本發(fā)明涉及橋梁建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種適于大型橋梁的分塊預(yù)制的先張法預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合箱梁的施工方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)預(yù)制箱梁腹板多為混凝土材質(zhì)，不僅重量大且易開裂，故混凝土箱梁只適合應(yīng)用于小跨徑（40m以下）的公路橋梁。波形鋼腹板PC組合箱梁橋是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種新型橋梁結(jié)構(gòu)，其所使用的波形鋼腹板具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和不抵抗軸向力的特性，使預(yù)應(yīng)力能有效地加載于預(yù)制混凝土頂板和預(yù)應(yīng)力混凝土底板上；此外，波形鋼腹板PC組合箱梁橋施工簡便，能夠有效縮短工期，因此取得了橋梁工作者的廣泛認(rèn)同并被拓展應(yīng)用于大中型橋梁（50m以上跨徑）的實(shí)際工程中。

現(xiàn)有波形鋼腹板PC 組合箱梁多采用如下兩種形式進(jìn)行施工：

一種是將整個箱梁梁體的鋼筋預(yù)制混凝土頂板、鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土底板和波形鋼腹板分為三個部分分別進(jìn)行整體預(yù)制，之后再吊裝就位，在橋位處采用螺栓連接拼裝。中國專利“拼裝式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁”（申請?zhí)?00620126505.3）就公開了上述結(jié)構(gòu)的預(yù)制件，并著重介紹了波形鋼腹板與頂板、底板的連接方式。但是，由于這種結(jié)構(gòu)的箱梁頂板、底板和腹板均為一體式結(jié)構(gòu)，單個預(yù)制構(gòu)件的重量仍然很重。例如橋?qū)挒?6.75m的波形鋼腹板箱梁橋，其每延米的重量高達(dá)10t以上，施工時即便分別吊裝單個預(yù)制構(gòu)件仍然十分困難。其次，為方便運(yùn)輸，預(yù)制構(gòu)件的長度通常不會很長，上述整孔架設(shè)結(jié)構(gòu)僅限于小跨徑的橋梁，對于大跨徑的橋梁，頂板和腹板還是會采用分段預(yù)制的形式。另外，該專利沒有考慮實(shí)際施工時預(yù)應(yīng)力鋼束的施加時機(jī)和預(yù)留孔道等情況，且對于負(fù)彎矩區(qū)的處理措施也未加論述，如果缺乏應(yīng)對梁體荷載變形的措施和具體施工工藝方面的詳細(xì)考慮，施工的可行性較差。

另一種是將頂板、底板和波形鋼腹板固定連成工字結(jié)構(gòu)的預(yù)制拼裝單元，在現(xiàn)場將多個工字結(jié)構(gòu)的拼裝單元進(jìn)行橫向和縱向拼接后完成橋梁施工，如中國專利“二次張拉預(yù)應(yīng)力裝配式波形鋼腹板組合梁及其施工方法”（申請?zhí)?01510255113.0）就公開了上述結(jié)構(gòu)的工字形預(yù)制件，并于相應(yīng)的時機(jī)施加二次預(yù)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)工字形預(yù)制件的橫向拼裝。上述預(yù)制的拼裝單元體積大，噸位重（例如單個預(yù)制工字形單元每延米的重量即可達(dá)5t左右），而且自身的穩(wěn)定性也較差，易造成運(yùn)輸成本和吊裝成本上升；在安裝過程中對起吊設(shè)備要求較高，吊裝安全性較低；由于拼裝單元中的波形鋼腹板與頂板和底板之間固定連接，因此該預(yù)制拼裝單元內(nèi)的各部件不可調(diào)整、不可替換，增加了后期維護(hù)的難度；同時伴隨著交通量的日益增大，梁體的承載能力無法適應(yīng)新情況下的交通狀況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種分塊預(yù)制的先張法預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合箱梁的施工方法，目的在于解決現(xiàn)有波形鋼腹板PC 組合箱梁應(yīng)用于大型橋梁時容易出現(xiàn)運(yùn)輸、吊裝和后期維護(hù)等方面的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的分塊預(yù)制的先張法預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合箱梁的施工方法，主要包括以下步驟：

第一步，按橋梁設(shè)計要求，單獨(dú)預(yù)制組成工字型梁體單元的預(yù)制混凝土頂板、預(yù)應(yīng)力混凝土底板和波形鋼腹板：

對于預(yù)制混凝土頂板，先綁扎帶有橫向連接筋和縱向連接筋的頂板鋼筋網(wǎng)，再將墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力孔道和上剪力連接件的剪力釘安裝在頂板鋼筋網(wǎng)內(nèi)，之后進(jìn)行澆筑；

對于預(yù)應(yīng)力混凝土底板，先通過張拉設(shè)備將先張拉預(yù)應(yīng)力鋼束張拉至設(shè)計值，再綁扎帶有縱向連接筋的底板鋼筋網(wǎng)，同時將下剪力連接件的剪力釘安裝在底板鋼筋網(wǎng)內(nèi)，安裝模板，澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除模板，放松先張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，完成先張法預(yù)應(yīng)力混凝土底板的預(yù)制；

對于波形鋼腹板，先沖壓加工波形鋼板，再在波形鋼板周緣預(yù)留用于連接上、下剪力連接件的螺栓孔；

第二步，進(jìn)行現(xiàn)場裝配準(zhǔn)備工作：

在現(xiàn)場完成施工的相鄰橋臺或橋墩之間設(shè)置移動支撐裝置作為輔助施工平臺，同時，將預(yù)制完成的預(yù)制混凝土頂板、預(yù)應(yīng)力混凝土底板和波形鋼腹板運(yùn)送至施工現(xiàn)場；

第三步，進(jìn)行組合梁工字型梁體單元的拼接裝配：

按照設(shè)計要求，選擇一塊預(yù)應(yīng)力混凝土底板、至少兩塊預(yù)制混凝土頂板，以及合適數(shù)量的波形鋼腹板；用吊裝設(shè)備將預(yù)應(yīng)力混凝土底板、波形鋼腹板和預(yù)制混凝土頂板依次吊裝至移動支撐裝置上，并用螺栓栓接方式進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土底板與波形鋼腹板、波形鋼腹板與預(yù)制混凝土頂板的連接；之后，對相鄰預(yù)制混凝土頂板的橫向連接筋進(jìn)行綁扎、澆筑，形成頂板縱向濕接縫，完成一個工字型梁體單元的拼接裝配；

第四步，進(jìn)行組合梁縱向拼接裝配：

將移動支撐裝置依次轉(zhuǎn)移至其他橋跨位置，重復(fù)第三步作業(yè)，完成縱向每一橋跨梁體的施工；綁扎相鄰橋跨頂板、底板之間的縱向連接筋，并澆筑形成橫向濕接縫；當(dāng)橫向濕接縫達(dá)到一定強(qiáng)度時，對位于相鄰預(yù)制混凝土頂板墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的張拉鋼束進(jìn)行張拉，形成多跨連續(xù)梁體系；

第五步，完成附屬設(shè)施的架設(shè)，結(jié)束施工。

所述上剪力連接件和下剪力連接件結(jié)構(gòu)相同，均包括連接板和垂直焊接在所述連接板上的波形翼板，所述波形翼板邊緣開設(shè)有連接孔，連接板的另一面焊接有預(yù)埋在預(yù)制混凝土頂板或預(yù)應(yīng)力混凝土底板中的剪力釘。

組成所述工字型梁體單元的單個預(yù)制混凝土頂板、預(yù)應(yīng)力混凝土底板和波形鋼腹板的長度分別為5-30米。

本發(fā)明提供的分塊預(yù)制的先張法預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合箱梁的施工方法，采用將工字型梁體單元的預(yù)制混凝土頂板、預(yù)應(yīng)力混凝土底板和波形鋼腹板單獨(dú)預(yù)制，再現(xiàn)場進(jìn)行拼接施工的方式。本發(fā)明對現(xiàn)有的整體預(yù)制的工字形構(gòu)件在豎向上進(jìn)一步進(jìn)行分塊，一方面充分利用了波形鋼腹板的“褶皺效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)箱梁化整為零，將預(yù)制構(gòu)件體積充分減小，使構(gòu)件體積小，更加易于運(yùn)輸和吊裝，有利于橋梁的快速架設(shè)，同時避免了整體預(yù)制的工字形構(gòu)件自身穩(wěn)定性差的問題；另一方面利用了波形鋼腹板特有的弱“梁端效應(yīng)”，在頂板內(nèi)設(shè)置有后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，底板內(nèi)設(shè)置直線型先張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，用于抵抗混凝土收縮徐變產(chǎn)生的應(yīng)力，與施工過程完美配合，實(shí)現(xiàn)施工的最大便捷。此外，底板取消了底板承托，采用平板結(jié)構(gòu)，不僅可減輕底板自重，同時能消除傳統(tǒng)混凝土箱梁底板承托位置應(yīng)力傳遞不流暢的缺點(diǎn)，同時預(yù)制時較為方便；頂板和底板上預(yù)埋有用于與波形鋼腹板連接的剪力連接件，相鄰的頂板和底板在橋梁施工現(xiàn)場可以通過澆筑濕接縫方式進(jìn)行橫向和/或縱向的拼接以獲得各種要求的橋?qū)挕蚩?。由此可見，本發(fā)明將工字型梁體單元中的頂板、底板和腹板分解開進(jìn)行預(yù)制，有效減輕了各預(yù)制件的體積及重量，降低運(yùn)輸及吊裝難度；其次，由于波形鋼腹板通過螺栓與頂板和底板連接，若后期交通量增大時，還可以通過對波形鋼腹板的更換實(shí)現(xiàn)對梁體高度的調(diào)整或方便后期維護(hù)，達(dá)到增加橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的目的；再次，上述預(yù)制件之間活動相連，可以重復(fù)安裝與拆卸，因此可在橋梁拆除后還能將部分預(yù)制件重復(fù)利用，為橋梁結(jié)構(gòu)的可循環(huán)發(fā)展提供了一種有效思路。具體來說，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）本發(fā)明采用分塊預(yù)制拼裝的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行梁體架設(shè)，各部件的體積及重量都相應(yīng)較小，不僅能有效保證預(yù)制件在運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性，而且容易保證吊裝過程中構(gòu)件的安全性，利于施工。

（2）本發(fā)明中的波形鋼腹板可進(jìn)行拆卸安裝，方便后期對梁體的維護(hù)及檢查，同時可對受損傷的波形鋼腹板進(jìn)行更換，實(shí)現(xiàn)調(diào)整梁體高度、增加橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的目的；橋梁整體拆卸后部分組件可以重復(fù)利用，降低了橋梁建造成本，縮短了施工周期。

（3）本發(fā)明除波形鋼板的高度可變外，其他混凝土構(gòu)件均為標(biāo)準(zhǔn)件，具備大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的條件。

（4）本發(fā)明充分利用了波形鋼腹板組合箱梁“弱梁端效應(yīng)”的特點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力體系大部分集中在采用了先張法預(yù)應(yīng)力的底板上，僅在相鄰跨的頂板之間張拉少量的墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束，大大減少了現(xiàn)場鋼束張拉作業(yè)量；組合箱梁全部采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束，避免采用造價高、易腐蝕的體外預(yù)應(yīng)力鋼束；箱梁拼裝時，僅需在形式簡單的移動支撐裝置上進(jìn)行，不需要在周邊設(shè)置專門的拼裝場，非常適合城市橋梁的快速施工。

附圖說明

圖1、圖2是本發(fā)明中工字型梁體單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1、2中預(yù)制混凝土頂板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖1、2中預(yù)應(yīng)力混凝土底板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明中上、下剪力連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6、圖7是本發(fā)明的施工過程示意圖。

圖8-13是對本發(fā)明進(jìn)行原理性說明的相關(guān)附圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的分塊預(yù)制的先張法預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合箱梁的施工方法，主要包括以下步驟：

第一步，單獨(dú)預(yù)制組成工字型梁體單元（如圖1、2所示）的預(yù)制混凝土頂板1、預(yù)應(yīng)力混凝土底板2和波形鋼腹板3。

具體地，預(yù)制如圖3所示的預(yù)制混凝土頂板1時，先綁扎頂板鋼筋網(wǎng)，根據(jù)設(shè)計要求確定橫向連接筋1.1和縱向連接筋1.2的位置和數(shù)量，再將墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力孔道1.3和上剪力連接件1.4的剪力釘安裝在頂板鋼筋網(wǎng)內(nèi)，然后安裝限位模板，澆筑混凝土；待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除限位模板。

預(yù)制如圖4所示的預(yù)應(yīng)力混凝土底板2時，先在張拉臺座上的預(yù)定位置固定預(yù)應(yīng)力鋼束2.1并張拉至設(shè)計值，再綁扎帶有縱向連接筋2.2的底板鋼筋網(wǎng)，同時將下剪力連接件2.3的剪力釘安裝在底板鋼筋網(wǎng)內(nèi)，安裝模板，澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除模板，放松直線型先張拉預(yù)應(yīng)力鋼束2.1，完成先張法預(yù)應(yīng)力混凝土底板2的預(yù)制，大大減少現(xiàn)場鋼束張拉工程量。

預(yù)制波形鋼腹板3時，先沖壓加工波形鋼板，再在波形鋼板周緣預(yù)留用于連接上、下剪力連接件1.4、2.4的螺栓孔。

上述上剪力連接件1.4和下剪力連接件2.3均為預(yù)制成型件，為了降低預(yù)制成本，兩者采用相同的結(jié)構(gòu)。以上剪力連接件1.4為例，如圖5所示，包括預(yù)埋在預(yù)制混凝土頂板1內(nèi)且端部帶有防脫塊的剪力釘1.4a，剪力釘焊接在連接板1.4b上，連接板1.4b另一面垂直焊接有帶有連接孔的波形翼板1.4c。上述連接孔的位置與波形鋼腹板3周緣螺栓孔的位置相對應(yīng)，將兩者對齊后，穿設(shè)固定螺栓4（如圖1、2所示），即可方便、快捷地完成預(yù)制混凝土頂板1與波形鋼腹板3的拼接。

第二步，進(jìn)行現(xiàn)場裝配準(zhǔn)備工作：

在現(xiàn)場完成施工的相鄰橋臺或橋墩5之間設(shè)置移動支撐裝置5作為輔助施工平臺（如圖6所示），同時，將預(yù)制完成的預(yù)制混凝土頂板1、預(yù)應(yīng)力混凝土底板2和波形鋼腹板3運(yùn)送至施工現(xiàn)場。

第三步，進(jìn)行組合梁工字型梁體單元的拼接裝配：

上述預(yù)制件拼接后能夠組成如圖1、2所示的工字型梁體單元。單箱室結(jié)構(gòu)（如圖1所示）和雙箱室結(jié)構(gòu)（如圖2所示）的底板均為單獨(dú)一塊預(yù)應(yīng)力混凝土底板2，不進(jìn)行拼接，頂板則由至少兩塊預(yù)制混凝土頂板1拼接而成，其結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，現(xiàn)場拼接工作量較少；其中，混凝土頂板1的數(shù)量根據(jù)橋?qū)捈捌渌O(shè)計要求進(jìn)行選擇。

具體地，先用吊裝設(shè)備將預(yù)應(yīng)力混凝土底板2、波形鋼腹板3和預(yù)制混凝土頂板1依次吊裝至移動支撐裝置5上，用固定螺栓4將下剪力連接件2.3與波形鋼腹板3、上剪力連接件1.4與波形鋼腹板3分別連接，完成由預(yù)制混凝土頂板1、預(yù)應(yīng)力混凝土底板2和波形鋼腹板3的豎向裝配施工；之后綁扎相鄰預(yù)制混凝土頂板1之間的橫向連接筋1.1，并澆筑形成預(yù)制混凝土頂板縱向濕接縫6，完成工字型梁體單元的拼接裝配。

由于拼裝上述工字型梁體單元時，在豎直方向不需要較強(qiáng)的剛度支撐，因此移動支撐裝置5可采用安裝有支撐架的平板車。

第四步，進(jìn)行組合梁縱向拼接裝配：

將移動支撐裝置5依次轉(zhuǎn)移至其他橋跨位置，重復(fù)第三步作業(yè)，完成縱向每一橋跨梁體的施工；綁扎相鄰橋跨頂板、底板之間的縱向連接筋1.2、2.2，并澆筑形成橫向濕接縫7（如圖7所示）；在橫向濕接縫7達(dá)到一定強(qiáng)度時，張拉位于相鄰橋跨的墩頂負(fù)彎矩區(qū)頂板預(yù)應(yīng)力孔道1.3內(nèi)的墩頂負(fù)彎矩張拉鋼束，用于抵抗相鄰跨徑箱梁的墩頂負(fù)彎矩，形成多跨連續(xù)梁體系。

第五步，完成附屬設(shè)施的架設(shè)，結(jié)束施工。

為了減少現(xiàn)場澆筑濕接縫的工作量，提高施工效率，組成工字型梁體單元的單個預(yù)制混凝土頂板1、預(yù)應(yīng)力混凝土底板2和波形鋼腹板3的長度分別為5-30米。

以下是對本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力混凝土底板采用先張法預(yù)應(yīng)力，并將波形鋼腹板組合工字梁進(jìn)行豎向拼接這種施工方法的可行性、合理性所做出的具體原理性說明：

1.第1狀態(tài)：

如圖8所示的預(yù)應(yīng)力混凝土底板，其內(nèi)設(shè)置的張拉預(yù)應(yīng)力鋼束所施加的預(yù)應(yīng)力為N，則預(yù)應(yīng)力混凝土底板上的截面上應(yīng)力為：

2.第2狀態(tài)：

當(dāng)上述預(yù)應(yīng)力混凝土底板組合成為工字形波形鋼腹板組合梁時，其工字形斷面結(jié)構(gòu)如圖9所示。

在預(yù)應(yīng)力混凝土底板上施加預(yù)應(yīng)力N，對組合截面中性軸的彎矩為：

由上下截面的面積矩相等可得：

組合梁全截面的面積為：

整個截面的慣性矩為：

波形鋼腹板組合梁由于腹板的不抵抗軸力，在抗彎承載力計算時可不考慮腹板的作用，相當(dāng)于無腹板截面，因此設(shè)定：

則：

頂板的應(yīng)力：

令高厚比

則頂板的應(yīng)力：

底板的應(yīng)力：

對于一般的組合梁斷面有，可得

以30m跨徑的波形鋼腹板組合梁為例。若，此時，帶入式（9）和（10）得：

當(dāng)橋梁的跨徑進(jìn)一步增大時，和進(jìn)一步增大，式（10）滿足

由此可見，第1狀態(tài)和第2狀態(tài)下，預(yù)應(yīng)力混凝土底板的應(yīng)力近似相等。也就是說，先期在預(yù)制底板階段施加的預(yù)應(yīng)力，在疊合成波形鋼腹板組合梁后仍基本保持不變。因此稱波形鋼腹板組合梁采取豎向分層拼裝前后受力可基本保持不變的這種力學(xué)特征為疊合受力不變性。這種特性為波形鋼腹板組合梁的豎向分層拼接提供了基礎(chǔ)。

在上述分析的基礎(chǔ)上，再來討論普通鋼-混組合工字梁和波形鋼腹板組合工字梁的豎向拆分與拼裝過程中應(yīng)力的變化。其中，將預(yù)應(yīng)力作為唯一考慮的外力：

1. 豎向拆分過程：

圖10為普通鋼-混組合工字梁進(jìn)行豎向拆分的示意圖。

圖11為波形鋼腹板組合工字梁進(jìn)行豎向拆分的示意圖。

2.先張法預(yù)應(yīng)力+豎向拼接過程：

圖12為普通鋼-混組合工字梁采用先張法預(yù)應(yīng)力及進(jìn)行豎向拼接時的示意圖。

圖13為波形鋼腹板組合工字梁采用先張法預(yù)應(yīng)力及進(jìn)行豎向拼接時的示意圖。

對比上述圖例可以看出，對于波形鋼腹板組合工字梁來說，在底板施加預(yù)應(yīng)力就好像是一個獨(dú)立的過程；但是普通鋼-混組合的情況是完全不同的。 因此，施工中可在預(yù)制混凝土底板時施加全部或部分預(yù)應(yīng)力，然后將預(yù)制混凝土底板、波形鋼腹板和預(yù)制混凝土頂板豎向分層拼裝，這樣能大大減少現(xiàn)場的鋼束張拉工作量，提高工廠預(yù)制化程度。