三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构及其施工方法与流程

本发明属于桥梁结构技术领域，涉及一种适用于公路桥梁和城市高架桥梁中混凝土连续箱梁桥的横向拓宽工程，尤其涉及一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构及其施工方法。

背景技术：

近年来，随着我国国民经济的飞速发展，高速公路交通量逐年增加，我国高速公路已经出现了比较严重的交通拥堵现象，影响了道路的通行能力和服务水平，因此，对原有道路进行拓宽改造已经迫在眉睫。在公路改扩建工程中，面临着很多不同于新建高速公路的特殊问题，新旧桥拓宽连接技术是关系到改扩建工程成败的关键问题之一。

例如，新建桥梁由于混凝土材料的收缩及徐变作用，会导致新建桥梁发生较大的纵向收缩及徐变变形，而旧桥通常都已使用10年以上，它的收缩及徐变变形基本完成。新旧桥之间横向拼接拓宽后，新旧桥成为一个整体结构。新桥的混凝土收缩及徐变的速度和程度要高于旧桥，导致新旧箱梁之间存在较大的纵向变形差作用。除了整体结构的纵向收缩变形，还将发生横向弯曲，产生较大的梁端水平变形。对于三跨或以上的连续箱梁桥，由于桥梁总长往往超过100米以上，其梁端横桥向变形数值往往很大，引起箱梁梁端严重挤压一侧的防震挡块，导致防震挡块开裂、支座严重变形并丧失部分功能，严重危害结构安全。这种现象在已完成的高速公路桥梁拓宽工程中十分突出，已经造成严重的结构安全问题，需要采用相关措施加以解决。

此外，在大跨径混凝土连续箱梁桥横向拓宽拼接时，如果采用传统方案拼接，通常需要沿纵向方向切割部分待横向拼接的既有箱梁翼缘板，以扩大翼缘板板端横截面积，便于横向植筋。然而，这种拼接方案却并不适合三向预应力混凝土箱梁桥的横向拼接拓宽，因为在三向预应力混凝土箱梁桥的翼缘板内存在横向预应力钢筋，使其不能被纵向切割。因此，对于三向预应力混凝土箱梁桥的横向拓宽工程，至今仍是难题，尚无合理的拓宽方案。

因此，亟需解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的第一目的是提供一种不必沿纵向切割部分既有箱梁桥翼缘板，同时可有效吸收新旧箱梁桥之间的纵向变形差、且具有横向传力和承受横向变形差功能的三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构。

本发明的第二目的是提供该三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构的施工方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构，包括间隔有纵向拼接缝的新箱梁桥和旧箱梁桥，该新旧箱梁桥翼缘板上开设有沿拼接缝纵向均布的若干条横向切缝，该横向切缝内嵌置有立向设置的横向加劲钢板，该横向加劲钢板的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板。

其中，所述横向加劲钢板为高厚比15:1～20:1的长条形钢板。

优选的，所述横向切缝的宽度比横向加劲钢板的厚度大4～6mm，在横向切缝内填充有用于固定横向加劲钢板的结构胶。

再者，所述横向加劲钢板的上表面与新旧箱梁桥的桥面板之间的距离为8～12mm。

进一步，沿着纵向拼接缝延伸方向在横向加劲钢板的上方设有钢板，钢板的上表面与新旧箱梁桥的桥面板上表面平齐。

再者，所述纵向拼接缝的宽度为50mm～200mm。

优选的，所述横向切缝的深度为8～20cm，宽度为14～16mm，相邻的横向切缝的间距为0.4～1.0m。

本发明一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构的施工方法，包括如下步骤：

a、新箱梁桥施工完成后横向移动至待横向拼接位置，新箱梁桥与旧箱梁桥之间留有宽度为50mm～200mm的纵向拼接缝；

b、待新箱梁桥放置一段时间完成基础沉降后，凿除旧箱梁桥的桥面板铺装，在新箱梁桥与旧箱梁桥的拼接端翼缘桥面上沿拼接缝纵向延伸方向开设若干个横向切缝；

c、将横向加劲钢板立向嵌入到在横向切缝内，并在两者间隙中注入结构胶，且横向加劲钢板的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板顶面；

d、当结构胶凝固至横向加劲钢板和横向切缝紧密连接后，沿纵向在纵向拼接缝处的横向加劲钢板上方铺设钢板，钢板的上表面与新旧箱梁桥的桥面板上表面平齐，然后进行桥面铺装施工。

发明原理：钢材是一种常用的各向同性工程材料，强度高、延展性好，易于加工，价格低廉。当钢板的高度为厚度的15～20倍时，其面内抗弯刚度是面外抗弯刚度的5万～16万倍。在新旧箱梁桥的横向拼接拓宽施工中，设置的横向拼接结构希望具有较大的横向抗弯刚度，以便承受横向荷载传递及新旧桥基础的不均匀沉降变形，同时希望具有较小的纵桥向抗弯刚度，以便承受新旧桥之间纵向不均匀收缩变形差。基于桥梁拓宽结构的需求和钢板的抗弯刚度特性，本发明横向加劲钢板立向嵌入到新旧箱梁桥的桥面板中，并沿纵向连续布置，可以有效连接新旧箱梁桥翼缘板，满足结构横向拼接的刚度需要，避免传统拼接方案带来的不利影响。

该拼接拓宽结构的拼接功能，主要体现如下方面：首先，为满足新旧箱梁桥横向拼接的需要，在新旧箱梁桥翼缘板之间，纵向连续布置横向加劲钢板，并嵌置在横向切缝中，通过结构胶使其与新新旧箱梁桥的混凝土紧密粘结，形成横向传力通道。当新桥或旧桥单独承受车辆荷载等作用产生横向内力和变形差时，可以通过横向加劲钢板传递荷载，共同受力。其次，拼接缝中的横向加劲钢板作为新旧箱梁桥之间的变形传递与吸收结构，一旦新旧箱梁桥之间发生纵向变形差，该变形差通过翼缘板传递到拼接缝区域，通过拼接缝处钢板的纵向挠曲变形加以吸收，可减小新箱梁桥纵向变形对旧箱梁桥的影响，有效降低梁端发生横向变形挤压墩台盖梁防震挡块的可能性。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明是专门为三向预应力混凝土连续箱梁桥的横向拼接拓宽而提出的一种拼接拓宽结构，无需沿纵向切割部分待横向拼接的既有箱梁翼缘板，同时能够承受相邻箱梁桥之间的横向内力及相关变形差，同时利用拼接结构纵向刚度较小的特点有效释放了新旧箱梁桥主体结构之间的纵向变形差，避免了由于变形差过大而导致的混凝土结构开裂甚至毁坏；

(2)本发明在拼接结构施工方法中无需沿纵向切除部分翼缘来增加植筋面积，同时施工工艺更加简单，工期较传统拼接方式有所缩短；

(3)本发明新旧箱梁桥拼接的横向刚度可由横向加劲钢板的高度参数控制，纵向刚度可由矩形拼接钢板的厚度参数控制，可以通过调整横向加劲钢板的尺寸和材料来控制拼接拓宽结构的刚度，可以采用强度更高的钢材增加拼接结构的强度，取得更优的横向拼接效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的主视图放大图；

图4为本发明的立体图；

图5为本发明的拼接缝处的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构，包括横向加劲钢板1、横向切缝2、新箱梁桥4、旧箱梁桥5和钢板8，新箱梁桥4和旧箱梁桥5之间间隔有纵向拼接缝6，纵向拼接缝6的宽度为50mm～200mm。该新旧箱梁桥翼缘板上开设有沿拼接缝纵向均布的若干个横向切缝2，该横向切缝2内嵌置有立向设置的横向加劲钢板1，在横向切缝2内填充有用于固定横向加劲钢板的结构胶3。本发明将横向加劲钢板1嵌入横向切缝2内，嵌入时使横向加劲钢板1的厚度两侧与横向切缝2之间各留有余量便于施工，同理，横向加劲钢板1的长度应小于新旧箱梁桥翼缘板上横向切缝和纵向拼接缝6的长度之和，使横向加劲钢板1的长度两侧与横向切缝2之间各留有余量便于施工，余量在2mm之内。该横向加劲钢板1的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板7，横向加劲钢板1的上表面与新旧箱梁桥桥面板7上表面之间的距离为8～12mm。沿着纵向拼接缝延伸方向在横向加劲钢板1的上方设有钢板8，钢板8的上表面与新旧箱梁桥的桥面板7上表面平齐。

本发明的横向切缝2的深度为8～20cm，宽度为14～16mm，相邻的横向切缝2的间距为0.4～1.0m，横向切缝2的宽度比横向加劲钢板1的厚度大4～6mm，本发明的横向加劲钢板1为高厚比15:1～20:1的长条形钢板。

一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构的施工方法，包括如下步骤：

a、新箱梁桥4施工完成后横向移动至待横向拼接位置，新箱梁桥4与旧箱梁桥5之间留有宽度为50mm～200mm的纵向拼接缝6；

b、待新箱梁桥4放置一段时间完成基础沉降后，凿除旧箱梁桥5的桥面板铺装，在新箱梁桥4与旧箱梁桥5的拼接端翼缘桥面上沿拼接缝纵向延伸方向开设若干个横向切缝2；

c、将横向加劲钢板1立向嵌入到在横向切缝2内，并在两者间隙中注入结构胶3，且横向加劲钢板1的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板7顶面；

d、当结构胶3凝固至横向加劲钢板1和横向切缝2紧密连接后，沿纵向在纵向拼接缝6处的横向加劲钢板1上方铺设钢板8，钢板8的上表面与新旧箱梁桥的桥面板7上表面平齐，然后进行桥面铺装施工。

实施例1

本实施例一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构，包括横向加劲钢板1、横向切缝2、新箱梁桥4、旧箱梁桥5和钢板8，新箱梁桥4和旧箱梁桥5之间间隔有纵向拼接缝6，纵向拼接缝6的宽度为50mm。该新旧箱梁桥翼缘板上开设有沿拼接缝纵向均布的若干个横向切缝2，该横向切缝2内嵌置有立向设置的横向加劲钢板1，在横向切缝2内填充有用于固定横向加劲钢板的结构胶3。本发明将横向加劲钢板1嵌入横向切缝2内，嵌入时使横向加劲钢板1的厚度两侧与横向切缝2之间各留有余量便于施工，同理，横向加劲钢板1的长度应小于新旧箱梁桥翼缘板上横向切缝和纵向拼接缝6的长度之和，使横向加劲钢板1的长度两侧与横向切缝2之间各留有余量便于施工。该横向加劲钢板1的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板7，横向加劲钢板1的上表面与新旧箱梁桥桥面板7上表面之间的距离为8mm。沿着纵向拼接缝延伸方向在横向加劲钢板1的上方设有钢板8，钢板8的上表面与新旧箱梁桥的桥面板7上表面平齐。

本发明的横向切缝2的深度为8cm，宽度为14mm，相邻的横向切缝2的间距为0.4m，横向切缝2的宽度比横向加劲钢板1的厚度大4mm，横向加劲钢板1为高厚比15:1的长条形钢板，横向加劲钢板1的材料为q345钢材，结构胶3为环氧树脂胶。

一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构的施工方法，包括如下步骤：

a、新箱梁桥4施工完成后横向移动至待横向拼接位置，新箱梁桥4与旧箱梁桥5之间留有宽度为50mm的纵向拼接缝6；

b、待新箱梁桥4放置一段时间完成基础沉降后，凿除旧箱梁桥5的桥面板铺装，在新箱梁桥4与旧箱梁桥5的拼接端翼缘桥面上沿拼接缝纵向延伸方向开设若干个横向切缝2；

c、将横向加劲钢板1立向嵌入到在横向切缝2内，并在两者间隙中注入结构胶3，且横向加劲钢板1的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板7顶面；

d、当结构胶3凝固至横向加劲钢板1和横向切缝2紧密连接后，沿纵向在纵向拼接缝6处的横向加劲钢板1上方铺设钢板8，钢板8的上表面与新旧箱梁桥的桥面板7上表面平齐，然后进行桥面铺装施工。

实施例2

本实施例一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构，包括横向加劲钢板1、横向切缝2、新箱梁桥4、旧箱梁桥5和钢板8，新箱梁桥4和旧箱梁桥5之间间隔有纵向拼接缝6，纵向拼接缝6的宽度为200mm。该新旧箱梁桥翼缘板上开设有沿拼接缝纵向均布的若干个横向切缝2，该横向切缝2内嵌置有立向设置的横向加劲钢板1，在横向切缝2内填充有用于固定横向加劲钢板的结构胶3。本发明将横向加劲钢板1嵌入横向切缝2内，嵌入时使横向加劲钢板1的厚度两侧与横向切缝2之间各留有2mm余量便于施工，同理，横向加劲钢板1的长度应小于新旧箱梁桥翼缘板上横向切缝和纵向拼接缝6的长度之和，使横向加劲钢板1的长度两侧与横向切缝2之间各留有2mm余量便于施工。该横向加劲钢板1的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板7，横向加劲钢板1的上表面与新旧箱梁桥桥面板7上表面之间的距离为12mm。沿着纵向拼接缝延伸方向在横向加劲钢板1的上方设有钢板8，钢板8的上表面与新旧箱梁桥的桥面板7上表面平齐。

本发明的横向切缝2的深度为20cm，宽度为16mm，相邻的横向切缝2的间距为1.0m，横向切缝2的宽度比横向加劲钢板1的厚度大6mm，本发明的横向加劲钢板1为高厚比20:1的长条形钢板，横向加劲钢板1的材料为q345钢材，结构胶3为环氧树脂胶。

一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构的施工方法，包括如下步骤：

a、新箱梁桥4施工完成后横向移动至待横向拼接位置，新箱梁桥4与旧箱梁桥5之间留有宽度为200mm的纵向拼接缝6；

b、待新箱梁桥4放置一段时间完成基础沉降后，凿除旧箱梁桥5的桥面板铺装，在新箱梁桥4与旧箱梁桥5的拼接端翼缘桥面上沿拼接缝纵向延伸方向开设若干个横向切缝2；

c、将横向加劲钢板1立向嵌入到在横向切缝2内，并在两者间隙中注入结构胶3，且横向加劲钢板1的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板7顶面；

d、当结构胶3凝固至横向加劲钢板1和横向切缝2紧密连接后，沿纵向在纵向拼接缝6处的横向加劲钢板1上方铺设钢板8，钢板8的上表面与新旧箱梁桥的桥面板7上表面平齐，然后进行桥面铺装施工。

实施例3

本实施例一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构，包括横向加劲钢板1、横向切缝2、新箱梁桥4、旧箱梁桥5和钢板8，新箱梁桥4和旧箱梁桥5之间间隔有纵向拼接缝6，纵向拼接缝6的宽度为100mm。该新旧箱梁桥翼缘板上开设有沿拼接缝纵向均布的若干个横向切缝2，该横向切缝2内嵌置有立向设置的横向加劲钢板1，在横向切缝2内填充有用于固定横向加劲钢板的结构胶3。本发明将横向加劲钢板1嵌入横向切缝2内，嵌入时使横向加劲钢板1的厚度两侧与横向切缝2之间各留有余量便于施工，同理，横向加劲钢板1的长度应小于新旧箱梁桥翼缘板上横向切缝和纵向拼接缝6的长度之和，使横向加劲钢板1的长度两侧与横向切缝2之间各留有余量便于施工。该横向加劲钢板1的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板7，横向加劲钢板1的上表面与新旧箱梁桥桥面板7上表面之间的距离为10mm。沿着纵向拼接缝延伸方向在横向加劲钢板1的上方设有钢板8，钢板8的上表面与新旧箱梁桥的桥面板7上表面平齐。

本发明的横向切缝2的深度为15cm，宽度为15mm，相邻的横向切缝2的间距为0.5m，横向切缝2的宽度比横向加劲钢板1的厚度大5mm，本发明的横向加劲钢板1为高厚比18:1的长条形钢板，横向加劲钢板1的材料为q345钢材，结构胶3为环氧树脂胶。

一种三向预应力混凝土箱梁桥横向拼接拓宽结构的施工方法，包括如下步骤：

a、新箱梁桥4施工完成后横向移动至待横向拼接位置，新箱梁桥4与旧箱梁桥5之间留有宽度为100mm的纵向拼接缝6；

b、待新箱梁桥4放置一段时间完成基础沉降后，凿除旧箱梁桥5的桥面板铺装，在新箱梁桥4与旧箱梁桥5的拼接端翼缘桥面上沿拼接缝纵向延伸方向开设若干个横向切缝2；

c、将横向加劲钢板1立向嵌入到在横向切缝2内，并在两者间隙中注入结构胶3，且横向加劲钢板1的上表面低于新旧箱梁桥的桥面板7顶面；

d、当结构胶3凝固至横向加劲钢板1和横向切缝2紧密连接后，沿纵向在纵向拼接缝6处的横向加劲钢板1上方铺设钢板8，钢板8的上表面与新旧箱梁桥的桥面板7上表面平齐，然后进行桥面铺装施工。