一種拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)及其制作方法，屬于土木工程橋梁上部結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁上部結(jié)構(gòu)主要出現(xiàn)三種病害形式:底板橫向裂縫、底板縱向裂縫及鉸縫，其中，底板橫向裂縫一般可以通過合理布置縱向預(yù)應(yīng)力筋給予解決;而對于底板縱向裂縫和鉸縫病害，其深層次的破壞機理還不清楚，防治措施也一直沒有實質(zhì)性的突破。
[0003]底板縱向裂縫一般沿著預(yù)應(yīng)力筋的方向出現(xiàn)，而且一旦出現(xiàn)，其長度大部分均大于1/31，1為梁的跨度。目前的研究表明，底板縱向裂縫的出現(xiàn)主要有以下幾種成因:預(yù)應(yīng)力放張過早、預(yù)應(yīng)力作用下混凝土的泊松效應(yīng)、預(yù)應(yīng)力空心板梁底板過薄及預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁內(nèi)外溫差。對這些縱向裂縫如果不進行防治措施，它將會減小混凝土對鋼絞線的握裹力和造成預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，引起較大的預(yù)應(yīng)力損失，使預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力降低，進而影響梁體的使用和安全。
[0004]鉸縫病害一直是預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的頑疾，早在20世紀60年代，采用多根預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁裝配而成的橋梁上部結(jié)構(gòu)，由于出現(xiàn)空間效應(yīng)，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁之間的連接，通常是按照蘇聯(lián)橋梁學(xué)者烏里茨基的“鉸接方法”進行橫向分配系數(shù)計算。因此，前期設(shè)計中，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁采用小鉸縫設(shè)計，該小鉸縫連接方式只傳遞剪力，不傳遞其他內(nèi)力。這種小鉸縫主要存在以下問題:(1)構(gòu)造不合理。小鉸縫的整體剛度與空心板的整體剛度相比相差甚遠，無法承受在荷載反復(fù)作用下的變形和受力要求。(2)施工困難。小鉸縫的施工空間非常有限，增加了施工的難度，保證不了鉸縫混凝土的密實性，如果空心板梁的側(cè)壁不做鑿毛處理，且不配筋，則小鉸縫發(fā)生破壞是遲早的事情。
[0005]小鉸縫的設(shè)計流行了將近三十年，90年代以后逐漸遭到摒棄，被大鉸縫所替代。大鉸縫的設(shè)計配筋也涌現(xiàn)出多種形式，一方面改善空心板梁下翼緣的配筋，另一方面對鉸縫受壓翼緣也采用鋼板或31形布筋進行加強。大鉸縫具有整體性較好、抗扭剛度大及橫向整體性好等優(yōu)點，但大鉸縫的出現(xiàn)并不意味著鉸縫病害的消除，鉸縫滲水、白化及由于鉸縫破壞引起的單板受力現(xiàn)象仍然在空心板梁橋中普遍存在。研究表明，靠濕接鉸縫將預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁連接成整體的橋梁，在汽車荷載作用下，其橫橋向產(chǎn)生的拉應(yīng)力達到1.16MPa。這種大小的應(yīng)力幅經(jīng)常作用在鉸縫處，而鉸縫處一般是新老混凝土結(jié)合面，粘結(jié)力較為薄弱，在反復(fù)的荷載作用下，易開裂;另外，鉸縫的上翼緣雖然受壓，但橋面鋪裝易產(chǎn)生擁包、剝落等病害，而橋面鋪裝一旦破壞，橋面雨水就會輕易進入鋪裝層，在凍融循環(huán)和汽車荷載反復(fù)作用下，鉸縫滲水、白化不可避免。
[0006]隨著預(yù)應(yīng)力空心板梁的跨度不斷增大，梁體重量不斷增大，這不僅對架橋機的起重能力提出了更高的要求，也對梁體的運輸提出了挑戰(zhàn)。梁體的跨度太大，現(xiàn)有的運輸工具無法滿足要求;梁體重量太大，架橋機也不得不重新改造，使其達到架設(shè)起重要求，但這造成設(shè)備周轉(zhuǎn)的浪費；同時，梁體重量太大，現(xiàn)有的道路和橋梁無法承載，預(yù)制的梁體無法運輸?shù)浆F(xiàn)場。
[0007]對于跨度較大的預(yù)應(yīng)力空心板梁，如果采用現(xiàn)澆施工，無論是支架施工，還是掛藍施工，都不可避免的對橋下通行及周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，而且還要面臨現(xiàn)場現(xiàn)澆工作量大，機械化作用程度低，高空作用精度控制困難等問題。由于是現(xiàn)澆施工，下一階段的施工必須等前一階段的混凝土完全固化，達到一定的強度以后才能展開，這大大的延長了橋梁建設(shè)的工期，增加了成本。
[0008]現(xiàn)有的預(yù)應(yīng)力空心板梁施工過程中，內(nèi)模的脫落一直是此類梁體的關(guān)鍵技術(shù)。由于空心板內(nèi)的空間較小，且梁端有橫隔板的存在，內(nèi)模脫落時一般比較困難。
[0009]基于上述預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)存在的問題，使橋梁施工的標準化、規(guī)范化、機械化還很難達到，不利于整體質(zhì)量控制。同時，預(yù)應(yīng)力空心板梁各種病害的存在，使橋梁的安全性和耐久性也面臨挑戰(zhàn)，因此，有必要對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)做進一步的改進，以彌補現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁自重過大、難以架設(shè)、運輸不便、內(nèi)模拆取困難、易出現(xiàn)縱向裂縫、鉸縫滲水及白化、以及整體性較差等問題。
[0011]為克服以上的技術(shù)不足，本發(fā)明將采取以下技術(shù)方案:
一種拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)，包括圍接成板梁結(jié)構(gòu)的頂板及U梁，所述頂板和U梁均采用混凝土澆筑而成，所述頂板和U梁在縱向上分別由若干段拼接而成，U梁腹板外表面及縱向截面、頂板縱向截面均通過匹配預(yù)制的方式布置剪力鍵;所述板梁結(jié)構(gòu)設(shè)置有縱向預(yù)應(yīng)力筋和橫向預(yù)應(yīng)力筋，各拼接接縫界面涂抹環(huán)氧樹脂。
[0012]進一步的，作為本發(fā)明拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化方案，所述設(shè)置在U梁縱向截面的剪力鍵和設(shè)置在頂板縱向截面的剪力鍵均為密齒配筋剪力鍵，且各剪力鍵接縫涂環(huán)氧樹脂。
[0013]進一步的，作為本發(fā)明拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化方案，頂板的接縫拼裝位置和U梁的接縫拼裝位置錯開。
[0014]進一步的，作為本發(fā)明拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化方案，頂板在預(yù)制時預(yù)留連接濕接孔和鋼筋，U梁與頂板相連接的部位預(yù)留鋼筋。
[0015]進一步的，作為本發(fā)明拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化方案，所述橫向預(yù)應(yīng)力筋與縱向預(yù)應(yīng)力筋位置相錯。
進一步的，作為本發(fā)明拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化方案，縱向預(yù)應(yīng)力筋通過縱向埋設(shè)于板梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的體內(nèi)束而形成，而橫向預(yù)應(yīng)力筋則通過橫向設(shè)置于空心腔上下兩表面的頂板橫向體外束和底板橫向體外束而形成。
進一步的，作為本發(fā)明拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化方案，體內(nèi)束安裝于定位基體內(nèi)，該定位基體縱向設(shè)置在板梁結(jié)構(gòu)內(nèi)，且所述定位基體包括縱向體內(nèi)束錨墊板以及設(shè)置于該縱向體內(nèi)束錨墊板上的體內(nèi)束錨具。
進一步的，作為本發(fā)明拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化方案，U梁底板上開設(shè)多個通氣孔。
進一步的，作為本發(fā)明拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化方案，所述通氣孔的直徑范圍為Φ 50mm?Φ 150mm，相鄰兩通氣孔之間的間距為lm?2m。
本發(fā)明還公開了一種拼裝式節(jié)段預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟:
制作預(yù)應(yīng)力空心板梁頂板和U梁的預(yù)制場地—制作預(yù)應(yīng)力空心板梁和U梁的模板—綁扎鋼筋籠4布置體內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力筋孔道4支模4混凝土預(yù)拌、澆注—預(yù)制頂板、U梁養(yǎng)護4拆除模板—移動U梁、頂板至匹配位置4重復(fù)上述過程直到整根梁預(yù)制完成；
預(yù)應(yīng)力空心板梁節(jié)段預(yù)制完成后，通過下述步驟將整根梁拼裝完成:運輸節(jié)段頂板和U梁到現(xiàn)場4架橋機就位4吊裝U梁—節(jié)段接縫涂環(huán)氧樹脂膠4穿縱向預(yù)應(yīng)力筋—臨時預(yù)應(yīng)力筋張拉、節(jié)段固定4張拉縱向預(yù)應(yīng)力筋4拆除臨時預(yù)應(yīng)力筋4梁體支座安裝4吊裝預(yù)應(yīng)力空心板頂板4節(jié)段接縫涂環(huán)氧樹脂(錯縫)—焊接頂板和U梁預(yù)留鋼筋4澆筑頂板和U梁連接部分4重復(fù)操作完成下一組拼裝4兩根預(yù)應(yīng)力空心板梁側(cè)面剪力鍵接縫涂環(huán)氧樹脂膠4張拉臨時拼裝固定裝置4穿拉橫向預(yù)應(yīng)力筋并張拉完成橫向拼裝。
[0016]根據(jù)以上技術(shù)方案，可以實現(xiàn)以下的有益效果:
第一、本發(fā)明所述的空心板梁結(jié)構(gòu)保留了本發(fā)明人在中國發(fā)明專利200910264575.3中公開的新型匹配預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用的雙向預(yù)應(yīng)力、梁體側(cè)面采用剪力鍵、底板開通風(fēng)孔及頂板切槽的技術(shù)特征，在本發(fā)明專利的權(quán)利要求書中不再作要求。
[0017]第二、本發(fā)明在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，根據(jù)目前面臨的實際情況和困難進行了進一步改造設(shè)計，將梁體的頂板和剩余梁體分割成上下兩部分，梁體的截面采用了組合截面。同時，沿著梁體的長度方向，亦將梁體分割成若干段，進一步減輕梁體的重量，以便于梁體的運輸和起重架設(shè)的要求。
[0018]第三、在縱向剪力鍵的設(shè)計上采用密齒配筋剪力鍵代替普通的素混凝土剪力鍵，且剪力鍵接縫涂環(huán)氧樹脂膠，以防雨水沿著接縫滲入，造成預(yù)應(yīng)力筋腐蝕。
[0019]第四、頂板的縱向接縫和整體預(yù)制的節(jié)段U梁縱向接縫采用錯鏠布置，以保證在同一個截面內(nèi)，頂板和U梁的薄弱截面不會同時出現(xiàn)，提高了梁體的剛度。
[0020]第五、頂板在預(yù)制時預(yù)留孔洞和