一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁及其施工方法。组合箱梁由波形钢腹板纵梁、波形钢肋板悬臂梁、预制顶板、预制底板、上托板、下托板、横向支撑、顶板接缝、底板接缝、预留孔后浇混凝土、横向体内预应力钢筋、纵向体外预应力钢筋组成。波形钢腹板纵梁包含双层波形钢腹板、腹板上钢翼板、腹板下钢翼板、纵向钉群。波形钢肋板悬臂梁则包含双层波形钢肋板、肋板上钢翼板、肋板下钢翼板、横向钉群。双层波形钢腹板、双层波形钢肋板仅在直板段与钢翼板螺栓连接，可充分发挥褶皱效应，提高预应力施加效率；波形钢肋板悬臂梁可显著降低悬臂根部应力水平，提高悬臂长度上限；预制装配的施工方法既保证施工质量，又大大缩短工期。

【技术实现步骤摘要】
一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁及其施工方法
本专利技术主要涉及桥梁工程及组合结构设计领域，具体涉及一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁及其施工方法。
技术介绍
目前，钢-混凝土组合结构已经广泛应用于我国桥梁建设。其中，波形钢腹板PC组合箱梁作为一种新型的钢-混凝土组合结构形式，不仅具有自重轻、造型美观、施工速度快等优点，还可提高预应力效率、消除传统PC箱梁常见的腹板开裂病害。但现有波形钢腹板PC组合箱梁还存在以下不足：波形钢腹板沿跨度方向采用通长焊缝与钢翼板连接，限制了波形钢板褶皱效应的充分发挥，降低了预应力施加的效率；波形钢腹板的使用导致梁体抗扭及抗畸变能力较弱，因此梁宽一般难以满足大交通量的需求；施工中包含大量焊接、支架与模板架设、钢筋绑扎、混凝土现浇等工作，难以保证施工质量。为此，亟需开发一种充分发挥波形钢板褶皱效应、适应大交通量、施工快速简便的波形钢腹板PC组合箱梁。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有波形钢腹板箱梁未充分利用褶皱效应、不适应大交通量、现场栓钉焊接及混凝土浇筑工作量大、施工工期较长等问题，提出一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁及其施工方法。通过改善波形钢板与钢翼板的连接方式、增强悬臂板刚度、提高预制装配构件比例及调整施工工序以克服上述现有波形钢腹板箱梁的不足。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁，包括波形钢腹板纵梁、波形钢肋板悬臂梁、预制顶板、预制底板、上托板、下托板、横向支撑、顶板接缝、底板接缝、预留孔后浇混凝土、横向体内预应力钢筋和纵向体外预应力钢筋；所述波形钢腹板纵梁由双层波形钢腹板、腹板上钢翼板、腹板下钢翼板和纵向钉群组成；所述腹板上钢翼板、腹板下钢翼板采用螺栓穿过螺孔通过T形钢连接件仅与双层波形钢腹板的直板段连接；所述腹板上钢翼板及腹板下钢翼板沿纵向断开布置，断开位置与双层波形钢腹板纵向接头的位置一致；所述腹板上钢翼板及腹板下钢翼板上间隔设置纵向钉群；所述波形钢肋板悬臂梁由双层波形钢肋板、肋板上钢翼板、肋板下钢翼板和横向钉群组成；所述双层波形钢肋板采用变高度设计；所述肋板上钢翼板、肋板下钢翼板采用螺栓穿过螺孔通过T形钢连接件仅与双层波形钢肋板的直板段固定连接；所述肋板上钢翼板及肋板下钢翼板上间隔布设横向钉群；所述预制顶板及预制底板分别采用向顶板接缝及底板接缝延伸出接头钢筋的预制混凝土板；所述预制顶板设有顶板纵向预留孔及顶板横向预留孔，预制底板设有底板纵向预留孔；所述预制顶板利用顶板纵向预留孔和顶板横向预留孔套于纵向钉群和横向钉群，所述预制底板利用底板纵向预留孔套于纵向钉群，分别定位安装在腹板上钢翼板、腹板下钢翼板的上表面；通过预留孔后浇混凝土将预制顶板、预制底板与波形钢腹板纵梁、波形钢肋板悬臂梁连接成整体；所述上托板、下托板分别与腹板上钢翼板、腹板下钢翼板螺栓连接，其宽度分别略大于顶板接缝、底板接缝；所述横向支撑与上托板、腹板下钢翼板采用螺栓连接；所述横向体内预应力钢筋仅在顶板接缝处安装，并通过扁锚锚固；在箱梁空腔内部安装纵向体外预应力钢筋。进一步地，所述双层波形钢腹板及双层波形钢肋板均由两块波形钢板波峰与波峰、波谷及波谷相互对应连接而成；所述双层波形钢腹板可采用1600型波形钢板，所述双层波形钢肋板可采用1000型波形钢板；所述双层波形钢腹板及双层波形钢肋板中波形钢板的厚度根据板内的剪应力水平选取。进一步地，所述波形钢肋板悬臂梁的双层波形钢肋板、肋板上钢翼板、肋板下钢翼板均与波形钢腹板纵梁螺栓连接；所述双层波形钢肋板长度为4-8m，纵向间距为2-4m。进一步地，所述腹板上钢翼板、腹板下钢翼板、肋板上钢翼板、肋板下钢翼板的厚度不小于16mm，宽度应保证最外侧螺纹栓钉离钢翼板边缘不小于25mm。进一步地，所述纵向钉群之间的纵向间距为1-2m，所述横向钉群之间的横向间距为0.5-2m，纵向钉群及横向钉群内部的螺纹栓钉间距为50-150mm。进一步地，所述纵向钉群和横向钉群采用大直径螺纹栓钉，一般可采用22mm的直径；所述螺纹栓钉高度根据预制顶板及预制底板厚度确定，螺纹栓钉数目根据所需的抗剪连接程度确定；所述螺纹栓钉利用栓钉螺杆和栓钉螺母固定在钢板上。进一步地，所述预制顶板和预制底板的长度为5-10m，厚度为25-30cm；所述顶板横向预留孔、顶板纵向预留孔及底板纵向预留孔的尺寸根据横向群钉及纵向钉群的布置确定；所述顶板横向预留孔、顶板纵向预留孔及底板纵向预留孔的形状为上大下小的倒棱台。进一步地，所述顶板接缝及底板接缝的宽度为0.4-0.6m，厚度分别与预制顶板、预制底板相同；所述预制顶板、预制底板、顶板接缝、底板接缝、预留孔后浇混凝土均采用轻质高强混凝土。进一步地，所述横向体内预应力钢筋由多股钢绞线组成；所述纵向体外预应力钢筋由多股钢绞线组成，其截面面积和张拉应力根据结构恒载及活载确定；其中，钢绞线的抗拉强度标准值不宜小于1860MPa。一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁的施工方法，该方法包括以下步骤：(1)在相邻的桥梁墩台间安装简易移动施工支架，将预制的所有构配件运送至桥址处。(2)将栓钉螺杆穿过预留的栓钉孔通过栓钉螺母固定在腹板上钢翼板、腹板下钢翼板、肋板上钢翼板、上托板及下托板的上表面，形成纵向钉群、横向钉群、分布式螺纹栓钉。(3)拼合两块波形钢板以形成双层波形钢腹板，螺栓穿过螺孔通过T形钢连接件将双层波形钢腹板的直板段与腹板上钢翼板、腹板下钢翼板固定连接，形成波形钢腹板纵梁。(4)拼合两块变高度波形钢板以形成双层波形钢肋板，螺栓穿过螺孔通过T形钢连接件将双层波形钢肋板的直板段与肋板上钢翼板、肋板下钢翼板固定连接，形成波形钢肋板悬臂梁。(5)将两根波形钢腹板纵梁吊到简易移动施工支架上，并进行定位，在两波形钢腹板纵梁之间安装若干上托板、下托板及横向支撑。(6)将若干波形钢肋板悬臂梁吊到简易移动施工支架上，螺栓穿过螺孔将波形钢肋板悬臂梁与波形钢腹板纵梁固定连接。(7)吊装若干预制底板至腹板下钢翼板的上表面，需要保证纵向钉群套在底板纵向预留孔内。(8)在底板纵向预留孔、底板接缝处浇筑混凝土。(9)吊装若干预制顶板至腹板上钢翼板的上表面，使纵向钉群、横向钉群分别套在顶板纵向预留孔、顶板横向预留孔内。(10)在顶板接缝处安装并张拉横向体内预应力筋。(11)在顶板纵向预留孔、顶板横向预留孔、顶板接缝处浇筑混凝土，待顶板接缝处的混凝土强度达到设计强度的90％，可释放横向体内预应力筋。(12)安装并张拉纵向体外预应力筋，而后进行桥面铺装和附属设施的施工。本专利技术的有益效果如下：1、双层波形钢腹板与双层波形钢肋板仅在波形钢板的直板段与钢翼板螺栓连接，可充分发挥波形钢板的褶皱效应，进而提高预应力的施加效率。2、引入波形钢肋板悬臂梁，减小自重的同时，增强梁体横向刚度，显著降低了悬臂根部的应力水平，可增加悬臂长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁，其特征在于，包括波形钢腹板纵梁(1)、波形钢肋板悬臂梁(2)、预制顶板(3)、预制底板(4)、上托板(5)、下托板(6)、横向支撑(7)、顶板接缝(8)、底板接缝(9)、预留孔后浇混凝土(10)、横向体内预应力钢筋(11)和纵向体外预应力钢筋(12)等；/n所述波形钢腹板纵梁(1)由双层波形钢腹板(1-1)、腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)和纵向钉群(1-4)组成；所述腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)采用螺栓穿过螺孔通过T形钢连接件(15)仅与双层波形钢腹板(1-1)的直板段连接；所述腹板上钢翼板(1-2)及腹板下钢翼板(1-3)沿纵向断开布置，断开位置与双层波形钢腹板(1-1)纵向接头的位置一致；所述腹板上钢翼板(1-2)及腹板下钢翼板(1-3)上间隔设置纵向钉群(1-4)；/n所述波形钢肋板悬臂梁(2)由双层波形钢肋板(2-1)、肋板上钢翼板(2-2)、肋板下钢翼板(2-3)和横向钉群(2-4)组成；所述双层波形钢肋板(2-1)采用变高度设计；所述肋板上钢翼板(2-2)、肋板下钢翼板(2-3)采用螺栓穿过螺孔通过T形钢连接件(15)仅与双层波形钢肋板(2-1)的直板段固定连接；所述肋板上钢翼板(2-2)及肋板下钢翼板(2-3)上间隔布设横向钉群(2-4)；/n所述预制顶板(3)及预制底板(4)分别采用向顶板接缝(8)及底板接缝(9)延伸出接头钢筋的预制混凝土板；所述预制顶板(3)设有顶板纵向预留孔(3-1)及顶板横向预留孔(3-2)，预制底板(4)设有底板纵向预留孔(4-1)；所述预制顶板(3)利用顶板纵向预留孔(3-1)和顶板横向预留孔(3-2)套于纵向钉群(1-4)和横向钉群(2-4)，所述预制底板(4)利用底板纵向预留孔(4-1)套于纵向钉群(1-4)，分别定位安装在腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)的上表面；通过预留孔后浇混凝土(10)将预制顶板(3)、预制底板(4)与波形钢腹板纵梁(1)、波形钢肋板悬臂梁(2)连接成整体；/n所述上托板(5)、下托板(6)分别与腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)螺栓连接，其宽度分别略大于顶板接缝(8)、底板接缝(9)；所述横向支撑(7)与上托板(5)、腹板下钢翼板(1-3)采用螺栓连接；/n所述横向体内预应力钢筋(11)仅在顶板接缝(8)处安装，并通过扁锚锚固；在箱梁空腔内部安装纵向体外预应力钢筋(12)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁，其特征在于，包括波形钢腹板纵梁(1)、波形钢肋板悬臂梁(2)、预制顶板(3)、预制底板(4)、上托板(5)、下托板(6)、横向支撑(7)、顶板接缝(8)、底板接缝(9)、预留孔后浇混凝土(10)、横向体内预应力钢筋(11)和纵向体外预应力钢筋(12)等；
所述波形钢腹板纵梁(1)由双层波形钢腹板(1-1)、腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)和纵向钉群(1-4)组成；所述腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)采用螺栓穿过螺孔通过T形钢连接件(15)仅与双层波形钢腹板(1-1)的直板段连接；所述腹板上钢翼板(1-2)及腹板下钢翼板(1-3)沿纵向断开布置，断开位置与双层波形钢腹板(1-1)纵向接头的位置一致；所述腹板上钢翼板(1-2)及腹板下钢翼板(1-3)上间隔设置纵向钉群(1-4)；
所述波形钢肋板悬臂梁(2)由双层波形钢肋板(2-1)、肋板上钢翼板(2-2)、肋板下钢翼板(2-3)和横向钉群(2-4)组成；所述双层波形钢肋板(2-1)采用变高度设计；所述肋板上钢翼板(2-2)、肋板下钢翼板(2-3)采用螺栓穿过螺孔通过T形钢连接件(15)仅与双层波形钢肋板(2-1)的直板段固定连接；所述肋板上钢翼板(2-2)及肋板下钢翼板(2-3)上间隔布设横向钉群(2-4)；
所述预制顶板(3)及预制底板(4)分别采用向顶板接缝(8)及底板接缝(9)延伸出接头钢筋的预制混凝土板；所述预制顶板(3)设有顶板纵向预留孔(3-1)及顶板横向预留孔(3-2)，预制底板(4)设有底板纵向预留孔(4-1)；所述预制顶板(3)利用顶板纵向预留孔(3-1)和顶板横向预留孔(3-2)套于纵向钉群(1-4)和横向钉群(2-4)，所述预制底板(4)利用底板纵向预留孔(4-1)套于纵向钉群(1-4)，分别定位安装在腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)的上表面；通过预留孔后浇混凝土(10)将预制顶板(3)、预制底板(4)与波形钢腹板纵梁(1)、波形钢肋板悬臂梁(2)连接成整体；
所述上托板(5)、下托板(6)分别与腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)螺栓连接，其宽度分别略大于顶板接缝(8)、底板接缝(9)；所述横向支撑(7)与上托板(5)、腹板下钢翼板(1-3)采用螺栓连接；
所述横向体内预应力钢筋(11)仅在顶板接缝(8)处安装，并通过扁锚锚固；在箱梁空腔内部安装纵向体外预应力钢筋(12)。


2.根据权利要求1所述的一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁，其特征在于，所述双层波形钢腹板(1-1)及双层波形钢肋板(2-1)均由两块波形钢板波峰与波峰、波谷及波谷相互对应连接而成；所述双层波形钢腹板(1-1)可采用1600型波形钢板，所述双层波形钢肋板(2-1)可采用1000型波形钢板；所述双层波形钢腹板(1-1)及双层波形钢肋板(2-1)中波形钢板的厚度根据板内的剪应力水平选取。


3.根据权利要求1所述的一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁，其特征在于，所述波形钢肋板悬臂梁(2)的双层波形钢肋板(2-1)、肋板上钢翼板(2-2)、肋板下钢翼板(2-3)均与波形钢腹板纵梁(1)螺栓连接；所述双层波形钢肋板(2-1)长度为4-8m，纵向间距为2-4m。


4.根据权利要求1所述的一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁，其特征在于，所述腹板上钢翼板(1-2)、腹板下钢翼板(1-3)、肋板上钢翼板(2-2)、肋板下钢翼板(2-3)的厚度不小于16mm，宽度应保证最外侧螺纹栓钉(13)离钢翼板边缘不小于25mm。


5.根据权利要求1所述的一种装配式加劲大悬臂波形钢腹板PC组合箱梁，其特征在于，所述纵向钉群(1-4)之间的纵向间距为1-2m，所述横向钉群(2-4)之间的横向间距为0.5-2m，纵向钉群(1-4)及横向钉群(2-4)内部的螺纹栓钉(13)间距为...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓阳，刘可，杨轶莹，张蕙鑫，周慧琴，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33