预应力混凝土梁，其中，将用于固定钢丝的锚定装置安装于所述洞的内部，所述钢丝用于张紧梁。
6.如权利要求1所述的空心预应力混凝土梁，其中，通过安装用于张紧梁的短连续钢丝，使其根据力矩的分布相对于梁的中部向左右两侧分布，而将梁的端部尺寸制造成与梁的中部相同。
7.一种建造空心预应力混凝土拼接梁桥的方法，其中，在所述梁的主体部分中形成多个洞，以减轻梁的重量，所述方法包括将在工厂里制造的多个拼接梁搬运到施工现场；在施工现场将所述拼接梁组合起来，第一次张紧安装于整个梁上的钢丝，在将拼接梁连接起来的拼接部分处通过以焊接方式或者使用耦合或锚定装置连接起来的钢条或钢丝来加固拼接部件之间的连接部分；将第一次张紧的已组合的梁安装于桥墩上；对于连续桥梁，安装连续钢丝来连接已安装的拼接梁；将板坯倒在已安装的拼接梁的上部；在板坯固化之后，第二次张紧尚未张紧的钢丝或已张紧的连续钢丝；以及在桥梁造好之后产生裂缝或发生过度下垂时，额外地张紧钢丝。
全文摘要
本发明提供了一种用于形成I型预应力混凝土梁桥的空心预应力混凝土梁，其中，在该I型预应力混凝土梁的主体部分中形成了至少一个洞。本发明还提供了一种空心预应力混凝土拼接梁桥，其中，在梁的主体部分中形成多个洞，以减轻梁的重量，该空心预应力混凝土拼接梁桥的建造方法如下将工厂制造的多个拼接梁搬运到施工现场，在施工现场将拼接梁组合起来，将安装在整个梁上的钢丝第一次张紧，在将拼接梁连接起来的拼接部分处通过以焊接方式或者使用耦合或锚定装置连接的钢条或钢丝来加固拼接部件之间的连接部分，将第一次张紧的组合梁安装在桥墩上，对于连续桥梁，安装连续的钢丝来连接已安装的拼接梁，将板坯倒在已安装的拼接梁的上部，在板坯固化之后，第二次张紧尚未张紧的钢丝或已张紧的连续钢丝，并且在桥梁造好之后产生裂缝或发生过度下垂时，额外地张紧钢丝。
文档编号E01D2/00GK101057038SQ200580032366
公开日2007年10月17日 申请日期2005年9月24日 优先权日2004年9月25日
发明者韩万烨 申请人:韩万烨