专利名称：一种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。如
图1和图2所示，其中图1为现有技术中大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的结构示意图，图2为现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥构造图，为连续刚构桥。桥墩06墩顶上设置有墩顶横隔板08，墩顶浇筑箱梁013包括O号块和I号块，其中O号块和I号块均采用墩顶托架现浇，梁高较大时分两次浇筑施工，第一次浇筑施工到腹板中部，第二次浇筑腹板中部以上余下部分，然后采用挂篮悬臂浇筑施工至中跨合拢段09和边跨合拢段010处侧面。边跨现浇段011在边跨现浇支架012上浇筑完成后，先进行边跨合拢段010的施工，再进行中跨中合拢段09的施工。当边跨现浇支架012较高时，施工风险大，不经济。图5为现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的钢索纵向布置图。箱梁由底板01、腹板02和顶板04组成。顶板04内设置有沿箱梁纵向排布的大体水平布置的负弯矩钢索，其锚固在靠近腹板处，其中锚固的位置低于负弯矩钢索在顶板04内的位置，所以需竖直弯起到锚固处，所以负弯矩钢索分为平弯段和竖弯段，平弯段和竖弯段的径向力易导致顶板纵向开裂。腹板索07向下弯布置在腹板02内，锚固在箱梁节段腹板端面，下弯的腹板索07提供向上的分力对抗剪切力，但易导致腹板索07锚固区附近的腹板02水平方向开裂和平行于腹板索07方向的纵向开裂。相邻两个桥墩06之间的底板01下表面为坦拱形，底板索05下弯布置在坦拱形底板01内，在锯齿块03处张拉锚固。下弯底板索05的下弯段和平弯段均产生径向力易导致底板纵向开裂，严重时导致底板崩裂破坏。顶板04内常设置横向预应力以改善桥面板横向受力。腹板02内设置竖向预应力以抵抗主拉应力。底板01内一般多数桥梁不设横向预应力。大吨位纵向预应力索在钢索垂直方向均会产生劈裂拉力。其中，横向即为沿桥宽的方向，竖向即为沿桥高的方向，纵向即为沿桥跨的方向，其中沿桥跨的方向也为沿桥长的方向。现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥顶板04内设有较多的预应力钢索和锚具，一般混凝土结构本身存在一定的微裂缝，因此一般的桥面防水效果均不佳，常导致钢索或锚具锈蚀，严重影响结构耐久性。锯齿块03 —般为钢筋混凝土结构，用于锚固在箱内张拉的钢索。锚固区钢索一般需要竖弯到箱内张拉。其中竖弯即沿桥高的方向弯。现有技术的主要缺陷或不足表现在:(I)采用悬臂施工法的大跨预应力 混凝土变截面箱梁桥的顶板常产生顺桥跨方向的裂缝。裂缝一般位于顶板与腹板梗腋交接处和顶板索锚固区段下方。顶板采用横向预应力时裂缝有所缓解，但不能完全消除。其主要由截面突变、顶板索轴向力及径向力、劈裂力、不对称张拉预应力施工偏载扭转、施工误差、混凝土收缩徐变及温度等引起，这些裂缝诱发因素一般很难避免，为同类桥梁的共性问题，必须在结构上加以改进克服。(2)采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的底板常产生顺桥跨方向的裂缝。底板裂缝一般位于跨中L/2截面至L/4截面区段的正弯矩底板索布置区段底板01下缘，靠近跨中多见。主要由下弯底板索轴向力及径向力、劈裂力、施工误差、混凝土收缩徐变及温度等引起，这些裂缝诱发因素一般很难避免，为同类桥梁的共性问题，必须在结构上加以改进克服。(3)采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的腹板常产生顺桥跨方向的裂缝。腹板一般设竖向预应力。腹板裂缝一般位于跨中L/2截面至L/4截面区段。下弯腹板索的锚固区附近常出现纵向水平裂缝和平行于腹板索07方向的斜裂缝。主要由底板索竖向向下径向力、不对称施工扭转、下弯腹板索向上分力、竖向预应力短索损失大、施工误差、混凝土收缩徐变及温度等引起，这些裂缝诱发因素很难避免，为同类桥梁的共性问题，必须在结构上加以改进克服。(4)墩顶浇筑箱梁的0号块和I号块较高时，混凝土浇筑一般分两次进行。第一次浇筑下半部分箱梁和横隔板，施工到箱梁腹板和横隔板高度的中点，第二次浇筑余下的上半部分箱梁和横隔板，形成封闭的多次超静定箱型结构，上半部分的混凝土水化热24小时达到75度左右，在第2天到第7天降到25度左右，第一次浇筑下半部分箱梁和第二次浇筑余下的上半部分箱梁 上下温差变化50度左右，导致墩顶浇筑箱梁的0号块和I号块的腹板和横隔板上半部分出现竖向温度裂缝。这些温度裂缝诱发因素很难避免，为同类桥梁的共性问题，必须在结构和施工工艺上加以改进克服。(5)现有技术采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的合拢施工方法为:悬臂施工完成后，边跨一般在支架上施工一段现浇段，先进行边跨合拢，再进行中跨合拢。使用这种合拢方法，当两边的桥墩较高时风险大，支架费用高，不经济。(6)采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的预应力施工方法一般采用混凝土达到要求后一次性张拉到100%。对箱梁有一定冲击作用。混凝土养生一般要求9至10天以上，节段施工周期一般大于15天至18天，时间较长。(7)箱梁悬臂施工节段混凝土结构受养生温度影响常出现早期温度裂缝。混凝土水化热24小时达到75度左右，在第2天到第7天降到25度左右，下降温差50度导致混凝土开裂。(8)因一般混凝土的微裂缝不可避免，顶板采用横向预应力结构或无横向预应力均不能完全解决桥面防水问题，常导致桥面的预应力钢索和锚具锈蚀严重，影响结构耐久性。(9)现有技术锯齿块03—般为钢筋混凝土结构。锯齿块03端面作用力大。大吨位纵向预应力在钢索垂直方向均产生横向劈裂拉力。锯齿块表面常出现开裂现象。除此之外，现有技术采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥主梁合拢后的后续施工工作有以下特点:现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的箱梁合拢后进行厚10厘米左右现浇调平混凝土施工、厚10厘米左右浙青混凝土铺装施工以及人行道、栏杆或防撞护栏施工。厚10厘米左右现浇调平混凝土、厚10厘米左右浙青混凝土铺装、人行道、栏杆或防撞护栏重量一般称为二期恒载。二期恒载施工阶段，底板索05 —般张拉完成。二期恒载一般采用混凝土材料，部分桥梁栏杆采用钢结构，自重均较大。下表列出了二期恒载和公路设计车道荷载的比例关系。二期恒载一般为公路设计车道荷载的2倍左右，采用轻型的桥面系结构，减小二期恒载引起主梁下挠变形的影响对提高通行能力、减小施工控制难度意义重大。
权利要求
1.一种预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩(5)和构成箱梁箱室的顶板(4)、底板(I)及腹板(2)，其特征在于，所述顶板(4)的上表面和下表面均粘贴有FRP结构(8)； 在跨中L/2截面至L/4截面区段内的所述腹板(2)的左表面和右表面均粘贴有FRP结构(8)； 在跨中L/2截面至L/4截面区段内的所述底板(I)的下表面粘贴有FRP结构(8)； 所述FRP结构(8)包括FRP方格布且每层所述FRP方格布的两个表面均粘贴有FRP短切毡，所述FRP方格布和所述FRP短切毡间通过粘结剂粘贴固化形成所述FRP结构(8)。
2.根据权利要求1所述的预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述FRP结构(8)包括一层或者两层所述FRP方格布。
3.根据权利要求1所述的预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述变截面箱梁桥的锯齿板外壁上均粘贴有所述FRP结构(8)。
4.根据权利要求3所述的预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述桥墩(5)墩顶箱梁箱室的上半部分腹板(2)内壁上和横隔板的两侧表面上均粘贴有所述FRP结构(8)。
5.根据权利要求1所述的预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述预应力混凝土变截面箱梁桥的桥面板上粘贴有所述FRP结构(8)，且所述FRP结构(8)上表面上投刷粘结剂，所述粘结剂固化前其上依次铺筑两层厚均为3-4厘米的且骨料直径为10mm-13mm的浙青混凝土铺装层；或者所述粘结剂固化后其上直接浇筑一层6-8厘米厚的C50混凝土铺装层。
6.根据权利要求1所述的预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述FRP结构(8)具体为GFRP结构。
7.根据权利要求4所述的预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述桥墩(5)墩顶箱梁箱室的上半部分腹板(2)内壁上和横隔板的两侧表面上的FRP结构(8)均包括一层FRP方格布； 所述顶板(4)的上下表面、在跨中L/2截面至L/4截面区段内的所述腹板(2)的左右两侧表面和底板(I)的下表面以及锯齿板外壁上的FRP结构(8)均包括两层FRP方格布。
8.根据权利要求1所述的预应力混凝土变截面箱梁桥，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂胶。
9.一种预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，其特征在于，包括步骤: 第一步:分两次浇筑墩顶箱梁，第一次浇筑下半部分墩顶箱梁，施工到墩顶箱梁的腹板高度的中点，预埋该段的腹板的沿桥高方向的竖向预应力和沿桥跨方向的纵向预应力，并且预埋墩顶横隔板(6)的沿桥高方向的竖向预应力和沿桥宽方向的横向预应力；第二次浇筑余下的上半部分箱梁，并且预埋该段的顶板(4)的沿桥跨方向的纵向预应力和沿桥宽方向的横向预应力，预埋腹板(2 )的沿桥跨方向的纵向预应力，预埋墩顶横隔板(6 )沿桥宽方向的横向预应力； 其中，第二次浇筑的上半部分墩顶箱梁的混凝土龄期为2至3天时张拉30%预应力以防止温度裂缝，采用单顶单束张拉，横隔板(6)的预应力按先横向预应力，再竖向预应力的顺序施工；腹板(2 )预应力按先纵向预应力，再竖向预应力的顺序施工，混凝土龄期5至6天时张拉60%预应力，采用大吨位千斤顶群锚整索张拉；张拉60%预应力后，拆除内模，同时进行墩顶箱梁第二次浇筑的上半部分腹板(2)箱梁箱室内侧表面和横隔板(6)两侧表面及顶板(4)下表面粘贴FRP结构(8)的施工，然后同步完成顶板(4)上表面的FRP结构(8)的施工；混凝土龄期不小于9至10天，保证混凝土强度和弹性模量均大于设计值的80%时张拉100%预应力，采用大吨位千斤顶群锚整索张拉； 第二步:安装悬臂浇筑施工挂篮，在挂篮上完成第一个悬臂浇筑块件的混凝土浇筑施工，混凝土龄期2至3天时张拉30%预应力防止温度裂缝，预应力按先竖向预应力、再横向预应力、最后纵向预应力的顺序施工；混凝土龄期5至6天时张拉60%预应力，行走挂篮到第二个悬臂浇筑施工节段进行模板和钢筋工作，第一个悬臂浇筑块件混凝土龄期不小于9至10天，保证混凝土强度和弹性模量均大于设计值的80%时张拉100%预应力；完成第一个悬臂浇筑块件100%预应力张拉后，浇筑第二个悬臂浇筑施工节段的混凝土 ； 第二个悬臂浇筑施工节段的混凝土龄期2至3天时张拉30%预应力防止温度裂缝，预应力按先竖向预应力、再横向预应力、最后纵向预应力的顺序施工；混凝土龄期5至6天时张拉60%预应力，行走挂篮到第三个悬臂浇筑施工节段，利用内模系统支架后设的工作平台完成第一个悬臂浇筑块件的混凝土顶板(4)下表面FRP结构(8)的施工，同步完成顶板(4)上表面FRP结构(8)的施工； 完成第一个悬臂浇筑块件的混凝土顶板(4)上下两表面FRP结构(8)的施工后，进行第三个悬臂浇筑施工节段的模板和钢筋工作，第二个悬臂浇筑块件混凝土龄期不小于9至10天，可保证混凝土强度和弹性模量均大于设计值的80%时张拉100%预应力；完成第二个悬臂浇筑块件100%预应力张拉后，再浇筑第三个悬臂浇筑施工节段的混凝土 ；混凝土浇筑、预应力张拉到100%、完成FRP结构(8)的施工各差一个施工节段；按照先完成第一段顶板(4)上下两表面FRP结构(8)的施工、再完成第二段预应力张拉到100%的施工、最后完成第三段混凝土浇筑的顺序进行重复作业； 第三步:悬臂施工到L/4截面时，FRP结构(8)的施工分为顶板(4)上表面和下表面、腹板(2 )左表面和右表面以及底板(I)下表面七个工作面的施工，进行顶板(4 )上下两表面FRP结构(8)施工的同时，增加箱梁箱室的腹板(2)内侧表面的FRP结构(8)的施工、利用侧模系统支架后设的工作·平台完成箱梁箱室的腹板(2)外侧表面FRP的施工，利用底模系统支架后设的工作平台完成底板(I)下表面FRP的施工工序，按照先完成第一段顶板(4)上表面和下表面、腹板(2)左表面和右表面以及底板(I)下表面FRP结构(8)的施工、再完成第二段预应力张拉到100%的施工、最后完成第三段混凝土浇筑的顺序进行重复作业； 其中以下程序重复作业:混凝土龄期2至3天时张拉30%预应力防止温度裂缝，预应力按先竖向预应力、再横向预应力、最后纵向预应力的顺序施工；混凝土龄期5至6天时张拉60%预应力，行走挂篮到下个悬臂浇筑施工节段进行模板和钢筋工作，上一个悬臂浇筑块件混凝土龄期不小于9至10天，可保证混凝土强度和弹性模量均大于设计的80%时张拉100%预应力； 第四步:悬臂施工完成后，利用挂篮进行中跨合拢段的施工，完成中跨锯齿块(3) FRP结构(8)的施工，混凝土龄期2至3天时张拉30%预应力，预应力按先竖向预应力、再横向预应力、最后纵向预应力的顺序施工，混凝土龄期5至6天时张拉60%预应力，拆除中跨合拢段内模系统，完成中跨合拢段的顶板(4)上下两表面、箱梁箱室的腹板内侧FRP结构(8)的施工； 第五步:利用悬臂施工挂篮继续进行边跨I到2个节段的悬臂浇筑施工，退回两边跨挂篮到靠近桥墩(5)处或拆除，同时利用内模系统支架后设的工作平台完成该段的顶板(4)上下两表面、箱梁箱室的腹板内侧FRP结构(8)的施工，利用侧模系统支架后设的工作平台完成该段的箱梁箱室的腹板外侧FRP结构(8)的施工，利用底模系统支架后设的工作平台完成底板(I)下表面FRP结构(8)的施工； 第六步:利用墩旁托架(7)浇筑两边跨合拢段的施工，完成两边跨段的锯齿块(3) FRP结构(8)的施工，混凝土龄期2至3天时张拉30%预应力防止温度裂缝，预应力按先竖向预应力、再横向预应力、最后纵向预应力的顺序施工，混凝土龄期5至6天时张拉60%预应力，拆除边跨合拢段内模系统，完成顶板(4)上下两表面、箱梁箱室的腹板内侧表面FRP结构(8)的施工； 第七步:对称退回中跨合拢段挂篮到靠近桥墩(5)处或拆除，同步完成底板(I)下表面、箱梁箱室的腹板外侧FRP结构(8)的施工，拆除边跨合拢段墩旁托架，同步完成底板(I)下表面、箱梁箱室的腹板外侧表面的FRP结构(8)的施工，完成中跨合拢段预应力张拉到100%的施工，进行边跨合拢段预应力张拉到100%的施工； 第八步:在全桥的桥面板即顶板4的FRP结构(8)上再粘贴包括一层FRP方格布的所述FRP结构(8)，形成桥面板即顶板4上的FRP结构(8)包括两层FRP方格布；在所述FRP结构(8)上表面上投刷粘结剂，所述粘结剂固化前其上依次铺筑两层铺装层，所述铺装层为各层厚3-4厘米，且骨料直径为10mm-13mm的浙青混凝土铺装层；或者所述粘结剂固化后其上直接浇筑一层6-8厘米 厚的C50混凝土铺装层。
全文摘要
本发明公开了一种预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩和构成箱梁的顶板、底板及腹板，顶板的上表面和下表面均粘贴有FRP结构，且顶板内施加有沿桥宽方向的横向预应力；在跨中L/2截面至L/4截面区段内的腹板的左表面和右表面均粘贴有FRP结构，且腹板内施加有沿桥高方向的竖向预应力；在跨中L/2截面至L/4截面区段内的底板的下表面粘贴有FRP结构，且底板内施加有沿桥宽方向的横向预应力；FRP结构包括FRP方格布且FRP方格布的两个表面均粘贴有FRP短切毡，其相互之间通过粘结剂粘贴固化形成FRP结构。该预应力混凝土变截面箱梁桥的抗裂性高及桥面防水性较好。本发明还公开了一种预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法。
文档编号E01D101/28GK103233421SQ20131016699
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8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