專利名稱：內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋及其施工方法
技術領域：
該發(fā)明屬于土木工程橋梁技術領域，尤其涉及一種內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋，以及其施工方法。
背景技術：
大跨預應力混凝土變截面箱梁橋是目前廣泛采用的橋型，以連續(xù)梁和連續(xù)剛構橋最為多見，常采用掛籃懸臂澆筑法施工。圖1為現(xiàn)有的一種大跨預應力混凝土變截面箱梁橋的立面布置圖，為連續(xù)剛構橋，跨中梁高小于位于橋墩6處的支點梁高，底部為箱梁底板1，主梁下緣立面為坦拱形，采用分段掛籃懸臂現(xiàn)澆工藝施工。由圖3至圖5所示，其箱梁采用單箱單室截面，由跨中向懸臂根部支點的方向，箱室凈空加大，其梁高加大，底板1逐漸加厚，底板1立面為坦拱形，底板1的凈矢跨比為1/12.7。用于錨固底板索5的鋸齒塊3設置在腹板2和底板1的結合轉角處。由圖13至圖16所示，其鋼索縱向布置方式是頂板負彎矩索水平布置，錨固在靠近腹板2處，腹板索7下彎布置提供一定的向上的抗剪分力，跨中正彎矩底板索5布置在底板1內，底板索5錨固在鋸齒塊3上，底板索5立面為與底板1一致的拱形，因此拱形的底板索5在受拉力時會產生向下的徑向力，錨固端遠離跨中的底板索5向下的徑向力大。
現(xiàn)有技術大跨預應力混凝土變截面箱梁橋存在以下構造和受力不合理的問題，跨徑越大問題越嚴重，制約著該類橋梁的發(fā)展(1)變截面箱梁橋目前常用的截面形式為單箱單室截面，由于受力需要，梁高由跨中L/2截面向支點截面不斷加大，導致底板1的下緣立面成拱形，正彎矩索布置在底板1內，故正彎矩索常稱為底板索5，這種構造布置導致底板索5立面亦成拱形，底板索5張拉時必然產生向下的徑向力。當橋梁跨徑增大時，現(xiàn)有技術是采用增加梁高、加厚底板1、局部加厚腹板2、增加配筋等措施，而增加配筋，底板索5的徑向力進一步加大。腹板2和底板1加厚處理可解決承壓問題，但對梁體的剛度的貢獻沒有增加梁高大，增大梁高后腹板2穩(wěn)定性會降低，腹板2可加厚，但進一步加大自重，增大梁高跨中正彎矩束向下的徑向力進一步加大，故現(xiàn)有技術大跨預應力混凝土變截面箱梁橋，跨徑增大時靠加大傳統(tǒng)箱室結構梁高、加厚腹板2和底板1有較大的負作用。
(2)底板索5向下的徑向力在相應底板位置產生順橋向剪切力，跨中段底板1較薄，一般為25～40cm，橫向鋼筋按構造配置，底板索5向下的徑向力過大則易導致跨中段底板1出現(xiàn)順橋向剪切裂縫，嚴重的導致橋梁底板1崩裂破壞。
(3)底板索5向下的徑向力直接導致相應區(qū)段腹板2受拉，易導致腹板2出現(xiàn)主拉應力裂縫，通常L/4截面至L/2截面范圍此類病害較常見，與此有關，一般L/4截面至L/2截面范圍梁高較小，豎向預應力控制難度大，若豎向預應力不可靠，會加劇病害。
(4)由于底板索5因構造要求需要錨固在腹板2和底板1交接處以減短傳力路線，對大跨徑橋梁底板索5錨固區(qū)常常由跨中附近到L/8截面附近，大跨懸臂澆筑法施工的變截面箱梁橋的正彎矩區(qū)通常在L/4截面至跨中L/2截面間，跨中L/2截面最大，L/8截面附近正彎矩一般很小或為負彎矩，為保證跨中正彎矩受力和錨固構造需要，布置在L/4截面至L/8截面間的底板索5對該段受力不利，L/4截面至L/8截面梁高大，偏心距大，且產生向下的徑向力最大，故負作用大。
(5)底板索5向下的徑向力直接導致跨中下?lián)稀?br>
(6)拱形底板索5定位難，施工不易控制，曲線索預應力損失大，不經(jīng)濟。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結構整體剛度大、撓度小、抗剪能力強、布索合理、跨中正彎矩索不產生向下的徑向力、箱梁構造受力合理、施工方便的內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋結構以及其施工方法。
本發(fā)明技術方案如下內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋，包括構成箱梁的底板1及腹板2，其特征在于在變截面箱梁橋箱梁內設置一斜腿剛架結構，斜腿剛架結構由內置縱梁41和內置斜腿42組成；內置縱梁41設在箱梁內跨中底板1相應梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近區(qū)段底板1和內置縱梁41融為一體，內置縱梁41高度和跨中底板1厚度一致；內置斜腿42一端與內置縱梁41連為一體，其兩側與腹板2連為一體，內置斜腿42和箱梁底板1平行布置，內置斜腿42和底板1徑向距離為支點總梁高H的1/4～1/5，內置斜腿42、箱梁底板1和腹板2均采用等截面，厚度均為40～60cm；箱梁底板1下緣線形采用懸連線，凈矢跨比為1/7～1/9；跨中正彎矩底板索5沿內置縱梁41水平布置，在底板索5張拉錨固位置的內置縱梁41上設置鋸齒塊，底板索5張拉錨固端在鋸齒塊3處彎起到箱內，底板索5的兩個錨固端對稱張拉并錨固在鋸齒塊3上。
本發(fā)明還提供了這種橋的施工方法橋梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，施工時內置縱梁41和內置斜腿42可以和箱梁節(jié)段一起懸臂現(xiàn)澆，為減輕掛籃懸臂澆筑重量，內置縱梁41和內置斜腿42也可推遲一個施工階段，在支架或吊架上現(xiàn)澆。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，其有益效果是(1)本發(fā)明跨中正彎矩底板索水平布置，消除了現(xiàn)有技術跨中正彎矩索向下的徑向力，解決了大跨徑變截面箱梁橋跨中正彎矩索向下的徑向力隨跨徑不斷加大的難題，可有效解決由徑向力引起的變截面箱梁橋跨中底板易出現(xiàn)的順橋向裂縫、跨中普遍出現(xiàn)的下?lián)?、腹板易出現(xiàn)的主拉應力裂縫等并發(fā)病害問題。
(2)本發(fā)明在箱梁內設置內置水平縱梁，滿足正彎矩索水平布置，無向下的徑向力，支點梁高可按剛度需要進一步加大，結構剛度大則恒載撓度小，后期收縮徐變撓度小，可有效解決預應力混凝土變截面箱梁橋跨中易出現(xiàn)的下?lián)犀F(xiàn)象。
(3)本發(fā)明在箱梁內設置內置斜腿剛架后，提高了腹板的穩(wěn)定性，在保證腹板有足夠的穩(wěn)定性的情況下，總梁高可按抗剪受力需要進一步加大，混凝土構造抗剪能力增強，梁高大可減少傳統(tǒng)豎向預應力短束損失大的影響，為豎向預應力束有效性提供了保證，可采用鋼絞線索，同時也為縱向下彎束提供了較大空間可保證較大的向上的抗剪分力，豎向預應力束可靠時可不設縱向下彎束以簡化構造設計和施工，本發(fā)明橋梁可有效解決預應力混凝土變截面箱梁橋腹板易出現(xiàn)主拉應力裂縫的難題。
(4)本發(fā)明在箱梁內設置內置斜腿剛架后，腹板和底板的厚度可減薄，內置斜腿和底板材料合計與現(xiàn)有技術變厚度實體底板相比增加不多，但總梁高加大，受力性能大大改善，本發(fā)明橋梁比現(xiàn)有技術靠加大梁高、加厚腹板和底板提高跨越能力的箱梁橋性價比高。
(5)本發(fā)明在箱梁內設置內置斜腿剛架后，底板、腹板均可采用等截面，簡化了構造設計和施工。
(6)本發(fā)明橋梁底板索水平布置，預應力損失小，施工易于控制，經(jīng)濟性好。
(7)本發(fā)明橋梁底板索水平布置，簡化了現(xiàn)有技術底板的構造設計和施工，改善了底板受力。
(8)本發(fā)明橋梁底板索水平布置，和采用懸臂施工法的大跨預應力混凝土變截面箱梁橋的彎矩包絡圖吻合，受力合理，可克服跨中L/2截面至3L/8截面較大的正彎矩，在正負彎矩均較小的L/4截面附近接近中心受壓，在L/8截面附近能抵抗部分負彎矩。
(9)本發(fā)明橋梁可采用現(xiàn)有技術懸臂澆筑法施工，將外箱梁的懸臂施工和內置斜腿剛架的懸臂施工融為一體，施工時內置縱梁和內置斜腿可以和箱梁節(jié)段一起懸臂現(xiàn)澆，為減輕掛籃懸臂澆筑重量，內置縱梁和內置斜腿也可推遲一個施工階段，在箱梁內設支架或吊架現(xiàn)澆，和斜腿剛架橋現(xiàn)有技術相比節(jié)省了大量斜腿施工支架費用。
(10)本發(fā)明橋梁整體外形為拱形，底板下緣線形、凈矢跨比可根據(jù)環(huán)境景觀需要確定，確保造型美觀，可用于直線橋或彎橋，適應性強，解決了小半徑平曲線路段修建具有拱橋景觀效果橋梁的難題，為景觀橋設計提供了新思路。
(11)本發(fā)明內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋解決了合理布索、強度、剛度、穩(wěn)定性等構造和受力問題，能顯著提高預應力混凝土變截面箱梁橋的跨越能力，其懸臂施工主跨可望突破400米。成為200米～400米跨徑最有競爭力橋型。
下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明圖1為現(xiàn)有技術大跨預應力混凝土變截面箱梁橋立面布置圖。
圖2為本發(fā)明內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋立面布置圖。
圖3所示為現(xiàn)有技術大跨預應力混凝土變截面箱梁橋構造圖。
圖4為圖3的A-A剖視圖。
圖5為圖3的B-B剖視圖。
圖6為本發(fā)明內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋構造圖。
圖7為圖6的A-A剖視圖。
圖8為圖6的B-B剖視圖。
圖9為圖6的C-C剖視圖。
圖10為圖6的D-D剖視圖。
圖11為圖6的E-E剖視圖。
圖12為圖6的F-F剖視圖。
圖13為現(xiàn)有技術大跨預應力混凝土變截面箱梁橋鋼索縱向布置圖。
圖14為圖13的A-A剖視圖。
圖15為圖13的B-B剖視圖。
圖16為圖13的C-C剖視圖。
圖17為本發(fā)明內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋鋼索縱向布置圖。
圖18為圖17的A-A剖視圖。
圖19為圖17的B-B剖視圖。
圖20為圖17的C-C剖視圖。
圖中1、箱梁底板，2、箱梁腹板，3、鋸齒塊，41、內置縱梁，42、內置斜腿，5、底板索，6、橋墩，7、腹板索。
具體實施例方式
參見圖6至圖12以及圖17至圖20所示，本發(fā)明內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋，包括橋墩6及構成箱梁的底板1、腹板2，是在現(xiàn)有技術變截面箱梁橋箱梁內設置一斜腿剛架結構，斜腿剛架結構由內置縱梁41和內置斜腿42組成。內置斜腿42和箱梁底板1平行布置，內置斜腿42和底板1徑向距離為支點總梁高H的1/4～1/5，內置斜腿42、箱梁底板1和腹板2均采用等截面，厚度均為40～60cm。箱梁底板1下緣線形采用懸連線，具有拱橋景觀效果，凈矢跨比為1/7～1/9。內置縱梁41設在箱梁內跨中底板1相應梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近區(qū)段底板1和內置縱梁41融為一體，即為實體段，內置縱梁41高度和跨中底板1厚度一致，一般為25～40cm，跨中正彎矩底板索5沿內置縱梁41水平布置，在底板索5張拉錨固位置的內置縱梁41上設置鋸齒塊。底板索5張拉錨固端在鋸齒塊3處彎起到箱內，箱梁合攏后，對稱張拉底板索5并錨固。內置斜腿42頂端與內置縱梁41連成一體，內置斜腿42、內置縱梁41兩側與腹板2連成一體，構成空間箱體結構。
底板索5一般在平面內有平彎，參照圖19所示，在底板索5張拉錨固位置的內置縱梁41的橫向構造鋼筋在腹板2處彎起并和腹板2豎向鋼筋焊接牢固。在跨中L/2截面至3L/8截面段水平面內的徑向力較大，該區(qū)段在底板索5張拉錨固位置的內置縱梁41的橫向構造鋼筋要特別加強，必要時在底板索5張拉錨固位置的內縱梁41上設置橫向加強肋，必要時在橫向加強肋上施加橫向預應力。
橋梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，施工時內置縱梁41和內置斜腿42可以和箱梁節(jié)段一起懸臂現(xiàn)澆，為減輕掛籃懸臂澆筑重量，內置縱梁41和內置斜腿42也可推遲一個施工階段，在支架或吊架上現(xiàn)澆。
權利要求
1.一種內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋，包括構成箱梁的底板(1)及腹板(2)，其特征在于在變截面箱梁橋箱梁內設置一斜腿剛架結構，斜腿剛架結構由內置縱梁(41)和內置斜腿(42)組成；內置縱梁(41)設在箱梁內跨中底板(1)相應梁高位置，跨中L/2截面至3L/8截面附近區(qū)段底板(1)和內置縱梁(41)融為一體，內置縱梁(41)高度和跨中底板(1)厚度一致；內置斜腿(42)一端與內置縱梁(41)連為一體，其兩側與腹板(2)連為一體，內置斜腿(42)和箱梁底板(1)平行布置，內置斜腿(42)和底板(1)徑向距離為支點總梁高H的1/4～1/5，內置斜腿(42)、箱梁底板(1)和腹板(2)均采用等截面，厚度均為40～60cm；箱梁底板(1)下緣線形采用懸連線，凈矢跨比為1/7～1/9；跨中正彎矩底板索(5)沿內置縱梁(41)水平布置，在底板索(5)張拉錨固位置的內置縱梁(41)上設置鋸齒塊，底板索(5)張拉錨固端在鋸齒塊(3)處彎起到箱內，底板索(5)在兩個錨固端對稱張拉并錨固在鋸齒塊(3)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋，其特征在于所述的底板索(5)在平面內有平彎，在底板索(5)張拉錨固位置的內置縱梁(41)的橫向構造鋼筋在腹板(2)處彎起并和腹板(2)豎向鋼筋焊接牢固。
3.根據(jù)權利要求2所述的內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋，其特征在于在跨中L/2截面至3L/8截面段，在底板索(5)張拉錨固位置的內置縱梁(41)上設置橫向加強肋。
4.根據(jù)權利要求3所述的內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋，其特征在于在所述的橫向加強肋上施加橫向預應力。
5.一種權利要求1所述的內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋施工方法，其特征在于橋梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，施工時內置縱梁(41)和內置斜腿(42)和箱梁節(jié)段一起懸臂現(xiàn)澆，或內置縱梁(41)和內置斜腿(42)推遲一個施工階段，在支架或吊架上現(xiàn)澆。
全文摘要
本發(fā)明屬于土木工程橋梁技術領域，公開了一種內置斜腿剛架預應力混凝土變截面箱梁橋。在箱梁內設置一由內置縱梁和內置斜腿組成的斜腿剛架結構，內置斜腿和箱梁底板平行布置且等厚，內置縱梁和跨中底板齊平且等厚，跨中至3L/8截面區(qū)段箱梁底板和內置縱梁融為一體，底板索沿內置縱梁水平布置。橋梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，內置縱梁和內置斜腿可和箱梁節(jié)段一起現(xiàn)澆，也可推遲一個施工階段，在支架或吊架上現(xiàn)澆。本發(fā)明橋梁具有拱橋景觀效果，結構整體剛度大，撓度小，抗剪能力強，布索合理，消除了跨中正彎矩底板索向下的徑向力而避免了其并發(fā)病害，可顯著提高預應力混凝土變截面箱梁橋跨越能力。
文檔編號E01D21/00GK1974929SQ20061016731
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權日2006年12月27日
發(fā)明者吳國松, 吳明生, 盧勤, 孫明星, 李軍心, 舒亞健, 郝章喜, 陳為高, 郭宏飛, 范忠煥, 漆國秋 申請人:重慶交通大學, 重慶國通土木工程技術有限公司