三期预应力混凝土复合受弯构件的制作方法

1.本发明涉及工程中的一种新型建筑结构构件及施工方法，特别是三期预应力混凝土复合受弯构件及其建造方法。


背景技术：

2.在桥梁及渡槽等工程建设过程中，往往需要架设支撑来建造跨越式构件，而在跨越深谷、河流、海湾等条件下，往往无法架设支撑，或者架设支撑难度过高、成本过大。在无法架设支撑的情况下，要想完成跨越式构件的建造，以往工程中无非采用三种施工方式，一是采用移动支架造桥机现场浇筑，二是采用预制梁体现场吊装，三是采用叠合式建造方式。
3.采用移动支架造桥机现场浇筑的施工方式，需要与跨越构件体量相匹配的移动支架造桥机，往往施工难度大，建设成本高；而正是由于造桥机成本高，往往不宜多标段同时施工，又对工程进度有一定限制。
4.采用预制梁体现场吊装的施工方式，小型轻质梁体尚且可以吊装，在深谷及涉水工程中吊装大型超重梁体，受现场地质状况、架设条件、吊装能力等条件限制，往往很难完成吊装任务。如果采用的是预制装配式构件，整体受力性能则较差。
5.采用叠合式施工方式，利用预制梁体代替支撑，在其上浇筑后期梁体混凝土，可以不设临时支撑，完成跨越梁体的建造。但由于预制梁只是整个梁体的一部分，预制梁体截面尺寸和刚度有限，在没有支撑的情况下，需要承受较大的施工期荷载，包括一期和二期梁体自重、施工期活载，会导致梁体受拉区应力超前，出现变形过大和开裂问题，严重限制了其跨越能力。
6.对梁体施加预应力可以弥补叠合梁应力超前导致变形过大和开裂问题，较好控制梁体挠度和开裂问题。以往在叠合梁上施加预应力，可以采用在预制和后浇梁体中分期施加预应力，或者对叠合梁整体一次性施加预应力。
7.如果采用在预制和后浇梁体中分期施加预应力的方式，即先施加预制梁预应力，浇筑完成后浇梁体并达到一定强度后，再对复合梁体施加预应力。由于没有架设支撑，施工期荷载均由预制梁体承担，而预制梁体截面尺寸和刚度相对较小，要满足挠度变形和应力要求，只能增加预应力度；而过高的预应力度又会产生过大的反拱变形和开裂，难以满足设计和使用要求。而且其预应力筋使用量要远大于同荷载条件下整浇梁的预应力筋使用量。
8.如果采用对叠合梁整体施加预应力的方式，即浇筑完成后浇梁体并达到一定强度后，再对复合梁体施加预应力。预制梁体截面较小，承受施工期荷载后，会出现变形过大和开裂问题；组合后的梁体截面刚度较大，预应力作用面积较大，预应力所产生的负弯矩和轴力被分散于整个组合截面梁体，预应力效果大打折扣，预应力筋用量巨大。
9.如果采用的是钢混组合梁，则同样道理，需要大截面型钢作为先期梁体，耗钢量巨大，不经济。
10.可以说，当前工程上亟需一种跨度大、无需设置支撑、力学性能和经济性能好的梁体结构。


技术实现要素：

11.针对上述存在的问题，提出了三期预应力混凝土复合受弯构件的概念和制作方法。
12.本发明技术方案如下：所述三期预应力混凝土复合受弯构件主要包括一期梁体、一期预应力筋、二期梁体、二期预应力筋、三期梁体、三期预应力筋等6部分组成。
13.所述一期梁体在工厂批量生产，或在施工现场预制而成。在所述一期梁体下部设置稳定基础平台，基础平台为两端低、中部高、具有一定弧度的凸起型平台，在其上架设一期梁体钢筋骨架，在其上焊接抗剪连接件，支护一期梁体模板，预留一期、二期、三期预应力筋孔道，浇筑一期梁体混凝土，形成所述一期梁体，将一、二期梁体结合面处设置成粗糙麻面，增加一、二期梁体结合性能。待所述一期梁体混凝土达到一定强度后,拆除一期梁体模板，穿设并张拉所述一期预应力筋，采用后张法张拉所述一期预应力筋。
14.所述二期梁体在工厂批量生产，或在施工现场预制而成。在一期梁体完成一期预应力筋张拉后，在其上架设二期梁体钢筋骨架，并与抗剪连接件相焊接，支护二期梁体侧向模板，预留所述二期、三期预应力筋孔道，浇筑二期梁体混凝土，形成所述二期梁体，将二、三期梁体结合面处设置成粗糙麻面，增加二、三期梁体结合性能。待二期梁体混凝土达到一定强度后,拆除二期梁体模板，穿设所述二期预应力筋，采用后张法张拉所述二期预应力筋。
15.所述三期梁体是在施工现场生产，在一二期复合梁体的基础上现浇混凝土形成的梁体。将一期、二期复合梁体运至现场，并吊装就位，一期、二期复合梁体下部不设置临时支撑，在一期、二期复合梁体上架设三期梁体钢筋骨架，并焊接二三期钢筋骨架及抗剪连接件，支护三期梁体侧向模板，预留三期预应力筋孔道，浇筑三期梁体混凝土，形成所述三期梁体，待三期梁体混凝土达到一定强度后,拆除三期梁体模板，穿设所述三期预应力筋，采用后张法张拉所述三期预应力筋。
16.与现有技术相比，本发明有以下有益效果。
17.提出了一种新型受弯构件的结构形式及建造方法，一、二期复合梁体建造于稳定的基础平台上，施加一二期预应力所建立的预应力储备未被施工期荷载所消耗掉，这部分预应力储备使梁体可以承受三期梁体建造期间的施工荷载，从而实现了现场施工不设置支撑的目标，这极大降低了架设支撑和支护模板的施工难度，使在深谷及涉水工程中建设免设支撑的跨越式结构成为可能。
18.将预应力分期作用于不同期、不同截面刚度的梁体上，一期预应力作用于一期梁体上，用于增加梁体下缘压应力储备；二期预应力作用于一二期复合梁体上，用于抵消一二期复合梁体吊装后建造三期梁体的施工过程中，一二期复合梁体所承受的自重荷载、施工荷载及叠合效应所引起的应力和变形；三期预应力作用于一二三期复合梁体上，用于抵消复合受弯构件在使用期荷载所引起的应力和变形。从建造初期到使用期，随着梁体截面和作用荷载的不断增大，有针对性的分期施加预应力，能使不同阶段梁体受荷后均能满足应力与变形要求。
19.一期预应力作用于较小截面尺寸的一期梁体，二期预应力作用于较小截面尺寸的一二期复合梁体，与同条件下预应力作用于整个截面的常规梁体相比，预应力可以集中作用于较小截面面积的一、二期梁体，可以高效提升预应力作用效应，预应力储备得到显著提
升，可以显著减少预应力筋总用量。
20.复合受弯构件受载后抗裂性好，变形小。使用期构件上表面混凝土初始压应力小，在增加荷载后，构件上表面混凝土压应力距离达到极限状态留有足够的增长空间；构件下表面混凝土初始压应力储备大，在增加荷载后，压应力有足够的消减空间，因此，不但满足正常使用状态下抗裂和变形要求，构件在极限状态下的承载能力获得显著提升。力学性能和经济性能良好，可以广泛用于交通、水利、建筑等领域。
21.复合受弯构件采用无应力预弯梁型，与预应力的反向荷载效应相叠加，在使用期空载条件下，构件可以达到既无挠度也无反拱的准初始状态，在使用期满载条件下，构件又可以达到挠度极小的变形状态。
22.一二期复合构件和预应力张拉均可以在工厂或工程现场批量预制生产，现场只需要浇筑三期梁体混凝土，张拉三期预应力筋，有利于充分发挥工业化规模效应，减少现场浇筑混凝土和张拉预应力筋的工程量，统筹安排流水施工，有效缩短生产建造周期。
23.二期、三期预应力筋曲线布置，其竖向分力可以增加不同期梁体间的咬合面剪力，提高复合受弯构件的受力整体性和变形协调性。
24.该复合构件截面形式为双腹板、三翼板的“连王字”型截面，二期梁体和三期梁体均为π型截面，增加了一二期和一二三期复合梁体的截面刚度，降低了自重，减少了混凝土用量。
附图说明
25.图1为三期预应力混凝土复合梁立体示意图；
26.图2为三期预应力束空间立体示意图；
27.图3为一期梁体截面示意图；
28.图4为一期梁体和一期预应力示意图；
29.图5为二期梁体π型截面示意图；
30.图6为一、二期复合梁体截面示意图；
31.图7为一、二期复合梁体和一、二期预应力示意图；
32.图8为三期梁体π型截面示意图；
33.图9为一、二、三期复合梁体“连王字”型截面示意图；
34.图10为一、二、三期复合梁体和一、二、三期预应力示意图；
35.图11为三期预应力混凝土复合梁施工流程图；
36.图12为三期预应力混凝土复合梁空载示意图；
37.图13三期预应力混凝土复合梁满载示意图。
38.图中：1-一期梁体；2-一期预应力；3-预应力锚具；4-凸起型基础平台；5-一期预应力孔道；6-二、三期预应力在一期梁体内孔道；7-二期梁体；8-二期预应力；9-二期预应力在二期梁体内孔道；10-一二期梁体结合面；11-三期梁体；12-三期预应力；13-三期预应力在三期梁体内孔道；14-二三期梁体结合面；15-一二期预应力复合梁体；16-三期预应力复合梁体构件；17-简支支座；18-抗剪连接件；19-满负荷荷载。
具体实施方式
39.本发明提供了一种复合受弯构件，适用于跨越深谷、河流、海湾而不设支撑的梁体建造。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.所述三期预应力混凝土复合受弯构件如图1、2所示，主要包括一期梁体、一期预应力筋、二期梁体、二期预应力筋、三期梁体、三期预应力筋等6部分，参阅图3-10。
41.所述一期梁体在工厂批量生产，或在施工现场预制。在所述一期梁体下部设置稳定基础平台，基础平台为两端低、中部高、具有一定弧度的凸起型平台，在其上架设一期梁体钢筋骨架，在其上焊接抗剪连接件，支护一期梁体模板，预留一期、二期、三期预应力筋孔道，浇筑一期梁体混凝土，形成所述一期梁体，将一、二期梁体结合面处设置成粗糙麻面，增加一、二期梁体结合性能。待所述一期梁体混凝土达到一定强度后,拆除一期梁体模板，穿设、张拉并锚固所述一期预应力筋。
42.所述一期预应力筋采用后张法张拉，直线布置于一期梁体的中性层。施加预应力后，梁体呈轴心受压状态，竖向无初始形变，参阅图3、4。
43.所述二期梁体在工厂批量生产，或在施工现场预制而成。在完成一期预应力筋张拉后，在一期梁体上架设二期梁体钢筋骨架，并与抗剪连接件相焊接，支护二期梁体侧向模板，预留所述二期、三期预应力筋孔道，浇筑二期梁体混凝土，形成所述二期梁体，将二、三期梁体结合面处设置成粗糙麻面，增加二、三期梁体结合性能。待二期梁体混凝土达到一定强度后，拆除二期梁体模板，穿设、张拉并锚固所述二期预应力筋。
44.所述二期预应力筋采用后张法张拉，曲线布置，贯穿于一期和二期梁体内。在一二期复合梁体吊装后建造三期梁体的施工过程中，一二期复合梁体所承受的自重荷载、施工荷载及叠合效应所引起的应力和变形，将被二期预应力抵消掉，参阅图5-7。
45.所述三期梁体是在施工现场生产，在一二期复合梁体的基础上现浇混凝土形成的梁体。将一二期复合梁体运至现场，并吊装就位，一二期复合梁体下部不设置临时支撑，在一二期复合梁体上架设三期梁体钢筋骨架，并焊接二三期钢筋骨架及抗剪连接件，支护三期梁体侧向模板，预留三期预应力筋孔道，浇筑三期梁体混凝土，形成所述三期梁体，待三期梁体混凝土达到一定强度后,拆除三期梁体模板，穿设、张拉并锚固所述三期预应力筋。
46.所述三期预应力筋采用后张法张拉，曲线布置，贯穿于一期、二期和三期梁体内。三期复合梁体建造完成后，复合受弯构件在使用期荷载作用下所引起的应力和变形，将被三期预应力抵消掉，参阅图8-10。
47.如图11所示，该三期预应力复合受弯构件的施工方法包括以下步骤。
48.步骤一：制作一期梁体1，施加一期预应力2。在工厂或施工现场，首先设置稳定基础平台，基础平台为两端低、中部高、具有一定弧度的凸起型平台4，在其上架设一期梁体钢筋，在其上焊接抗剪连接件18，支护一期梁体模板，预留一期预应力筋孔道5，预留二期、三期预应力筋在一期梁体内孔道6，浇筑一期梁体混凝土，形成所述一期梁体1，将一、二期梁体结合面10处设置成粗糙麻面，待所述一期梁体混凝土达到一定强度后,拆除一期梁体模板，穿设、张拉并锚固所述一期预应力筋2，所述一期预应力筋2采用后张法张拉，直线布置
于一期梁体1的中性层。
49.步骤二：制作二期梁体7，施加二期预应力8。在完成一期预应力筋2张拉后，在一期梁体1上架设二期梁体钢筋，并与抗剪连接件18相焊接，支护二期梁体侧向模板，预留所述二期预应力筋8在二期梁体7内孔道9，预留三期预应力筋12在三期梁体11内孔道13，浇筑二期梁体混凝土，形成所述二期梁体7，将二、三期梁体结合面14处设置成粗糙麻面，待二期梁体混凝土达到一定强度后,拆除二期梁体模板，穿设、张拉并锚固所述二期预应力筋8。所述二期预应力筋8采用后张法张拉，曲线布置，贯穿于一期梁体1、二期梁体7内。
50.步骤三：制作三期梁体11，施加三期预应力12。将预制建造的一二期预应力复合梁体15运至现场，并吊装就位，一二期复合梁体15下部不设置临时支撑，在一二期复合梁体15上架设三期梁体钢筋骨架，并焊接二三期钢筋骨架及抗剪连接件18，在一二期复合梁体上支护三期梁体侧向模板，预留三期预应力筋孔道，浇筑三期梁体混凝土，三期梁体11内要预留三期预应力筋孔道13，待三期梁体混凝土达到一定强度后,拆除三期梁体模板，穿设、张拉并锚固三期预应力筋12。所述三期预应力筋12采用后张法张拉，曲线布置，贯穿于一期梁体1、二期梁体7和三期梁体11内。
51.复合受弯构件采用无应力预弯梁型，与预应力的反向荷载效应相叠加，在使用期空载条件下，构件可以达到既无挠度也无反拱的准初始状态，如图12所示，在使用期满载19条件下，构件又可以达到挠度极小的变形状态，如图13所示。
52.尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。