一种钢-混凝土组合结构渡槽的构造及施工方法与流程

本发明一种钢-混凝土组合结构渡槽的构造及施工方法,属于结构工程技术领域。

背景技术：

渡槽作为重要的输水结构,在水利工程、引水工程中被广泛应用。由于使用功能的特殊性，渡槽结构不仅要满足承载能力需求，还要满足水密性需求，以确保输水过程的安全性。传统渡槽通常采用预应力钢筋混凝土结构，通过施加三个方向的预应力(底板横向纵向、侧墙竖向)来减小结构内部拉应力，避免混凝土受拉开裂。由于预应力筋三向交错，数量繁多，现场预应力筋的张拉工作通常十分繁琐和困难，张拉质量难以保证，同时由于槽身底板宽度小，底板横向预应力损失大，预应力难以达到预期效果。此外随着时间的推移,预应力松弛问题也会逐渐显现，这些均导致混凝土槽身存在开裂风险，并且一旦开裂极难修复。调研结果表明，现有预应力混凝土渡槽已发生多起由于预应力失效而导致渡槽开裂漏水的严重事故。

本发明提出一种钢-混凝土组合结构渡槽，在混凝土槽身下部增设钢梁，令二者形成组合结构，共同工作。根据组合结构受力特点可知上述组合结构渡槽沿纵向受弯时，钢梁位于受拉区，混凝土槽身位于受压区，槽身底板沿纵向不再产生拉应力，同时借助钢梁的支撑作用，槽身底板沿横向的拉应力峰值也显著降低，槽身底板仅配置非预应力钢筋和构造钢筋即可满足抗裂要求。此外，本发明组合结构渡槽的侧墙通过增加墙厚、侧墙内侧粘贴l型薄钢板或沿竖向设置预应力钢筋等方式，使侧墙混凝土拉应力也可降至开裂应力以下，从而满足抗裂设计要求。综上所述，本发明提出的钢-混凝土组合结构渡槽，通过改变结构的受力状态和构造细节，使渡槽在不设置预应力筋或仅设置少量预应力筋的情况下即可满足抗裂设计要求，渡槽混凝土内部不再产生拉应力或拉应力远小于混凝土的开裂应力，从根本上杜绝了混凝土开裂的可能，大大提高了渡槽结构的安全性和可靠性，同时由于本发明的渡槽结构取消了大量预应力钢筋的设置，令结构施工更加便利，显著减少现场湿作业量，有利于加快施工进度，并提高施工质量。

技术实现要素：

本发明提出了一种钢-混凝土组合结构渡槽的构造及施工方法，通过在混凝土槽身底部增设钢梁而形成组合结构，使渡槽沿纵向受弯时，钢梁位于受拉区，混凝土槽身位于受压区，槽身底板沿纵向不再产生拉应力，同时借助钢梁的支撑作用，槽身底板的横向拉应力峰值也显著降低。槽身侧墙通过增加墙厚、侧墙内侧粘贴l型薄钢板或沿竖向设置预应力钢筋等方式，令墙内拉应力也降至混凝土开裂应力以下，从而满足抗裂设计要求。本发明所述的组合结构渡槽通过改变结构的受力状态和构造细节，使渡槽在不设置预应力筋或仅设置少量预应力筋的情况下即可满足抗裂设计要求，混凝土槽身内部在正常使用阶段不再产生拉应力或拉应力远小于混凝土的开裂应力，从根本上杜绝了混凝土开裂的可能，大大提高了渡槽结构的安全性和可靠性，解决了现有混凝土渡槽中依赖大量预应力筋来控制混凝土开裂而导致的施工困难且效果有限的难题。

本发明的技术方案如下：

一种钢-混凝土组合结构渡槽的构造，其特征在于所述的构造包括上部混凝土槽身、槽身顶部钢拉杆和下部钢梁；所述上部混凝土槽身采用矩形或u形截面，采用矩形截面时,槽身由水平底板与两边竖向侧墙组成，采用u型截面时，槽身由弧形底板与两边竖向侧墙组成，弧形底板外侧为水平构造，用于连接下部钢梁；所述槽身顶部钢拉杆，两端与槽身侧墙顶部相连，并沿槽身纵向等间距布置，对槽身侧墙顶部进行拉接；所述下部钢梁采用工字钢或方钢管，设置于混凝土槽身底部，沿槽身纵向通长布置，沿槽身横向分布于槽身底板中间与两侧，钢梁数量为3个或以上，钢梁上翼缘与混凝土槽身底部采用栓钉等连接件连接，下翼缘之间可以拉通，用整块平钢板代替。

所述的钢-混凝土组合结构渡槽的构造，其上部混凝土槽身的底板，沿纵向及横向仅设置非预应力钢筋及构造钢筋。

所述的钢-混凝土组合结构渡槽的构造，其上部混凝土槽身的侧墙可采用三种方案进行抗裂设计：(1)侧墙内部仅设置非预应力钢筋及构造钢筋，侧墙自上而下采用变截面形式，在侧墙与底板的连接处增加截面厚度(2)侧墙内部仅设置非预应力钢筋及构造钢筋，在侧墙与底板连接处内侧粘贴l型薄钢板(3)侧墙沿竖向设置预应力钢筋。

一种钢-混凝土组合结构渡槽的构造的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.工厂预制下部钢梁，在钢梁上翼缘焊接栓钉等连接件；

b.定位钢梁，在其上部绑扎混凝土槽身底板的非预应力钢筋及构造钢筋；

c.混凝土槽身侧墙根据设计方案按以下三种方法施工：(1)侧墙采用变截面形式时，绑扎侧墙内部的非预应力钢筋及构造钢筋(2)侧墙与底板连接处内侧粘贴l型薄钢板时，绑扎侧墙内部的非预应力钢筋及构造钢筋，并在侧墙与底板的拐角处内侧设置l型薄钢板(3)侧墙沿竖向设置预应力钢筋时，绑扎侧墙内部的非预应力钢筋及构造钢筋，并在侧墙内部预留预应力筋张拉孔道；

d.在侧墙顶部设置连接拉杆的预埋件；

e.支模浇筑上部混凝土槽身底板和侧墙，槽身底部与钢梁上翼缘紧密相连，形成整体；

f.侧墙按设计方案(3)设置竖向预应力筋时，待混凝土硬化后，进行竖向预应力筋的张拉；

g.将钢拉杆两端与侧墙顶部预埋件进行螺栓连接，对槽身侧墙顶部进行拉接。

本发明相对于现有技术具有以下显著效果：

(1)本发明采用的钢-混凝土组合结构渡槽，通过改变结构的受力状态和构造细节，使渡槽在不设置预应力筋或仅设置少量预应力筋的情况下即可满足抗裂设计要求，渡槽混凝土内部不再产生拉应力或拉应力远小于混凝土的开裂应力，从根本上杜绝了混凝土开裂的可能，大大提高了渡槽结构的安全性和可靠性。(2)本发明的钢-混凝土组合结构渡槽，取消了大量预应力筋的设置，施工难度显著下降，施工质量容易保证。渡槽可在工厂完成整体模块化预制，现场湿作业量极少，有利于加快施工进度，提高施工质量。(3)该构造受力机理明确，钢和混凝土两种材料性能均得到充分发挥，构造简单，经济实用。

附图说明

图1为钢-混凝土组合结构渡槽(混凝土槽身采用矩形截面、钢梁采用工字钢)的各组成部分相对关系透视图。

图2为钢-混凝土组合结构渡槽(混凝土槽身采用u型截面、钢梁采用工字钢)的各组成部分相对关系透视图。

图3为图1的横断面图。

图4为图2的横断面图。

图5为图3中工字钢梁下翼缘拉通,采用平钢板代替时的横断面图。

图6为钢梁采用方钢管的横断面图。

图7为槽身侧墙采用变截面形式的横断面图。

图8为槽身侧墙在侧墙与底板连接处内侧粘贴l型薄钢板的横断面图。

图9为槽身侧墙设置竖向预应力筋的横断面图。

图中：1—上部混凝土槽身；2—槽身顶部钢拉杆；3—下部钢梁(工字钢或方钢管)；4—栓钉等连接件；5—平钢板；6—变截面侧墙；7—l型薄钢板；8—侧墙竖向预应力筋。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的结构、施工过程做进一步描述如下：

如图1和图2所示，本发明的一种钢-混凝土组合结构渡槽的构造及施工方法，包括上部混凝土槽身1、槽身顶部钢拉杆2和下部钢梁3；上部混凝土槽身1采用矩形或u形截面：采用矩形截面时,如图1所示，槽身1由水平底板与两边竖向侧墙组成，采用u型截面时，如图2所示，槽身1由弧形底板与两边竖向侧墙组成，弧形底板外侧为水平构造，用于连接下部钢梁3；钢拉杆2设置于槽身1的顶部，两端与槽身1的侧墙顶部相连，并沿槽身1纵向等间距布置，对槽身1侧墙顶部进行拉接；下部钢梁3采用工字钢或方钢管，如图3和图6所示，设置于混凝土槽身1底部，沿槽身1纵向通长布置，沿槽身1横向分布于槽身1底板中间与两侧，钢梁3数量为3个或以上。

如图3至图9所示，钢梁3上翼缘与混凝土槽身1底部采用栓钉等连接件4连接。如图5所示，钢梁3下翼缘之间可以拉通，用整块平钢板5代替。

如图1至图9所示，上部混凝土槽身1在底板的纵向及横向仅设置非预应力钢筋及构造钢筋。

如图7至图9所示，上部混凝土槽身1的侧墙可采用三种方案进行抗裂设计：(1)侧墙内部仅设置非预应力钢筋及构造钢筋，侧墙自上而下采用变截面侧墙6，在侧墙与底板的连接处增加截面厚度，如图7所示；(2)侧墙内部仅设置非预应力钢筋及构造钢筋，在侧墙与底板连接处内侧粘贴l型薄钢板7，如图8所示；(3)设置侧墙竖向预应力筋8，如图9所示。

本发明的施工方法为：

本发明所述的一种钢-混凝土组合结构渡槽的构造，其施工方法如下：工厂预制下部钢梁3，在钢梁3上翼缘焊接栓钉等连接件4；定位钢梁3，在其上部绑扎混凝土槽身1底板的非预应力钢筋及构造钢筋；混凝土槽身1侧墙根据设计方案按以下三种方法施工：(1)采用变截面侧墙6时，绑扎侧墙内部的非预应力钢筋及构造钢筋(2)侧墙与底板连接处内侧粘贴l型薄钢板7时，绑扎侧墙内部的非预应力钢筋及构造钢筋，并在侧墙与底板的拐角处内侧设置l型薄钢板7(3)侧墙沿竖向设置预应力钢筋8时，绑扎侧墙内部的非预应力钢筋及构造钢筋，并在侧墙内部预留预应力筋8的张拉孔道；在混凝土槽身1的侧墙顶部设置连接钢拉杆2的预埋件；支模浇筑上部混凝土槽身1的底板和侧墙，槽身1底部与钢梁3上翼缘紧密相连，形成整体；槽身1的侧墙按设计方案(3)设置竖向预应力筋8时，待混凝土硬化后，进行竖向预应力筋8的张拉；将钢拉杆2两端与侧墙顶部预埋件进行螺栓连接，对槽身1的侧墙顶部进行拉接。

本发明提出的一种钢-混凝土组合结构渡槽的构造及施工方法，解决了现有混凝土渡槽中依赖大量预应力筋来控制混凝土开裂而导致的施工困难且效果有限的难题。本发明在混凝土槽身底部增设钢梁形成组合结构，通过改变结构的受力状态和构造细节，使渡槽在不设置预应力筋或仅设置少量预应力筋的情况下即可满足抗裂设计要求，渡槽混凝土内部不再产生拉应力或拉应力远小于混凝土开裂应力，因此从根本上杜绝了混凝土开裂的可能，大大提高了渡槽结构在输水过程中的安全性和可靠性，同时由于取消了大量预应力筋的设置，令本发明的渡槽结构施工更加便利，显著减少现场湿作业量，有利于加快施工进度，并提高施工质量。