CN103556565B - 一种不同性能混凝土梁的连接构造 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不同性能混凝土梁的连接构造，包括体内纵向预应力索、体外纵向预应力索及对接段箱梁；对接段箱梁位于普通混凝土（NC）箱梁节段与超高性能混凝土（UHPC）箱梁节段之间，其间设有纵向连接钢筋，两端分别与NC箱梁纵向连接钢筋和UHPC箱梁纵向连接钢筋连接；体内纵向预应力索穿过NC箱梁顶板和对接段箱梁顶板固定于UHPC箱梁顶板上；体外纵向预应力索穿过NC箱梁顶板、对接段箱梁顶板以及UHPC箱梁顶板固定在锚固块和UHPC箱梁横隔板上。本发明采用带有混合配筋的连接构造，提高连接构造的局部强度和刚度，改善不同性能混凝土梁段的不连续性，平顺可靠地传递节段间的内力，降低各节段间接缝截面开裂的风险。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁领域，特别地，涉及一种不同性能混凝土梁的连接构造。
背景技术
NC（Normal Concrete,普通混凝土）预应力箱梁桥具有造价较低、施工简便和维护少等优点，已成为跨径200米以内桥梁的主流桥型。但随着跨径进一步增加，自重增长很快，恒载占承载力比重可达90%以上。随着土木工程材料科学的快速发展，桥梁工程领域出现了超高性能混凝土，采用轻质和高性能的材料来突破恒载比重大的技术瓶颈已逐渐成为桥梁工程师们的共识，如主跨301米的挪威斯托尔马桥跨中部分节段采用了轻质混凝土混合梁。UHPC（Ultra High Performance Concrete，超高性能混凝土）是一种高强度、高延性、高耐久性和高环保性材料，可以减小结构尺寸、减轻结构自重，提高结构抵抗荷载有效性和增大跨越能力。但UHPC材料成本较高，一般适用于用量较少的桥梁。
大跨径预应力连续体系梁桥（连续梁桥和连续钢构桥）很多采用节段悬臂施工方法，墩顶零号块由于承受较大的弯矩和剪力等作用，构造复杂，一般体积也较大（几百甚至上千立方米），若采用超高性能混凝土则经济性必然大打折扣。因此，采用UHPC主梁结合NC墩顶现浇段形成UHPC-NC混合梁是大跨径预应力连续体系梁桥一种经济合理的选择方式。
虽然采用UHPC主梁结合NC墩顶现浇段的混合梁结构性能优异、经济合理，但由于UHPC主梁材料需蒸汽养护工艺，其施工工艺囿于室内预制施工法，然后再将预制成型的节段运至现场与NC墩顶现浇段连接，不同浇注方式、不同性能的混凝土的连接问题也很突出。
首先，传统的混凝土梁节段间连接型式多采用竖向湿接缝，其施工性能和接缝质量对结构性能影响显著，关系着桥梁整体性和后期使用性能。现有的混凝土梁节段间连接结构如图1所示，包括NC箱梁节段1、NC箱梁顶板11、NC箱梁底板12、NC箱梁横隔板14以及体内纵向预应力索6组成，两段NC箱梁节段1之间为齿形接缝17。而竖向接缝质量很大程度上决定于混凝土表面凿毛质量和接缝附近混凝土密实度，现有施工技术很难保证施工质量。其次，由于竖向接缝的存在，UHPC中乱向分布的钢纤维在接缝处分布不连续，导致接缝处应力分配的不连续，降低了预应力混凝土箱梁桥整体强度，在使用阶段随材料性能退化接缝处很容易产生开裂和过度下挠，造成预应力损失、承载力下降等。另外，不同性能混凝土的连接构造存在接缝处局部应力过大、接缝处易产生裂缝，并造成钢筋锈蚀，主梁渗水等问题，桥梁的 耐久性面临巨大隐患，难以满足使用要求。
因此，发明一种能提高局部的抗拉强度和刚度、降低装配式结构接缝应力、有效防止接缝处裂缝产生以及耐久性好的箱式梁桥用连接构造具有重要的意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种能提高局部的抗拉强度和刚度、降低装配式结构接缝应力、有效防止接缝处裂缝产生以及耐久性好的连接构造，本发明的具体技术方案如下：
一种不同性能混凝土梁的连接构造，包括体内纵向预应力索、体外纵向预应力索以及对接段箱梁；
所述对接段箱梁设置在NC箱梁节段与UHPC箱梁节段之间；
所述对接段箱梁包括对接段箱梁顶板、对接段箱梁底板、对接段箱梁腹板以及对接段箱梁纵向连接钢筋，所述对接段箱梁顶板的一端与NC箱梁顶板连接，另一端与UHPC箱梁顶板连接；所述对接段箱梁底板的一端与NC箱梁底板连接，另一端与UHPC箱梁底板连接；所述对接段箱梁腹板的一端与NC箱梁腹板连接，另一端与UHPC箱梁腹板连接；所述对接段箱梁纵向连接钢筋的一端与NC箱梁纵向连接钢筋连接，另一端与UHPC箱梁纵向连接钢筋连接；
所述体内纵向预应力索直线穿过所述NC箱梁顶板以及对接段箱梁顶板固定于所述UHPC箱梁顶板上；所述体外纵向预应力索包括第一体外纵向预应力索以及第二体外纵向预应力索，所述第一体外纵向预应力索直线穿过所述NC箱梁顶板、对接段箱梁顶板以及UHPC箱梁顶板下缘固定在所述UHPC箱梁节段的锚固块上；所述第二体外纵向预应力索直线穿过NC箱梁横隔板以及对接段箱梁通过所述锚固块固定在UHPC箱梁节段横隔板上。
以上技术方案中优选的，所述UHPC箱梁节段是由超高性能混凝土箱梁悬臂拼装组成，所述超高性能混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土、注浆纤维混凝土、密实配筋复合材料或工程胶凝复合材料。
以上技术方案中优选的，所述UHPC箱梁节段的末端沿纵向设有截面尺寸逐渐增大的倒角段，所述倒角段包括倒角段箱梁顶板、倒角段箱梁底板、倒角段箱梁腹板以及倒角段纵向连接钢筋；所述倒角段箱梁顶板的一端连接UHPC箱梁顶板，另一端连接所述对接段箱梁顶板；所述倒角段箱梁底板的一端连接UHPC箱梁底板，另一端连接所述对接段箱梁底板；所述倒角段箱梁腹板的一端连接UHPC箱梁腹板，另一端连接所述对接段箱梁腹板；所述倒角段纵向连接钢筋的一端连接所述UHPC箱梁纵向连接钢筋，另一端连接所述对接段箱梁纵向连接钢筋。
为了达到更好的技术效果，还包括增强钢筋，所述增强钢筋的一端连接所述NC箱梁纵向连接钢筋，另一端连接所述倒角段纵向连接钢筋，且所述增强钢筋的接头与所述对接段箱梁纵向连接钢筋的接头纵向错位设置。
为了达到更好的技术效果，所述倒角段箱梁底板内侧上纵向设置有还包括数量大于等于1的加劲板。优选的，所述加劲板为不等高的I型UHPC板。
以上技术方案中优选的，所述体内纵向预应力索以及所述体外纵向预应力索均为抗拉强度为1860MPa～2000MPa的预应力钢绞线。
以上技术方案中优选的，所述UHPC箱梁节段之间的接缝为外宽内窄的牛腿式抗剪接缝。
以上技术方案中，UHPC代表超高性能混凝土，NC代表普通混凝土。
采用本发明的技术方案，具有以下技术效果：
（1）本发明采用体内纵向预应力索、体外纵向预应力索以及对接段箱梁纵向连接钢筋的配合，将NC箱梁节段与UHPC箱梁节段之间连接起来，很大程度上抵抗了连续体系桥梁在支点负弯矩区的顶板的纵向拉应力，大大提高了连接构造的局部强度和刚度，大幅度降低了接缝处的应力水平，降低了不同性能混凝土节段间接缝截面开裂的风险，延长使用寿命。
（2）本发明中采用相对普通混凝土、高性能混凝土而言的另一类力学综合性能更加优异的混凝土材料，即超高性能混凝土，具有超高强度、高延性、高韧性、高耐久性、高环保性的特点。
（3）本发明中UHPC箱梁节段的板厚尺寸比NC箱梁节段的板厚尺寸小很多，通过在UHPC箱梁节段的末端设置倒角段来逐渐扩大其截面尺寸，从而起到缓解不同性能混凝土间的截面尺寸差异，平顺过渡节段箱梁的内力。
（4）本发明中还设有增强钢筋，通过增强钢筋的局部加密，大幅降低了局部压应力集中现象，进一步提高了接缝处的抗拉强度。
（5）本发明中还纵向设置有加劲板，尤其是选用纵向不等高的I型UHPC板为加劲板，能大幅度降低不同性能混凝土不同截面尺寸节段间的局部应力，平顺地将UHPC箱梁节段的底板上的压应力传递至NC箱梁节段的底板上。
（6）本发明中接缝采用外宽内窄的牛腿式抗剪接缝，充分利用机械咬合力能顺利地传递相邻节段之间的剪力。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是传统的预应力混凝土箱梁桥现浇接缝结构的断面图；
图2是本发明优选实施例1的不同性能混凝土梁的连接构造使用中的断面图；
图3是图2中A1-A1剖面图；
图4是图2中A2-A2剖面图；
图5是图2中A3-A3剖面图；
图6是图2中A4-A4剖面图；
图7是图2中B-B剖面图；
图8是图7中C处放大图；
其中，图3、图4、图5以及图6中省略了纵向、横向的连接钢筋和增强钢筋。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
本发明不同性能混凝土梁的连接构造在使用中的结构图如图1所示，包括体内纵向预应力索6、体外纵向预应力索7以及对接段箱梁3，所述对接段箱梁3设置在NC箱梁节段1与UHPC箱梁节段2之间，其中UHPC代表超高性能混凝土，NC代表普通混凝土。
所述UHPC箱梁节段2是由超高性能混凝土箱梁悬臂拼装而成，所述超高性能混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土、注浆纤维混凝土、密实配筋复合材料或工程胶凝复合材料，最好选用活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或密实配筋水泥基复合材料，具有超高强度、高延性、高韧性、高耐久性、高环保性的特点。
所述NC箱梁节段1包括NC箱梁顶板11、NC箱梁底板12、NC箱梁腹板13、NC箱梁横隔板14、NC箱梁纵向连接钢筋15以及NC箱梁横向连接钢筋16，所述NC箱梁节段1采用现浇方式浇注，具体为墩顶上大体积的零号块现浇段箱梁或者另加少数个节段组成，最好设置在墩顶中弯矩和剪力均较大的负弯矩区域内，混凝土最好为抗压强度高、凝结时间长、水化热低及施工和易性好的NC，如图2、图3、图7以及图8所示。
所述UHPC箱梁节段2包括UHPC箱梁顶板21、UHPC箱梁底板22、UHPC箱梁腹板23、UHPC箱梁横隔板24以及UHPC箱梁纵向连接钢筋25，其末端沿纵向设有截面尺寸逐渐增大的倒角段4，包括按直线变化的倒角段箱梁顶板41、倒角段箱梁底板42以及倒角段箱梁腹板43，还包括倒角段箱梁纵向连接钢筋45以及倒角段箱梁横向连接钢筋46，倒角段4与UHPC箱梁节段2连接处有倒角终止线44，这种端部倒角逐渐扩大了UHPC箱梁节段2的截面尺寸， 从而起到缓解不同性能混凝土间的截面尺寸的差异，平顺过渡节段箱梁的内力，如图2、图5、图6、图7以及图8所示。
所述对接段箱梁3包括对接段箱梁顶板31、对接段箱梁底板32、对接段箱梁腹板33、对接段箱梁纵向连接钢筋35以及对接段箱梁横向连接钢筋36，对接段箱梁3由现浇的普通混凝土箱梁构成，对接段箱梁接缝34设置在墩顶上方的NC箱梁节段1的零号块的变截面段处，如图2、图4、图7以及图8所示。
所述对接段箱梁顶板31的一端与所述NC箱梁顶板11连接，另一端与所述倒角段箱梁顶板41的一端连接，所述倒角段箱梁顶板41另一端与所述UHPC箱梁顶板21连接；所述对接段箱梁底板32的一端与所述NC箱梁底板12连接，另一端与所述倒角段箱梁底板42的一端连接，所述倒角段箱梁底板42的另一端与所述UHPC箱梁底板22连接；所述对接段箱梁腹板33的一端连接所述NC箱梁腹板13，另一端与所述倒角段箱梁腹板43相连；所述对接段箱梁纵向连接钢筋35的一端与所述NC箱梁纵向连接钢筋15连接，另一端与所述倒角段纵向连接钢筋45的一端相连，所述倒角段纵向连接钢筋45的另一端与所述UHPC箱梁纵向连接钢筋25的一端连接；所述对接段箱梁横向连接钢筋36与对接段箱梁纵向连接钢筋35形成钢筋网，详见图2、图4、图5、图7以及图8。
所述体内纵向预应力索6穿过所述NC箱梁顶板11、对接段箱梁顶板31以及倒角段箱梁顶板41固定于所述UHPC箱梁顶板21的接缝处；所述体外纵向预应力索7包括第一体外纵向预应力索以及第二体外纵向预应力索，所述第一体外纵向预应力索直线穿过所述NC箱梁顶板11、对接段箱梁顶板31、倒角段箱梁顶板41以及UHPC箱梁顶板21下缘固定在所述UHPC箱梁节段2的锚固块71上，所述第二体外纵向预应力索直线穿过NC箱梁横隔板14、对接段箱梁3以及倒角段箱梁4通过所述锚固块71固定在UHPC箱梁节段横隔板24上，详见图2。采用体内纵向预应力索、体外纵向预应力索以及箱梁纵向连接钢筋的配合，将NC箱梁节段与UHPC箱梁节段之间连接起来，很大程度上抵抗了连续体系桥梁在支点负弯矩区的顶板纵向拉应力，大大提高了连接构造的局部强度和刚度，大幅度降低了接缝处应力水平，显著降低了不同性能混凝土节段间接缝截面开裂的风险，延长使用寿命。
所述体内纵向预应力索6以及所述体外纵向预应力索7均为抗拉强度为1860MPa～2000MPa的预应力钢绞线，抗拉强度高。
本发明所述倒角段箱梁底板42内侧上纵向设置有数量大于等于1的加劲板5，可以选用纵向不等高的I型UHPC板，见图2和图5，能大幅度降低不同性能混凝土不同截面尺寸节段间的局部应力，平顺地将UHPC箱梁节段的底板上的压应力传递至NC箱梁节段的底板上。
本发明中还包括增强钢筋8，所述增强钢筋8的一端连接所述NC箱梁纵向连接钢筋15，另一端连接所述倒角段纵向连接钢筋45，且所述增强钢筋8的接头与所述对接段箱梁纵向连接钢筋35的接头纵向错位设置，通过增强钢筋的局部加密，大幅降低了局部应力集中，进一步提高了接缝处的抗拉强度，详见图7和图8。
两节所述UHPC箱梁节段2之间的接缝9均采用外宽内窄的牛腿式抗剪接缝91，详见图2，此种连接方式可充分利用机械咬合力顺利地传递相邻节段之间的剪力。
采用本发明的技术方案，能尽可能地降低不同性能混凝土梁段材料和截面尺寸的不连续性，平顺可靠地传递节段间的内力，防止接头破坏。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种不同性能混凝土梁的连接构造，其特征在于：包括体内纵向预应力索(6)、体外纵向预应力索(7)以及对接段箱梁(3)；
所述对接段箱梁(3)设置在普通混凝土箱梁节段(1)与超高性能混凝土箱梁节段(2)之间；
所述对接段箱梁(3)包括对接段箱梁顶板(31)、对接段箱梁底板(32)、对接段箱梁腹板(33)以及对接段箱梁纵向连接钢筋(35)，所述对接段箱梁顶板(31)的一端与普通混凝土箱梁顶板(11)连接，另一端与超高性能混凝土箱梁顶板(21)连接；所述对接段箱梁底板(32)的一端与普通混凝土箱梁底板(12)连接，另一端与超高性能混凝土箱梁底板(22)连接；所述对接段箱梁腹板(33)的一端与普通混凝土箱梁腹板(13)连接，另一端与超高性能混凝土箱梁腹板(23)连接；所述对接段箱梁纵向连接钢筋(35)的一端与普通混凝土箱梁纵向连接钢筋(15)连接，另一端与超高性能混凝土箱梁纵向连接钢筋(25)连接；
所述超高性能混凝土箱梁节段(2)的末端沿纵向设有截面尺寸逐渐增大的倒角段(4)，所述倒角段(4)包括倒角段箱梁顶板(41)、倒角段箱梁底板(42)、倒角段箱梁腹板(43)以及倒角段纵向连接钢筋(45)；所述倒角段箱梁顶板(41)的一端连接超高性能混凝土箱梁顶板(21)，另一端连接所述对接段箱梁顶板(31)；所述倒角段箱梁底板(42)的一端连接超高性能混凝土箱梁底板(22)，另一端连接所述对接段箱梁底板(32)；所述倒角段箱梁腹板(43)的一端连接超高性能混凝土箱梁腹板(23)，另一端连接所述对接段箱梁腹板(33)；所述倒角段纵向连接钢筋(45)的一端连接所述超高性能混凝土箱梁纵向连接钢筋(25)，另一端连接所述对接段箱梁纵向连接钢筋(35)；
所述体内纵向预应力索(6)直线穿过所述普通混凝土箱梁顶板(11)以及对接段箱梁顶板(31)固定于所述超高性能混凝土箱梁顶板(21)上；
所述体外纵向预应力索(7)包括第一体外纵向预应力索以及第二体外纵向预应力索，所述第一体外纵向预应力索直线穿过所述普通混凝土箱梁顶板(11)、对接段箱梁顶板(31)以及超高性能混凝土箱梁顶板(21)下缘固定在所述超高性能混凝土箱梁节段(2)的锚固块(71)上；所述第二体外纵向预应力索直线穿过普通混凝土箱梁横隔板(14)以及对接段箱梁(3)通过所述锚固块(71)固定在超高性能混凝土箱梁节段横隔板(24)上。
2.根据权利要求1所述的不同性能混凝土梁的连接构造，其特征在于：所述超高性能混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或密实配筋复合材料。
3.根据权利要求1所述的不同性能混凝土梁的连接构造，其特征在于：所述的倒角段(4)还包括增强钢筋(8)，所述增强钢筋(8)的一端连接所述普通混凝土箱梁纵向连 接钢筋(15)，另一端连接所述倒角段纵向连接钢筋(45)，且所述增强钢筋(8)的接头与所述对接段箱梁纵向连接钢筋(35)的接头纵向错位设置。
4.根据权利要求1所述的不同性能混凝土梁的连接构造，其特征在于：所述倒角段箱梁底板(42)内侧上纵向设有数量大于等于1的加劲板(5)。
5.根据权利要求4所述的不同性能混凝土梁的连接构造，其特征在于：所述加劲板(5)为不等高的I型超高性能混凝土板。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的不同性能混凝土梁的连接构造，其特征在于：所述超高性能混凝土箱梁节段(2)之间的接缝(9)为外宽内窄的牛腿式抗剪接缝(91)。
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