一种宽幅箱梁桥主梁顶板加固结构及该结构的施工方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及公路桥梁，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。
技术介绍
本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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sv为：1200mm≤sv≤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 [ 1.4 × 10 7 K 2 E c - s v d 1 3 ] 1 3 ( m m ) ]]>式中K：主梁腹板两内侧面间的宽度(mm)，Ec：主梁混凝土的弹性模量(MPa)，sv：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)，σcon：预应力钢筋的张拉控制应力设计值(MPa)，Ap1：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)，sv：顶板加厚横梁沿顺桥向的布置间距(mm)，d1：主梁顶板厚度(mm)，ap：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。本专利技术的有益效果是：(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为本专利技术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专利技术做进一步说明。本实施例为采用本专利技术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Ec＝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，为防止变形和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽幅箱梁桥主梁顶板加固结构，其特征在于：在主梁顶板(2)的底面沿顺桥向增设间隔布置的顶板加厚横梁(8)，在顶板加厚横梁(8)之间有沿横桥向间隔设置的顶纵梁(3)；顶板加厚横梁中有通过塑料波纹管(6)布置的预应力钢筋(5)，预应力钢筋的两端通过主梁腹板(4)由锚具(7)锚固在主梁腹板的两外侧面上。

【技术特征摘要】
1.一种宽幅箱梁桥主梁顶板加固结构，其特征在于：
在主梁顶板(2)的底面沿顺桥向增设间隔布置的顶板加厚横梁(8)，在顶板加厚横梁
(8)之间有沿横桥向间隔设置的顶纵梁(3)；顶板加厚横梁中有通过塑料波纹管(6)布置的
预应力钢筋(5)，预应力钢筋的两端通过主梁腹板(4)由锚具(7)锚固在主梁腹板的两外侧
面上。
2.根据权利要求1所述的宽幅箱梁桥主梁顶板加固结构，其特征在于：
所述顶板加厚横梁沿顺桥向的相互间距sv为：1200mm≤sv≤K/4，式中K为主梁腹板两内
侧面间的宽度；
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 [ 1.4 × 10 7 K 2 E c - s v d 1 3 ] 1 3 ]]>式中
K：主梁腹板两内侧面间的宽度，
Ec：主梁混凝土的弹性模量，
sv：顶板加厚横梁沿顺桥向的相互间距，
d1：主梁顶板厚度，
d2的计算结果按照10mm为模数取用；
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：
n = int [ 70000 K σ c o n A p 1 ( 150 d 2 2 + s v ...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛兴伟，孙聚阳，张海，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21