专利名称：内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法
技术领域：
本发明涉及土木工程桥梁技术领域，更具体地说，涉及一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，以及其施工方法。
背景技术：
大跨预应力混凝土变截面箱梁桥是目前广泛采用的桥型，以连续梁和连续刚构桥最为多见，常采用挂篮悬臂浇筑法施工。
图1为现有技术中一种大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的立面布置图，为连续刚构桥，跨中梁高小于位于桥墩06处的支点梁高，底部为箱梁底板01，主梁下缘立面为坦拱形，桥梁采用分段挂篮悬臂现浇工艺施工。其包括跨中合拢段08、边跨合拢段09、墩顶节段箱梁011、边跨现浇段010及挂篮悬臂现浇部分，其中相邻的跨中合拢段08之间为墩顶节段箱梁011及挂篮悬臂现浇部分，桥梁两端为边跨现浇段010。墩顶节段箱梁011采用墩顶托架现浇，以后采用挂篮悬臂现浇至跨中合拢段08和边跨合拢段09侧面处，边跨现浇段010在支架上现浇完成，再进行边跨合拢段09施工，最后进行跨中合拢段08的施工。如图3至图5所示，现有技术这种变截面箱梁桥目前常用的截面形式为单箱单室截面，由于纵向受力需要，梁高由跨中L/2截面向支点截面不断加大，导致底板01下缘立面成拱形，由跨中向桥墩06处悬臂根部支点方向，箱室净空加大，梁高加大，底板01逐渐加厚，腹板02在靠近支点截面亦局部加厚，底板01立面纵向为拱形，底板01拱形矢跨比(矢高/主跨跨径)一般为1/20左右。用于锚固底板索05的锯齿块03设置在腹板02和底板01的结合转角处，以简短传力路线。如图13至图16所示，现有技术中其钢索纵向布置方式是顶板负弯矩索水平布置，锚固在靠近腹板02处，腹板索07下弯布置提供一定的向上的抗剪分力，跨中正弯矩底板索05下弯布置在底板01内，底板索05锚固在锯齿块03上，底板索05下弯布置，底板索05立面为与底板01 —致的拱形，矢跨比(矢高/底板索跨径)一般亦为1/20左右。因此拱形的底板索05在受拉力时会产生向下的径向力，锚固端远离跨中的底板索05向下的径向力大。当桥梁跨径增大时，现有技术是采用增加梁高、加厚底板01、加厚腹板02、增加配置底板索05等措施，而增加梁高、增加配索，下弯底板索05的径向合力进一步加大，这种构造不合理导致受力不利的问题，桥的跨径越大这种问题越严重，制约着该类桥梁的发展。如图6至图12所示为了解决上述问题设计了一种桥梁即内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥(专利号ZL200610167317. X)，图2为其立面布置图，包括构成箱梁的底板01及腹板02，在变截面箱梁桥箱梁内设置一斜腿刚架结构，斜腿刚架结构由内置纵梁041和内置斜腿042组成；内置纵梁041设在箱梁内跨中底板01相应梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近区段底板01和内置纵梁041融为一体，内置纵梁041高度和跨中底板01厚度一致；内置斜腿042 —端与内置纵梁041连为一体,其两侧与腹板02连为一体，内置斜腿042和箱梁底板01平行布置，内置斜腿042和底板01径向距离为支点总梁高H的1/4 1/5，内置斜腿042、箱梁底板01和腹板02均采用等截面，厚度均为40 60cm ;箱梁底板Ol下缘线形采用悬连线，矢跨比为1/7 1/9 ;跨中正弯矩底板索05沿内置纵梁041水平布置，在底板索05张拉锚固位置的内置纵梁041上设置锯齿块03，底板索05张拉锚固端在锯齿块03处弯起到箱内，底板索05的两个锚固端对称张拉并锚固在锯齿块03上。现有专利技术“内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法”(专利号ZL200610167317.X)的主要缺陷或不足表现在(I)底板索05布置和采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的弯矩包络图(一般为抛物线形)不能完全吻合，存在一定偏差。(2)为降低边跨墩高节省造价，提高主跨桥下净空或克服跨中下挠，主跨一般设置双向2%左右纵坡，在设置纵坡的桥梁上，为方便设计施工，一般内置纵梁041和桥面平行设置，底板索05布置在双向2%左右纵坡上，底板索05存在部分向下的径向力。(3)不能提供向上的分力，不能平衡二期恒载及车道荷载向下作用力。(4)未提供消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的控制方法，主跨合拢后变形不易控制。(5)在主跨设置双向纵坡的桥梁上，底板索05向下的径向力、一期及二期恒载和车道荷载均向下，加剧混凝土收缩徐变效应，导致跨中运营期一定的持续下挠。(6)内置斜腿042和箱梁底板01平行布置，内置斜腿042和底板01径向距离为支点总梁高H的1/4 1/5，大跨径桥梁内置 纵梁041和内置斜腿042间距过大，超过5至6米，腹板02稳定性和箱梁抗扭能力欠佳。(7)未解决现有技术底板的水平挖空率急剧增大问题现有技术，跨径加大增加配索，一般底板索5为单层布置，底板的水平挖空率急剧增大，下表分析了跨径加大时，底板索5的管道直径长度合计和底板宽度的相互关系。
权利要求
1.一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩(6)和构成箱梁的底板(I)及腹板(2)，其特征在于，变截面箱梁桥箱内设置有一斜腿刚架结构，所述斜腿刚架结构包括内置纵梁(41)和内置斜腿(42)，所述内置纵梁(41)由跨中向桥墩(6)方向沿箱梁纵向向上倾斜或弯起设置，在跨中L/2截面至3L/8截面区段，所述的内置纵梁(41)和底板(I)融为一体，其余部分内置纵梁(41)与底板(I)分离；所述内置纵梁(41)的上方还设置有由跨中向桥墩(6)方向沿箱梁纵向向上倾斜设置的上弯锚固板(411)，所述上弯锚固板(411)一部分与内置纵梁(41)和底板(I)融为一体，另一部分上弯锚固板(411)与内置纵梁(41)和底板(I)均分离； 所述内置斜腿(42)—端与所述内置纵梁(41)连接，另一端与所述桥墩(6)连接，其与内置纵梁(41)连接的一端高于与桥墩(6)连接的一端，且所述内置斜腿(42)与桥墩(6)连接的一端的截面位于所述内置纵梁(41)与底板(I)区间梁高的中间并与桥墩(6)的横隔板相连接，所述内置斜腿(42)在L/4截面处箱梁高度的中间部位与所述内置纵梁(41)连接； 跨中正弯矩底板索(5)沿上弯锚固板(411)和内置纵梁(41)上弯布置，以形成双层的底板索(5)，所述内置纵梁(41)上和上弯锚固板(411)上所述底板索(5)张拉锚固位置上设置有锯齿块(3)，底板索(5)张拉锚固端在锯齿块(3)处弯起到箱内，底板索(5)在两个张拉锚固端对称张拉并锚固在锯齿块(3)上。
2.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述内置纵梁(41)在跨中合拢段施工节段水平布置，与所述底板(I)分离的分离段向上倾斜布置成斜直线或者曲线，当所述分离段呈曲线向上倾斜时，其锚固点位于同一斜直线上，所述底板索(5)上弯倾斜的倾斜坡率通过所述底板索(5)提供的向上分力能抵消箱梁合拢后期现浇的调平混凝土厚10厘米、浙青混凝土铺装厚10厘米、人行道、栏杆或防撞护栏重量和50%公路设计车道荷载合计计算确定，且所述内置纵梁(41)的水平布置段与上弯的分离段之间设置有曲线过渡段。
3.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述的内置纵梁(41)靠近桥墩(6)侧的最后一个锯齿块(3)处水平布置，并延伸到桥墩(6)处，内置斜腿(42)在桥墩处设置有墩顶水平段，内置纵梁(41)和内置斜腿(42)均穿过墩顶横隔板分别与相邻跨的内置纵梁(41)和内置斜腿(42)连为一体，内置纵梁(41)的墩顶水平段和桥跨倾斜或上弯段间设置曲线过渡段，所述上弯锚固板(411)在靠近桥墩(6)侧最后一个锯齿块(3)处终止。
4.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述内置纵梁(41)和上弯锚固板(411)的主跨部分的表面向下凹陷呈凹形抛物线形表面，所述内置纵梁(41)的上部表面向上凸起设置呈凸形抛物线形表面且与所述桥墩的墩顶水平段相连，所述内置纵梁(41)下部与跨中合拢段施工节段的水平段的底板(I)融为一体。
5.根据权利要求1-4所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述内置纵梁(41)、上弯锚固板(411)和内置斜腿(42 )的横向构造钢筋在腹板(2 )处弯起并和所述的腹板(2)的竖向钢筋焊接牢固或搭接，当采用搭接时，所述内置纵梁(41)、上弯锚固板(411)和内置斜腿(42)的横向构造钢筋在腹板(2)处弯起，并保证在腹板(2)内的锚固长度为钢筋直径的40倍以上。
6.根据权利要求1所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，在底板索(5)布置区段的内置纵梁(41)和上弯锚固板(411)上的各施工段设置一道横向加强肋。
7.根据权利要求6所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述的横向加强肋上施加有横向预应力，横向预应力可采用在箱外两端张拉，或采用一端锚固在腹板(2)处混凝土内，另一端弯起到箱内张拉，横向加强肋上施加的横向预应力施工要早于纵向底板索(5)的张拉施工。
8.一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥施工方法，其特征在于，桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时上弯锚固板(411)、内置纵梁(41)、内置斜腿(42)和箱梁节段一起悬臂现浇，或上弯锚固板(411)、内置纵梁(41)和内置斜腿(42)推迟一个施工阶段，在箱内支架或吊架上现浇。
9.根据权利要求8所述的内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥施工方法，其特征在于，底板索(5)的张拉根据跨中标高的变化分多批分阶段进行施工；箱梁合拢后张拉40%，后期现浇的调平混凝土厚10厘米完成后张拉20%，人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉20%，浙青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉20% ;当不设置调平混凝土时，箱梁合拢后张拉40%，人行道、栏杆或防撞护栏完成后张拉30%，浙青混凝土铺装厚10厘米完成后张拉30% ;施工时根据跨中截面测量标高进行上弯底板索(5)张拉过程的动态调整。
全文摘要
本发明公开了一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩及构成箱梁的底板和腹板，变截面箱梁桥箱内设置有一斜腿刚架结构，包括内置纵梁和内置斜腿，内置纵梁上方设置有由跨中向桥墩方向沿箱梁纵向向上倾斜设置的上弯锚固板，跨中正弯矩底板索沿上弯锚固板和内置纵梁上弯布置，以形成双层的底板索，内置纵梁上和上弯锚固板上底板索张拉锚固位置设置有锯齿块，底板索张拉锚固端在锯齿块处弯起到箱内。本发明桥梁结构为正弯矩索提供合理布索和锚固位置，减小底板截面挖空率和底板索平弯幅度。正弯矩底板索产生向上的径向力，消除或减小二期恒载引起主梁下挠变形的影响。本发明还公开了一种内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥施工方法。
文档编号E01D21/10GK103031804SQ201310007788
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者吴国松, 胡嘉鸿 申请人:重庆交通大学, 重庆国通土木工程技术有限公司