一种单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段的制作方法

本发明涉及桥梁结构建筑领域，特别涉及一种单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁的标准节段。

背景技术：

目前大跨度预应力混凝土梁式桥普遍存在梁体开裂、主跨过度下挠等病害，且梁体自重过大经济跨径难以突破300m。根本原因在于普通混凝土抗拉强度低、徐变系数较大，而超高性能混凝土具有高弹性模量、高抗压、抗拉强度和良好的徐变特性等优点，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的能力。因此，基于超高性能混凝土性能研发的单向预应力超高性能混凝土连续箱梁结构有望解决上述难题，并将梁式桥的跨越能力提升至500m级。

单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁桥采用梁体工厂预制，现场节段预制拼装的施工方法。即将梁体在纵向划分为若干个节段，在梁厂预制后，运输至现场进行组装，并通过施加预应力使之成为整体。对于节段的拼装箱梁，所有箱梁节段均在梁厂预制，箱梁节段的标准化对预制拼装的快速化施工显得十分重要。

因此，为了使单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁结构能在实际中切实可行，实现节段预制拼装的快速化，开发一种单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段，以实现超大跨径单向预应力超高性能混凝土箱梁桥的节段拼装的快速化施工。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段，包括桥面板、腹板、底板、横隔板、体内预应力束、体外预应力束、纵肋、I类横肋和II类横肋，所述桥面板和底板相对设置，通过两侧分别连接所述腹板形成贯通的标准节段，所述横隔板与所述标准节段内壁连接且垂直于所述桥面板，所述纵肋设置于所述桥面板的下侧壁上且与所述横隔板、I类横肋和II类横肋垂直，所述I类横肋和II类横肋与所述桥面板的下侧壁连接，所述I类横肋设置于所述标准节段两侧的开口端面上，所述II类横肋设置于所述横隔板之间，所述I类横肋在两相邻标准节段拼装后粘接形成一道所述II类横肋。该种新型标准节段，不仅在整体上实现了轻量化，节约了材料，同时提高了整体的强度和刚度，便于实现桥梁施工效率的提升和大跨度的实现。

进一步的，所述标准节段内的桥面板、纵肋、横隔板、I类横肋和II类横肋之间形成正交异性矮肋板桥面体系，其纵向的刚度远大于横向的刚度，相对于正交同性桥面受力体系，进一步减轻其结构自重，有益于将梁式桥的跨越能力提升至500m级及以上。

进一步的，还包括体内束锚固齿块和体外束锚固齿块，所述体内束锚固齿块嵌固于所述I类横肋上并穿过横隔板，且与所述桥面板的下侧壁固接；所述体外束锚固齿块嵌固于所述横隔板之间并与所述腹板内侧壁固接，所述体外预应力束通过体外束锚固齿块锚固，所述体内预应力束通过所述体内束锚固齿块锚固，相对于传统直接在内壁上的锚固齿块设置，本发明的设置方式增加了锚固齿块的支撑强度。

进一步的，所述桥面板厚度为0.07m～0.20m，所述纵肋高度为0.10m～0.30m，所述桥面板与纵肋组合形成矮肋板结构，所述纵肋截面为倒梯形，其上缘宽度为0.16m～0.30m，下缘宽度为0.14m～0.28m，相邻所述纵肋中心间距为0.50～1.20m，该种设置在保证用料最少的前提下，提高了整体的刚度和强度。

进一步的，所述标准节段内的横隔板为两道，所述横隔板包括一道上弦板、两至四道侧板和一道下弦板。所述横隔板厚度为0.10m～0.20m，所述上弦板高度为两腹板中心线间距的1/7～1/10，所述下弦板高度为0.50m～1.50m，所述侧板宽度为0.50m～2.00m，若腹板间距较小时，采用两道侧板，若腹板间距较大时，采用三至四道侧板。横隔板的该种贯通的设置，进一步提高了标准节段的强度和刚度。

进一步的，所述标准节段包括两道I类横肋和一道II类横肋，所述I类横肋厚度为0.08m～0.15m，所述II类横肋厚度为0.12m～0.30m，所述I类横肋和II类横肋高度为两腹板中心线间距的1/7～1/30，该种设置为本发明标准节段的进一步优化，所述I类横肋在体内束锚固齿块位置处设置一槽口，槽口的设置有利于体内预应力束的张拉和封锚。

进一步的，述腹板和底板均采用薄壁板件，腹板厚度为0.12m～0.50m，底板厚度为0.12m～2.00m，薄壁板件设置在保证整体强度和刚度的前提下，实现了标准节段的轻量化。

进一步的，还包括转向块，其嵌固于横隔板的侧板上，且其中一个面与腹板内侧壁固接，体外预应力束穿过所述转向块，该种设置的转向块，在预应力束的作用力下，不仅得到腹板的力支撑，同时还能进一步得到横隔板的有效支撑，避免了转向块容易开裂的问题。

进一步的，还包括分别设置在所述标准节段的两开口端面上剪力键，所述剪力键为包括榫头和榫槽的榫卯结构，所述标准节段一开口端面设置有多个榫头，另一开口端面设置有多个榫槽，均靠近于腹板内侧，剪力键的键长为0.50m～2.00m，键宽为0.10m～0.30m，键深为0.2m～1.00m。榫卯结构增大了剪力键的抗剪强度，进一步有利于实现梁式桥的跨越能力提升。

进一步的，所述标准节段为等截面梁高或变截面梁高的标准节段，由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土为抗压强度不小于100MPa的活性粉末混凝土或超高性能纤维增强混凝土或密实配筋复合材料，该种超高性能混凝土更易于实现标准节段的轻量化、高强度、高刚度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的一种单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段，可以使前述单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁的梁段划分、梁段预制标准化，提高梁段生产效率，减少模板和施工费用，以实现前述单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁的快速化施工，同时，标准节段实现了结构的优化，降低总体重量，增强了整体刚度和强度尤其是增强了纵向的刚度，便于实现梁式桥的跨越能力的进一步提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段的俯视三维示意图；

图2为本发明实施例中单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段的仰视三维示意图；

图3为本发明实施例中单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段的纵向半剖三维示意图；

图4为本发明实施例中单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段的梁矮肋板构造示意图；

图5为本发明实施例中单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段的榫卯构造示意图；

图6为图5的A-A剖视示意图；

图7为图5的B-B剖视示意图。

图例说明：

1、桥面板；2、纵肋；3、腹板；4、底板；5、横隔板；6、上弦板；7、侧板；8、下弦板；9、I类横肋；10、II类横肋；11、体内预应力束；12、体外预应力束；13、转向块；14、体内束锚固齿块；15、体外束锚固齿块；16、剪力键；161、榫头；162、榫槽；17、槽口。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例：

本发明公开了一种单向预应力超高性能混凝土薄壁箱梁标准节段，该标准节段采用工厂预制，现场拼装的施工方法，整体由超高性能混凝土浇筑而成，其整体长度约为8m，箱梁顶板宽约为12m，高度为10m～12m，在本实施例中，该超高性能混凝土为抗压强度不小于100MPa的活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或密实配筋复合材料，该标准节段的结构如图1-图7所示，整个标准节段为贯通的箱体结构，包括桥面板1、腹板3、底板4和横隔板5，其中，桥面板1和底板4相对设置，底板4为具有一定弧度的弯曲板，通过两侧分别连接的腹板3形成贯通的标准节段，横隔板5与标准节段内壁连接且垂直于所述桥面板1和腹板3，在本实施例中，作为一种优选，桥面板1厚度为0.08m，腹板3厚度为0.35m，底板4厚度为0.90m。其中，桥面板1下侧壁上沿该标准节段纵向设置有纵肋2，该纵肋2同时与横隔板5嵌固，在本实施例中，作为一种优选，纵肋2的截面为倒梯形结构，其上缘宽度为0.20m，下缘宽度为0.18m，相邻的纵肋2中心间距为0.70m，纵肋2和桥面板1构成矮肋板结构，该矮肋板结构的高度为0.25m。同时，在本实施例中，横隔板5为两道，为均匀设置在该标准节段内的薄壁板件，两道横隔板5之间的间距为4m，其中，隔板5包括一道上弦板6、两道侧板7和一道下弦板8，横隔板5厚度为0.12m，上弦板6高度为1.50m，下弦板8高度为1.00m，侧板7高度为1m，通过该横隔板5的设置，对整个标准节段起到了强化的作用。

在该标准节段的桥面板1下侧壁上，还设有I类横肋9和II类横肋10，其中，I类横肋9设置于所述标准节段两侧的开口端面上，II类横肋10设置于两道横隔板5中间，在本实施例中，I类横肋9厚度为0.10m，II类横肋10的厚度为0.20m，II类横肋10高度为1.50m。从而该标准节段内的纵肋2、横隔板5、I类横肋9和II类横肋10之间形成正交异性UHPC矮肋板桥面体系，可以在实现该标准节段的轻量化的同时，提高了其刚度和便于布置体内预应力束11。

进一步的，还包括体内束锚固齿块14和体外束锚固齿块15，体内束锚固齿块14嵌固于I类横肋9之间并穿过一道横隔板5且与桥面板1的下侧壁固结；体外束锚固齿块15嵌固于横隔板5之间并与腹板3内壁固结，体外预应力束12通过体外束锚固齿块15锚固，体内预应力束11通过体内束锚固齿块14锚固，其中，在本实施例中，该节段内的体外预应力束12为8束，体内预应力束11为6束。进一步的，在该标准节段内还设置有应力束转向块13，该转向块13嵌固于横隔板侧板7，且其中一个面与该标准节段的壁板固结，体外预应力束12通过嵌固于横隔板5上的转向块13，该种设置可以抵抗由于体外预应力束12转向产生的径向力，同时，I类横肋9在体内束锚固齿块14位置处设置一槽口17，槽口17的设置有利于体内预应力束11的张拉和封锚。

在本实施例中，还包括分别设置在标准节段的两开口端面上剪力键16，所述剪力键16为包括榫头161和榫槽162的榫卯结构，在标准节段一开口端面均匀设置多个榫头161，另一开口端面均匀设置多个榫槽162，均靠近腹板3内侧，其大小可以相互嵌套贴合，以此保证节段拼接时的精确定位、接触稳定紧密和抗剪承载能力。剪力键16键长为0.50m～2.00m，键宽为0.10m～0.30m，键深为0.2m～1.00m。

在本实施例中，榫头161和榫槽162其设置方式为两侧对应，即一侧设置为榫头161，而另一侧设置为榫槽162。应用本实施例的标准节段拼装时，节段之间涂抹胶粘剂，形成节段胶接缝；采用现浇超高性能混凝土时，形成节段湿接缝，采用节段胶接缝时，所述标准节段两侧的I类横肋9与相邻标准节段的I类横肋9胶接成一块整体的II类横肋10，提高了整体的一致性。

在本实施例中，超高性能混凝土为本领域内的一专有名称，一般是指具有超高抗压强度、高抗拉强度、高延性、高韧性、高耐久性、施工性好的混凝土，其是相对普通混凝土、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，所述超高性能混凝土薄壁箱梁结构是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土可以为活性粉末混凝土、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等，但优选为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或密实配筋水泥基复合材料。