预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁，箱梁的跨中部位采用鱼腹形梁段，鱼腹梁段下翼缘为混凝土翼缘，跨中鱼腹梁段的腹板采用波形钢腹板，支座梁段采用等高的混凝土箱梁，在跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘-支座梁段混凝土箱梁腹板中张拉通长的体内预应力束。据此，发明专利技术人还建立了相应的施工方法，采用该法施工安全、方便、快捷。总之，本发明专利技术大幅提高了梁体的刚度，避免了波形钢腹板组合梁的预应力索的空气暴露，大幅提高了组合梁结构的耐久性与可靠性，清除了波形钢腹板组合梁大范围推广的一大障碍。

【技术实现步骤摘要】
预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁及其施工方法
本专利技术属于交通运输桥涵工程领域，尤其涉及一种预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁及其施工方法。
技术介绍
与普通混凝土箱梁相比，波形钢腹板组合梁采用了波形钢腹板代替混凝土腹板，可大幅降低自重。但是，波形钢腹板组合梁需预应力以确保跨中的刚度以及防止跨中下翼缘的混凝土板开裂，目前工程上主要采用体外预应力束，可体外预应力束的耐久性低，且容易发生疲劳，经过一定年限(20-30年)的使用后，可能出现腐蚀、断裂，埋下了该种结构的安全隐患，因此，制约了该结构的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种结构简单、预制吊装工序简便、经济性能好的预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁及其施工方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁，组合箱梁的跨中部位采用鱼腹梁段，鱼腹梁段下翼缘为混凝土翼缘，跨中鱼腹梁段的腹板采用波形钢腹板，支座梁段采用等高的混凝土箱梁，在跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘-支座梁段混凝土箱梁腹板中张拉通长的体内预应力束。跨中鱼腹梁段的下翼缘曲线采用圆曲线、抛物线或悬链线。跨中梁高与梁跨径L之比控制在1/13-1/25之间。组合箱梁支座梁段截面采用等高箱梁截面，等高箱梁截面与鱼腹梁段变高截面的交界处截面与开始设置波形钢腹板的截面距离大于梁跨径的1/20。跨中波形钢腹板沿梁纵向的布置长度控制在梁跨径的1/2-3/4之间。支座梁段的等高箱梁高度与跨中鱼腹梁段最大高度的比控制在1/2-2/3之间。上述预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁的施工方法，包括以下步骤：<1>预制波形钢腹板，按鱼腹腹板所需形状预制加工波形钢腹板及其上、下钢翼缘及剪力连接件；<2>搭设箱梁混凝土模板，绑扎钢筋，并将预制波形钢腹板定位安装在混凝土模板上，在跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘-支座梁段混凝土腹板中设置波纹管，波纹管端部设置在梁端腹板与顶板交界区域；<3>浇筑混凝土，养护混凝土后张拉跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘-支座梁段混凝土腹板中的通长预应力筋，形成鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁。在开始设置波形钢腹板截面附近的腹板有平顺的过渡段，过渡段长度为L/20-L/30之间。在支座区域的等高截面与鱼腹梁段变高截面的交界处截面设置混凝土横隔板。在跨中鱼腹梁段设置混凝土横隔板，在波形钢腹板上焊接剪力钉用以连接；横隔板采用混凝土空洞横隔板，剪力钉在波形钢腹板上呈列垂直分布2-3列。针对波形钢腹板梁体外预应力束耐久性低的技术难题，专利技术人设计一种预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁，箱梁的跨中部位采用鱼腹梁段，鱼腹梁段下翼缘为混凝土翼缘，跨中鱼腹梁段的腹板采用波形钢腹板，支座梁段采用等高的混凝土箱梁，在跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘-支座梁段混凝土箱梁腹板中张拉通长的体内预应力束。预应力筋在梁端部的腹板与顶板交界部位锚固，跨中鱼腹梁段腹板采波形钢腹板可以大幅降低桥梁自重，利于预制、吊装，降低了梁体的造价；同时，跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘-支座梁段混凝土箱梁腹板中张拉通长的体内预应力束，解决了波形钢腹板组合梁桥体外预应力耐久性低的问题。据此，专利技术人还建立了相应的施工方法，采用该法施工安全、方便、快捷。总之，本专利技术大幅提高了梁体的刚度，避免了波形钢腹板组合梁的预应力索的空气暴露，大幅提高了组合梁结构的耐久性与可靠性，清除了波形钢腹板组合梁大范围推广的一大障碍。附图说明图1是本专利技术预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁的立面布置示意图。图2是本专利技术预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁的立体示意图。图3是应用1中的公路工程组合梁立面布置图。图4是图3中的跨中横截面布置图。图5是图3中的支座等截面横截面布置图。图6是应用2中的铁路工程组合梁立面布置图。图7是图6中的跨中横截面布置图。图8是图6中的支座等截面横截面布置图。图中：1箱梁上翼缘板，2支座等截面梁段腹板，3波形钢腹板组合梁段的下翼缘板，4支座等截面梁段与组合梁段的过渡段靠近上翼缘混凝土腹板，5支座等截面梁段与组合梁段的过渡段靠近下翼缘混凝土腹板，6靠近支座等高截面的下翼缘板，7跨中鱼腹梁段下翼缘-支座梁段腹板内的通长预应力束，8跨中波形钢腹板，9波形钢腹板上翼缘钢板，10波形钢腹板下翼缘板，11横隔板，12上翼缘板湿接缝，13横隔板湿接缝，14无砟道板，15高铁铁轨，16支座梁段，17跨中鱼腹梁段，18剪力钉。具体实施方式一、预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁的基本结构(图1至2)箱梁的跨中部位采用鱼腹梁段，鱼腹梁段下翼缘为混凝土翼缘，跨中鱼腹梁段的腹板采用波形钢腹板，支座梁段采用等高的混凝土箱梁，在跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘-支座梁段混凝土箱梁腹板中张拉通长的体内预应力束。通过对多种曲线的力学计算，跨中鱼腹梁段的下翼缘曲线采用圆曲线、抛物线或悬链线这3种线型受力最为合理且构型优美。基于力学计算与统计分析，该跨中梁高与梁跨径之比在跨径较大时可选用较大值，由于跨中鱼腹段采用钢腹板，采用较大的跨中梁高与梁跨径之比并不会显著增加主梁的自重，而跨中部位梁高的增加会大幅提升主梁的刚度，荷载提升效果显著；另外，铁路桥应采用较大的跨中梁高与梁跨径之比，以承受较大的列车荷载，1/13的跨中梁高与梁跨径之比可以满足1万吨重型列车的使用。另根据力学计算，若跨高比小于1/25，则支座梁段截面所需的高度会大于跨中截面高度，梁体已非鱼腹梁段形式。故跨中梁高与梁跨径L之比控制在1/13-1/25之间。组合箱梁支座梁段截面采用等高箱梁截面，等高箱梁截面与鱼腹梁段变高截面的交界处截面与开始设置波形钢腹板的截面距离应大于梁跨径的1/20。因为在支座梁段的等高截面与跨中鱼腹梁段变高梁段的交界处截面发生较大的刚度突变时，开始设置波形钢腹板的截面也会发生较大的刚度突变，所以应要控制这两个突变截面之间的距离，以防止两个截面的刚度突变出现叠加而导致结构突变处拉应力过大。通过有限元计算，这两个刚度突变截面间距大于梁跨径的1/20，即可使波形钢腹板与混凝土腹板连接部位的混凝土拉应力符合混凝土抗拉设计值的要求。根据工程量计算统计可知，跨中波形钢腹板沿梁纵向的布置长度控制在梁跨径的1/2-3/4之间，约可减轻主梁20％-30％的自重，留下的靠近支座的等截面梁段长度(L/8-L/4)刚好可以满足体内预应力在支座梁段腹板内的布置空间的需求。支座梁段的等高箱梁高度与跨中鱼腹梁段最大高度的比控制在1/2-2/3之间。靠近支座区域腹板沿主梁的长度控制根据主梁的设计剪力确定，支座附近的设计剪力应满足：V≤tfhffv与0.75Agfgtanθ与Asfstanθ式中，V为设计剪力，tf为腹板厚度，hf为腹板高度，fv为腹板抗剪强度设计值，Ag为钢绞线总面积，fg为钢绞线抗拉强度设计值，θ为钢绞线或钢包混凝土翼缘与水平方向夹角，As为钢包翼缘钢材面积，fs为钢包翼缘钢材抗拉强度设计值。二、预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁的施工方法<1>预制波形钢腹板，按鱼腹腹板所需形状预制加工波形钢腹板及其上、下钢翼缘及剪力连接件；<2>搭设箱梁混凝土模板，绑扎钢筋，并将预制波形钢腹板定位安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁，其特征在于：所述箱梁的跨中部位采用鱼腹形梁段，鱼腹梁段下翼缘为混凝土翼缘，跨中鱼腹梁段的腹板采用波形钢腹板，支座梁段采用等高的混凝土箱梁，在跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘‑支座梁段混凝土箱梁腹板中张拉通长的体内预应力束。

【技术特征摘要】
1.一种预制吊装鱼腹波形钢腹板体内预应力组合箱梁，其特征在于：所述组合箱梁的跨中部位采用鱼腹梁段，鱼腹梁段下翼缘为混凝土翼缘，跨中鱼腹梁段的腹板采用波形钢腹板，支座梁段采用等高的混凝土箱梁，在跨中鱼腹梁段混凝土下翼缘-支座梁段混凝土箱梁腹板中张拉通长的体内预应力束。2.根据权利要求1所述的体内预应力组合箱梁，其特征在于：所述跨中鱼腹梁段的下翼缘曲线采用圆曲线、抛物线或悬链线。3.根据权利要求2所述的体内预应力组合箱梁，其特征在于：所述跨中梁高与梁跨径L之比控制在1/13-1/25之间。4.根据权利要求1所述的体内预应力组合箱梁，其特征在于：所述组合箱梁支座梁段截面采用等高箱梁截面，等高箱梁截面与鱼腹梁段变高截面的交界处截面与开始设置波形钢腹板的截面距离大于梁跨径的1/20。5.根据权利要求1所述的体内预应力组合箱梁，其特征在于：所述跨中波形钢腹板沿梁纵向的布置长度控制在梁跨径的1/2-3/4之间。6.根据权利要求1所述的体内预应力组合箱梁，其特征在于：所述支座梁段的等高箱梁高度与跨中鱼腹梁段最大高度的比控制在1/2-2/3之间。7.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈齐风，郝天之，高建明，邱波，徐赵东，王龙林，罗月静，黎力韬，李淑芬，彭蓉，于孟生，王莹，
申请(专利权)人：广西交通科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西;45