底板索水平布置预应力混凝土变截面箱梁桥及其施工方法

摘要

本发明属于土木工程桥梁技术领域，涉及一种底板索水平布置预应力混凝土变截面箱梁桥，在箱梁内跨中底板相应梁高的位置，纵向设置水平锚固板，在跨中L/2截面至3L/8截面区段，水平锚固板和箱梁底板融为一体，水平锚固板的厚度和跨中底板一致，底板索布置在水平锚固板内，在底板索张拉锚固位置的水平锚固板上设置锯齿块，底板索张拉锚固端在锯齿块处弯起到箱内，并沿箱梁纵向对称地张拉锚固在锯齿块上。桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，水平锚固板可和箱梁节段一起现浇，也可推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。本发明桥梁结构底板索布索合理、经济，消除了跨中正弯矩索向下的径向力而避免了其并发病害，可提高箱梁桥耐久性，增大其跨越能力。

说明书

技术领域

该发明属于土木工程桥梁技术领域，尤其涉及一种底板索水平布置预应力混凝土变截面箱梁桥，以及其施工方法。

背景技术

大跨预应力混凝土变截面箱梁桥是目前广泛采用的桥型，以连续梁和连续刚构桥最为多见，常采用挂篮悬臂浇筑法施工。如图1所示是一种连续刚构桥的结构示意图，桥墩6之间主梁及其底板1为拱形，跨中的梁高高度小于桥墩6处的支点梁高。

如图2至图4所示，这种变截面箱梁桥目前常用的截面形式为单箱单室截面，由于受力需要，梁高由跨中L/2截面向支点截面不断加大，导致底板1下缘立面成拱形，由跨中向桥墩6处悬臂根部支点方向，箱室净空加大，梁高加大，底板1也逐渐加厚，腹板2在靠近支点截面局部加厚，底板1立面为拱形，底板1净矢跨比为1/12.7。锯齿块3用于锚固正弯矩索。

如图8至图10所示，由于正弯矩索布置在底板1内，故正弯矩索常称为底板索5，由于底板1的立面为拱形，这种构造布置导致底板索5的立面亦成拱形，由于底板索5被张拉且其两端被锚固在锯齿块3上，被张拉的底板索5必然产生向下的径向力。当桥梁跨径增大时，现有技术是采用增加梁高、加厚底板1、加厚腹板2、增加配筋等措施，而增加梁高、增加配筋，底板索5的径向力进一步加大，这种构造不合理导致受力不利的问题，桥的跨径越大这种问题越严重，制约着该类桥梁的发展。具体来说，现有技术底板索布置的主要缺陷表现在：

(1)拱形底板索5向下的径向力在相应底板1位置产生顺桥向剪切力，由于跨中段底板1较薄，一般为25～40cm，横向钢筋按构造配置，底板索5向下的径向力过大则易导致跨中段底板1出现顺桥向剪切裂缝，严重的导致桥梁底板1崩裂破坏。

(2)底板索5向下的径向力还直接导致相应区段腹板2受拉，易导致腹板2出现主拉应力裂缝，通常L/4截面至L/2截面范围此类病害较常见，与此有关，一般L/4截面至L/2截面范围梁高较小，竖向预应力控制难度大，若竖向有效预应力不可靠，会加剧病害。

(3)由于底板索5因构造要求需要锚固在腹板2和底板1的交接处以减短传力路线，对大跨径桥梁底板索5锚固区常常由跨中附近沿伸到L/8截面附近，大跨悬臂浇筑法施工的变截面箱梁桥的正弯矩区通常在L/4截面至跨中L/2截面间，跨中L/2截面处最大，L/8截面附近正弯矩一般很小或为负弯矩，为保证跨中正弯矩受力和锚固构造需要，布置在L/4截面至L/8截面间的底板索5和该段受力不吻合，L/4截面至L/8截面梁高大，偏心距大，且产生向下的径向力最大，故负作用大。

(4)底板索5向下的径向力直接导致跨中下挠。

(5)拱形的底板索5的定位较难，施工不易控制，曲线索预应力损失大，不经济。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种不产生向下的径向力、构造受力合理、施工方便的底板索水平布置预应力混凝土变截面箱梁桥结构。

本发明的第二个目的还在于提供一种底板索水平布置预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法。

为了实现本发明的第一个目的，技术方案如下：一种底板索水平布置的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥，包括桥墩6、箱梁的底板1、腹板2及底板索5，其特征在于：在所述箱梁内跨中底板1相应梁高位置，沿纵向设置水平锚固板4，在跨中L/2截面至3L/8截面区段所述的水平锚固板4和箱梁底板1融为一体，其余位置和底板1分离，所述的底板索5布置在水平锚固板4内，在底板索5张拉锚固位置的水平锚固板4上设置锯齿块，所述的底板索5张拉锚固端在锯齿块3处弯起到箱内，并沿纵向对称地张拉锚固在所述的锯齿块3上。

所述的水平锚固板4可以延伸到桥墩6处并穿过墩顶横隔板7与相邻跨的水平锚固板4连为一体，也可以在靠近桥墩6侧最后一个锯齿块3处终止并在水平锚固板4后端设置安全护栏。

为了实现本发明的第二个目的，采用如下解决方案：一种底板索水平布置的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的施工方法，桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，其特征在于：水平锚固板和箱梁节段一起现浇，或推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇。

同现有的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的结构相比，本发明主要有益效果是：

(1)由于设置了水平锚固板，且底板索被布置于水平锚固板内，使得本发明跨中正弯矩底板索是水平布置，消除了现有技术跨中正弯矩索向下的径向力，解决了大跨径变截面箱梁桥跨中正弯矩索向下的径向力随跨径不断加大的难题，可有效解决由径向力引起的变截面箱梁桥跨中底板易出现的顺桥向裂缝、跨中普遍出现的下挠、腹板易出现的主拉应力裂缝问题。

(2)本发明底板索布置在水平锚固板内，和采用悬臂施工法的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥的弯矩包络图吻合，受力合理，可克服跨中L/2截面至3L/8截面较大的正弯矩，在正负弯矩均较小的L/4截面附近接近中心受压，在L/8截面附近能抵抗部分负弯矩。

(3)本发明桥梁底板索布置在水平锚固板内，简化了现有技术底板的构造设计和施工，改善了底板受力。

(4)本发明桥梁底板索水平布置在锚固板内，预应力损失小，施工易于控制，经济性好。

(5)本发明桥梁可采用现有技术悬臂浇筑法施工，施工时水平锚固板可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，水平锚固板也可推迟一个施工阶段在支架或吊架上现浇。

附图说明

图1为大跨预应力混凝土变截面箱梁桥立面布置图。

图2所示为现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥构造图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图2的B-B剖视图。

图5为本发明底板索水平布置的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥构造图。

图6为图5的A-A剖视图。

图7为图5的B-B剖视图。

图8为现有技术大跨预应力混凝土变截面箱梁桥钢索纵向布置图。

图9为图8的A-A剖视图。

图10为图8的B-B剖视图。

图11为本发明底板索水平布置的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥钢索纵向布置图。

图12为图11的A-A剖视图。

图13为图11的B-B剖视图。

图中：1、底板，2、腹板，3、锯齿块，4、水平锚固板，5、底板索，6、桥墩，7、墩顶横隔板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的底板索水平布置的大跨预应力混凝土变截面箱梁桥结构，如图5至图7所示，包括桥墩6、以及由顶板、底板1和腹板2构成的箱梁，是在箱梁内跨中底板1相应梁高位置，沿纵向设置水平锚固板4，跨中L/2截面至3L/8截面附近区段水平锚固板4和箱梁底板1融为一体，其余位置和底板1分离，水平锚固板4的厚度和跨中底板1一致，一般为25～40cm。如图11至图13所示，底板索5布置在水平锚固板4内，在底板索5张拉锚固位置的水平锚固板4上设置锯齿块3，底板索5张拉锚固端在锯齿块3处弯起到箱内，箱梁合拢后，对称张拉底板索5并使其两端对称地锚固在相应的锯齿块3上。

水平锚固板4可以如图5所示延伸到桥墩6处穿过墩顶横隔板7与相邻跨的水平锚固板4连为一体，也可以在靠近桥墩6侧最后一个锯齿块3处终止并在水平锚固板4后端设置安全护栏。

底板索5一般在平面内平弯到箱内腹板2和底板1交接处进行张拉和锚固操作。参照图6所示，水平锚固板4左右两侧沿桥的纵向与腹板2融为一体，其横向构造钢筋在腹板2处弯起并和腹板2竖向钢筋焊接牢固。在跨中L/2截面至3L/8截面段水平面内的径向力较大，该区段水平锚固板4的横向构造钢筋要特别加强，必要时在水平锚固板4上设置横向加强肋，必要时在横向加强肋上施加横向预应力。

其施工方法为：桥梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，施工时水平锚固板4可以和箱梁节段一起悬臂现浇，为减轻挂篮悬臂浇筑重量，水平锚固板4也可推迟一个施工阶段，在支架或吊架上现浇施工。

如图11所示，沿整个箱梁桥的纵向，底板索5除两端穿过锯齿块的部分外，位于水平锚固板4内的部分是水平布置的，向下的径向力为0，因此克服了现有技术中拱形的底板索带来的不足。