内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括设置有底板箱底板、底板箱顶板和腹板的底板箱、顶板和桥墩，箱梁内部设置有中腹板和横隔板，由跨中向桥墩方向沿着箱梁纵向设置有上弯锚固板；所述底板箱上方设置有，包括内置纵梁、内置上斜腿和内置下斜腿的斜腿刚架结构，内置纵梁由跨中向桥墩方向沿箱梁纵向向上倾斜或弯起设置；内置纵梁、底板箱底板以及上弯锚固板均设置有上弯布置的底板索。本实用新型所提供的梁桥和施工方法，可以使底板索布局更为合理，上弯布置的底板索可以提供向上的径向力，消除或减小二期恒载和部分车辆荷载所产生的向下的作用力。
【专利说明】内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土木工程桥梁【技术领域】，特别是涉及一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥。
【背景技术】
[0002]随着桥梁设计技术的日益提高，各种桥梁应运而生，其中大跨预应力混凝土变截面箱梁桥是目前广泛采用的桥型，以连续梁和连续刚构桥最为多见，常采用挂篮悬臂浇筑法施工。
[0003]图1为现有技术中一种大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的立面布置图，图示梁桥为连续刚构桥，跨中梁高小于位于桥墩06处的支点梁高，底部为箱梁底板01，主梁下缘立面为坦拱形，桥梁采用分段挂篮悬臂现浇工艺施工。其包括跨中合拢段08、边跨合拢段09、墩顶节段箱梁011、边跨现浇段010及挂篮悬臂现浇部分，其中相邻的跨中合拢段08之间为墩顶节段箱梁011及挂篮悬臂现浇部分，桥梁两端为边跨现浇段010。墩顶节段箱梁011采用墩顶托架现浇，以后采用挂篮悬臂现浇至跨中合拢段08和边跨合拢段09侧面处，边跨现浇段010在支架上现浇完成，再进行边跨合拢段09施工，最后进行跨中合拢段08的施工。
[0004]如图3至图5所示，现有技术这种变截面箱梁桥目前常用的截面形式为单箱单室截面，由于纵向受力需要，梁高由跨中L/2截面向支点截面不断加大，导致底板01下缘立面成拱形，由跨中向桥墩06处悬臂根部支点方向，箱室净空加大，梁高加大，底板01逐渐加厚，腹板02在靠近支点截面亦局部加厚，底板01立面纵向为拱形，底板01拱形矢跨比(矢高/主跨跨径)一般为1/20左右。用于锚固底板索05的锯齿块03设置在腹板02和底板01的结合转角处，以简短传力路线。如图13至图16所示，现有技术中其钢索纵向布置方式是:顶板负弯矩索水平布置，锚固在靠近腹板02处，腹板索07下弯布置提供一定的向上的抗剪分力，跨中正弯矩底板索05下弯布置在底板01内，底板索05锚固在锯齿块03上，底板索05下弯布置，底板索05立面为与底板01 —致的拱形，矢跨比(矢高/底板索跨径)一般亦为1/20左右。因此拱形的底板索05在受拉力时会产生向下的径向力，锚固端远离跨中的底板索05向下的径向力大。
[0005]当桥梁跨径增大时，现有技术是采用增加梁高、加厚底板01、加厚腹板02、增加配置底板索05等措施，而增加梁高、增加配索，下弯底板索05的径向合力进一步加大，这种构造不合理导致受力不利的问题，桥的跨径越大这种问题越严重，制约着该类桥梁的发展。
[0006]如图6至图12所示为了解决上述问题设计了一种桥梁即内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法(专利号:ZL200610167317.X)，图2为其立面布置图，包括构成箱梁的底板01及腹板02，在变截面箱梁桥箱梁内设置一斜腿刚架结构，斜腿刚架结构由内置纵梁041和内置斜腿042组成；内置纵梁041设在箱梁内跨中底板01相应梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近区段底板01和内置纵梁041融为一体，内置纵梁041高度和跨中底板01厚度一致；内置斜腿042 —端与内置纵梁041连为一体，其两侧与腹板02连为一体，内置斜腿042和箱梁底板01平行布置，内置斜腿042和底板01径向距离为支点总梁高H的1/4~1/5，内置斜腿042、箱梁底板01和腹板02均采用等截面，厚度均为40~60cm ;箱梁底板01下缘线形采用悬连线，矢跨比为1/7~1/9 ;跨中正弯矩底板索05沿内置纵梁041水平布置，在底板索05张拉锚固位置的内置纵梁041上设置锯齿块03，底板索05张拉锚固端在锯齿块03处弯起到箱内，底板索05的两个锚固端对称张拉并锚固在锯齿块03上。
[0007]现有专利技术“内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法”(专利号:ZL200610167317.X)的主要缺陷或不足表现在:
[0008](I)底板索05水平布置和采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的弯矩包络图(一般为抛物线形)不能完全吻合，存在一定偏差。
[0009](2)为降低边跨墩高节省造价，提高主跨桥下净空或克服跨中下挠，主跨一般设置双向2%左右纵坡，在设置纵坡的桥梁上，为方便设计施工，一般内置纵梁041和桥面平行设置，底板索05布置在双向2%左右纵坡上，底板索05存在部分向下的径向力。
[0010](3)现有技术，大跨桥梁箱体宽度大于8至10米时，L/4截面至桥墩支点截面，下缘压力较大，底板竖向稳定问题突出。通过加厚底板改善其竖向稳定，效果不佳且不经济。
[0011](4)不能提供向上的分力，不能平衡二期恒载及车道荷载向下作用力。
[0012](5)未提供消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的控制方法，主跨合拢后变形不易控制。
[0013](6)在主跨设置双向纵坡的桥梁上，底板索05向下的径向力、一期及二期恒载和车道荷载均向下，加剧混凝土收缩徐变效应，导致跨中运营期一定的持续下挠。
[0014](7)内置斜腿042和箱梁底板01平行布置，内置斜腿042和底板01径向距离为支点总梁高H的1/4~1/5，大跨径桥梁内置纵梁041和内置斜腿042间距过大，超过5至6米，腹部02稳定性和箱梁抗扭能力欠佳。
[0015](8)现有技术，跨径加大增加配索，一般底板索05为单层布置，底板的水平挖空率急剧增大，下表分析了跨径加大时，底板索05的管道直径长度合计和底板宽度的相互关系O
[0016]
主跨跨底板索力管道直径合底板长度管道/底板 径(米)合计(吨)计(米)(米)(倍)
1054480I 407.000.20
130101202.167.00O 31
228151204 207.000.60
[0017]由底板索的管道直径长度合计和底板宽度的相互关系表可知，当跨径加大时，底板索的用量急剧增加，主跨200米级的大桥管道直径长度合计占了底板宽度的60%。表明60%底板的截面宽无混凝土。跨径加大时，有效承载的截面急剧减小，可能导致底板开裂或崩裂破坏。
[0018](9)未解决现有技术过大的平弯产生的水平力拉力直接导致底板开裂问题。
[0019]当跨径加大时，底板索的用量急剧增加，位于箱梁横向中心线附近的底板索需要平弯到腹板和底板的交接处锚固以减短传力路线，过大的平弯产生的水平力拉力直接导致底板开裂。
[0020](10)顶板刚度偏小，施工中不平衡力及顶板预应力束径向力导致顶板纵向开裂。
[0021](11)当跨径加大时，特长悬臂、特高单箱单室的截面顶板索和腹板索纵向传力路线及上下缘传力路线过长。理论分析和实际受力的偏差加大。
[0022]除此之外，现有技术采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥主梁合拢后的后续施工工作有以下特点:
[0023]现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的箱梁合拢后进行厚10厘米左右现浇调平混凝土施工、厚10厘米左右浙青混凝土铺装施工、人行道、栏杆或防撞护栏施工。
[0024]厚10厘米左右现浇调平混凝土、厚10厘米左右浙青混凝土铺装、人行道、栏杆或防撞护栏重量一般称为二期恒载。二期恒载施工阶段，底板索05 —般张拉完成。二期恒载一般采用混凝土材料，部分桥梁栏杆采用钢结构，自重均较大。
[0025]下表列出了二期恒载和公路设计车道荷载的比例关系。二期恒载一般为公路设计车道荷载的2倍左右，消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的影响对提高通行能力、减小施工控制难度意义重大。
[0026]
【权利要求】
1.一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩(6)、设置有底板箱底板(101)和底板箱顶板(102)的底板箱(1)、均设置于箱梁的底板、腹板(2)、顶板(9)，其特征在于，所述底板箱顶板(102)跨中相应梁高位置及上方，从跨中至3L/8截面区域沿纵向设置向上倾斜或弯起的上弯锚固板(411);所述箱梁内设置有横隔板(8)； 所述上弯锚固板(411)在跨中L/2截面区域与所述底板箱顶板(102)融为一体，设置于其他区域的所述上弯锚固板(411)与所述底板箱顶板(102)分离； 所述底板箱上方设置有斜腿刚架结构，所述斜腿刚架结构包括内置上斜腿(422)、内置下斜腿(421)和设置有锯齿块的内置纵梁(41)，所述内置纵梁(41)由3L/8截面向桥墩方向沿箱梁纵向向上倾斜或弯起设置，在跨中L/2截面至3L/8截面区段，所述内置纵梁(41)和所述底板箱顶板(102)融为一体并水平布置，所述内置纵梁(41)向上倾斜或弯起设置的部分与所述顶板箱顶板(102)分离； 所述内置上斜腿(422)和所述内置下斜腿(421)均与所述底板箱相平行设置，所述内置上斜腿(422)的两侧以及所述内置下斜腿(421)的两侧均与所述腹板(2)相连接；所述内置上斜腿(422)的下方以及所述内置下斜腿(421)的下方均与所述桥墩(6)墩顶的横隔板相连接；所述内置下斜腿(421)的上方在L/4截面区域与所述内置纵梁(41)相连，内置上斜腿(422)的上方在L/8截面区域与所述内置纵梁(41)相连； 所述箱梁内设置有底板索；跨中区段的底板索(5)分别沿所述底板箱底板(101)、所述上弯锚固板(411)和所述内置纵梁(41)上弯布置，所述底板箱底板(101)、所述内置纵梁 (41)和所述上弯锚固板(411)设置有用于锚固所述底板索(5)的锯齿块(3)，所述底板索(5)张拉锚固端在所述锯齿块(3)处弯起到箱内。
2.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述箱梁内沿纵向设置下中腹板(201)、上中腹板(202)和中腹板(203);所述顶板(9)与所述内置纵梁(41)间沿纵向设置上中腹板(202);L/4截面至3L/8截面区段内置纵梁(41)和底板箱顶板(102)间沿纵向设置内中腹板(203);所述底板箱(1)内底板箱底板(101)和底板箱顶板(102 )间沿纵向设置下中腹板(201)。
3.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述顶板(9)和所述内置纵梁(41)内均设置有负弯矩顶板索(10)，设置于所述顶板(9)的所述负弯矩顶板索锚固在各悬臂施工节段箱梁端面；设置于所述内置纵梁(41)内的所述负弯矩顶板索与所述内置纵梁(41)所设置的锯齿块处弯起到箱内。
4.根据权利要求2所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述箱梁内设置的腹板索包括下弯腹板索(7)、腹板直线斜索(71)、上弯腹板索(72)和中腹板索(73);所述箱梁支点截面至L/4截面区段的，腹板(2)设置有下弯腹板索(7)，所述下弯腹板索(7)沿着45°方向向下弯锚固于各节段梁箱梁端面；所述设箱梁L/4截面至3L/8截面区段的腹板设置有所述的腹板直线斜索(71)，所述腹板直线斜索(71)沿着45°方向设置，下端锚固于腹板的底部混凝土内，上部张拉端锚固于所述顶板(9)上表面的锚固槽口处；箱梁3L/8截面至跨中L/2截面区段的腹板设置有的所述上弯腹板索(72)，所述上弯腹板索(72)沿着45°方向向上弯起且上部张拉端锚固于所述顶板(9)上表面的锚固槽口处；在L/2截面底板箱的所述下中腹板(201)下部区段设置有所述中腹板索(73)，所述中腹板索在L/2截面至L/4截面向上弯起通过中腹板(203)段，到达上中腹板(202)内，穿过桥墩(6)纵向中心线，上部张拉端锚固于所述顶板(9)上表面锚固槽口处。
5.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述底板箱在跨中L/2截面至3L/8截面区段立面线型为水平线，其他区段的立面线型为曲线；底板箱下缘曲线为凸形半立方抛物线型曲线，起点在3L/8截面，止点在支点截面，顶点在3L/8截面，矢高为所述箱梁支点和跨中梁高之差。
6.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，设置于所述底板箱底板(101)内部的所述正弯矩底板索(5)双层布置，且双层布置的所述正弯矩底板索(5)从跨中至桥墩方向按2.5%的坡率沿纵向上弯起设置。
7.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，设置于所述底板箱顶板(102 )内部的所述正弯矩底板索(5 )双层布置，上层正弯矩底板索(5 )在上弯锚固板(411)的锯齿块(3)处弯起到箱内，下层正弯矩底板索(5)在内置纵梁(41)的锯齿块(3 )处弯起到箱内。
8.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述内置纵梁(41)在跨中L/2截面至3L/8截面区段水平布置，与所述底板箱顶板(102)分离的分离段向上倾斜布置成斜直线或者曲线，当所述分离段呈曲线向上倾斜时，其锚固点位于同一斜直线上，且所述内置纵梁(41)的水平布置段与上弯的分离段之间设置有曲线过渡段。
9.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述内置纵梁(41)内所述正弯矩底板索(5)上弯倾斜的倾斜坡率，通过全桥所述正弯矩底板索(5)提供的向上分力合计能抵消箱梁合拢后二期恒载和50%公路设计车道荷载合计计算确定。
10.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述内置纵梁(41)在靠近桥墩(6)侧的最后一个用于锚固所述正弯矩底板索(5)的锯齿块(3 )处水平布置，并延伸到所述桥墩(6 )处，所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422 )在桥墩(6)处水平布置，所述内置纵梁(41)、所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)均穿过墩顶的横隔板并分别与相邻跨的所述内置纵梁(41)、所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)相对应地连为一体，所述内置纵梁(41)的墩顶水平段和桥跨倾斜或上弯段间设置曲线过渡段，所述上弯锚固板(411)在靠近所述桥墩(6)侧最后一个所述锯齿块(3)处终止。
11.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述内置纵梁(41)和所述上弯锚固板(411)的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，所述内置纵梁(41)的上部表面向上凸起设置呈凸形抛物线形表面且与所述桥墩的墩顶水平段相连，所述内置纵梁(41)下部与L/2截面至3L/8截面区段水平段底板箱顶板(102)融为一体。
12.根据权利要求1至11任一条所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述内置纵梁(41)、所述上弯锚固板(411)、所述内置上斜腿(422)和所述内置下斜腿(421)的横向构造钢筋在所述腹板(2)处弯起并和所述腹板(2)的竖向钢筋焊接牢固或搭接，当采用搭接时，所述内置纵梁(41)、所述上弯锚固板(411)、所述内置下斜腿(421)和所述内置上斜腿(422)的横向构造钢筋在腹板(2)处弯起，并保证在所述腹板(2)内的锚固长度为钢筋直径的40倍以上。
13.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，设置正弯矩底板索(5)区段的所述内置纵梁(41)、所述底板箱底板(101)和所述上弯锚固板(411)上的各施工段设置一道横向加强肋。
14.根据权利要求13所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述的横向加强肋上施加有横向预应力，横向预应力可采用在箱外两端张拉，或采用一端锚固在所述腹板(2)处混凝土内，另一端弯起到箱内张拉；横向加强肋上施加的横向预应力施工要早于纵向底板索的张拉施工。
【文档编号】E01D2/04GK203393594SQ201320244939
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】吴国松, 胡嘉鸿 申请人:重庆交通大学, 重庆国通土木工程技术有限公司