一種寬幅箱梁橋主梁頂板加固結構及該結構的施工方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及公路橋梁，特別是針對主梁頂板發(fā)生變形和開裂的寬幅箱梁橋提供的 一種主梁頂板加固結構及該結構的施工方法。
【背景技術】
[0002] 本發(fā)明所述寬幅箱梁橋是指主梁頂板厚度cU為主梁腹板兩內側面間的寬度K的1/ 70~1/30的單箱單室普通鋼筋混凝土連續(xù)梁橋、單箱單室預應力混凝土連續(xù)梁橋和單箱單 室預應力混凝土連續(xù)剛構橋。
[0003] 這種寬幅箱梁橋在施工完成投入運營后，由于寬幅箱梁橋主梁頂板厚度(一般為 25cm~35cm)與主梁頂板寬度之比過小，使主梁頂板剛度不足，在車輛荷載作用下主梁頂板 呈下?lián)蠣顟B(tài)，在收縮和徐變的共同影響下常產生過大變形;又因主梁頂板厚度較小，可提供 結構抗裂的截面有效高度較小，主梁頂板的強度和抗裂性能不足，使主梁頂板的下緣常產 生大量裂縫。
[0004] 主梁頂板下?lián)献冃魏痛罅苛芽p的產生嚴重影響主梁的耐久性及安全性；同時橋面 鋪裝會出現(xiàn)大面積網(wǎng)裂和下陷，使橋面防水層被破壞，橋面水滲入主梁頂板，加速主梁頂板 鋼筋銹蝕，進一步影響主梁頂板的耐久性。
[0005] 目前對發(fā)生上述病害的寬幅箱梁橋主梁頂板尚無好的解決方法。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是對發(fā)生上述病害的寬幅箱梁橋主梁頂板提供一種主梁頂板加固 結構及該結構的施工方法。
[0007] 本發(fā)明提供的寬幅箱梁橋主梁頂板加固結構，在主梁頂板的底面沿順橋向增設間 隔布置的頂板加厚橫梁，在頂板加厚橫梁之間有沿橫橋向間隔設置的頂縱梁;頂板加厚橫 梁中有通過塑料波紋管布置的預應力鋼筋，預應力鋼筋的兩端通過主梁腹板由錨具錨固在 主梁腹板的兩外側面上。
[0008] 所述頂板加厚橫梁沿順橋向的相互間距sv為：1200mm < sv < K/4,式中K為主梁腹板 兩內側面間的寬度(mm);
[0009] 頂板加厚橫梁的寬度b2 = 300mm;
[0010] 頂板加厚橫梁的高度d2按下式計算得出：
[0011]

[0012] 式中
[0013] K:主梁腹板兩內側面間的寬度(mm)，
[0014] Ec:主梁混凝土的彈性模量(MPa)，
[0015] Sv:頂板加厚橫梁沿順橋向的相互間距(mm)，
[0016] di:主梁頂板厚度(mm)，
[0017] d2的計算結果按照10mm為模數(shù)取用（例如，計算結果為408mm時，取d2 = 410mm;計算 結果為402mm時，取d2 = 400mm);
[0018] 頂縱梁的高度d3為:d2/3 < d3 < d2/2;
[0019] 頂縱梁之間、頂縱梁與主梁腹板之間的橫向間距K1相等，為主梁頂板厚度cU的8~ 12倍；
[0020] 在單個頂板加厚橫梁中配置的預應力鋼筋根數(shù)η按下式計算：
[0021]

[0022] 式中
[0023] int:取整函數(shù)，按四舍五入法則進行取整，
[0024] K:主梁腹板兩內側面間的寬度(mm)，
[0025] σ_:預應力鋼筋的張拉控制應力設計值(MPa)，
[0026] Apl:單根預應力鋼筋的截面面積(mm2)，
[0027] d2:頂板加厚橫梁的中心高度(mm)，
[0028] Sv:頂板加厚橫梁沿順橋向的布置間距(mm)，
[0029] di:主梁頂板厚度(mm)，
[0030] aP:預應力鋼筋重心至頂板加厚橫梁底面的距離(mm)。
[0031] 上述主梁頂板加固結構的施工方法包括以下步驟：
[0032]步驟1、修補主梁頂板
[0033]對裂縫寬度小于0.15mm的斜裂縫，用環(huán)氧樹脂進行表面封閉；對裂縫寬度大于 0.15mm的斜裂縫，用環(huán)氧樹脂進行注膠；
[0034] 步驟2、在主梁腹板兩側面沿順橋向間隔鉆孔，鉆孔位置和下述頂板加厚橫梁中預 埋的塑料波紋管相對應；
[0035] 步驟3、澆筑頂板加厚橫梁和頂縱梁
[0036] 對主梁頂板底面將布置頂板加厚橫梁和頂縱梁的部位進行表面處理，鑿毛使骨料 外露;植頂板加厚橫梁鋼筋和頂縱梁鋼筋;清除浮塵后對植筋周圍表面涂刷環(huán)氧樹脂;然后 架設模板，采用鋼纖維混凝土澆筑頂板加厚橫梁和頂縱梁，澆筑時將塑料波紋管通過主梁 腹板的鉆孔置于頂板加厚橫梁中；澆筑完成后在塑料波紋管中穿送預應力鋼筋；
[0037]步驟4、張拉預應力鋼筋
[0038]待步驟3的混凝土強度達到90 %設計強度時，張拉預應力鋼筋，張拉結束后將預應 力鋼筋的兩端通過錨具錨固在主梁腹板的兩外側面上，完成錨固后在預應力鋼筋和塑料波 紋管的間隙中灌注水泥砂漿，主梁頂板加固結構的施工即告完成。
[0039]本發(fā)明的有益效果是：
[0040] (1)通過設置高度按公式求得的頂板加厚橫梁和頂縱梁，可提高主梁頂板的剛度， 改善車輛荷載作用下主梁頂板的局部受力狀態(tài)，避免主梁頂板在恒載及車輛荷載作用下繼 續(xù)發(fā)生下?lián)献冃巍?br>[0041] (2)通過在頂板加厚橫梁中布置預應力鋼筋，且預應力鋼筋根數(shù)按公式求得，可在 頂板加厚橫梁的中部下緣處產生壓應力，該壓應力可平衡車輛荷載雙后軸作用在頂板加厚 橫梁中部下緣處的拉應力，改善頂板加厚橫梁該部位的應力狀態(tài)，提高主梁頂板的強度，避 免主梁頂板繼續(xù)發(fā)生開裂。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明主梁頂板加固結構的局部立面示意圖；
[0043] 圖2為圖1中A-A斷面圖；
[0044] 圖3為圖1中B-B斷面圖；
[0045] 圖4為圖1中C-C剖視圖；
[0046] 圖中：1-主梁，2-主梁頂板，3-頂縱梁，4-主梁腹板，5-預應力鋼筋，6-塑料波紋管， 7-錨具，8-頂板加厚橫梁。
【具體實施方式】
[0047] 以下結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0048] 本實施例為采用本發(fā)明對主梁頂板發(fā)生變形和開裂的圖1所示單箱單室預應力混 凝土連續(xù)梁橋主梁進行加固。
[0049]該梁橋的主梁1采用C50混凝土澆筑，其彈性模量Ec = 34500(MPa)。主梁1的跨度為 180m，跨中梁高4.5m，中支點處梁高10.8m，主梁腹板4兩內側面間的寬度K=1200cm，主梁頂 板2的厚度di = 30cm=K/40,屬于寬幅箱梁橋。
[0050] 該橋梁投入運營后不到一年，中間跨的跨中主梁頂板出現(xiàn)下?lián)献冃魏烷_裂，跨中 主梁頂板最大下?lián)现颠_到4cm，寬度大于0.15mm的斜裂縫有73條，寬度小于0.15mm的斜裂縫 有132條，為防止變形和開裂繼續(xù)擴大，需對該段主梁頂板進行修復加固。
[0051] 如圖1至圖4所示，發(fā)生變形和開裂的該段主梁頂板的加固結構為:在主梁頂板2底 面增設沿順橋向相互間距sv= 1.3m的頂板加厚橫梁8，頂板加厚橫梁的截面呈矩形，寬度b2 =300mm，高度d2根據(jù)計算公式

照10mm為模數(shù)取用，d2 = 430mm。在每個頂板加厚橫梁的下部置有一橫向布置的Φ 70塑料波 紋管6,塑料波紋管中置有η根預應力鋼筋5,單根預應力鋼筋為截面面積Apl = 140mm2的Φ s15.20-lx7型鋼絞線，預應力鋼筋的張拉控制應力設計值〇_=1395MPa，預應力鋼筋重心 至頂板加厚橫梁底面的垂直距離a P = 50mm。預應力鋼筋穿過主梁腹板4后兩端由錨具7錨固 在主梁腹板的兩外側面上。頂板加厚橫梁之間沿橫橋向設置有5道高度d 3 = 250mm、相互間 距K1 = 200cm的頂縱梁3〇
[0052] 所述布置在每個頂板加厚橫梁下部的塑料波紋管中的預應力鋼筋根數(shù)η由下式計 算為：
[0053]

[0054] 上述主梁頂板結構的施工方法，包括以下步驟：
[0055]步驟1、修補主梁頂板
[0056] 對裂縫寬度小于0.15mm的斜裂縫，用環(huán)氧樹脂進行表面封閉；對裂縫寬度大于 0.15mm的斜裂縫，用環(huán)氧樹脂進行注膠；
[0057] 步驟2、在主梁腹板兩側面沿順橋向間隔鉆孔，鉆孔位置和下述頂板加厚橫梁中預 埋的塑料波紋管相對應。
[0058] 步驟3、澆筑頂板加厚橫梁和頂縱梁
[0059] 對主梁頂板底面將布置頂板加厚橫梁和頂縱梁的部位進行表面處理，鑿毛使骨料 外露;植頂板加厚橫梁鋼筋和頂縱梁鋼筋；用壓縮空氣清除浮塵后在植筋周圍表面涂刷環(huán) 氧樹脂;然后架設模板，采用C50鋼纖維混凝土澆筑頂板加厚橫梁和頂縱梁，澆筑時將塑料 波紋管通過主梁腹板的鉆孔置于頂板加厚橫梁中，澆筑完成后在塑料波紋管中穿送6根Φ s15 · 20-1x7型鋼絞線作為預應力鋼筋；
[0060] 步驟4、張拉預應力鋼筋
[0061] 待步驟3的鋼纖維混凝土強度達到90%設計強度時，張拉預應力鋼筋，張拉結束后 將預應力鋼筋的兩端通過錨具錨固在主梁腹板的兩外側面上，完成錨固后在預應力鋼筋和 塑料波紋管的間隙中灌注水泥砂漿，主梁頂板加固結構施工即告完成。
[0062] 該寬幅箱梁橋采用上述結構加固后，經過一年的實際考驗，主梁頂板未再出現(xiàn)下 燒和開裂病害，說明該加固方法合理、有效。
【主權項】
1. 一種寬幅箱梁橋主梁頂板加固結構，其特征在于： 在主梁頂板（2)的底面沿順橋向增設間隔布置的頂板加厚橫梁（8)，在頂板加厚橫梁 (8)之間有沿橫橋向間隔設置的頂縱梁(3);頂板加厚橫梁中有通過塑料波紋管(6)布置的 預應力鋼筋（5)，預應力鋼筋的兩端通過主梁腹板(4)由錨具(7)錨固在主梁腹板的兩外側 面上。2. 根據(jù)權利要求1所述的寬幅箱梁橋主梁頂板加固結構，其特征在于： 所述頂板加厚橫梁沿順橋向的相互間距Sv為：1200mm < Sv < K/4，式中K為主梁腹板兩內 側面間的寬度； 頂板加厚橫梁的寬度b2 = 300mm; 頂板加厚橫梁的高度d2按下式計算得出：丄 ? 式中 Κ:主梁腹板兩內側面間的寬度， Ec:主梁混凝土的彈性模量， sv:頂板加厚橫梁沿順橋向的相互間距， di:主梁頂板厚度， d2的計算結果按照10mm為模數(shù)取用； 頂縱梁的高度d3為:d2/3 < d3 < d2/2; 頂縱梁之間、頂縱梁與主梁腹板之間的橫向間距K1相等，為主梁頂板厚度cU的8~12倍； 在單個頂板加厚橫梁中配置的預應力鋼筋根數(shù)η按下式計算： 式中int:取整函數(shù)，按四舍五入法則進行取整， K:主梁腹板兩內側面間的寬度， 〇。。":預應力鋼筋的張拉控制應力設計值， Apl :單根預應力鋼筋的截面面積， d2:頂板加厚橫梁的中心高度， sv:頂板加厚橫梁沿順橋向的布置間距， di:主梁頂板厚度， aP:預應力鋼筋重心至頂板加厚橫梁底面的距離。3. 權利要求1所述寬幅箱梁橋主梁頂板加固結構的施工方法，其特征在于包括以下步 驟： 步驟1、修補主梁頂板 對裂縫寬度小于0.15mm的斜裂縫，用環(huán)氧樹脂進行表面封閉；對裂縫寬度大于0.15mm 的斜裂縫，用環(huán)氧樹脂進行注膠； 步驟2、在主梁腹板兩側面沿順橋向間隔鉆孔，鉆孔位置和下述頂板加厚橫梁中預埋的 塑料波紋管相對應； 步驟3、澆筑頂板加厚橫梁和頂縱梁 對主梁頂板底面將布置頂板加厚橫梁和頂縱梁的部位進行表面處理，鑿毛使骨料外 露;植頂板加厚橫梁鋼筋和頂縱梁鋼筋;清除浮塵后對植筋周圍表面涂刷環(huán)氧樹脂;然后架 設模板，采用鋼纖維混凝土澆筑頂板加厚橫梁和頂縱梁，澆筑時將塑料波紋管通過主梁腹 板的鉆孔置于頂板加厚橫梁中；澆筑完成后在塑料波紋管中穿送預應力鋼筋； 步驟4、張拉預應力鋼筋 待步驟3的混凝土強度達到90%設計強度時，張拉預應力鋼筋，張拉結束后將預應力鋼 筋的兩端通過錨具錨固在主梁腹板的兩外側面上，完成錨固后在預應力鋼筋和塑料波紋管 的間隙中灌注水泥砂漿，主梁頂板加固結構的施工即告完成。
【專利摘要】一種針對發(fā)生下?lián)献冃魏烷_裂的寬幅箱梁橋主梁頂板加固結構，在頂板底面沿順橋向間隔設置頂板加厚橫梁，頂板加厚橫梁之間間隔設置頂縱梁；置于頂板加厚橫梁中的預應力鋼筋穿過主梁腹板后兩端錨固在主梁腹板的兩外側面上，頂板加厚橫梁和頂縱梁的高度及預應力鋼筋的根數(shù)按公式求得。該加固結構通過頂板加厚橫梁和頂縱梁提高頂板的剛度，改善車輛荷載作用下頂板局部受力狀態(tài)，避免頂板在恒載及車輛荷載作用下繼續(xù)下?lián)献冃?；通過預應力鋼筋可在頂板加厚橫梁中部下緣處產生壓應力，平衡車輛荷載雙后軸作用在該部位的拉應力，改善該部位的應力狀態(tài)，提高頂板的強度，避免主梁頂板再發(fā)生開裂。
【IPC分類】E01D22/00
【公開號】CN105714699
【申請?zhí)枴緾N201610227961
【發(fā)明人】薛興偉, 孫聚陽, 張海
【申請人】沈陽建筑大學