一种岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁

摘要

本发明公开了一种岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁，包括顶板和腹板，在所述顶板的上缘设置有横向预应力钢束，沿着所述腹板设置有竖向预应力钢束，在所述腹板内设置有纵向预应力钢束，在所述腹板内竖直方向上设置有U形防崩钢筋，与所述竖向预应力钢束固定，以抵抗张拉预应力钢束时带来的附加径向力。沿着所述竖向预应力钢束的外侧设置有箍筋，所述箍筋用于承受施加预应力过程中带来的横向弯矩，从所述顶板与所述腹板交接处至所述腹板倒角处，箍筋越来越密。本发明中增设的防崩钢筋和箍筋可以提高箱梁整体的抗裂性能，保证了大跨径曲线弯桥的受力安全。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体地，涉及一种岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁。

背景技术

岩溶区是指具有溶蚀性的水对石灰岩、白云岩等可溶性岩石进行长期溶蚀等作用而形成的特殊地貌形态。在岩溶区，由于岩溶作用使得岩体的结构发生改变，从而导致岩石的强度降低、渗透性增强，通常容易引起地基承载力不足、下伏溶洞顶板坍塌、地面塌陷、地基不均匀沉降等问题，对工程建设和使用产生很大影响。

对于高墩大跨径小弯桥的施工，无论是现浇箱梁还是预制箱梁，在施工阶段或者使用阶段，箱梁经常存在不同程度的裂缝，这对桥梁结构的正常使用性能、结构的耐久性和安全性造成不利影响，例如，裂缝出现破坏了结构设计假定条件，引起结构内力重分布，一些断面的内力增加，导致结构安全度降低，严重者甚至造成桥梁结构破坏；裂缝使得钢筋失去混凝土的保护，钢筋受到空气中有害物质的侵蚀，加速了钢筋的锈蚀，削弱桥梁的耐久性，减短结构的使用年限，特别是对预应力混凝土结构而言，预应力筋的腐蚀对结构的危害性更大；裂缝削弱桥梁的刚度，使得箱梁变形增大。

目前，对于高墩大跨径小弯桥的箱梁施工，通常采用大吨位预应力锚具布置预应力钢束，包括一期钢束和二期钢束，通过钢束的布置方式不同，以调整箱梁的受力状态。由于适用于高墩大跨径小弯桥的箱梁，箱梁的底板在垂直平面会存在一定的曲率，设置钢束时需要适应底板的曲率变化情况，底板内钢束由于曲线布置会引起向下的径向力，底板的纵向压应力与向下的径向力有相互抵消的作用，由于后期温度、活载的作用，向上的径向力会大大削弱，甚至消失，从而不能部分抵消钢束曲率造成的影响，使得对应的弯曲应力比恒载时的应力高出很多，使得箱梁会产生严重的裂缝，甚至可能破坏。预应力弯梁桥在张拉预应力筋时，预应力钢束会产生较大的径向水平力，使混凝土有被挤脱的危险，极易在箱梁腹板处发生危险。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁，以解决现有箱梁由于箱梁底板曲率变化导致箱梁受力状态变化，从而使得混凝土容易被挤脱，极易在箱梁腹板发生危险的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁，包括顶板和腹板，在所述顶板的上缘设置有横向预应力钢束，所述横向预应力钢束根据弯桥结构径向布置，沿着所述腹板设置有竖向预应力钢束，在所述腹板内设置有纵向预应力钢束，在所述腹板内竖直方向上设置有U形防崩钢筋，所述U形防崩钢筋的U形底板的一侧锚固在所述纵向预应力钢束上，所述U形防崩钢筋的两个U形臂的端部均设置有弯折部，两个弯折部相背设置，所述弯折部与所述竖向预应力钢束固定，沿着所述竖向预应力钢束的外侧设置有箍筋，所述箍筋用于承受施加预应力过程中带来的横向弯矩，从所述顶板与所述腹板交接处至所述腹板倒角处，箍筋越来越密。

优选地，所述竖向预应力钢束在箱梁的腹板根部区段双排布置，在腹板的其余位置单排布置。

优选地，所述竖向预应力钢束采用精轧螺纹钢。

优选地，所述U形防崩钢筋的抗拉强度为：

式中，σ为U形防崩钢筋的抗拉强度；q为纵向预应力钢束造成的径向力；[τ]为箱梁混凝土的容许剪应力；为纵向预应力钢束造成的平均径向力；L为纵向预应力钢束在曲线段的总长度；A_j为混凝土的剪切面积；[σ]为U形防崩钢筋的容许抗拉强度。

优选地，在所述腹板的底板沿水平方向设置有U形防崩钢筋，根据底板中波纹管孔道的受力大小而不均匀分布。

优选地，所述腹板底板的所述U形防崩钢筋从箱梁中轴线至所述腹板的倒角处，分布越来越密。

优选地，所述腹板的底部倒角处设置有圆角，在圆角处安装有钢片，倒角处的U形防崩钢筋的U形底板的一侧与钢片焊接固定，U形臂的一侧与竖向预应力钢束固定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明通过在岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁的腹板设置防崩钢筋，根据桥梁底板的曲率变化设置相应的预应力钢束，以抵抗张拉预应力钢束时带来的附加径向力。通过沿竖向预应力钢束的外侧设置箍筋，以抵抗腹板上的横向弯矩，减少箱梁裂缝的产生，从而避免箱梁混凝土被挤脱而发生危险的问题。针对岩溶区高墩大跨径小弯桥的特殊应用领域，增设防崩钢筋和箍筋可以提高箱梁整体的抗裂性能，保证了大跨径曲线弯桥的受力安全，进一步可以在大跨度混凝土箱梁弯桥的建筑领域得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明所述岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁截面示意图；

图2是图1中A部分的纵截面剖视示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

下面结合图1和图2来详细说明本实施例。

图1是本发明所述岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁截面示意图，图2是图1中A部分的纵截面剖视示意图，如图1和图2所示，本发明所述岩溶区高墩大跨径小弯桥箱梁包括顶板1和腹板2，其中，在所述顶板1的上缘设置有横向预应力钢束，横向预应力钢束根据弯桥结构径向布置，沿着腹板2设置有竖向预应力钢束，在腹板2内设置有纵向预应力钢束3。

在腹板2内竖直方向上设置有U形防崩钢筋4，所述U形防崩钢筋4的U形底板的一侧锚固在所述纵向预应力钢束3上，所述U形防崩钢筋4的两个U形臂的端部均设置有弯折部，两个弯折部相背设置，弯折部与竖向预应力钢束固定。沿着竖向预应力钢束的外侧设置有箍筋5，箍筋5用于承受施加预应力过程中带来的横向弯矩，从顶板1与腹板2交接处至腹板2倒角处，箍筋5越来越密。

其中，横向预应力钢束以桥墩为中心对称轴，在顶板1的上缘对称布置，以抵抗逐渐增加的恒载弯矩，增加箱梁结构的整体性能。横向预应力钢束中各根钢束之间的间距根据箱梁的实际宽度设置。

竖向预应力钢束用于承受箱梁腹板的主拉应力，由于受到箱梁高度的限制，优选地，竖向预应力钢束采用精轧螺纹钢，且竖向布置。由于在箱梁的腹板根部区段的主拉应力较大，进一步地，优选地，竖向预应力钢束在箱梁的腹板根部区段双排布置，在腹板的其余位置单排布置，以便于抵抗较大的主拉应力。竖向预应力钢束中各根钢束之间的间距根据箱梁腹板的实际厚度来合理调整，各根钢束之间的间距较小时，腹板中的主拉应力呈下降趋势，间距较大时，竖向预应力钢束给腹板的压力无法得到均匀的扩散，使得腹板主拉应力出现大幅度变化。

在腹板内的纵向预应力钢束根据弯桥结构不对称设置，对于大跨径小弯桥，由于弯扭耦合作用，使得桥梁结构内外侧受力不同，外侧受力较大，因此，在距离桥墩中心较近的位置布置的预应力钢束可以采用外大内小的方式，而距离桥墩中心较远的位置布置的预应力钢束可以采用对称布置的方式，从而使得大跨径小弯桥的桥梁受力更加合理。

弯桥梁在施工过程中，采用两端张拉时，纵向预应力钢束与相应的孔道的内壁之间紧密接触，在孔道的内侧会对混凝土造成径向压力，在腹板增设的U形防崩钢筋4可以抵抗张拉预应力钢束时带来的附加径向力。以N表示张拉力，且假设纵向预应力钢束的孔道是平面曲线，曲率半径为R，则在微小曲线段内壁dl上出现的径向力dp为：

式中，dθ为曲线段dl对应的角度。

则总径向力P为：

式中，L为预应力钢束在曲线段的总长，单位为米。

由纵向预应力钢束造成的平均径向力为：

纵向预应力钢束造成的径向力即是横向的剪应力，则U形防崩钢筋的抗拉强度为：

式中，σ为U形防崩钢筋的抗拉强度；q为纵向预应力钢束造成的径向力；[τ]为箱梁混凝土的容许剪应力；为纵向预应力钢束造成的平均径向力；L为纵向预应力钢束在曲线段的总长度；A_j为混凝土的剪切面积；[σ]为U形防崩钢筋的容许抗拉强度。

其中，A_j＝2(a+b)×L，a为纵向预应力钢束管道与腹板内侧之间的净距离；b为纵向预应力管道直径。

根据大跨径小弯桥箱梁的腹板各处的受力状态不同，优选地，在腹板的底板沿水平方向设置有U形防崩钢筋4，根据底板中波纹管孔道的受力大小而不均匀分布，以便于更好地抵消张拉预应力钢束产生的附加径向力。

进一步地，优选地，腹板2的底板的U形防崩钢筋4从箱梁中轴线至腹板2的倒角处，分布越来越密。

优选地，腹板2的底部倒角处设置有圆角，在圆角处安装有钢片，倒角处的U形防崩钢筋4的U形底板的一侧与钢片焊接固定，U形防崩钢筋4的U形臂的一侧与竖向预应力钢束固定。其中，钢片可以是与圆角贴合的弧形转角钢，两个U形防崩钢筋4分别位于弧形转角钢的两个弧形端点处。

在竖向预应力钢束外侧的箍筋5是加密设置的钢筋，以承受施加预应力过程中带来的横向弯矩，从顶板1与腹板2交接处至腹板2倒角处，箍筋5越来越密。各根箍筋之间的间距可以与竖向预应力钢束之间的间距相同或不同。

本发明中，为了确保钢筋的整体性能，在施工时，对桥梁底板钢筋的崩裂情况进行控制，先将钢筋焊接形成闭合箍，然后将一榀骨架和底板钢筋焊接到一起，使得形成桥梁底板的构成钢筋为一个整体。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。