可防止底板崩裂的宽幅箱梁桥主梁底板结构及其施工方法与流程

本发明涉及公路桥梁，特别是一种可防止底板崩裂的宽幅箱梁桥主梁底板结构及其施工方法。

背景技术：
本发明所述宽幅箱梁桥是指底板平均厚度(主梁跨中处底板厚度与主梁根部处底板厚度之和的平均值)为底板宽度的1/50～1/20的单箱单室预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝土连续刚构桥。这种宽幅箱梁桥的主梁因下述原因导致其底板在施工中和桥梁投入运营后易发生崩裂：主梁在跨中和边支点处高度较小，在中支点处高度较大，中支点处的梁高一般以抛物线形式向跨中和边支点处的梁高过渡，使底板形成曲面(见图1)。底板预应力钢筋布置于底板内，其立面上的布置形状与底板相似，也呈曲线形。曲线形的底板预应力钢筋以张拉力Np张拉后会对底板产生径向力(见图2)，因底板平均厚度与底板宽度之比过小，底板的长细比过大，使底板刚度不足，在底板预应力钢筋的径向力作用下，底板容易发生崩裂。防止宽幅箱梁桥底板崩裂的传统方法，是在底板设置防崩钢筋。该方法存在的问题是：一是防崩钢筋的设计缺乏依据，包括防崩钢筋是否设置、设置的间距、所用防崩钢筋的钢筋等级和直径等均无直接规定；二是施工中防崩钢筋难以完全扣住底板预应力钢筋的波纹管，不易发挥作用；三是不能解决底板自身刚度不足的问题。

技术实现要素：
针对上述防止宽幅箱梁桥底板崩裂的传统方法存在的问题，本发明的目的是提供一种可有效防止底板崩裂的宽幅箱梁桥主梁底板结构及其施工方法。本发明提供的可防止底板崩裂的宽幅箱梁桥主梁底板结构，在置有底板预应力钢筋段的底板上部沿顺桥向有间隔设置的底板加厚横梁，在底板的底面有与底板加厚横梁上下对应的钢板，底板加厚横梁的顶面和钢板的底面呈水平状态；在底板加厚横梁和底板中有间隔分布、上下对应的孔道，孔道中穿有由精轧螺纹钢筋构成的竖向预应力钢筋，竖向预应力钢筋伸出底板加厚横梁的上端和伸出钢板的下端分别由螺母固定。所述底板加厚横梁沿顺桥向的相互间距sv的取值范围为：150cm≤sv≤300cm；底板加厚横梁的中心高度d2的取值范围为：(K/15-dj)≤d2≤(K/10-dj)，式中K为底板宽度，dj为底板平均厚度。上述宽幅箱梁桥主梁底板结构的施工方法包括以下步骤：步骤1、浇筑主梁按设计架设模板和绑扎钢筋(包括主梁和底板加厚横梁的钢筋)后，浇筑主梁及底板加厚横梁的混凝土，同时在底板的底面预埋钢板，在底板加厚横梁和底板中预留上下对应的孔道，钢板中预留与该孔道对应的钻孔；步骤2、安装和张拉竖向预应力钢筋待步骤1的混凝土强度达到90％设计强度时，将竖向预应力钢筋逐根穿过底板加厚横梁和底板中预留的孔道及钢板的钻孔，利用竖向预应力钢筋上端的螺母将竖向预应力钢筋的上端固定在底板加厚横梁的上部(螺母与底板加厚横梁之间放钢垫圈)；用手指旋拧竖向预应力钢筋下端的螺母，使其与钢板表面贴紧，以手指用正常力不能继续旋拧竖向预应力钢筋时其下端伸出螺母的长度为基准，用旋拧工具继续旋拧竖向预应力钢筋下端的螺母的方式对竖向预应力钢筋进行张拉，同时测量竖向预应力钢筋下端伸出螺母长度的增加值，将该增加值定义为竖向预应力钢筋张拉伸长量，待竖向预应力钢筋张拉伸长量达到限定值Δ时停止张拉竖向预应力钢筋；限定值Δ按下式求得：式中σcon：底板预应力钢筋的设计张拉应力(MPa)，AP：底板预应力钢筋的总截面面积(mm2)，sv：底板加厚横梁沿顺桥向的相互间距(m)，n：在同一底板加厚横梁上的竖向预应力钢筋肢数，r：底板的圆曲线半径(m)，当为其它曲线形式时，按照计算取用，其中l为曲线弦长，β为曲线矢高f与弦长l之比，Es：竖向预应力钢筋(5)的弹性模量(MPa)，Apv：单肢竖向预应力钢筋的截面面积(mm2)，d1：底板厚度(mm)，d2：底板加厚横梁的中心高度(mm)；步骤3、张拉底板预应力钢筋所有竖向预应力钢筋全部张拉完毕后，张拉底板预应力钢筋，完成宽幅箱梁桥主梁底板结构施工。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过底板加厚横梁使底板的刚度增强；通过竖向预应力钢筋可抵消张拉底板预应力钢筋对底板的径向力，二者结合，可有效防止底板在张拉底板预应力钢筋时和桥梁投入运营后发生崩裂。(2)张拉竖向预应力钢筋时，按照计算公式计算出的限定值Δ控制竖向预应力钢筋张拉伸长量，可使竖向预应力钢筋产生的预应力恰好抵消底板预应力钢筋产生的径向力，起到有效防止底板发生崩裂的作用，又不会因过度张拉对底板结构造成损害。附图说明图1为本发明宽幅箱梁桥主梁的侧视图；图2为底板预应力钢筋径向力示意图；图3为底板曲线弦长l与矢高f示意图；图4为沿主梁纵向局部剖视图；图5为图4中A-A断面图；图6为图4中部B放大图。图中：1–主梁，2–底板，3–底板预应力钢筋，4–钢垫圈，5–竖向预应力钢筋，6–底板加厚横梁，7–孔道，8–钢板，9–螺母。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。如图1所示，本实施例可防止底板崩裂的宽幅箱梁桥为预应力混凝土连续刚构桥，其底板2为曲面，置于底板内的底板预应力钢筋3也呈曲线形。宽幅箱梁桥的主梁1的跨度为90m，跨中梁高2.2m，中支点处梁高5.5m。底板宽度K＝1200cm；底板厚度在跨中KZ处为25cm，底板厚度在主梁根部GB处为50cm，底板平均厚度dj＝37.5cm，为底板宽度的1/32，属于宽幅箱梁桥。置有底板预应力钢筋的底板厚度由25.0cm渐增至37.0cm。如图3所示，跨中底板曲线弦长l＝84.0m，由跨中和中支点处的梁高可得，矢高f＝5.5-2.2＝3.3m，求得底板的圆曲线半径如图4所示，在底板上共布置有16孔底板预应力钢筋，单个孔道的底板预应力钢筋的截面面积为2919mm2，16孔底板预应力钢筋的总截面面积为AP＝46704mm2，底板预应力钢筋的设计张拉应力σcon＝1395MPa(图2所示底板预应力钢筋的张拉力Np与其对应)。如图2所示，曲线形的底板预应力钢筋以张拉力Np张拉后会对底板产生径向力。因底板平均厚度与底板宽度之比过小，底板的长细比过大，使底板刚度不足，施工中和桥梁投入运营后，在张拉底板预应力钢筋产生的径向力作用下，底板容易发生崩裂变形。如图4、图5和图6所示，为防止底板发生崩裂，在底板上部浇筑沿桥纵向相互间距sv＝2.5m的底板加厚横梁6，底板加厚横梁截面呈类梯形，底板加厚横梁中心高度d2＝55cm，浇筑时，在底板的底面预埋厚20mm、宽10cm的Q235C型钢板8，并使底板加厚横梁的顶面及钢板的底面呈水平状态。在底板加厚横梁和底板中利用金属波纹管预留相互间距3200mm、4400mm、3200mm的4个孔道7，其中两侧的孔道位于底板加厚横梁的两端，在钢板中加工出与该孔道对应的钻孔；用直径为18mm的PSB785精轧螺纹钢筋作为竖向预应力钢筋5(其弹性模量Es＝2.0×105Mpa，单肢竖向预应力钢筋的截面面积Apv＝254.4mm2)，分别穿过底板加厚横梁和底板中的孔道及钢板中的钻孔，其伸出底板加厚横梁的上端和伸出钢板的下端分别用螺母9固定，同一底板加厚横梁上的竖向预应力钢筋肢数n＝4。上述结构的主梁按以下步骤施工：步骤1、浇筑主梁按设计架设模板和绑扎钢筋后，浇筑主梁及底板加厚横梁的混凝土，同时在底板的底面预埋所述钢板，在底板加厚横梁和底板中预留所述孔道，在钢板中加工出与该孔道对应的钻孔；步骤2、安装和张拉竖向预应力钢筋待步骤1的混凝土强度达到90％设计强度时，将竖向预应力钢筋穿过底板加厚横梁和底板中预留的孔道及钢板的钻孔，利用竖向预应力钢筋上端的螺母和钢垫圈4将竖向预应力钢筋的上端固定在底板加厚横梁上部，用手指旋拧竖向预应力钢筋下端的螺母，使其与钢板表面贴紧，当手指用正常力不能继续旋拧竖向预应力钢筋时，以此时竖向预应力钢筋下端伸出螺母的长度为基准，用旋拧工具继续旋拧竖向预应力钢筋下端的螺母的方式对竖向预应力钢筋进行张拉，同时用精度为0.01mm的数显游标卡尺测量竖向预应力钢筋下端伸出螺母长度的增加值，将该增加值定义为竖向预应力钢筋张拉伸长量，待竖向预应力钢筋张拉伸长量达到其限定值Δ时停止张拉竖向预应力钢筋。以图4所示的一段底板为例，对应该段底板有1#～11#共11个底板加厚横梁，每个底板加厚横梁上有4根竖向预应力钢筋(如图5所示)，将对应1#～11#底板加厚横梁的底板厚度d1代入下式中：计算出对应的1#～11#底板加厚横梁上的竖向预应力钢筋张拉伸长量限定值Δ如下表：底板加厚横梁编号1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#底板厚度d1(mm)250262274286298310322334346358.0370.0限定值Δ(mm)2.382.422.452.492.522.562.592.632.672.702.74对该段底板的1#～11#底板加厚横梁上的竖向预应力钢筋分别按表中所列限定值Δ进行张拉；对底板其它底板加厚横梁上的竖向预应力钢筋按同样方法计算Δ值，并按Δ值进行张拉。步骤3、张拉底板预应力钢筋所有竖向预应力钢筋全部张拉完毕后，张拉底板预应力钢筋，完成宽幅箱梁桥主梁底板结构施工。施工中，底板在张拉底板预应力钢筋时未发生崩裂现象；桥梁投入运营后，经一年时间考验，底板亦未发生崩裂，证明本发明效果良好。