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裝配式先張法預(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，因此在大中型橋梁（50m以上跨徑）中得到了廣泛的應(yīng)用。

波形鋼腹板PC組合箱梁在施工時(shí)，一般先在預(yù)制場內(nèi)預(yù)制一體化結(jié)構(gòu)的包括頂板、底板和波形鋼腹板的工字型梁體單元，再在現(xiàn)場將上述拼接單元進(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(shí)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。上述工字型拼裝單元自身穩(wěn)定性差，且體積大，噸位重（例如單個(gè)預(yù)制工字形單元每延米的重量即可達(dá)5t左右），其運(yùn)輸成本和吊裝成本較高，吊裝安全性較低；同時(shí)，由于波形鋼腹板與頂板和底板之間采用固定連接方式，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。

中國專利“拼裝式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁”（申請?zhí)?00620126505.3）公開了一種組合箱梁的拼裝單元，即將鋼筋預(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(gè)部分分別進(jìn)行整體預(yù)制，吊裝就位后，在橋位處對三者進(jìn)行豎向拼接，通過螺栓連接后形成箱梁梁體單元。相對于一體式結(jié)構(gòu)，這種分開預(yù)制的箱梁頂板、底板和腹板體積小、重量輕，便于運(yùn)輸和吊裝，適用于小跨徑的、整孔架設(shè)的橋梁。對于大型橋梁，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，因此即便采用這種結(jié)構(gòu)，各預(yù)制件的體積、重量仍然較大，運(yùn)輸及吊裝優(yōu)勢不明顯；同時(shí)，由于鋼腹板豎直設(shè)置，具有以下缺點(diǎn)：Ⅰ.抗扭性能較差；Ⅱ.箱梁底板寬度及自重較大；Ⅲ.美觀性較差；Ⅳ.直腹板日照面積大，受溫度力影響大；此外，該專利沒有考慮實(shí)際施工時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束的施加時(shí)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，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，施工可行性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種裝配式先張法預(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(shí)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)明所述的裝配式先張法預(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(jì)要求，單獨(dú)預(yù)制組成倒梯形梁體單元的預(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，先綁扎設(shè)置有縱向連接筋和栓釘槽口的頂板鋼筋網(wǎng)，所述栓釘槽口沿縱向間隔設(shè)置在頂板鋼筋網(wǎng)兩側(cè)，再將墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力孔道安裝在頂板鋼筋網(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(jì)值，再綁扎設(shè)置有縱向連接筋和栓釘槽口的底板鋼筋網(wǎng)，所述栓釘槽口沿縱向間隔設(shè)置在底板鋼筋網(wǎng)兩側(cè)，之后安裝模板，澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)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，再在波形鋼板兩端焊接翼緣板，之后在所述翼緣板上焊接多組間隔設(shè)置的栓釘群；

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(tái)或橋墩之間設(shè)置移動(dòng)支撐裝置作為輔助施工平臺(tái)，同時(shí)，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)行倒梯形梁體單元的拼接裝配：

使用吊裝設(shè)備將預(yù)應(yīng)力混凝土底板吊裝至移動(dòng)支撐裝置上，再起吊波形鋼腹板，并將波形鋼腹板底部栓釘群插裝在預(yù)應(yīng)力混凝土底板的栓釘槽口中；之后，起吊預(yù)制混凝土頂板，同樣將波形鋼腹板頂部栓釘群插裝到預(yù)制混凝土頂板的栓釘槽口中；所述波形鋼腹板的傾斜角度為25°-40°；

第四步，進(jìn)行組合梁縱向拼接裝配：

將移動(dòng)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梁；當(dāng)橫向濕接縫達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，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。

本發(fā)明提供的裝配式先張法預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合箱梁的施工方法，采用單獨(dú)預(yù)制的預(yù)制混凝土頂板、預(yù)應(yīng)力混凝土底板和波形鋼腹板，并在現(xiàn)場將波形鋼腹板傾斜插裝在預(yù)制混凝土頂板和預(yù)應(yīng)力混凝土底板之間，從而形成外型美觀、整體抗扭能力較強(qiáng)的倒梯形預(yù)制梁體單元，之后再進(jìn)行縱向拼接澆筑。上述倒梯形的預(yù)制梁體單元結(jié)構(gòu)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，實(shí)現(xiàn)在豎向上的進(jìn)一步分塊，將預(yù)制構(gòu)件體積充分減小，特別是預(yù)應(yīng)力混凝土底板的體積、重量減小，易于運(yùn)輸和吊裝，有利于橋梁的快速架設(shè)，同時(shí)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，減少了現(xiàn)場鋼束張拉工程量，實(shí)現(xiàn)施工的最大便捷。此外，傾斜設(shè)置的波形鋼腹板由于日照面積小，受溫度影響較小，有利于延長橋梁壽命。上述腹板通過端部栓釘群插裝在頂、底板栓釘槽口內(nèi)的方式進(jìn)行連接，連接牢固、施工便捷。

由此可見，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）本發(fā)明采用倒梯形的預(yù)制拼裝單元，各部件、特別是預(yù)應(yīng)力混凝土底板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)明的組合箱梁全部采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束，利用“弱梁端效應(yīng)”的特點(diǎn)，大部分先張法預(yù)應(yīng)力鋼束，僅在相鄰跨徑的梁體間張拉少量頂板墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束，現(xiàn)場預(yù)應(yīng)力鋼束張拉作業(yè)量少，預(yù)應(yīng)力施加效果穩(wěn)定。

（3）本發(fā)明的混凝土構(gòu)件均為標(biāo)準(zhǔn)件，可規(guī)?；M(jìn)行預(yù)制，現(xiàn)場預(yù)應(yīng)力鋼束張拉和現(xiàn)澆作業(yè)量較小，便于橋梁的快速施工。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中倒梯形預(yù)制梁體單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中預(yù)制混凝土頂板的結(jié)構(gòu)示意圖（省略縱向連接筋）。

圖3是圖1中預(yù)應(yīng)力混凝土底板的結(jié)構(gòu)示意圖（省略縱向連接筋）。

圖4是圖1中波形鋼腹板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5、圖6是本發(fā)明的施工過程示意圖。

圖7-12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)明所述的裝配式先張法預(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(jì)要求，單獨(dú)預(yù)制組成倒梯形梁體單元（如圖1所示）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：

具體地，預(yù)制如圖2所示的預(yù)制混凝土頂板1時(shí)，先綁扎設(shè)置有縱向連接筋和栓釘槽口1.1的頂板鋼筋網(wǎng)，所述栓釘槽口1.1沿縱向間隔設(shè)置在頂板鋼筋網(wǎng)兩側(cè)，再將墩頂負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力孔道1.2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(jì)強(qiáng)度后，拆除限位模板。

預(yù)制如圖3所示的預(yù)應(yīng)力混凝土底板2時(shí)，先在先張法張拉臺(tái)座上的預(yù)定位置固定先張拉預(yù)應(yīng)力鋼束2.1并張拉至設(shè)計(jì)值，再綁扎設(shè)置有縱向連接筋和栓釘槽口2.2的底板鋼筋網(wǎng)，所述栓釘槽口2.2沿縱向間隔設(shè)置在底板鋼筋網(wǎng)兩側(cè)，之后安裝模板，澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除模板，放松先張拉預(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)制如圖4所示的波形鋼腹板3時(shí)，先沖壓加工波形鋼板，再在波形鋼板兩端焊接翼緣板3.1，之后在所述翼緣板3.1上焊接多組間隔設(shè)置的栓釘群3.2；上述栓釘群3.2與頂、底板上的栓釘槽口1.1、2.2位置相對應(yīng)，形狀相配合，可以牢固插裝。

第二步，進(jìn)行現(xiàn)場裝配準(zhǔn)備工作：

如圖5所示，在現(xiàn)場完成施工的相鄰橋臺(tái)或橋墩之間設(shè)置移動(dòng)支撐裝置4作為輔助施工平臺(tái)，同時(shí)，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)行倒梯形梁體單元的拼接裝配：

使用吊裝設(shè)備將預(yù)應(yīng)力混凝土底板2吊裝至移動(dòng)支撐裝置4上，再起吊波形鋼腹板3，并將波形鋼腹板3底部栓釘群插裝在預(yù)應(yīng)力混凝土底板2的栓釘槽口中；之后，起吊預(yù)制混凝土頂板1，同樣將波形鋼腹板3頂部栓釘群插裝到預(yù)制混凝土頂板1的栓釘槽口中；所述波形鋼腹板3的傾斜角度為25°-40°，此時(shí)，倒梯形梁體單元結(jié)構(gòu)最穩(wěn)固。

第四步，進(jìn)行組合梁縱向拼接裝配：

如圖6所示，將移動(dòng)支撐裝置4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5；當(dāng)橫向濕接縫5達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，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1.1內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼束，用以抵抗墩頂負(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。

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，并將波形鋼腹板傾斜設(shè)置的倒梯形結(jié)構(gòu)組合梁（近似于工字形波形鋼腹板組合梁）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：

首先分析預(yù)制混凝土底板在兩種狀態(tài)下的受力。

1.第1狀態(tài)：

如圖7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波形鋼腹板傾斜設(shè)置的倒梯形結(jié)構(gòu)組合梁時(shí)，其斷面結(jié)構(gòu)（部分）如圖8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(gè)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(jì)算時(shí)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(shí)，帶入式（9）和（10）得：

當(dāng)橋梁的跨徑進(jìn)一步增大時(shí)，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9為普通鋼-混組合工字梁（倒梯形結(jié)構(gòu)）進(jìn)行豎向拆分的示意圖。

圖10為波形鋼腹板傾斜設(shè)置的倒梯形結(jié)構(gòu)組合梁進(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11為普通鋼-混組合工字梁（倒梯形結(jié)構(gòu)）采用先張法預(yù)應(yīng)力及進(jìn)行豎向拼接時(shí)的示意圖。

圖12為波形鋼腹板傾斜設(shè)置的倒梯形結(jié)構(gòu)組合梁采用先張法預(yù)應(yīng)力及進(jìn)行豎向拼接時(shí)的示意圖。

對比上述圖例可以看出，對于波形鋼腹板傾斜設(shè)置的倒梯形結(jié)構(gòu)組合梁來說，在底板施加預(yù)應(yīng)力就好像是一個(gè)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(shí)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。