专利名称：一种波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁及施工方法
技术领域：
本发明属 于公路和铁路的桥梁技术领域，主要涉及的是一种波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁及施工方法。
背景技术：
波形钢腹板预应力混凝土箱梁作为一种新型的钢一混凝土组合结构，充分利用了混凝土抗压、波形钢腹板抗剪屈服强度高的优点，有效地将钢、混凝土两种材料结合起来，提高了材料的使用效率，是一种经济、合理、高效的结构形式。本申请人已申请的“一种波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁”(专利号ZL201120098134. 3)与现有的支架或悬臂现浇和预制安装这两种常用施工方法比较，既具有波形腹板预应力混凝土箱梁结构优点，又能够有效克服上述现浇及预制波形钢腹板预应力混凝土箱梁遇到的问题，具有受力性能好、材料利用率高、施工简便快捷、经济效益显著的特点。但是，上述预制工字梁单元通常采用后张法施加体内预应力，成为有粘结预应力结构。虽然这种施工方法所需设备简单，锚具埋于结构中，不需要张拉台座，生产灵活，适用于大型构件的现场施工。但其成孔、穿束、压浆工艺繁杂，施工期相对稍长，并可能出现堵孔、压浆不实、预应力失控等问题而影响施工质量与结构的耐久性。有粘结预应力混凝土由于粘结阻力的作用使得预应力钢筋拉应力降低，导致混凝土压应力降低，锚具永久埋于结构内不能重复利用，影响了材料利用率。若压浆工艺不当，潮气侵入，可能造成预应力钢材锈蚀甚至断裂，造成预应力混凝土连续梁桥承载力不足、裂缝及持续下挠。预应力钢筋一经张拉锚固完成，将受到锚固体系失效的威胁。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁及施工方法。它既具有波形腹板预应力混凝土箱梁结构优点，又能够有效克服上述现浇、预制、后张法施工的波形钢腹板预应力混凝土箱梁遇到的问题，在受力性能、材料利用率、施工简捷、经济效益、后期维护、耐久性等方面更具显著优势。本发明实现上述目的采取的技术方案是一种波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁，将多个波形钢腹板先张法预应力混凝土预制工字梁单元架设安装到墩台上后，将相邻两个波形钢腹板先张法预应力混凝土工字梁单元的预制混凝土顶板、预制混凝土底板、预制混凝土横梁或横隔板的横向钢筋与对应的现浇构件内钢筋固定连接后，由相邻预制混凝土顶板之间的现浇混凝土顶板、相邻预制混凝土底板之间的现浇混凝土底板，相邻预制混凝土横梁或横隔板之间的现浇混凝土横梁或横隔板连接后形成闭合箱梁，将相邻两孔闭合箱梁之间通过浇筑现浇混凝土纵梁连接，形成连续箱梁，在所述预制工字梁单元底板体内设有先张法预应力筋，在所述闭合箱梁的现浇混凝土顶板内设置有墩顶负弯矩预应力筋。本发明在所述闭合箱梁的箱内设置体外预应力筋。
本发明所述的工字梁单元主要由波形钢腹板、上连接件、下连接件、预制混凝土顶板、预制混凝土底板及底板体内先张法预应力筋构成，上连接件位于波形钢腹板的上端，包埋于预制混凝土顶板中；下连接件位于波形钢腹板的下端，包埋于预制混凝土底板内；波形钢腹板的两端直接包埋于预制混凝土横梁中；在预制混凝土顶板、预制混凝土底板、预制混凝土横梁或横隔板内均埋设有并向相应截面外伸出的纵、横向连接钢筋。本发明所述的先张法预应力筋是在先张法张拉台座上方预定位置设置张拉底板体内预应力筋，并将其临时锚固在台座端部或钢模上，在台座上安装模板、支架，将波形钢腹板安装定位，绑扎顶、底板钢筋，待混凝土强度达到设计放张强度后，放松剪断底板预应力筋制得。本发明制作上述波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁的施工方法是将多个工字梁单元架设安装于桥梁墩台上后，将横桥向相邻两个工字梁单元两两连成箱梁，其后将纵桥向两孔箱梁连成连续梁；将横桥向相邻两个预制工字梁单元的预制混凝土顶板、预制混凝土底板、预制横梁或横隔板的横向钢筋与对应的现浇构件内钢筋固定连接后，通过 在相邻预制混凝土顶板之间浇筑现浇混凝土顶板、在相邻预制混凝土底板之间浇筑现浇混凝土底板，在相邻预制混凝土横梁或横隔板之间浇筑现浇混凝土横梁或横隔板，连接后即形成闭合箱梁；安装连续墩处永久支座，现浇两跨纵向湿接缝形成连续结构，张拉并锚固现浇混凝土顶板内的墩顶负弯矩预应力筋，或是张拉并锚固闭合箱梁内的体外预应力筋，或者同时张拉并锚固现浇混凝土顶板内的墩顶负弯矩预应力筋和张拉并锚固闭合箱梁内的体外预应力筋，将相邻两孔闭合箱梁之间通过浇筑现浇混凝土纵梁连接，拆除临时支座，进行体系转换，形成连续梁结构。本发明所述横桥向可由单个或多个闭合箱梁构成。
本发明采用了将波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁先“化整为零”，再“化零为整”的施工方式，较现有技术具有下述优点
(1) 先张法预应力混凝土梁便于工厂化预制，与后张梁相比，具有受力性能好、工序简捷、工期短、节省材料、维修养护量少、经济、耐久性好等优点，虽增加了预制场张拉台座端部锚固体系的工程量，却可以省去成孔、穿束、压浆、锚具等工艺和设备，避免了可能出现的堵孔、压浆不实、预应力失控、锚固体系失效等问题，且锚固体系可以重复利用，特别是长线台座法更适合大规模预制加工，经济效益更优。⑵ 工字梁单元经过纵、横向现浇混凝土连接，形成连续整体闭合箱梁，断面刚度相对较大，具有承载能力高、变形小、行车舒适的优点。(3) 波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁桥二期恒载和活载由形成的箱梁承担，预制工字梁仅需承担结构自重和施工荷载，故每片工字梁截面尺寸小，安装重量轻，常规施工设备就能满足安装要求。相应又扩大了波形钢腹板预应力混凝土箱梁跨径适用范围，具有独特的结构优势。(4) 结构关键部件工字梁采用预制，通过现浇连接形成整体箱梁，实现了将波形钢腹板先张法预应力混凝土箱梁化整为零施工，扩大了预制安装施工方法的应用范围，利于工厂化加工，有效保证了施工质量，加快了施工进度。(5) 工字梁构件采用波形钢腹板组合结构，充分发挥了钢材和混凝土材料的使用效率，减少了混凝土量，节能环保，经济性好。
(6) 如波形钢腹板先张法工字梁承担成桥后的全部荷载，则只需采用先张法施工工艺，可取消箱梁内的体外预应力筋。省去了体外预应力筋穿束、转向装置、锚具、张拉、减振等工艺和设备。这样施工工艺更简单，经济性更突出。
图I是本发明的立面结构示意图。图2是图I的仰视平面结构示意图。
图4是图I的横断面结构示意图。图5是本发明工字梁单元的横断面结构示意图。图中1、波形钢腹板，2、上连接件，3、下连接件，4、预制混凝土顶板，5、预制混凝土底板，6、预制混凝土横梁或横隔板，7、现浇混凝土顶板，8、现浇混凝土底板，9、现浇混凝土横梁或横隔板，10、现浇混凝土纵梁，11、底板体内先张法预应力筋，12、体外预应力筋，13、墩顶负弯矩预应力筋。
具体实施例方式结合附图，给出本发明的实施例如下，但本发明不局限于以下实施例。如图I 4所示一种波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁包括布置在桥横向和纵向的多个预制工字梁单元。其中，横向每跨至少二个，纵向至少二跨，这样要形成二跨单箱单室连续箱梁最少要四个工字梁，同理可以形成多跨连续。当桥较宽时，则每跨横向需要四个以上工字梁构成二个以上箱梁。如图5所示每个工字梁单元主要由波形钢腹板I、上连接件2、下连接件3、预制混凝土顶板4、预制混凝土底板5、预制混凝土横梁或横隔板6、底板体内先张法预应力筋11构成，上连接件2位于波形钢腹板I的上端，包埋于预制混凝土顶板4内的波形钢腹板I上段开孔部位，横向钢筋从波形钢腹板I的上段开孔中穿过，以形成混凝土销，在波形钢腹板I的两侧焊接水平钢板，以阻挡雨水侵蚀波形钢腹板I埋入混凝土中未涂装的部分，并兼作混凝土底模，水平钢板的空隙处焊接焊钉，以加强水平钢板与混凝土的连接，并在波形钢腹板I的两侧焊接纵向加强钢筋或带状钢板构成；也可以由上翼板、双开孔钢肋板、横向钢筋构成，此上翼板为钢制结构，两个双开孔钢肋板底部沿桥纵向焊接在上翼板顶面上，横向钢筋从双开孔钢肋板的开孔中穿过。下连接件3位于波形钢腹板I的下端，包埋于预制混凝土底板5内。下连接件3可以是在直接包埋于预制混凝土底板5内的波形钢腹板I底部开孔部位，横向钢筋从波形钢腹板I的开孔中穿过，以形成混凝土销，并在波形钢腹板I的两侧焊接纵向加强钢筋或带状钢板构成；也可以是在波形钢腹板I下端焊接下翼板，并在下翼板底面下焊接多排焊钉构成。波形钢腹板与混凝土连接部位所设置的上连接件2、下连接件3，起抗剪、抗拉拔作用，对上、下连接件，本发明不局限于上述构造方式，只要能起到连接件所起作用的构造方式均可。在波形钢腹板I两侧根据结构受力和构造需要可设置预制混凝土横梁或横隔板6。波形钢腹板I的两端可直接包埋于预制混凝土横梁6中，并在波形钢腹板I侧面焊接焊钉，也可通过在端部设置连接件包埋于预制混凝土横梁6中，以增加连接强度。在预制混凝土顶板4、预制混凝土底板5、预制混凝土横梁或横隔板6内均埋设并向相应截面外伸出的纵、横向连接钢筋。在预制工字梁单元底板体内设有预应力筋11，该预应力筋11采用先张法施工工艺，可避免后张法施工工艺的不足，有利于预制工字梁单元大规模工厂化制造和节约成本，维护少、耐久性好。具体施工工艺是在先张法张拉台座上方预定位置(即底板预应力筋11的位置)张拉底板预应力筋11，并将其临时锚固在台座端部或钢模上，在台座上安装模板、支架，安装定位波形钢腹板，绑扎顶、底板钢筋，波形钢腹板I通过上连接件2、下连接件3分别与预制混凝土顶板4、预制混凝土底板5、预制横梁或横隔板6等浇筑成预制构件，待混凝土强度达到设计放张强度后，放松剪断预应力筋11，形成波形钢腹板先张法预应力混凝土工字梁单元。将上述多个预制工字梁单元架设安装于桥梁墩台上后，将相邻两个工字梁单元的预制混凝土顶板4、预制混凝土底板5、预制横梁或横隔板6的横向钢筋与对应的现浇构件(即现浇混凝土顶板7、现浇混凝土底板8和现浇混凝土横梁或横隔板9)内的钢筋固定连接后(本发明不局限于上述连接构造方式，只要能起到横向连接所起作用的构造方式均可)，由设置在相邻预制混凝土顶板4之间的现浇混凝土顶板
7、相邻预制混凝土底板5之间的现浇混凝土底板8，相邻预制混凝土横梁或横隔板6之间的现浇混凝土横梁或横隔板9横向连接形成闭合箱梁。在所述闭合箱梁的现浇混凝土顶板7 内设置有墩顶负弯矩预应力筋13，也可在箱内设置体外预应力筋12。体外预应力筋12和墩顶负弯矩预应力筋13无须同时设置，因为墩顶负弯矩预应力筋比体外预应力筋造价低，首选单独设置墩顶负弯矩预应力筋13，当其无法满足受力要求时，可改为仅设置体外预应力筋12 ;也可根据结构受力需要，体外预应力筋12和墩顶负弯矩预应力筋13亦可同时设置。上述波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁的施工方法是在先张法张拉台座上方预定位置设置张拉底板体内预应力筋11，并将其临时锚固在台座端部或钢模上，在台座上安装模板、支架，将波形钢腹板I安装定位，绑扎顶、底板钢筋，待混凝土强度达到设计放张强度后，放松剪断底板预应力筋11 (该底板预应力筋11预埋在预制混凝土底板5内)，形成波形钢腹板先张法预应力混凝土工字梁。将上述多个工字梁单元架设安装于桥梁墩台上后，将横桥向相邻两个工字梁单元两两连成箱梁，其后将纵桥向两孔箱梁连成连续梁。将横桥向相邻两个预制工字梁单元的预制混凝土顶板4、预制混凝土底板5、预制横梁或横隔板6的横向钢筋与对应的现浇构件内钢筋固定连接后，通过在相邻预制混凝土顶板4之间浇筑现浇混凝土顶板7、在相邻预制混凝土底板5之间浇筑现浇混凝土底板8，在相邻预制混凝土横梁或横隔板6之间浇筑现浇混凝土横梁或横隔板9，连接后即形成闭合箱梁。安装连续墩处永久支座，现浇两跨纵向湿接缝形成连续结构，张拉并锚固现浇混凝土顶板7内的墩顶负弯矩预应力筋13，或是张拉并锚固闭合箱梁内的体外预应力筋12，或者同时张拉并锚固现浇混凝土顶板7内的墩顶负弯矩预应力筋13和张拉并锚固闭合箱梁内的体外预应力筋12，将相邻两孔闭合箱梁之间通过浇筑现浇混凝土纵梁10连接，拆除临时支座，进行体系转换，形成连续梁结构。根据桥宽不同，每孔桥横向可由单个或多个闭合箱梁构成，箱体间的连接方式和预制工字梁单元间的连接方式基本相同，即将横桥向相邻两个箱梁的预制混凝土顶板4、预制横梁或横隔板6的横向钢筋与对应的现浇构件内钢筋固定连接后，通过在相邻预制混凝土顶板4之间浇筑现浇混凝土顶板7，在相邻预制混凝土横梁或横隔板6之间浇筑现浇混凝土横梁或横隔板9，从而形成整孔桥梁。
权利要求
1.一种波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁，将多个波形钢腹板先张法预应力混凝土预制工字梁单元架设安装到墩台上后，将相邻两个波形钢腹板先张法预应力混凝土工字梁单元的预制混凝土顶板(4)、预制混凝土底板(5)、预制混凝土横梁或横隔板(6)的横向钢筋与对应的现浇构件内钢筋固定连接后，由相邻预制混凝土顶板之间的现浇混凝土顶板(7)、相邻预制混凝土底板(5)之间的现浇混凝土底板(8)，相邻预制混凝土横梁或横隔板(6)之间的现浇混凝土横梁或横隔板(9)连接后形成闭合箱梁，将相邻两孔闭合箱梁之间通过浇筑现浇混凝土纵梁(10)连接，形成连续箱梁，其特征是在所述预制工字梁单元底板体内设有先张法预应力筋(11);在所述闭合箱梁的现浇混凝土顶板(7)内设置有墩顶负弯矩预应力筋(13)。
2.根据权利要求I所述的波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁，其特征是在所述闭合箱梁的箱内设置体外预应力筋(12 )。
3.根据权利要求I所述的波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁，其特征是所述的工字梁单元主要由波形钢腹板(I)、上连接件(2)、下连接件(3)、预制混凝土顶板(4)、预制混凝土底板(5)及底板体内先张法预应力筋(11)构成，上连接件位于波形钢腹板的上端，包埋于预制混凝土顶板中；下连接件位于波形钢腹板的下端，包埋于预制混凝土底板内；波形钢腹板的两端直接包埋于预制混凝土横梁中；在预制混凝土顶板、预制混凝土底板、预制混凝土横梁或横隔板内均埋设有并向相应截面外伸出的纵、横向连接钢筋。
4.根据权利要求I所述的波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁，其特征是所述的先张法预应力筋(11)是在先张法张拉台座上方预定位置设置张拉底板体内预应力筋(11)，并将其临时锚固在台座端部或钢模上，在台座上安装模板、支架，将波形钢腹板(I)安装定位，绑扎顶、底板钢筋，待混凝土强度达到设计放张强度后，放松剪断底板预应力筋(11)制得。
5.一种制作权利要求I所述波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁的施工方法，其特征是将多个工字梁单元架设安装于桥梁墩台上后，将横桥向相邻两个工字梁单元两两连成箱梁，其后将纵桥向两孔箱梁连成连续梁；将横桥向相邻两个预制工字梁单元的预制混凝土顶板(4)、预制混凝土底板(5)、预制横梁或横隔板(6)的横向钢筋与对应的现浇构件内钢筋固定连接后，通过在相邻预制混凝土顶板(4)之间浇筑现浇混凝土顶板(7)、在相邻预制混凝土底板(5)之间浇筑现浇混凝土底板(8)，在相邻预制混凝土横梁或横隔板(6)之间浇筑现浇混凝土横梁或横隔板(9)，连接后即形成闭合箱梁；安装连续墩处永久支座，现浇两跨纵向湿接缝形成连续结构，张拉并锚固现浇混凝土顶板(7)内的墩顶负弯矩预应力筋(13)，或是张拉并锚固闭合箱梁内的体外预应力筋(12)，或者同时张拉并锚固现浇混凝土顶板(7)内的墩顶负弯矩预应力筋(13)和张拉并锚固闭合箱梁内的体外预应力筋(12)，将相邻两孔闭合箱梁之间通过浇筑现浇混凝土纵梁(10)连接，拆除临时支座，进行体系转换，形成连续梁结构。
6.根据权利要求5所述的波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁的施工方法，其特征是所述横桥向可由单个或多个闭合箱梁构成。
全文摘要
本发明公开的波形钢腹板先张法预应力混凝土连续箱梁是将多个波形钢腹板先张法预应力混凝土预制工字梁单元架设安装到墩台上后，将相邻两个工字梁单元的预制混凝土顶板、预制混凝土底板、预制混凝土横梁或横隔板的横向钢筋与对应的现浇构件内钢筋固定连接后，由相邻预制混凝土顶板之间的现浇混凝土顶板、相邻预制混凝土底板之间的现浇混凝土底板，相邻预制混凝土横梁或横隔板之间的现浇混凝土横梁或横隔板连接后形成闭合箱梁，将相邻两孔闭合箱梁之间通过浇筑现浇混凝土纵梁连接，形成连续箱梁在所述预制工字梁单元底板体内设有先张法预应力筋；在所述闭合箱梁的现浇混凝土顶板内设置有墩顶负弯矩预应力筋。
文档编号E01D2/04GK102691257SQ201210209838
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者乐斐, 乐艺, 吴继峰, 李华强, 李宏瑾, 李雯, 汤意 申请人:河南省交通规划勘察设计院有限责任公司