预应力混凝土箱梁拼宽剪力梁刚性连接构造及施工工艺的制作方法
【专利说明】预应力混凝土箱梁拼宽剪力梁刚性连接构造及施工工艺
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及桥梁拼宽改造设计施工技术领域，具体的说是一种预应力混凝土箱梁拼宽剪力梁刚性连接构造及施工工艺。
【背景技术】
[0003]随着经济发展，交通量不断增长与现有道路通行能力不足的矛盾日益突出，道路拓宽已成为一种有效缓解交通压力的方式，对已有道路的拓宽改造能够有效增加交通通行能力。在道路拓宽中桥梁的拓宽是一个难点，新老桥梁的拓宽连接不同于新建桥梁，有许多需要考虑的特殊问题，目前混凝土箱梁桥上部结构常用的拓宽形式主要为铰接、刚接及不连接。而对于大悬臂预应力混凝土箱梁桥，其顶板及悬臂翼缘布置有横向预应力钢束，不能按照普通钢筋混凝土箱梁刚性连接的拓宽结构形式，即切割、凿出部分老桥悬臂翼缘或植筋与老桥悬臂翼缘通过钢筋连接及湿接缝浇筑成整体，通常采用不连接的拓宽结构形式，新老桥混凝土箱梁结构分离。这种结构形式容易在荷载作用下新老桥结构连接处产生挠度差而引起剪切变形，道路外观不佳，从而影响影响桥梁结构的安全使用和行车安全。相比于铰接和不连接结构拓宽形式，新老桥采用刚性连接是较理想的方案，可以确保桥面平顺、行车安全。另外，在新老桥混凝土箱梁拓宽中，老桥混凝土箱梁连接翼缘是薄弱部位，桥梁进行拓宽拼接以后，连接翼缘的受力状态将发生改变，即连接翼缘由拼接前的下缘呈受压状态的悬臂结构变为拼接后的上下缘均受拉状态的连续结构，下缘配筋不足，加上早期建成的桥梁，翼缘横向配筋普遍较少，需要采取相应的结构加固补强等加强措施。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对桥梁拓宽改造工程中所出现的新老桥预应力混凝土箱梁拼宽连接技术问题，提供一种结构合理、受力明确、施工便利、交通影响小、经济安全且抗疲劳性及耐久性好、兼顾结构加固补强、能够使新老桥预应力混凝土箱梁结构形成良好整体的有效拼宽剪力梁刚性连接构造形式，并提供预应力混凝土箱梁拼宽剪力梁刚性连接构造的施工工艺。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种预应力混凝土箱梁拼宽剪力梁刚性连接构造，包括剪力梁1、小纵梁2、新桥箱梁3和老桥箱梁4，还包括有湿接缝5、剪力栓钉6和锚栓7 ;所述剪力梁I包括新桥箱梁预埋剪力梁端板1.1、老桥箱梁剪力梁端板1.2、剪力梁上翼缘板1.3、剪力梁新桥端腹板1.5、剪力梁中腹板1.5、剪力梁老桥端腹板1.6、剪力梁下翼缘板1.7、剪力梁腹板加劲肋1.8、剪力梁腹板连接板1.9和小纵梁连接端头板1.10 ;
剪力梁新桥端腹板1.4、剪力梁老桥端腹板1.6与剪力梁中腹板1.5通过剪力梁腹板连接板1.9螺栓连接形成整体剪力梁腹板，继而剪力梁腹板与剪力梁上翼缘板1.3及剪力梁下翼缘板1.7焊接组成拼宽剪力梁I连接节段，拼宽剪力梁I连接节段两端分别与新桥箱梁预埋剪力梁端板1.1及老桥箱梁剪力梁端板1.2焊接形成拼宽刚性连接剪力梁I ;
小纵梁上翼缘板2.1及小纵梁下翼缘板2.3与小纵梁腹板2.2焊接组成小纵梁2，小纵梁2两端与剪力梁I对应的小纵梁连接端头板1.10通过小纵梁连接板2.5螺栓连接组成梁格体系；所述小纵梁2设置在湿接缝5与老桥箱梁4的老桥箱梁悬臂翼缘4.1的连接处及老桥箱梁悬臂翼缘4.1结构加固补强部位。
[0006]所述新桥箱梁预埋剪力梁端板1.1通过所焊接的剪力栓钉6预埋在新桥箱梁腹板侧加强端头3.1内；所述老桥箱梁剪力梁端板1.2通过锚栓7栓接在老桥箱梁4对应的腹板外侧及老桥箱梁悬臂翼缘4.1的下缘。
[0007]所述老桥箱梁剪力梁端板1.2在与剪力梁下翼缘板1.7焊接部位构造上采用扩大型端部结构形式，在剪力梁老桥端腹板1.6与剪力梁中腹板1.5螺栓连接处老桥箱梁剪力梁端板1.2与剪力梁上翼缘板1.3不进行固定连接。
[0008]所述剪力梁上翼缘板1.3与老桥箱梁悬臂翼缘4.1通过锚栓7进行栓接，而与湿接缝5通过所焊接的剪力栓钉6进行连接。
[0009]所述剪力梁上翼缘板1.3、小纵梁上翼缘板2.1与老桥箱梁悬臂翼缘4.1在湿接缝5处附近的空隙利用填充砂浆8进行填充密实，填充砂浆8为环氧砂浆。
[0010]所述剪力梁I按照一定间距沿桥梁纵向布置，根据新桥箱梁3与老桥箱梁4拼宽结构受力和老桥箱梁悬臂翼缘4.1结构加固补强的情况设置剪力梁I的纵向间距。
[0011]在湿接缝5与老桥箱梁悬臂翼缘4.1连接处的小纵梁2利用小纵梁上翼缘板2.1并以所焊接的剪力栓钉6、锚栓7分别与湿接缝5、老桥箱梁悬臂翼缘4.1进行连接；在老桥箱梁悬臂翼缘4.1结构加固补强部位的小纵梁2利用小纵梁上翼缘板2.1并以锚栓7与老桥箱梁悬臂翼缘4.1进行连接。
[0012]所述小纵梁上翼缘板2.1在老桥箱梁悬臂翼缘4.1结构加固补强部位根据老桥箱梁悬臂翼缘4.1下缘坡度配合设置纵、横向坡度。
[0013]所述剪力梁新桥端腹板1.4、剪力梁新桥端腹板1.6或剪力梁中腹板1.5上设置有剪力梁腹板加劲肋1.8。
[0014]所述小纵梁腹板2.2上设置有小纵梁腹板加劲肋2.4。
[0015]所述湿接缝5采用钢纤维UEA补偿收缩混凝土，为分段跳跃浇筑。
[0016]预应力混凝土箱梁拼宽剪力梁刚性连接构造的施工工艺，包括以下步骤:
(O按拼宽要求合理设计新桥上下部构造及拼宽剪力梁刚性连接结构；
(2)按拼宽要求施工新桥下部结构及上部混凝土箱梁，包括预埋新桥箱梁剪力梁端板；
(3)对原有老桥混凝土箱梁结构进行适当改造，切割、凿除老桥拼宽侧防撞护栏及保留部分防撞护栏钢筋，满足拼接所需要求；
(4)在老桥混凝土箱梁拼宽对应的腹板外侧及悬臂翼缘板下缘粘贴及钻孔锚栓栓接老桥箱梁剪力梁端板；
(5)根据新老桥现场测量数据按照拼宽设计要求加工制造剪力梁及其小纵梁；
(6)待新桥混凝土箱梁桥沉降量、结构变形及新老桥混凝土箱梁线形等满足拼接要求后，将剪力梁整体节段吊装就位并用支架支撑； (7)先将剪力梁上翼缘板与老桥混凝土箱梁悬臂翼缘板下缘进行粘贴及钻孔锚栓栓接，然后将剪力梁两端分别与新、老桥箱梁剪力梁端板进行焊接；
(8)按照拼宽及结构加固补强要求将小纵梁整体节段吊装就位并用支架支撑，先将小纵梁上翼缘板与老桥混凝土箱梁悬臂翼缘板下缘进行粘贴及钻孔锚栓栓接，然后将小纵梁两端与剪力梁螺栓连接；
(9)将预留的新桥箱梁顶板上缘横向钢筋与老桥防撞护栏钢筋通过焊接连成一体，再浇筑湿接缝采用钢纤维UEA补偿收缩混凝土，将新老桥拼接成完整、整体受力的桥梁；
(10)最后完成湿接缝和新桥桥面铺装及其他附属结构施工。
[0017]与现有技术相比，本发明的预应力混凝土箱梁拼宽剪力梁刚性连接构造及施工工艺具有以下优点和效果:
1、由于预应力混凝土箱梁顶板及悬臂翼缘存在横向预应力，新老桥箱梁拼接时不能扰动老桥箱梁悬臂翼缘的横向预应力钢束，通常采用新老箱梁结构不连接，即上部结构分离式拼宽，但这种拼宽方式在荷载作用下新老桥箱梁会产生不均衡挠度或沉降，易造成连接部位形成错台，影响行车舒适性、安全性和桥面外观，增加后期的养护维修工作。为解决上部结构分离式拼宽所存在的问题，采用本发明的剪力梁刚性连接方式，能够较好地将新老桥混凝土箱梁横向刚性连接形成整体，从而保证新老桥上部结构共同工作，即共同承担动荷载，变形协调，可防止桥面产生纵向裂缝或接缝两侧出现高差。
[0018]2、通常桥梁的拓宽和加固是同时进行的，除了桥梁既有的问题外，需要通过加固实现老桥拼宽后特别是悬臂翼缘的承载力提升。新老桥预应力混凝土箱梁拼宽采用剪力梁刚性连接及增设小纵梁的结构体系，以减小老桥悬臂翼缘应力，达到提高承载力目的，既满足结构拓宽要求，同时兼有老桥箱梁悬臂翼缘加固补强的作用，其加固方式简单、效果良好且施工方便。
[0019]3、剪力梁腹板采用螺栓连接的拼接形式，其具有较强的耗能能力、变形能力，在承受动力荷载的工作状况下抗疲劳性能好。施工时剪力梁采用先栓后焊，其安装精度高，施工便利。
[0020]4、新老桥混凝土箱梁拼宽施工时，先进行剪力梁刚性连接，后浇筑湿接缝，可以减小新老桥混凝土湿接缝两端的变形差异，从而缓解老桥不中断交通通行对现浇混凝土湿接缝养护成型的影响及施工扰动，保证了混凝土湿接缝施工质量，避免出现过大变