一种轻质预应力混凝土梁桥结构的制作方法

本发明涉及桥梁领域，特别涉及一种轻质预应力混凝土梁桥结构。

背景技术：

目前国内外常用的简支混凝土箱梁桥，大多为后张法预应力混凝土梁，其材料为普通混凝土和预应力钢绞线，由于普通混凝土抗压抗拉强度较低、延性较差、收缩徐变效应明显等缺点，造成梁体截面及厚度较大，钢筋用量较多；据统计，混凝土箱梁桥其恒载作用占总作用效应的绝大比重(超过85％)，而且跨径越大此比值呈非线性的增大，常规混凝土的强度绝大部分用于自身内耗，极大限制了梁桥的适用范围。

较大的梁体尺寸以及重量导致与其适配的支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量也必须随之增大，从梁结构自重和工程整体性考虑均需要寻求一种轻质的梁，减轻桥梁自重是设计师亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的现有预应力混凝土梁，由于普通混凝土抗压抗拉强度较低、延性较差、收缩徐变效应明显等缺点，造成梁体截面及厚度较大，钢筋用量较多，较大的梁尺寸以及重量导致与其适配的支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量也必须随之较大的上述不足，提供一种轻质预应力混凝土梁桥结构。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种轻质预应力混凝土梁桥结构，包括梁本体，所述梁本体为uhpc(ultra-highperformanceconcrete，超高性能混凝土)结构件，所述梁本体内设有若干个缓粘结预应力钢束，每个所述缓粘结预应力钢束包括护套和设于其中的若干根钢绞线，所有所述钢绞线和所述护套之间填充有缓凝粘合剂。

其中，所述缓粘结预应力钢束的具体数量根据所述梁本体的具体结构力学特点和材料参数进行确定。

采用本发明所述的一种轻质预应力混凝土梁桥结构，uhpc超高的抗压、抗拉强度，良好的耐久性和韧性以及较低的徐变系数等优异性能，可有效提高梁本体单位面积截面的抗力，配合缓粘结预应力钢束不需要在梁本体制作时预留孔道、灌浆、穿束等，达到同等作用力下缓粘结预应力钢束较现有结构直径小，使得uhpc板件能够做薄，从而减小了梁本体截面尺寸，降低uhpc和钢筋用量，使得梁本体自重有效降低40％-60％，即便uhpc造价较普通混凝土贵，但是轻质的梁本体及支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量均较大减少，使得整个桥梁工程具有极强的经济性，极具推广价值。

优选地，所述梁本体为简支梁，所述梁本体包括顶板、腹板和底板，所述腹板和所述底板均设有所述缓粘结预应力钢束。

优选地，所述梁本体为连续梁，所述梁本体包括顶板、腹板和底板，所述顶板、所述腹板和所述底板均设有所述缓粘结预应力钢束。

优选地，所述梁本体为箱梁、t型梁、板梁、i型梁或者槽型梁。

优选地，所述缓凝粘合剂为砂浆或者胶粘剂。

优选地，所述缓凝粘合剂的不同配比控制所述缓粘结预应力钢束固化粘结时间。

优选地，所述护套的材质为pe(polyethylene，聚乙烯)材质。

优选地，所述护套呈波纹管状。

优选地，所述梁本体为热养护结构件或者蒸汽养护结构件。

优选地，每个所述缓粘结预应力钢束中所述钢绞线的直径为10mm-30mm。

优选地，该轻质预应力混凝土梁桥结构能够用于简支梁桥、连续刚构桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

运用本发明所述的一种轻质预应力混凝土梁桥结构，uhpc超高的抗压、抗拉强度，良好的耐久性和韧性以及较低的徐变系数等优异性能，可有效提高梁本体单位面积截面的抗力，配合缓粘结预应力钢束不需要在梁本体制作时预留孔道、灌浆、穿束等，达到同等作用力下缓粘结预应力钢束较现有结构直径小，使得uhpc板件能够做薄，从而减小了梁本体截面尺寸，降低uhpc和钢筋用量，使得梁本体自重有效降低40％-60％，即便uhpc造价较普通混凝土贵，但是轻质的梁本体及支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量均较大减少，使得整个桥梁工程具有极强的经济性，极具推广价值。

附图说明

图1为现有预应力混凝土简支箱梁的断面结构示意图；

图2为图1中梁结构的应力图；

图3为本发明所述的一种轻质预应力混凝土简支箱梁的断面结构示意图；

图4为图3中梁结构的应力图。

图中标记：1-梁本体，2-顶板，3-腹板，4-底板，5-缓粘结预应力钢束，6-预应力钢束。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

如图1所示，现有预应力混凝土简支箱梁，包括梁本体1，所述梁本体1为普通混凝土c50结构件，所述梁本体1包括顶板2、腹板3和底板4，每个所述腹板3设有四个预应力钢束6，所述底板4设有五个所述预应力钢束6。

其中，在制作所述梁本体1时，需要预留孔道，在孔道内穿入钢束，灌浆填充孔道，张拉钢束在所述梁本体1内形成所述预应力钢束6；由于预应力混凝土梁主要为规范构造要求控制，所述预应力钢束6孔道表面与所述梁本体1结构表面之间的保护层厚度，在所述梁本体1结构顶面和侧面不应小于一倍孔道外径，且不小于50mm；所述梁本体1采用φ15-φ15.2mm的钢绞线，应采用90mm内径，97mm外径的金属波纹管孔道，由于孔道外径大于55mm，按规范要求孔道净距不应小于0.8倍孔道外径，即所述预应力钢束6中心距至少为1.8×97＝174.6mm，取间距180mm；按规范要求所述预应力钢束6中心线应距离结构表面1.5×97＝145.5mm，因而取所述腹板3最小厚度为300mm，梁端截面由于锚具尺寸的控制，如采用yjm15-15锚具，其锚下螺旋筋直径φk为335mm，加上所述腹板3内的普通钢筋和保护层厚度，所述梁本体1梁端位置的所述腹板3厚530mm、所述顶板2厚420mm、所述底板4厚600mm；此外后张法钢束孔道由于间距和张拉空间等要求，控制了箱梁宽度和顶板厚度等，最终取箱梁桥面宽7100mm，箱宽3200mm，跨中截面的所述顶板2厚220mm、所述底板4厚250mm、所述腹板3厚300mm。

如图2所示，上述现有预应力混凝土简支箱梁的应力图，所述梁本体1控制应力为跨中上缘11.9mpa最大压应力和跨中下缘1.6mpa的最小压应力，按照规范，其容许最大压应力为：0.5×33.5＝16.75mpa，容许最大拉应力为0.7×3.1＝2.17mpa，这是由于抗压、抗拉能力较差决定的，计算得所述梁本体1总重为3800kn。

由抗弯惯性矩计算公式可知，梁体刚度主要由梁宽、梁高决定，板厚对刚度影响很小；现有预应力混凝土简支箱梁设计若直接采用uhpc，所述梁本体1强度大幅提升，理论上可大幅减少uhpc用量和钢筋用量，但由于采用传统后张法预应力技术，预应力孔道及锚固构件对所述梁本体1构造尺寸要求严格，为保证能够所述预应力钢束6的顺利穿束，孔道直径较大，为满足规范构造要求，所述预应力钢束6间距较大，且与所述梁本体1结构边缘距离较大，导致所述梁本体1结构板厚及尺寸的增大，与现有普通混凝土结构件差异不大，优化所述梁本体1的uhpc及钢筋用量非常困难，难以达到所述梁本体1减重的目的。

如图3所示，本发明所述的一种轻质预应力混凝土简支箱梁，包括梁本体1，所述梁本体1为uhpc结构件，所述梁本体1包括顶板2、腹板3和底板4，每个所述腹板3和所述底板4均设有缓粘结预应力钢束5，每个所述缓粘结预应力钢束5包括护套和设于其中的若干个钢绞线，所有所述钢绞线和所述护套之间填充有缓凝粘合剂。

由于所述缓粘结预应力钢束5在所述梁本体1制作时就直接预埋在其内，梁本体1不需要预留孔道以及灌浆、穿束等，因而在达到同等作用力的情况下，所述缓粘结预应力钢束5的直径远小于金属波纹管孔道的外径97mm，使得所述梁本体1的腹板3厚度远小于300mm。

每个所述缓粘结预应力钢束5中的每个所述钢绞线的直径为28.6mm，所述护套外径为40mm，由于所述护套外径小于55mm，按规范要求相邻所述缓粘结预应力钢束5的所述护套表面距离不应小于40mm，即相邻所述缓粘结预应力钢束5中心距至少为40+40＝80mm，取间距80mm；距离结构表面保护层厚度不小于1倍外径，即1.5×40＝60mm，因而取所述腹板3最小厚度为120mm，跨中截面的所述顶板2、所述腹板3、所述底板4均取120mm。

相比较如图1所示的现有预应力混凝土简支箱梁，由于所述腹板3及所述底板4中所述缓粘结预应力钢束5间距减小，可适当增加所述缓粘结预应力钢束5的个数，如图3所示，本实施例中每个所述腹板3中设置8束所述缓粘结预应力钢束5，所述底板4中设置9束所述缓粘结预应力钢束5。

梁端截面由于锚具尺寸的控制，采用对应公称直径28.6mm所述钢绞线的低回缩锚具，其锚垫板尺寸为180×180mm，考虑锚垫板最小间距及混凝土侧表面到锚垫板中心距之间最小距离等要求，所述梁本体1梁端位置的所述腹板3厚200mm、所述顶板2厚200mm，所述底板4厚260mm，所述梁本体1设计时速为250km/h，规范要求梁体竖向挠度限值为l/1400，所述梁本体1静活载作用下为0.011m＜32/1400＝0.023m，因此所述梁本体1刚度满足规范要求。

如图4所示，本发明所述轻质预应力混凝土简支箱梁的应力图，所述梁本体1控制应力为跨中上缘11.7mpa最大压应力和跨中下缘0.5mpa的最小压应力，计算得所述梁本体1总重为1850kn，减重51.3％。

运用本发明所述的一种轻质预应力混凝土梁桥结构，uhpc超高的抗压、抗拉强度，良好的耐久性和韧性以及较低的徐变系数等优异性能，可有效提高梁本体1单位面积截面的抗力，配合缓粘结预应力钢束5不需要在梁本体1制作时预留孔道、灌浆、穿束等，达到同等作用力下缓粘结预应力钢束5较现有结构直径小，使得uhpc板件能够做薄，从而减小了梁本体1截面尺寸，降低uhpc和钢筋用量，使得梁本体1自重有效降低40％-60％，即便uhpc造价较普通混凝土贵，但是轻质的梁本体1及支座、桥墩、基础等下部结构的尺寸以及材料用量均较大减少，使得整个桥梁工程具有极强的经济性，极具推广价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。