本發(fā)明涉公路橋梁，特別是一種混凝土箱形梁橋主梁腹板結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：
所述箱形梁橋包括普通混凝土箱形梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋，按主要結(jié)構(gòu)形式分為：普通鋼筋混凝土連續(xù)梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。其中跨度為20m～300m的箱形梁橋為最常用類型。由于設(shè)計、施工或運(yùn)營管理等方面存在的問題，目前在役的這種混凝土箱形梁橋有相當(dāng)大比例出現(xiàn)了因主拉應(yīng)力過大而引起的主梁腹板斜裂縫等病害，裂縫較大時直接威脅橋梁的耐久性和安全性。為防止腹板斜裂縫病害的發(fā)生，傳統(tǒng)設(shè)計中常采用在腹板內(nèi)設(shè)置體內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力的方法來提高腹板斜截面抗裂性能，但體內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力因存在下述問題難以實現(xiàn)提高腹板斜截面抗裂性能的目的：(1)體內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋通過擰緊其端頭的螺母進(jìn)行張拉，張拉后在體內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)產(chǎn)生拉力的大小難以進(jìn)行有效測定，也就難以保證應(yīng)力施加效果。(2)運(yùn)營期間如體內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋需要更換時，由于體內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的安裝孔道已經(jīng)灌漿，無法更換。(3)腹板是混凝土箱形梁橋主梁的重要組成部分，腹板中設(shè)置體內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋需在腹板中設(shè)孔道，該孔道使腹板的截面遭受極大削弱，腹板的斜截面抗裂性不升反降，成為腹板更容易產(chǎn)生斜裂縫病害的原因。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種可有效防止發(fā)生斜裂縫的混凝土箱形梁橋主梁腹板結(jié)構(gòu)及該結(jié)構(gòu)的施工方法。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62—2004)第6.3.3條，提高腹板抗裂性能的一個重要途徑是增大腹板的豎向壓應(yīng)力?；谶@一設(shè)計理念，本發(fā)明采取用體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋對腹板施加豎向壓應(yīng)力的辦法來提高腹板的抗裂性能。本發(fā)明提供的混凝土箱形梁橋主梁腹板結(jié)構(gòu)，在主梁腹板的兩外側(cè)面的上部和下部增設(shè)上下對應(yīng)、沿順橋向間隔布置的錨固塊，在上下對應(yīng)的錨固塊上安裝由精軋螺紋鋼筋構(gòu)成的體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋。所述錨固塊沿順橋向的相互間距sv為：50cm≤sv≤120cm。上述混凝土箱形梁橋主梁腹板結(jié)構(gòu)的施工方法包括以下步驟：步驟1、在澆筑主梁時，在主梁腹板的兩外側(cè)面上同時澆筑所述錨固塊，在錨固塊中預(yù)留孔道；步驟2、通過錨固塊中的孔道穿送體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，利用體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋上端的螺母將體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的上端固定在與其對應(yīng)的錨固塊上部，然后用旋擰體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋下端螺母的方式對體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行張拉；張拉時在體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋上安裝與振動測試儀器相連接的拾振器，測出體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時的1階振動角頻率ω1，然后按下式計算出體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)產(chǎn)生的拉力Fr：式中m：體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋單位長度質(zhì)量(kg/m)，l：體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋在上、下螺母之間的長度(m)，ω1：拾振器測得的體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的1階振動角頻率(Hz)，Es：體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量(N/m2)，I：體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面慣性矩(m4)；當(dāng)拉力Fr達(dá)到體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)產(chǎn)生的理論拉力Fd時，停止張拉體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋；體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)產(chǎn)生的理論拉力Fd按下式求得：式中b：主梁腹板的寬度(mm)，sv：錨固塊沿順橋向的相互間距(mm)，σtp：短期效應(yīng)組合下主梁腹板截面主拉應(yīng)力的最大值，通過建立橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)模型或橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算求得，ftk：混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)，可通過《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)查詢，γ：構(gòu)件類型系數(shù)，對預(yù)制的全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，γ＝0.6；對現(xiàn)場澆筑的全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件、預(yù)制拼裝的全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件γ＝0.4；對預(yù)制的A類和B類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，γ＝0.7；對現(xiàn)場澆筑的A類和B類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件、預(yù)制拼裝的A類和B類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件γ＝0.5；步驟3、對張拉后的體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行防腐處理，主梁腹板結(jié)構(gòu)施工即告完成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明通過張拉體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋對主梁腹板構(gòu)成豎向壓應(yīng)力，可有效提高腹板的抗裂性能。(2)采用拾振器測量體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時在體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)產(chǎn)生的拉力Fr，在Fr達(dá)到體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的理論拉力Fd時停止張拉，可確保作用短期效應(yīng)組合下腹板截面出現(xiàn)的主拉應(yīng)力不超過γftk，滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)第6.3.1條對不同類型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件斜截面抗裂的要求，從而達(dá)到既能提高腹板斜截面抗裂性能，又不會因拉力過大損害橋梁結(jié)構(gòu)。(3)本發(fā)明方法簡單，便于日常維護(hù)，更換體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋方便。附圖說明圖1為采用本發(fā)明的混凝土箱形梁橋主梁的局部側(cè)視圖；圖2為圖1中A-A斷面圖。圖中：1–主梁，2–主梁腹板，3–體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，4–錨固塊，5–螺母，6–孔道。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本實施例為采用本發(fā)明對主跨為160m的箱形預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的主梁腹板進(jìn)行改進(jìn)。該箱形梁橋按照全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)場澆筑施工，其主梁采用C60混凝土，ftk＝2.85MPa?，F(xiàn)場澆筑的全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件：γ＝0.4。通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型計算出該箱形梁橋作用短期效應(yīng)組合下主梁腹板截面主拉應(yīng)力的最大值σtp＝3.03MPa。以圖1和圖2所示一段主梁腹板2為例，主梁腹板的結(jié)構(gòu)是，在主梁腹板的兩個外側(cè)面上距主梁腹板上緣75cm和距主梁腹板下緣45cm處分別增設(shè)上下對應(yīng)、沿縱橋向相互間距sv＝60cm的錨固塊4共10組，每組錨固塊中有距主梁腹板外側(cè)面12.5cm的預(yù)留孔道6，由10根直徑40mm的PSB1080精軋螺紋鋼筋(精軋螺紋鋼筋單位長度質(zhì)量m＝10.34kg/m，彈性模量Es＝2.0×1011N/m2，截面慣性矩I＝2.51×10-7m4)構(gòu)成的豎向體外預(yù)應(yīng)力鋼筋3分別穿過上下對應(yīng)的錨固塊中的預(yù)留孔道，其上下兩端通過螺母5分別固定在與其對應(yīng)的錨固塊上。上述主梁腹板結(jié)構(gòu)的施工步驟如下：步驟1、在澆筑主梁時，在主梁腹板的外側(cè)面同時澆筑所述錨固塊，在錨固塊中預(yù)留所述孔道；步驟2、通過錨固塊中的孔道穿送體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，利用體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋上端的螺母將體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的上端固定在與其對應(yīng)的錨固塊上部，然后用旋擰體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋下端螺母的方式對體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行張拉；張拉時在體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋上安裝與振動測試儀器相連接的拾振器，測出體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時的1階振動角頻率ω1，，計算出豎向體外預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)產(chǎn)生的拉力Fr，當(dāng)拉力Fr與豎向體外預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)產(chǎn)生的理論拉力Fd的差值不超過理論拉力Fd的5％時，停止張拉豎向體外預(yù)應(yīng)力鋼筋。體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)產(chǎn)生的理論拉力Fd為停止張拉豎向體外預(yù)應(yīng)力鋼筋時，主梁腹板左右兩外側(cè)面上的10根豎向體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的實測結(jié)果分別見下表：左側(cè)體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋實測結(jié)果表右側(cè)體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋實測結(jié)果表步驟3、對完成張拉后的體外豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行防腐處理，主梁腹板結(jié)構(gòu)施工即告完成。上述混凝土箱形梁橋投入運(yùn)營后，經(jīng)過一年的實際考驗，其主梁腹板未發(fā)生開裂現(xiàn)象，達(dá)到預(yù)期效果。