CN105064196B - 预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥，采用预制鱼腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力，这大幅提高了钢梁的抗弯刚度，使成桥后桥面板混凝土的预压应力增加，使简支组合梁的跨越能力大幅增加，并避免了预应力钢筋的大气暴露，大幅提高了预应力筋的耐久性与可靠性能。同时，该结构的钢混组合简支梁桥可方便的运输、预制、拼装，完全能够满足工厂预制构件与现场快速安装的要求。据此，发明人还建立了相应的施工方法，采用该法施工安全、优质、方便、快捷。
Description
技术领域
本发明属于交通运输桥涵工程领域，尤其涉及一种预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥及其施工方法。
背景技术
随着立体交通基础设施的发展，在人口密集区域城市桥梁施工或高速公路跨线施工时，面临着繁忙交通条件下桥梁结构施工过程不中断交通的问题，这对施工安全性要求高、施工周期要求短，同时还要兼顾景观与环保要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种构件方便预制、现场安装快速的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥及其施工方法，以满足立体交通施工安全性高、周期短、注重景观与环保的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥，采用预制鱼腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。
该钢混组合简支梁桥的矢跨比控制在1/15-1/20之间，下翼缘鱼腹线型为悬链线或抛物线。
该钢混组合简支梁桥的支座截面高度与跨中最大高度之比控制在1/2-2/3之间。
上述预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥的施工方法，包括以下步骤：
<1>提前预制混凝土桥面板和预制鱼腹工字型钢梁
预制鱼腹工字型钢梁时，焊接加工预制单元的下翼缘钢包混凝土构件，采用钢梁制梁台架，将下翼缘钢包混凝土构件、上翼缘板、腹板、横向加劲肋、纵向加劲肋、支座区域腹板、支座构件下翼缘、支座加劲肋、支座横向加劲肋、支座竖向加劲肋焊接成单个梁鱼腹工字型预制单元；在下翼缘钢包混凝土构件内绑扎环状箍筋与架立钢筋构成钢筋笼，设置波纹管，波纹管穿过下翼缘构件内带孔横隔板并穿过支座，之后焊接下翼缘包板；在下翼缘处安装混凝土斜模板，浇筑下翼缘钢包板内混凝土，混凝土养护；
<2>现场吊装
在混凝土养护后，将预制鱼腹工字型预制单元运输到施工现场并定位吊装；多片预制鱼腹工字型预制单元之间，采用跨中空腹式横隔板与支座空腹式横隔板连接；
<3>张拉预应力
混凝土桥面板湿接缝混凝土养护完成后，张拉下翼缘钢包混凝土构件内预应力筋，形成预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥。
预制混凝土桥面板的吊装龄期在180天以上，混凝土桥面板设置桥面板槽型孔并在槽型孔内预留钢筋，吊装时通过现浇混凝土上翼缘集束式剪力钉与槽型孔内预留钢筋连接。
单个梁鱼腹工字型预制单元包括两片鱼腹工字钢梁，两片鱼腹工字钢梁距离为工字型梁跨中高度的0.7-1.5倍。
下翼缘钢包混凝土构件底板与腹板沿梁通长焊接在一起，在腹板的各横向加劲肋位置下部设置开洞横隔板，在下翼缘钢包混凝土构件的腹板、底板和包板内表面布置剪力钉，下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土在整个工字梁预制单元预制完成后再进行现浇。
下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土采用细粒连续级配抗裂混凝土；桥面板的横向湿接缝采用速凝微膨胀混凝土，纵向湿接缝采用速凝混凝土。
支座附近的腹板与顶底板表面布置剪力钉群；上翼缘的上表面采用长、短两种剪力钉布置方式，短剪力钉为均布式，均布的短剪力钉长度为5-10cm；长剪力钉为集束式，集束式长剪力钉长度为20-25cm。
跨中空腹式横隔板由跨中空腹式横隔板上弦杆、跨中空腹式横隔板下弦杆、跨中空腹式横隔板斜组成；支座空腹式横隔板由支座空腹式横隔板上弦杆、支座空腹式横隔板下弦杆、支座空腹式横隔板斜组成。
为满足立体交通施工的严格要求，发明人设计了一种预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥，采用预制鱼腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力，这大幅提高了钢梁的抗弯刚度，使成桥后桥面板混凝土的预压应力增加，使简支组合梁的跨越能力大幅增加，并避免了预应力钢筋的大气暴露，大幅提高了预应力筋的耐久性与可靠性能。同时，该结构的钢混组合简支梁桥可方便的运输、预制、拼装，完全能够满足工厂预制构件与现场快速安装的要求。据此，发明人还建立了相应的施工方法，采用该法施工安全、优质、方便、快捷。
附图说明
图1是本发明预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥中预制混凝土桥面板的布置图。
图2是图1预制桥面板中单块桥面板上预留槽孔和钢筋的布置图。
图3是支座部位布置立面详图与支座构件示意图。
图4是单个鱼腹工字型截面梁预制单元截面图。
图5是本发明预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥的结构立面示意图。
图6是上翼缘承托混凝土现浇以及剪力钉横截面的布置图。
图7是下翼缘钢包混凝土构件立体图。
图8是预制钢梁节段立体图。
图9是预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥跨中横截面示意图。
图10是预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥支座横截面示意图。
图11是应用本发明预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥的某城市立交跨线桥48m主跨立面图。
图12是某城市立交跨线桥48m主跨跨中横截面图。
图13是某城市立交跨线桥48m主跨支座横截面图。
图14是某城市立交跨线桥48m主跨下翼缘钢包混凝土构件横截面图。
图中：1腹板，2预制混凝土桥面板，2a桥面板槽型孔，2b预制桥面板槽型孔内的预留钢筋，2c预制桥面板板周预留钢筋，3纵向加劲肋，4下翼缘钢包混凝土构件，4a下翼缘钢包混凝土构件内的开洞横隔板，4b内表面栓钉，4c下翼缘钢包混凝土构件内细粒连续级配混凝土体，4d下翼缘钢包混凝土构件包板，4e下翼缘钢包混凝土构件底板，4f下翼缘钢包混凝土构件腹板，4g下翼缘钢包混凝土构件顶板，5横向加劲肋，6支座构件，6a支座加劲肋，6b支座构件下翼缘，6c支座纵向加劲肋，6d支座竖向加劲肋，6e支座构件上弯板，6f支座区域钢包混凝土翼缘下方的腹板，7钢梁端部锚固区域板件表面分布的剪力钉群，8上翼缘板，9支座预应力筋锚固点，10跨中空腹式横隔板，10a跨中空腹式横隔板上弦杆，10b跨中空腹式横隔板下弦杆，10c跨中空腹式横隔板斜杆，10d跨中空腹式横隔板节点板，11桥面板湿接缝，11a桥面板横向湿接缝，11b桥面板纵向湿接缝，12支座空腹式横隔板，12a支座空腹式横隔板上弦杆，12b支座空腹式横隔板下弦杆，12c支座空腹式横隔板斜杆，12d支座空腹式横隔板节点板，13下翼缘钢包混凝土构件内预应力筋，14预制桥面板下架设的小纵梁，15上翼缘集束式剪力钉，16小纵梁、空腹式横隔板上弦杆表面均匀布置的剪力钉，17上翼缘上表面均布剪力钉，18上翼缘上表面混凝土承托，19支座区域下翼缘上弯板，20鱼腹工字型截面梁预制单元，21为单片鱼腹工字钢梁，22桥梁支座，23支座锚固区混凝土。
具体实施方式
一、预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥的基本结构
采用预制鱼腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力。其矢跨比控制在1/15-1/20之间，此处的矢跨比定义为工字组合梁跨中的高度与跨度之比，下翼缘鱼腹线型为悬链线或抛物线；其支座截面高度与跨中最大高度之比控制在1/2-2/3之间。靠近支座区域腹板沿主梁的长度控制根据主梁的设计剪力确定，支座附近的剪力应满足：
V≤tfhffv+0.75Agfgtanθ+Asfstanθ
式中，V为设计剪力，tf为腹板厚度，hf_为腹板高度，fv为腹板抗剪强度设计值，Ag为钢绞线总面积，fg为钢绞线抗拉强度设计值，θ为钢绞线或钢包混凝土翼缘与水平方向夹角，As为钢包翼缘钢材面积，fs为钢包翼缘钢材抗拉强度设计值。
二、预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥的施工方法
<1>提前预制混凝土桥面板和预制鱼腹工字型钢梁
预制混凝土桥面板2的吊装龄期在180天以上，混凝土桥面板设置桥面板槽型孔2a并在槽型孔内预留钢筋2b，吊装时通过现浇连接上翼缘集束式剪力钉15与槽型孔内预留钢筋2b连接(见图1和图2)。
预制鱼腹工字型钢梁时，焊接加工预制单元的下翼缘钢包混凝土构件4，采用钢梁制梁台架，将下翼缘钢包混凝土构件4、上翼缘板8、腹板1、横向加劲肋5、纵向加劲肋3、支座构件上弯板6e、支座构件下翼缘6b、支座加劲肋6a、支座纵向加劲肋6c、支座竖向加劲肋6d(见图3)焊接成单个鱼腹工字型截面梁预制单元20，(图4)；在下翼缘钢包混凝土构件4内绑扎环状箍筋与架立钢筋构成钢筋笼，设置波纹管，波纹管穿过下翼缘钢包混凝土构件内的开洞横隔板4a并穿过支座，之后焊接下翼缘钢包混凝土构件包板4d；在下翼缘处安装混凝土斜模板，浇筑下翼缘钢包混凝土构件内细粒连续级配混凝土体4c，混凝土养护；
其中，单个鱼腹工字型截面梁预制单元20包括两片鱼腹工字钢梁21，(图4、图5)，两片鱼腹工字钢梁距离为工字型梁跨中高度的0.7-1.5倍。
下翼缘钢包混凝土构件底板与腹板沿梁通长焊接在一起，在腹板的各横向加劲肋位置下部设置开洞横隔板，在下翼缘钢包混凝土构件腹板4f、底板4e和包板4d内表面布置内表面栓钉4b(包板4d先不焊上)，下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土在整个工字梁预制单元20预制完成后再进行现浇。采用钢包板可以最大限度的方便混凝土的现浇施工，并有效提升下翼缘混凝土与钢下翼缘的整体性。见图6、图7与图8
下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土4c采用细粒连续级配抗裂混凝土，以有效的包裹波纹管并防止裂纹出现；桥面板的横向湿接缝11a采用速凝微膨胀混凝土，纵向湿接缝11b采用速凝混凝土，使得桥面板在纵向获得一定的预压力，有利于桥梁结构的整体受力，并可以有效的防止湿接缝、桥面板混凝土开裂，提高桥面板耐久性。靠近支座部位梁截面高度较小的时，靠近支座部位的下翼缘钢包混凝土构件的钢板与腹板可采用高强度钢，但最大强度不超过主体钢材强度的2倍。在抗截面高度较小、钢梁抗剪强度不足时可考虑采用高强度钢以承受较大的剪力。
支座附近的腹板与顶底板表面布置剪力钉群7，以保证端部锚固区混凝土与钢梁的连接；上翼缘的上表面采用长、短两种剪力钉布置方式，短剪力钉为均布式，上翼缘上表面均布剪力钉17长度为5-10cm，用以连接现浇预制上翼缘板混凝土承托18；长剪力钉为集束式，上翼缘集束式长剪力钉15长度为20-25cm，根据预制桥面板槽型孔2a的位置分布，用以连接预制混凝土桥面板见图6。
<2>现场吊装
在混凝土养护后，将预制鱼腹工字型预制单元运输到施工现场并定位吊装；多片预制鱼腹工字型预制单元之间，采用跨中空腹式横隔板与支座空腹式横隔板连接；
跨中空腹式横隔板10由跨中空腹式横隔板上弦杆10a、跨中空腹式横隔板下弦杆10b、跨中空腹式横隔板斜10c组成；支座空腹式横隔板12由支座空腹式横隔板上弦杆12a、支座空腹式横隔板下弦杆12b、支座空腹式横隔板斜12c组成。见图9与图10.
<3>张拉预应力
混凝土桥面板湿接缝混凝土养护完成后，张拉下翼缘钢包混凝土构件内预应力筋，形成预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥。
三、预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥的应用
某城市立交跨线桥的主跨跨径为48m，双向六车道，桥梁横向设计宽度为21.5m，下部跨越城市八车道主干道，业主要求不能中断交通，故采用本发明提出的预制拼装的鱼腹板梁预应力钢混组合简支梁桥方案。
主跨为48m，矢跨比选取为1/16，跨中钢梁高度为3.0m，承托厚度为0.1m，桥面板厚度为0.2m，支座部位钢梁高度为1.5m。单片钢梁间距选为3m，左右两侧悬臂挑出2.2m，中部悬臂挑出2.0m，下翼缘钢包混凝土构件内共设置8个预应力钢筋孔，每孔采用一束7φ15.2mm1860预应力钢绞线。横向采用3个鱼腹工字型截面梁预制单元。该桥主跨的立面见图11，跨中横截面见图12，支座横截面见图13，下翼缘钢包混凝土构件横截面图见图14。
本发明采用的方法在钢梁预制完成后在2-3天内将主跨钢梁吊装完成，并在夜晚吊装混凝土桥面板，现场湿作业量小，吊装快速、安全，无扬尘作业，大幅降低了城市桥梁施工对交通的妨碍。
Claims (9)
1.一种预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥的施工方法，其特征在于采用预制鱼腹板梁和预制混凝土桥面板，在鱼腹工字型梁下翼缘采用钢包混凝土构件，在下翼缘钢包混凝土构件的混凝土中张拉预应力；具体按以下步骤操作进行：
<1>提前预制混凝土桥面板和预制鱼腹工字型钢梁
预制鱼腹工字型钢梁时，焊接加工预制单元的下翼缘钢包混凝土构件，采用钢梁制梁台架，将下翼缘钢包混凝土构件、上翼缘板、腹板、横向加劲肋、纵向加劲肋、支座区域腹板、支座构件下翼缘、支座加劲肋、支座横向加劲肋、支座竖向加劲肋焊接成单个梁鱼腹工字型预制单元；在下翼缘钢包混凝土构件内绑扎环状箍筋与架立钢筋构成钢筋笼，设置波纹管，波纹管穿过下翼缘构件内带孔横隔板并穿过支座，之后焊接下翼缘包板；在下翼缘处安装混凝土斜模板，浇筑下翼缘钢包板内混凝土，混凝土养护；
<2>现场吊装
在混凝土养护后，将预制鱼腹工字型预制单元运输到施工现场并定位吊装；多片预制鱼腹工字型预制单元之间，采用跨中空腹式横隔板与支座空腹式横隔板连接；
<3>张拉预应力
混凝土桥面板湿接缝混凝土养护完成后，张拉下翼缘钢包混凝土构件内预应力筋，形成预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述预制混凝土桥面板的吊装龄期在180天以上，混凝土桥面板设置桥面板槽型孔并在槽型孔内预留钢筋，吊装时通过现浇混凝土上翼缘集束式剪力钉与槽型孔内预留钢筋连接。
3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述单个梁鱼腹工字型预制单元包括两片鱼腹工字钢梁，两片鱼腹工字钢梁距离为工字型梁跨中高度的0.7-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述下翼缘钢包混凝土构件底板与腹板沿梁通长焊接在一起，在腹板的各横向加劲肋位置下部设置开洞横隔板，在下翼缘钢包混凝土构件的腹板、底板和包板内表面布置剪力钉，下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土在整个工字梁预制单元预制完成后再进行现浇。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述下翼缘钢包混凝土构件内的混凝土采用细粒连续级配抗裂混凝土；所述桥面板的横向湿接缝采用速凝微膨胀混凝土，纵向湿接缝采用速凝混凝土。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述支座附近的腹板与顶底板表面布置剪力钉群；所述上翼缘的上表面采用长、短两种剪力钉布置方式，短剪力钉为均布式，均布的短剪力钉长度为5-10cm；长剪力钉为集束式，集束式长剪力钉长度为20-25cm。
7.权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述跨中空腹式横隔板由跨中空腹式横隔板上弦杆、跨中空腹式横隔板下弦杆、跨中空腹式横隔板斜组成；所述支座空腹式横隔板由支座空腹式横隔板上弦杆、支座空腹式横隔板下弦杆、支座空腹式横隔板斜组成。
8.权利要求1所述施工方法得到的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥，其特征在于：该钢混组合简支梁桥的矢跨比控制在1/15-1/20之间，下翼缘鱼腹线型为悬链线或抛物线。
9.根据权利要求8所述的预制拼装的鱼腹工字型预应力钢混组合简支梁桥，其特征在于：该钢混组合简支梁桥的支座截面高度与跨中最大高度之比控制在1/2-2/3之间。
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