一种混凝土箱形梁桥主梁腹板结构的施工方法与流程

本发明涉公路桥梁，特别是一种混凝土箱形梁桥主梁腹板结构及其施工方法。

背景技术：
所述箱形梁桥包括普通混凝土箱形梁桥和预应力混凝土箱形梁桥，按主要结构形式分为：普通钢筋混凝土连续梁桥、预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝土连续刚构桥。其中跨度为20m～300m的箱形梁桥为最常用类型。由于设计、施工或运营管理等方面存在的问题，目前在役的这种混凝土箱形梁桥有相当大比例出现了因主拉应力过大而引起的主梁腹板斜裂缝等病害，裂缝较大时直接威胁桥梁的耐久性和安全性。为防止腹板斜裂缝病害的发生，传统设计中常采用在腹板内设置体内竖向预应力的方法来提高腹板斜截面抗裂性能，但体内竖向预应力因存在下述问题难以实现提高腹板斜截面抗裂性能的目的：(1)体内竖向预应力钢筋通过拧紧其端头的螺母进行张拉，张拉后在体内竖向预应力钢筋内产生拉力的大小难以进行有效测定，也就难以保证应力施加效果。(2)运营期间如体内竖向预应力钢筋需要更换时，由于体内竖向预应力钢筋的安装孔道已经灌浆，无法更换。(3)腹板是混凝土箱形梁桥主梁的重要组成部分，腹板中设置体内竖向预应力钢筋需在腹板中设孔道，该孔道使腹板的截面遭受极大削弱，腹板的斜截面抗裂性不升反降，成为腹板更容易产生斜裂缝病害的原因。

技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可有效防止发生斜裂缝的混凝土箱形梁桥主梁腹板结构及该结构的施工方法。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第6.3.3条，提高腹板抗裂性能的一个重要途径是增大腹板的竖向压应力。基于这一设计理念，本发明采取用体外竖向预应力钢筋对腹板施加竖向压应力的办法来提高腹板的抗裂性能。本发明提供的混凝土箱形梁桥主梁腹板结构，在主梁腹板的两外侧面的上部和下部增设上下对应、沿顺桥向间隔布置的锚固块，在上下对应的锚固块上安装由精轧螺纹钢筋构成的体外竖向预应力钢筋。所述锚固块沿顺桥向的相互间距sv为：50cm≤sv≤120cm。上述混凝土箱形梁桥主梁腹板结构的施工方法包括以下步骤：步骤1、在浇筑主梁时，在主梁腹板的两外侧面上同时浇筑所述锚固块，在锚固块中预留孔道；步骤2、通过锚固块中的孔道穿送体外竖向预应力钢筋，利用体外竖向预应力钢筋上端的螺母将体外竖向预应力钢筋的上端固定在与其对应的锚固块上部，然后用旋拧体外竖向预应力钢筋下端螺母的方式对体外竖向预应力钢筋进行张拉；张拉时在体外竖向预应力钢筋上安装与振动测试仪器相连接的拾振器，测出体外竖向预应力钢筋张拉时的1阶振动角频率ω1，然后按下式计算出体外竖向预应力钢筋内产生的拉力Fr：式中m：体外竖向预应力钢筋单位长度质量(kg/m)，l：体外竖向预应力钢筋在上、下螺母之间的长度(m)，ω1：拾振器测得的体外竖向预应力钢筋的1阶振动角频率(Hz)，Es：体外竖向预应力钢筋的弹性模量(N/m2)，I：体外竖向预应力钢筋的截面惯性矩(m4)；当拉力Fr达到体外竖向预应力钢筋内产生的理论拉力Fd时，停止张拉体外竖向预应力钢筋；体外竖向预应力钢筋内产生的理论拉力Fd按下式求得：式中b：主梁腹板的宽度(mm)，sv：锚固块沿顺桥向的相互间距(mm)，σtp：短期效应组合下主梁腹板截面主拉应力的最大值，通过建立桥梁结构力学模型或桥梁结构有限元模型计算求得，ftk：混凝土抗拉强度标准值(MPa)，可通过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)查询，γ：构件类型系数，对预制的全预应力混凝土构件，γ＝0.6；对现场浇筑的全预应力混凝土构件、预制拼装的全预应力混凝土构件γ＝0.4；对预制的A类和B类预应力混凝土构件，γ＝0.7；对现场浇筑的A类和B类预应力混凝土构件、预制拼装的A类和B类预应力混凝土构件γ＝0.5；步骤3、对张拉后的体外竖向预应力钢筋进行防腐处理，主梁腹板结构施工即告完成。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明通过张拉体外竖向预应力钢筋对主梁腹板构成竖向压应力，可有效提高腹板的抗裂性能。(2)采用拾振器测量体外竖向预应力钢筋张拉时在体外竖向预应力钢筋内产生的拉力Fr，在Fr达到体外竖向预应力钢筋的理论拉力Fd时停止张拉，可确保作用短期效应组合下腹板截面出现的主拉应力不超过γftk，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)第6.3.1条对不同类型预应力混凝土构件斜截面抗裂的要求，从而达到既能提高腹板斜截面抗裂性能，又不会因拉力过大损害桥梁结构。(3)本发明方法简单，便于日常维护，更换体外竖向预应力钢筋方便。附图说明图1为采用本发明的混凝土箱形梁桥主梁的局部侧视图；图2为图1中A-A断面图。图中：1–主梁，2–主梁腹板，3–体外竖向预应力钢筋，4–锚固块，5–螺母，6–孔道。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。本实施例为采用本发明对主跨为160m的箱形预应力混凝土连续刚构桥的主梁腹板进行改进。该箱形梁桥按照全预应力混凝土结构设计，现场浇筑施工，其主梁采用C60混凝土，ftk＝2.85MPa。现场浇筑的全预应力混凝土构件：γ＝0.4。通过建立桥梁结构有限元模型计算出该箱形梁桥作用短期效应组合下主梁腹板截面主拉应力的最大值σtp＝3.03MPa。以图1和图2所示一段主梁腹板2为例，主梁腹板的结构是，在主梁腹板的两个外侧面上距主梁腹板上缘75cm和距主梁腹板下缘45cm处分别增设上下对应、沿纵桥向相互间距sv＝60cm的锚固块4共10组，每组锚固块中有距主梁腹板外侧面12.5cm的预留孔道6，由10根直径40mm的PSB1080精轧螺纹钢筋(精轧螺纹钢筋单位长度质量m＝10.34kg/m，弹性模量Es＝2.0×1011N/m2，截面惯性矩I＝2.51×10-7m4)构成的竖向体外预应力钢筋3分别穿过上下对应的锚固块中的预留孔道，其上下两端通过螺母5分别固定在与其对应的锚固块上。上述主梁腹板结构的施工步骤如下：步骤1、在浇筑主梁时，在主梁腹板的外侧面同时浇筑所述锚固块，在锚固块中预留所述孔道；步骤2、通过锚固块中的孔道穿送体外竖向预应力钢筋，利用体外竖向预应力钢筋上端的螺母将体外竖向预应力钢筋的上端固定在与其对应的锚固块上部，然后用旋拧体外竖向预应力钢筋下端螺母的方式对体外竖向预应力钢筋进行张拉；张拉时在体外竖向预应力钢筋上安装与振动测试仪器相连接的拾振器，测出体外竖向预应力钢筋张拉时的1阶振动角频率ω1，，计算出竖向体外预应力钢筋内产生的拉力Fr，当拉力Fr与竖向体外预应力钢筋内产生的理论拉力Fd的差值不超过理论拉力Fd的5％时，停止张拉竖向体外预应力钢筋。体外竖向预应力钢筋内产生的理论拉力Fd为停止张拉竖向体外预应力钢筋时，主梁腹板左右两外侧面上的10根竖向体外预应力钢筋的实测结果分别见下表：左侧体外竖向预应力钢筋实测结果表右侧体外竖向预应力钢筋实测结果表步骤3、对完成张拉后的体外竖向预应力钢筋进行防腐处理，主梁腹板结构施工即告完成。上述混凝土箱形梁桥投入运营后，经过一年的实际考验，其主梁腹板未发生开裂现象，达到预期效果。