简支变连续桥梁负弯矩区段钢束预应力自补偿改进方法与流程

本发明属于桥梁工程领域，具体涉及一种简支变连续桥梁负弯矩区段钢束预应力自补偿改进方法。

背景技术

装配式简支t梁桥是目前中小跨径混凝土梁桥最常用的桥型，然而桥面处的升缩缝会造成桥面不平整和不连续，侵蚀环境和汽车冲击作用也会导致伸缩装置出现一些病害，因此桥梁工程师提出了简支梁桥桥面连续的新型构造方案：在墩顶处现浇湿接缝，待混凝土养护达到设计强度之后，利用千斤顶等张拉负弯矩预应力钢束，从而使墩顶现浇段混凝土储备压应力，以应对二期恒载及活载作用下出现的负弯矩，使简支t梁桥形成连续体系。

虽然先简支后连续在桥梁工程中被日益广泛应用，但在已建成的“简支变连续”的预应力混凝土梁桥中，主梁开裂现象非常严重，预应力损失过大，部分桥梁因为施工原因，负弯矩区段的预应力完全丧失，这类病害正在越来越引发人们的担忧，究其原因，负弯矩区段的构造形式不合理，施工质量不过关，预应力失效是引起上述病害的根源。

负弯矩区段是简支变连续t梁桥实现连续功能的关键部位，其构造及施工质量在很大程度上决定了桥梁的功能和耐久性，在t梁翼缘板设锚固齿板锚固是几种传统的负弯矩区段构造型式之一，该形式的缺陷在于：需要采用吊篮法在桥面下完成张拉锚固以施工负弯矩，不仅施工困难，且在施工完成后，钢束的张拉力有一定回缩，存在较大的预应力损失。而目前还没有一种方法能满足该构造形式的改进需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种简支变连续桥梁负弯矩区段钢束预应力自补偿改进方法，通过改进桥梁结构及施工工艺，克服目前因负弯矩区段构造形式不合理所带来的桥梁质量问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种简支变连续桥梁负弯矩区段钢束预应力自补偿改进方法，主要包括以下步骤：

(1)在混凝土梁中钢束张拉端位置处预先埋置弹性装置：弹性装置主要由定位板、压簧、钢束锚定复位板以及套筒组成，定位板与钢束锚定复位板上对应设有穿过钢束的孔；在混凝土梁内的钢筋笼骨架上固定好定位板后，先将压簧一端头焊接在定位板上的外侧处，再将压簧另一端与钢束锚定复位板一侧面相焊接，后将套筒一端焊接在定位板上并使压簧及钢束锚定复位板位于套筒内，浇筑混凝土形成混凝土预制梁并使套筒的后端部分露出预制梁外；

(2)穿入钢束，使钢束依次穿过波纹管、定位板以及钢束锚定复位板；

(3)利用顶压机构从套筒的外露端顶压钢束锚定复位板，然后通过限位装置将钢束锚定复位板可拆卸固定在套筒上以使压簧维持在压缩状态下；

(4)待湿接缝处混凝土弹性模量和强度达到设计值90％以上时张拉钢束，张拉时按照15％的标准对钢束进行超张拉，超张拉后通过夹片将钢束锚固在钢束锚定复位板上；

(5)松开套筒上的限位装置，使钢束锚定复位板处于可自由滑动状态；

(6)施工桥面系，等待6～12个月让湿接缝混凝土及混凝土梁体发生收缩徐变，后在波纹管内进行灌浆以防止钢束发生锈蚀。

进一步，在套筒内部设置位移传感器。

进一步，位移传感器为无线式。

进一步，顶压机构采用穿心千斤顶。

进一步，限位装置为设置在套筒上的定位块或定位销钉。

本发明的有益效果在于：通过在钢束张拉端接入具有自恢复变形能力的弹性装置，能够将钢束张拉时的超张拉力及压簧的压缩反力储存于压簧内，以抵消由于锚固变形、钢束回缩、混凝土收缩徐变造成的预应力损失；使有效预应力得到保障，解决了简支变连续梁负弯矩区段混凝土顶板的开裂问题。弹性装置内的位移传感器可准确获知其自补偿能力，有助于协助估判桥梁的可靠性及使用寿命。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为弹性装置压缩状态示意图；

图2为弹性装置张拉状态示意图；

图3为带有弹性装置的负弯矩钢束锚固于桥面下缘的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1～图3，对本技术方案进行详细说明。

该改进方法主要包括以下步骤：

(1)在混凝土梁中钢束张拉端位置处预先埋置弹性装置1：弹性装置1主要由定位板11、压簧12、钢束锚定复位板13以及套筒14组成，定位板11与钢束锚定复位板13上对应设有穿过钢束2的孔；在混凝土梁内的钢筋笼骨架上绑扎固定好定位板11后，先将压簧12一端头焊接在定位板11上的外侧(远离湿接缝3一侧)处，再将压簧12另一端与钢束锚定复位板13一侧面相焊接，后将套筒14一端焊接在定位板11上并使压簧12及钢束锚定复位板13位于套筒14内，钢束锚定复位板13在套筒14内可滑动，浇筑混凝土形成混凝土预制梁并使套筒14的后端(远离湿接缝3一侧)部分露出预制梁外。

此处的弹性装置1是一个钢束锚定复位板13可活动的类似于活塞缸体的结构；内部设置有压簧12，钢束2张拉时，通过可滑动的钢束锚定复位板13压缩压簧12致使内部产生反力；当钢束2由于锚固、混凝土收缩徐变等原因出现缩短趋势时，即可利用预先在压簧内部储存的反力实现钢束自补偿伸长。

(2)穿入钢束2，使钢束2依次穿过波纹管4、定位板11以及钢束锚定复位板13。

(3)利用顶压机构从套筒14的外露端顶压钢束锚定复位板13，然后通过限位装置将钢束锚定复位板13可拆卸固定在套筒14上以使压簧12维持在压缩状态下。

此处的顶压机构可采用穿心千斤顶一类的设备，限位装置可采用定位块5或定位销钉一类的机构，其安装在套筒14上；套筒14为管状结构，一端与定位板11焊接，另一端开口，形成半封闭的结构形式。预制梁时套筒14的开口端外露出梁，以实现对钢束锚定复位板13的调节操作及钢束的张拉。压簧的规格与压缩量等都是经过预先计算匹配，在各参数恰好匹配的情况下，压簧可压缩至将近极限的状态。完成压簧压缩后，通过可拆卸的定位块5或定位销钉将钢束锚定复位板13定位，即可进行后续的钢束张拉。

(4)待湿接缝处混凝土弹性模量和强度达到设计值90％以上时张拉钢束2，张拉时按照15％的标准对钢束进行超张拉，超张拉后通过夹片15将钢束2锚固在钢束锚定复位板13上。此处的超张拉过程进一步降低预应力损失。

(5)松开套筒14上的限位装置，使钢束锚定复位板13处于可自由滑动状态；

(6)施工桥面系，等待6～12个月让湿接缝混凝土及混凝土梁体发生收缩徐变，后在波纹管4内进行灌浆以防止钢束2发生锈蚀。

需要特别注意的是：在钢束张拉之前限位装置处于“使用状态”，限制钢束锚定复位板13回缩，当钢束张拉完成后，“关闭/取消”限位装置使钢束锚定复位板13可以自由滑动，以实现自补偿复位功能。另外，在波纹管内注浆是在待混凝土(梁体)发生收缩徐变后进行的，而不是在钢束张拉完成后立即进行的。

作为上述方案的进一步改进，在套筒14内部设置位移传感器。位移传感器可以采用无线式，装在套筒14内部监测钢束的回缩量，该回缩量可作为释放压簧的一个参照值，当负弯矩区段的多项指标参数达到需补张拉的状态时，通过释放钢束锚定复位板13，即可实现桥梁中期对负弯矩区段的张拉调整。

该改造方法是通过在现有桥梁构造的负弯矩区段增设一组弹性装置，使弹性装置能够预存一定反力，钢束超张拉完成后，弹性装置中的压簧可以利用其自动复位的功能对钢束进行补张拉，从而解决桥梁顶板处预应力钢束预应力损失大的顽疾。而预应力损失减小使得有效预应力得到保障，又解决了简支变连续梁负弯矩区段混凝土顶板的开裂问题。

以背景技术中的在t梁翼缘板设锚固齿板锚固的负弯矩区段构造型式为例进行具体改造施工流程说明。

步骤(1)、将波纹管4、定位板11对应绑扎在t梁钢筋笼上，定位板11与t梁钢筋笼焊接固定好后按序安装弹性装置1：即先将压簧12一端头焊接在定位板11上的外侧(远离湿接缝一侧)处，后将压簧12另一端与钢束锚定复位板13相焊接，最后将套筒14前端焊接在定位板11上并使压簧12及钢束锚定复位板13位于套筒14内，浇筑混凝土形成预制梁并露出套筒14的后端开口端；

步骤(2)、按照常规步骤将各预制梁对应架设在两桥墩的临时支座上形成简支结构；

步骤(3)、通过波纹管接头将两相邻预制梁首尾端处的波纹管4相连接，穿钢束2使钢束端头伸出桥面下缘；穿钢束2时，钢束2端头依次穿过波纹管4、定位板11上孔口以及钢束锚定复位板13；

步骤(4)、浇筑湿接缝混凝土将两相邻预制梁连接成整体；

步骤(5)、利用千斤顶从套筒14的外露端顶压钢束锚定复位板13，然后通过定位块5将钢束锚定复位板13可拆卸固定在套筒14上以使压簧维持在压缩状态；

步骤(6)、待湿接缝混凝土强度和弹性模量达到设计值90％以上后采用预应力张拉设备(千斤顶等)在桥面下缘对钢束2进行超张拉，超张拉后通过夹片15将钢束2锚固在钢束锚定复位板13上；

步骤(7)、松开套筒14上的定位块5，使钢束锚定复位板13处于可自由滑动的状态，以自补偿损失的张拉力；

步骤(8)、按照常规施工流程完成简支梁变连续梁体系转换，并进行后期桥面铺装。

步骤(9)、等待6～12个月让湿接缝混凝土及混凝土梁体发生收缩徐变，在波纹管内进行灌浆以防止钢束发生锈蚀。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。