CN111424524A

CN111424524A - 适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁

Info

Publication number: CN111424524A
Application number: CN201910837777.6A
Authority: CN
Inventors: 郑辉; 易翔; 汪建群; 张海萍
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2020-07-17

Abstract

本发明属于桥梁工程技术领域，公开一种适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其包括位于预制拼装梁两端的边支座单元和位于两个边支座单元之间的至少一个标准单元拼接而成，标准单元和边支座单元在相互拼接处的腹板底部处均设有第一转向装置供高强预应力钢筋穿过，边支座单元另一端在腹板上预埋有供高强预应力钢筋伸出的预应力钢束管道，预应力钢束管道出口端设有锚固装置对高强预应力钢筋进行锚固；贯穿各预制主梁单元的高强预应力钢筋数量根据预制拼装梁结构强度确定。本发明的预制主梁单元便于工厂预制和运输，可根据桥梁跨度自由选择边支座单元、标准单元、中支座单元搭配组合，变换高强预应力钢筋数量即可，实现桥梁的模数式配置。

Description

适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体地，涉及一种适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁。

背景技术

目前大部分装配式预应力混凝土T形梁桥采用普通混凝土，具有结构简单、节省材料、受力明确、架设安装方便，跨越能力较大等优点，普通混凝土T梁的经济跨度一般为25m～40m。但是单片T梁的吊装重量随着跨径的增加会越来越重，目前40m单片T梁的吊装重量已达140t，对吊装设备及施工工艺要求严格。大跨T梁恒荷载占比过大的问题，可通过采用高性能材料取代普通材料加以实现，比如采用超高性能混凝土混凝土取代普通混凝土。

超高性能混凝土是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，UHPC具有较高的韧性、高的抗压强度和优异的耐久性，在热养护的条件下基本无收缩，且长期荷载作用下徐变很小（约为普通混凝土的1/10）。UHPC 因其良好的材料性能在使桥梁结构向轻质、大跨方向发展和实现使用环境下的长寿命以及减少后期维护费用等方面极具潜力，是土木工程领域极具应用前景的新型建筑材料。目前的研究表明：同条件下，UHPC结构较普通混凝土结构自重可减轻20%～40%，跨越能力大，可适用于30～60m跨径。

但是，如果在役的预制拼装T梁桥不能满足新的设计规范要求，需要更换，这时桥梁现场缺乏预制场和传统混凝土梁吊装重量过大的问题就会极大的影响旧桥维修改造进度，如能在工厂提前预制好，则可解决现场缺乏预制场的问题，但工厂提前预制还会存在运输的问题，因为主梁的长度为20～60m，传统运输工具效率低下。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种可根据桥梁需要即时进行拼装的、适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，由多个贯穿有高强预应力钢筋的预制主梁单元拼接而成，预制主梁单元包括位于预制拼装梁两端的边支座单元和位于两个边支座单元之间的至少一个标准单元，标准单元和边支座单元在相互拼接处的腹板底部处均设有多个第一转向装置供高强预应力钢筋穿过和转向，边支座单元另一端在腹板上预埋有供高强预应力钢筋伸出的预应力钢束管道，预应力钢束管道出口端设有锚固装置对高强预应力钢筋进行锚固。

贯穿各预制主梁单元的高强预应力钢筋数量与预制拼装梁跨径的平方正相关。

进一步地，预制主梁单元还包括设于标准单元之间的至少一个中支座单元，中支座单元与标准单元在相互拼接处的腹板底部处均设有多个第二转向装置供高强预应力钢筋穿过和转向，中支座单元长度方向中心段在腹板顶部处设有多个第三转向装置供高强预应力钢筋穿过和转向。

更进一步地，各预制主梁单元在第一转向装置和/或第二转向装置设置位置的腹板两侧具有加宽部。

再进一步地，预制主梁单元在第三转向装置设置位置的腹板两侧也具有加宽部。

再进一步地，多个第一转向装置、第二转向装置分别分布在预制主梁单元的腹板和加宽部中。

还进一步地，位于腹板中的第一转向装置和/或第二转向装置在安装高强预应力钢筋后还需加灌注浆体使高强预应力钢筋的钢束与预制主梁单元混凝土粘结。

进一步地，预制主梁单元在拼接处呈键齿结构拼接，键齿间涂覆界面胶。

更进一步地，预制拼装梁在中支座单元设置第三转向装置的位置处具有桥墩支撑。

进一步地，边支座单元上的多根预应力钢束管道在腹板上呈竖直方向布置。

进一步地，预制主梁单元长度为10～20m。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）预制拼装梁由多个预制主梁单元结合而成，便于工厂预制和实现快捷运输，可即时根据预制拼装梁的跨度规格，自由选择边支座单元、标准单元、中支座单元搭配组合，通过张拉高强预应力钢筋使多个预制主梁单元形成一个整体，只需变换高强预应力钢筋数量即可，真正实现桥梁的模数式配置；

2）相邻预制主梁单元通过可提高截面抗剪能力的键齿结构拼接，进一步提高预制拼装梁的整体结构强度；

3）各预制主梁在高强预应力钢筋转向位置处均具有加宽部，该加宽部可同时作为体外预应力钢束的转向块，此外，加宽部还使该处键齿结构的尺寸更大，为该处提供足够的抗剪能力；

4）本申请的预制主梁单元相对于传统的预制主梁来说长度较短，便于运输和吊装，尤其适用于改扩建工程。

附图说明

图1为实施例1所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁的结构示意图；

图2为实施例1所述的标准单元的结构示意图；

图3为图2中I-I截面图；

图4为图2中Ⅱ-Ⅱ截面图(图5和图8中Ⅱ-Ⅱ截面图与图4相同）；

图5为实施例1所述的边支座单元的结构示意图；

图6为图5中Ⅲ-Ⅲ截面图；

图7为实施例2所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁的结构示意图；

图8为实施例2所述的中支座单元的结构示意图；

图9为图8中Ⅳ-Ⅳ截面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

提供一种适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，一般适应于30m左右跨径的简支梁桥，如图1、图2和图5所示，一种适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，由多个贯穿有高强预应力钢筋1的预制主梁单元拼接而成，预制主梁单元包括位于预制拼装梁两端的边支座单元2和位于两个边支座单元之间的一个或两个标准单元3，标准单元3和边支座单元2在相互拼接处的腹板A底部处均设有多个第一转向装置41供高强预应力钢筋1穿过和转向，本实施例中第一转向装置数量为3，第一转向装置在标准单元和边支座单元上呈直线状设置，边支座单元2另一端在腹板A上预埋有供高强预应力钢筋伸出的预应力钢束管道5，预应力钢束管道与第一转向装置数量相等，预应力钢束管道5呈末端朝上的倾斜状安装，预应力钢束管道出口端设有锚固装置6对高强预应力钢筋进行锚固。

本实施例旨在自由选择不同的预制主梁单元配合，通过改变梁体的配筋情况，来形成所需跨径的预制拼装梁，其中，贯穿各预制主梁单元的高强预应力钢筋数量与预制拼装梁跨径的平方正相关，主要是依据预制拼装梁抗弯承载能力及结构刚度要求确定，一般情况是预制拼装梁跨径越大，所需的高强预应力钢筋数量数量越多。总的来说，标准单元和边支座单元均可统一模板制作好，在拼装所需简支梁桥时，两端布置边支座单元，中间布置一个或多个标准单元，此即本实施例的模数式设计思想。

各预制主梁单元底部根据预制拼装梁的受力需要还布设有一定数量的普通钢筋71和/或先张法预应力钢筋72，普通钢筋包括纵向钢筋、箍筋、弯起钢筋、横向钢筋、构造钢筋等，先张法预应力钢筋一般采用高强预应力钢丝或者钢绞线，预应力钢筋数量、布置位置、张拉控制应力等均需根据预制拼装梁所受荷载计算确定，达到安全与经济的平衡。

为增加各预制主梁单元在拼接处的结构强度，各预制主梁单元在第一转向装置设置位置的腹板A两侧具有加宽部B，即预制主梁单元端部截面需增大，如图4和图6所示，各预制主梁截面一般呈如图3所示的T型或带马蹄的工型，多个第一转向装置41一部分设置在腹板A上，一部分设置在加宽部B上，且多个第一转向装置均水平布置，此时，加宽部B成为了体外高强预应力钢筋的转向块。本实施例中的高强预应力钢筋整体呈凹造型，仅具有一个波谷。

可选地，位于腹板A中的第一转向装置41在安装高强预应力钢筋并将钢束张拉后，还可进一步加灌注浆体使钢束与预制主梁单元混凝土之间产生粘结，该处的高强预应力钢筋成为有粘结预应力钢筋。

预制主梁单元在拼接处呈键齿结构拼接，其中，标准单元3两端的键齿结构为互补键齿(即凸键齿与凹键齿互补），位于预制拼装梁两端的两个边支座单元2上的键齿结构也需为互补键齿，键齿8间涂覆界面胶，键齿结构可以提高拼接截面的抗剪能力。此外，各预制主梁单元端部的加宽部还可使键齿结构增宽，进而使得该处剪力键的尺寸更大，可以提供足够的抗剪力。

如图6所示，边支座单元上的多根预应力钢束管道5在腹板上呈竖直方向布置（图5的边支座单元端部仅示出了一个预应力管道钢束和一个锚固装置，不代表实际个数），这种布置方式主要是从受力和锚固空间的方面来考虑的。

预制主梁单元跨径设计为10～15m，通过多个预制主梁单元的组合，实现预制拼装梁的模数化、标准化。本实施例的预制主梁单元相较于传统的20米起步的预制主梁来说长度较短，便于运输和吊装，尤其适用于改扩建工程。

预制主梁单元采用超高性能混凝土进行预制，结构自重轻、耐久性好、跨越能力大。

实施例2

本实施例提供一种适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，一般适应于40～70m左右跨径的多跨连续式梁桥，如图7和8所示，其与实施例1的区别在于：预制主梁单元还包括设于标准单元3之间的一个中支座单元9，中支座单元9在与标准单元相互拼接处的腹板底部处均设有多个第二转向装置42供高强预应力钢筋穿过和转向，第二转向装置42与第一转向装置41呈连续状布置，中支座单元长度方向中心段在腹板顶部处设有多个第三转向装置43供高强预应力钢筋穿过和转向。第二转向装置、第三转向装置均与第一转向装置数量相等。多个第三转向装置水平布置，当然，第三转向装置的设置位置也可根据预制主梁单元的结构受力分析再作确定，并不局限于上述位置。

如图9所示，预制主梁单元在第二转向装置、第三转向装置设置位置的腹板两侧也具有与实施例1相同的加宽部B。

中支座单元9与标准单元3之间也为通过键齿8拼接，中支座单元两端的键齿结构也为互补键齿，以便与其它预制主梁单元形成连续拼接。

本实施例中的高强预应力钢筋整体呈波浪造型，在经过第三转向装置时形成波峰，在经过第一转向装置和第二转向装置时形成波谷，而预制拼装梁在中支座单元设置第三转向装置的位置处还增设有桥墩C对该处进行支撑。

中支座单元的长度一般可设计为标准单元的2倍左右，本实施例的中支座单元长度为15～20m。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，由多个贯穿有高强预应力钢筋的预制主梁单元拼接而成，预制主梁单元包括位于预制拼装梁两端的边支座单元和位于两个边支座单元之间的至少一个标准单元，标准单元和边支座单元在相互拼接处的腹板底部处均设有多个第一转向装置供高强预应力钢筋穿过和转向，边支座单元另一端在腹板上预埋有供高强预应力钢筋伸出的预应力钢束管道，预应力钢束管道出口端设有锚固装置对高强预应力钢筋进行锚固。

2.根据权利要求1所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，预制主梁单元还包括设于标准单元之间的至少一个中支座单元，中支座单元与标准单元在相互拼接处的腹板底部处均设有多个第二转向装置供高强预应力钢筋穿过和转向，中支座单元长度方向中心段在腹板顶部处设有多个第三转向装置供高强预应力钢筋穿过和转向。

3.根据权利要求2所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，各预制主梁单元在第一转向装置和/或第二转向装置设置位置的腹板两侧具有加宽部。

4.根据权利要求3所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，预制主梁单元在第三转向装置设置位置的腹板两侧也具有加宽部。

5.根据权利要求3或4所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，多个第一转向装置、第二转向装置分别分布在预制主梁单元的腹板和加宽部中。

6.根据权利要求5所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，位于腹板中的第一转向装置和/或第二转向装置在安装高强预应力钢筋后还需加灌注浆体使高强预应力钢筋的钢束与预制主梁单元混凝土粘结。

7.根据权利要求1所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，预制主梁单元在拼接处呈键齿结构拼接，键齿间涂覆界面胶。

8.根据权利要求2所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，预制拼装梁在中支座单元设置第三转向装置的位置处具有桥墩支撑。

9.根据权利要求1所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，边支座单元上的多根预应力钢束管道在腹板上呈竖直方向布置。

10.根据权利要求1或2所述的适应不同跨径的模数式超高性能混凝土预制拼装梁，其特征在于，预制主梁单元长度为10～20m。