基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构及方法技术

本发明专利技术公开一种基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构及方法，所述临时预应力结构由多个预紧力施加单元构成，每个所述预紧力施加单元包括弧形孔道、弧形螺栓和两个槽口，所述两个槽口分别对应布置于待挤压的相邻两个节段梁接触面两侧的顶板和/或底板上，所述两个槽口之间通过设置于所述节段梁中且贯穿相邻两个所述节段梁的所述弧形孔道连通，所述弧形螺栓贯穿设置于所述弧形孔道内并与之相适配，所述弧形螺栓的首尾两端分别固定于所述两个槽口内。本发明专利技术解决了当前节段梁临时预应力施加方法面临的安拆繁琐、修补工作量大、成本高、断面挤压不均匀等问题。断面挤压不均匀等问题。断面挤压不均匀等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构及方法


[0001]本专利技术涉及装配式桥梁建造
，具体涉及一种基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构及方法。

技术介绍

[0002]混凝土节段预制拼装桥梁(以下简称“节段梁”)，其原理就是将桥梁上部结构划分为若干标准节段，在预制场地匹配预制完成后，在现场用架桥机等专用拼装设备在桥梁下部结构之上，按次序逐块组拼，同时施加永久预应力，使之成为整体结构，并沿预定的安装方向进行逐跨推进。逐块组拼过程中，待安装节段端面抹胶后，与相邻已安装节段之间需要施加临时预应力，以便将端面涂抹的结构胶挤压均匀，并将多余的胶材从拼缝上挤出。临时预应力施加效果的评估指标主要有：端面平均压应力端面最小压应力σ
min
。一般要求σ
min
≥0.21MPa。
[0003]传统节段间临时预应力的施加主要通过钢齿坎1、精轧螺纹钢2、锚具及垫片实现，如图1所示。节段梁顶底板在预制时，预留出竖向孔道，再通过精轧螺纹钢2与顶底板锚固。钢齿坎1上有多个纵向穿孔，通过纵向精轧螺纹钢将相邻节段拉紧。以常见的两类节段梁(用于城市轨道交通的节段U梁3，以及用于公路桥梁的节段箱梁4)为例，钢齿坎1的布置如图2和图3所示。
[0004]传统钢齿坎的连接形式存在的问题如下：1)位于底板及翼缘板下方的锚固及退锚施工不便，尤其是当节段梁架设完成后拆除临时预应力阶段，需要利用登高车、检修车等辅助设施进行梁下作业，存在高空作业安全风险；2)单个钢齿坎通常需配置6～8根竖向精轧螺纹钢锚固，埋件安装数量多，且锚固及退锚工作量大；3)钢齿坎的竖向预埋管道需避开钢筋、预应力管道等构造物，对于钢筋与预应力管道密集情形，钢齿坎竖向预埋管道无布置空间；4)临时预应力拆除后的竖向预埋孔需进行灌浆封闭，位于底板及翼缘板的孔立底模操作不便，且灌浆封闭后往往发生渗水，影响梁体外观。
[0005]前人为此做过的改进措施：改进措施一、基于爬锥式预埋件的钢齿坎连接方法
[0006]为解决传统传统钢齿坎连接方法存在的梁底作业、预埋孔封堵问题，研发了爬锥式预埋件代替竖向穿孔式精轧螺纹钢的锚固方案。基于爬锥式预埋件的钢齿坎连接构造如图4所示。其中，锚锥5、锚垫板6、锚具7、螺栓8及精轧螺纹钢随着混凝土浇筑预埋进结构物里，锚锥5顶面与混凝土表面平齐，再通过螺栓8可以方便的实现钢齿坎1的安装与拆卸。该方法无需梁底作业，容易进行孔洞修补，施工较为便利。
[0007]改进措施二、剪力锥连接方法
[0008]为进一步提升临时预应力施工的便利性，避免预埋件投入引起的成本增加，专利CN105735134A提出一种短线匹配预制箱梁的临时张拉方法，其是基于剪力锥的临时预应力施加方案，剪力锥构造如图5所示，主要由装配式的上锥11、下锥12、剪力柱10、吊耳9构成。使用时首先需在梁面上预留出顶底开口大、中部收缩的圆锥形槽口(剪力锥预埋孔13)，将上下锥与剪力柱装配后，倾斜放入槽口中，再转正使得上下锥与槽口内壁贴近，最后穿精轧
螺纹钢进行锚固，其使用原理如图6所示。由于剪力锥高度较大，剪力柱高560mm，需布置在板厚较厚的腹板顶面。由于剪力锥的单向受力特性，使用时需成对布置，以便与前后相邻节段拉紧，在节段上的布置形式如图7所示。
[0009]上述两种改进措施，仍然存在的缺陷：
[0010]基于爬锥式预埋件的钢齿坎连接方法虽然施工便利，但由于预埋式爬锥无法周转使用，单个钢齿坎需6～8套爬锥，单个节段上需投入的数量在28套以上，显著增加了使用成本，限制了其大规模推广应用。
[0011]剪力锥连接方法虽然安拆方便，孔洞数量少，但是成孔工艺复杂；由于孔径大，需对周围进行补强以防止混凝土开裂；由于埋深大，对板厚的要求高，且成对使用对空间占用要求高，仅能应用于腹板顶面，对于向薄壁斜腹板箱梁、U梁则无法应用。此外，由于剪力锥布置较分散，断面上压应力分布的均匀性较差。

技术实现思路

[0012]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构及方法。本专利技术的结构设计新颖，解决了当前节段梁临时预应力施加方法面临的安拆繁琐、修补工作量大、成本高、断面挤压不均匀等问题。
[0013]为解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案实现：
[0014]一方面，本专利技术提供一种基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构，所述临时预应力结构由多个预紧力施加单元构成，每个所述预紧力施加单元包括弧形孔道、弧形螺栓和两个槽口，所述两个槽口分别对应布置于待挤压的相邻两个节段梁接触面两侧的顶板和/或底板上，所述两个槽口之间通过设置于所述节段梁中且贯穿相邻两个所述节段梁的所述弧形孔道连通，所述弧形螺栓贯穿设置于所述弧形孔道内并与之相适配，所述弧形螺栓的首尾两端分别固定于所述两个槽口内。
[0015]优选地，每个所述槽口中的一个内壁面与所述弧形螺栓的承压面平行，且与所述弧形螺栓在所述承压面处的轴线垂直。
[0016]优选地，所述弧形孔道内预埋有弧形管，所述弧形管的管径略大于所述弧形螺栓的直径。
[0017]优选地，所述弧形螺栓为单端张拉类型，其强度不低于8.8级，直径在M30及以上。
[0018]优选地，所述弧形螺栓的首尾两端分别通过螺母和垫片固定于所述两个槽口内。
[0019]另一方面，本专利技术提供一种基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构的预应力施加方法，所述预应力施加方法包括：
[0020]步骤1)根据节段梁临时预应力设计要求，预制好满足设计要求的弧形孔道、弧形螺栓和槽口；
[0021]步骤2)节段梁架设阶段，在节段梁的拼接面涂抹结构胶后，将待安装节段梁靠近已安装节段梁，在弧形孔道内穿入弧形螺栓，然后将弧形螺栓施加到设计预紧力，以此类推，直至整跨的预应力施加、灌浆完成；
[0022]步骤3)拆除临时预应力结构，最后在槽口及弧形孔道内填充水泥浆进行封堵。
[0023]优选地，步骤1)中，首段节段梁中弧形孔道和槽口的预制方法为：
[0024]步骤1.1)待浇筑节段梁的两侧均为钢模板，将弧形管一端内穿于橡胶块的开孔
上，再将弧形定位棒内穿于弧形管中，弧形定位棒的缩口端穿过钢模板上的开孔，通过螺母、垫片进行固定；
[0025]步骤1.2)混凝土浇筑前，将橡胶块通过定位钢筋与混凝土内部钢筋骨架连接，再浇筑混凝土；
[0026]步骤1.3)混凝土养护完成后，脱模时首先拆卸螺母、垫片，拔出弧形定位棒，再撬出橡胶块，即可完成首段节段梁中槽口及弧形孔道成型。
[0027]优选地，步骤1)中，普通段节段梁中弧形孔道和槽口的预制方法为：
[0028]待浇筑节段梁的一侧为钢模板，另一侧为已浇筑完成的匹配梁；
[0029]位于钢模板一侧的槽口及弧形孔道的成型工艺与首段节段梁相同；
[0030]位于匹配梁一侧的槽口及弧形孔道的成型工艺为：首先将弧形管一端内穿于橡胶块的开孔上，然后将弧形定位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构，其特征在于：所述临时预应力结构由多个预紧力施加单元构成，每个所述预紧力施加单元包括弧形孔道(14)、弧形螺栓(15)和两个槽口(16)，所述两个槽口(16)分别对应布置于待挤压的相邻两个节段梁接触面两侧的顶板(20)和/或底板(21)上，所述两个槽口(16)之间通过设置于所述节段梁中且贯穿相邻两个所述节段梁的所述弧形孔道(14)连通，所述弧形螺栓(15)贯穿设置于所述弧形孔道(14)内并与之相适配，所述弧形螺栓(15)的首尾两端分别固定于所述两个槽口(16)内。2.根据权利要求1所述的基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构，其特征在于：每个所述槽口(16)中的一个内壁面(18)与所述弧形螺栓(15)的承压面(19)平行，且与所述弧形螺栓(15)在所述承压面(19)处的轴线垂直。3.根据权利要求1所述的基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构，其特征在于：所述弧形孔道(14)内预埋有弧形管(17)，所述弧形管(17)的管径略大于所述弧形螺栓(15)的直径。4.根据权利要求1所述的基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构，其特征在于：所述弧形螺栓(15)为单端张拉类型，其强度不低于8.8级，直径在M30及以上。5.根据权利要求1所述的基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构，其特征在于：所述弧形螺栓(15)的首尾两端分别通过螺母和垫片固定于所述两个槽口(16)内。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述的基于弧形螺栓连接的节段梁临时预应力结构的预应力施加方法，其特征在于，所述预应力施加方法包括：步骤1)根据节段梁临时预应力设计要求，预制好满足设计要求的弧形孔道(14)、弧形螺栓(15)和槽口(16)；步骤2)节段梁架设阶段，在节段梁的拼接面涂抹结构胶(29)后，将待安装节段梁靠近已安装节段梁，在弧形孔道(14)内穿入弧形螺栓(15)，然后将弧形螺栓(15)施加到设计预紧力，以此类推，直至整跨的预应力施加、灌浆完成；步骤3)拆除临时预应力结构，最后在槽口(16)...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖林，周洋，宁祺，梁胜光，王敏锋，杨福华，王敏，尹冰冰，刘晓晓，黄涛，张祎，朱志明，谭伟，胡鹏，罗震宇，范军，戴晓巍，王玺，张苗，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：