一种宽幅箱梁桥主梁顶板加固结构及该结构的施工方法

摘要

一种针对发生下挠变形和开裂的宽幅箱梁桥主梁顶板加固结构，在顶板底面沿顺桥向间隔设置顶板加厚横梁，顶板加厚横梁之间间隔设置顶纵梁；置于顶板加厚横梁中的预应力钢筋穿过主梁腹板后两端锚固在主梁腹板的两外侧面上，顶板加厚横梁和顶纵梁的高度及预应力钢筋的根数按公式求得。该加固结构通过顶板加厚横梁和顶纵梁提高顶板的刚度，改善车辆荷载作用下顶板局部受力状态，避免顶板在恒载及车辆荷载作用下继续下挠变形；通过预应力钢筋可在顶板加厚横梁中部下缘处产生压应力，平衡车辆荷载双后轴作用在该部位的拉应力，改善该部位的应力状态，提高顶板的强度，避免主梁顶板再发生开裂。

说明书

技术领域

本发明涉及公路桥梁，特别是针对主梁顶板发生变形和开裂的宽幅箱梁桥提供的 一种主梁顶板加固结构及该结构的施工方法。

背景技术

本发明所述宽幅箱梁桥是指主梁顶板厚度d₁为主梁腹板两内侧面间的宽度K的1/ 70～1/30的单箱单室普通钢筋混凝土连续梁桥、单箱单室预应力混凝土连续梁桥和单箱单 室预应力混凝土连续刚构桥。

这种宽幅箱梁桥在施工完成投入运营后，由于宽幅箱梁桥主梁顶板厚度(一般为 25cm～35cm)与主梁顶板宽度之比过小，使主梁顶板刚度不足，在车辆荷载作用下主梁顶板 呈下挠状态，在收缩和徐变的共同影响下常产生过大变形；又因主梁顶板厚度较小，可提供 结构抗裂的截面有效高度较小，主梁顶板的强度和抗裂性能不足，使主梁顶板的下缘常产 生大量裂缝。

主梁顶板下挠变形和大量裂缝的产生严重影响主梁的耐久性及安全性；同时桥面 铺装会出现大面积网裂和下陷，使桥面防水层被破坏，桥面水渗入主梁顶板，加速主梁顶板 钢筋锈蚀，进一步影响主梁顶板的耐久性。

目前对发生上述病害的宽幅箱梁桥主梁顶板尚无好的解决方法。

发明内容

本发明的目的是对发生上述病害的宽幅箱梁桥主梁顶板提供一种主梁顶板加固 结构及该结构的施工方法。

本发明提供的宽幅箱梁桥主梁顶板加固结构，在主梁顶板的底面沿顺桥向增设间 隔布置的顶板加厚横梁，在顶板加厚横梁之间有沿横桥向间隔设置的顶纵梁；顶板加厚横 梁中有通过塑料波纹管布置的预应力钢筋，预应力钢筋的两端通过主梁腹板由锚具锚固在 主梁腹板的两外侧面上。

所述顶板加厚横梁沿顺桥向的相互间距s_v为：1200mm≤s_v≤K/4，式中K为主梁腹板 两内侧面间的宽度(mm)；

顶板加厚横梁的宽度b₂＝300mm；

顶板加厚横梁的高度d₂按下式计算得出：

$d_2=0.15{[\frac{1.4\times {10}^7{K}^2}{E_c}-s_v{d}_1^3]}^{\frac{1}{3}}\left(mm\right)$

式中

K：主梁腹板两内侧面间的宽度(mm)，

E_c：主梁混凝土的弹性模量(MPa)，

s_v：顶板加厚横梁沿顺桥向的相互间距(mm)，

d₁：主梁顶板厚度(mm)，

d₂的计算结果按照10mm为模数取用(例如，计算结果为408mm时，取d₂＝410mm；计算 结果为402mm时，取d₂＝400mm)；

顶纵梁的高度d₃为：d₂/3≤d₃≤d₂/2；

顶纵梁之间、顶纵梁与主梁腹板之间的横向间距K1相等，为主梁顶板厚度d₁的8～ 12倍；

在单个顶板加厚横梁中配置的预应力钢筋根数n按下式计算：

式中

int：取整函数，按四舍五入法则进行取整，

K：主梁腹板两内侧面间的宽度(mm)，

σ_con：预应力钢筋的张拉控制应力设计值(MPa)，

A_p1：单根预应力钢筋的截面面积(mm²)，

d₂：顶板加厚横梁的中心高度(mm)，

s_v：顶板加厚横梁沿顺桥向的布置间距(mm)，

d₁：主梁顶板厚度(mm)，

a_p：预应力钢筋重心至顶板加厚横梁底面的距离(mm)。

上述主梁顶板加固结构的施工方法包括以下步骤：

步骤1、修补主梁顶板

对裂缝宽度小于0.15mm的斜裂缝，用环氧树脂进行表面封闭；对裂缝宽度大于 0.15mm的斜裂缝，用环氧树脂进行注胶；

步骤2、在主梁腹板两侧面沿顺桥向间隔钻孔，钻孔位置和下述顶板加厚横梁中预 埋的塑料波纹管相对应；

步骤3、浇筑顶板加厚横梁和顶纵梁

对主梁顶板底面将布置顶板加厚横梁和顶纵梁的部位进行表面处理，凿毛使骨料 外露；植顶板加厚横梁钢筋和顶纵梁钢筋；清除浮尘后对植筋周围表面涂刷环氧树脂；然后 架设模板，采用钢纤维混凝土浇筑顶板加厚横梁和顶纵梁，浇筑时将塑料波纹管通过主梁 腹板的钻孔置于顶板加厚横梁中；浇筑完成后在塑料波纹管中穿送预应力钢筋；

步骤4、张拉预应力钢筋

待步骤3的混凝土强度达到90％设计强度时，张拉预应力钢筋，张拉结束后将预应 力钢筋的两端通过锚具锚固在主梁腹板的两外侧面上，完成锚固后在预应力钢筋和塑料波 纹管的间隙中灌注水泥砂浆，主梁顶板加固结构的施工即告完成。

本发明的有益效果是：

(1)通过设置高度按公式求得的顶板加厚横梁和顶纵梁，可提高主梁顶板的刚度， 改善车辆荷载作用下主梁顶板的局部受力状态，避免主梁顶板在恒载及车辆荷载作用下继 续发生下挠变形。

(2)通过在顶板加厚横梁中布置预应力钢筋，且预应力钢筋根数按公式求得，可在 顶板加厚横梁的中部下缘处产生压应力，该压应力可平衡车辆荷载双后轴作用在顶板加厚 横梁中部下缘处的拉应力，改善顶板加厚横梁该部位的应力状态，提高主梁顶板的强度，避 免主梁顶板继续发生开裂。

附图说明

图1为本发明主梁顶板加固结构的局部立面示意图；

图2为图1中A-A断面图；

图3为图1中B-B断面图；

图4为图1中C-C剖视图；

图中：1–主梁，2–主梁顶板，3–顶纵梁，4–主梁腹板，5–预应力钢筋，6–塑料波纹管， 7–锚具，8–顶板加厚横梁。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本实施例为采用本发明对主梁顶板发生变形和开裂的图1所示单箱单室预应力混 凝土连续梁桥主梁进行加固。

该梁桥的主梁1采用C50混凝土浇筑，其弹性模量E_c＝34500(MPa)。主梁1的跨度为 180m，跨中梁高4.5m，中支点处梁高10.8m，主梁腹板4两内侧面间的宽度K＝1200cm，主梁顶 板2的厚度d₁＝30cm＝K/40，属于宽幅箱梁桥。

该桥梁投入运营后不到一年，中间跨的跨中主梁顶板出现下挠变形和开裂，跨中 主梁顶板最大下挠值达到4cm，宽度大于0.15mm的斜裂缝有73条，宽度小于0.15mm的斜裂缝 有132条，为防止变形和开裂继续扩大，需对该段主梁顶板进行修复加固。

如图1至图4所示，发生变形和开裂的该段主梁顶板的加固结构为：在主梁顶板2底 面增设沿顺桥向相互间距s_v＝1.3m的顶板加厚横梁8，顶板加厚横梁的截面呈矩形，宽度b₂＝300mm，高度d₂根据计算公式按 照10mm为模数取用，d₂＝430mm。在每个顶板加厚横梁的下部置有一横向布置的Φ70塑料波 纹管6，塑料波纹管中置有n根预应力钢筋5，单根预应力钢筋为截面面积A_p1＝140mm²的Φ ^s15.20-1x7型钢绞线，预应力钢筋的张拉控制应力设计值σ_con＝1395MPa，预应力钢筋重心 至顶板加厚横梁底面的垂直距离a_p＝50mm。预应力钢筋穿过主梁腹板4后两端由锚具7锚固 在主梁腹板的两外侧面上。顶板加厚横梁之间沿横桥向设置有5道高度d₃＝250mm、相互间 距K1＝200cm的顶纵梁3。

所述布置在每个顶板加厚横梁下部的塑料波纹管中的预应力钢筋根数n由下式计 算为：

上述主梁顶板结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、修补主梁顶板

对裂缝宽度小于0.15mm的斜裂缝，用环氧树脂进行表面封闭；对裂缝宽度大于 0.15mm的斜裂缝，用环氧树脂进行注胶；

步骤2、在主梁腹板两侧面沿顺桥向间隔钻孔，钻孔位置和下述顶板加厚横梁中预 埋的塑料波纹管相对应。

步骤3、浇筑顶板加厚横梁和顶纵梁

对主梁顶板底面将布置顶板加厚横梁和顶纵梁的部位进行表面处理，凿毛使骨料 外露；植顶板加厚横梁钢筋和顶纵梁钢筋；用压缩空气清除浮尘后在植筋周围表面涂刷环 氧树脂；然后架设模板，采用C50钢纤维混凝土浇筑顶板加厚横梁和顶纵梁，浇筑时将塑料 波纹管通过主梁腹板的钻孔置于顶板加厚横梁中，浇筑完成后在塑料波纹管中穿送6根Φ ^s15.20-1x7型钢绞线作为预应力钢筋；

步骤4、张拉预应力钢筋

待步骤3的钢纤维混凝土强度达到90％设计强度时，张拉预应力钢筋，张拉结束后 将预应力钢筋的两端通过锚具锚固在主梁腹板的两外侧面上，完成锚固后在预应力钢筋和 塑料波纹管的间隙中灌注水泥砂浆，主梁顶板加固结构施工即告完成。

该宽幅箱梁桥采用上述结构加固后，经过一年的实际考验，主梁顶板未再出现下 挠和开裂病害，说明该加固方法合理、有效。