本發(fā)明涉及橋梁建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種適用于大型橋梁的分塊預(yù)制式二次預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合梁的施工方法。

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。自1988 年ACSI協(xié)會(huì)將波形鋼腹板PC 組合箱梁進(jìn)行介紹后，波形鋼腹板 PC組合梁作為一種經(jīng)濟(jì)、高效、施工簡(jiǎn)便的新型橋梁形式，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(gè)箱梁梁體的鋼筋預(yù)制混凝土頂板、鋼筋預(yù)制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，之后再吊裝就位，在橋位處采用螺栓連接拼裝。中國(guó)專利“拼裝式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁”（申請(qǐng)?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(gè)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(shí)即便分別吊裝單個(gè)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(zhǎng)度通常不會(huì)很長(zhǎng)，上述整孔架設(shè)結(jié)構(gòu)僅限于小跨徑的橋梁，對(duì)于大跨徑的橋梁，頂板和腹板還是會(huì)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(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(duì)于負(fù)彎矩區(qū)的處理措施也未加論述，如果缺乏應(yīng)對(duì)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(chǎng)將多個(gè)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(guó)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(qǐng)?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。上述預(yù)制的拼裝單元體積大，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），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(duì)起吊設(shè)備要求較高，吊裝安全性較低；同時(shí)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(shí)伴隨著交通量的日益增大，梁體的承載能力無(wú)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)制式二次預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合梁的施工方法，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)明所述的分塊預(yù)制式二次預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合梁的施工方法，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)制組成工字型梁體單元的預(yù)制混凝土頂板、預(yù)制混凝土底板和波形鋼腹板：

對(duì)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(duì)于預(yù)制混凝土底板，先綁扎帶有橫向連接筋和縱向連接筋的底板鋼筋網(wǎng)，再將一次預(yù)應(yīng)力孔道、二次預(yù)應(yīng)力孔道和下剪力連接件的剪力釘安裝在底板鋼筋網(wǎng)內(nèi)，當(dāng)澆筑完成拆除模板后，對(duì)位于所述一次預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的張拉鋼束進(jìn)行張拉；

對(duì)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(chǎng)裝配準(zhǔn)備工作：

在現(xiàn)場(chǎng)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)制混凝土底板和波形鋼腹板運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)；

第三步，進(jìn)行組合梁橫向拼接裝配：

用吊裝設(shè)備將預(yù)制混凝土底板、波形鋼腹板和預(yù)制混凝土頂板依次吊裝至移動(dòng)支撐裝置上，并用螺栓栓接方式進(jìn)行預(yù)制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，完成第一片工字型梁體單元的裝配施工；

接著將移動(dòng)支撐裝置沿橋?qū)挿较驒M向轉(zhuǎn)移，按照第一片工字型梁體單元的施工步驟完成該橋跨內(nèi)沿橫向設(shè)置的其他工字型梁體單元的裝配施工；

之后綁扎相鄰工字型梁體單元之間的橫向連接筋，澆筑形成預(yù)制混凝土頂板縱向濕接縫和預(yù)制混凝土底板縱向濕接縫，并在預(yù)制混凝土底板縱向濕接縫達(dá)到一定強(qiáng)度后，對(duì)位于預(yù)制混凝土底板二次預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的張拉鋼束進(jìn)行張拉；

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；

綁扎相鄰橋跨之間的縱向連接筋，澆筑形成橫向濕接縫或橫梁，并按照先邊梁后中梁的順序，采用對(duì)稱張拉原則對(duì)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邊緣開設(shè)有連接孔的波形翼板，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)制混凝土底板中的剪力釘。

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

本發(fā)明所述的分塊預(yù)制式二次預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合梁的施工方法，采用單獨(dú)預(yù)制工字型梁體單元的預(yù)制混凝土頂板、預(yù)制混凝土底板和波形鋼腹板，再現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接施工的方式。本發(fā)明對(duì)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)件體積減小，更加易于運(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；另一方面也利用波形鋼腹板特有的弱“梁端效應(yīng)”，在頂板內(nèi)設(shè)置有用于穿設(shè)負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力張拉鋼束的孔道，在預(yù)制混凝土底板內(nèi)采用了一次預(yù)應(yīng)力鋼束和二次預(yù)應(yīng)力鋼束，與施工過程完美配合，實(shí)現(xiàn)施工的最大便捷。其中，在預(yù)制混凝土底板預(yù)制完成后張拉一次預(yù)應(yīng)力鋼束，用于抵抗混凝土收縮徐變產(chǎn)生的應(yīng)力，而在箱梁拼接完成后，張拉二次預(yù)應(yīng)力鋼束，能減少組合箱梁因收縮徐變產(chǎn)生的反拱；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(chǎng)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?。所以，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，大大降低了運(yùn)輸及吊裝難度；而且由于波形鋼腹板通過螺栓與頂板和底板進(jìn)行連接，若后期交通量增大時(shí)，還可以通過對(duì)波形鋼腹板的更換，實(shí)現(xiàn)對(duì)梁體高度的調(diào)整或維護(hù)，從而達(dá)到了增加橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的目的；上述預(yù)制件之間活動(dòng)相連，可以重復(fù)安裝與拆卸，因此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(lái)說(shuō)，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(duì)梁體的維護(hù)及檢查，同時(shí)可對(duì)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、增加結(jié)構(gòu)承載能力的目的。

（3）本發(fā)明中橋梁各部件可進(jìn)行拆卸，使得橋梁各部件可以重復(fù)利用，避免了混凝土和組合結(jié)構(gòu)橋梁難以實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用的問題。

（4）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。

（5）本發(fā)明在形式簡(jiǎn)單的移動(dòng)支撐裝置上進(jìn)行拼裝，不需要在周邊設(shè)置專門的拼裝場(chǎng)，更適合城市橋梁的快速施工。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中工字型梁體單元的結(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。

圖3是圖1中預(yù)制混凝土底板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4圖2、3中上、下剪力連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5、圖6、圖7是施工過程示意圖。

圖8-13是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行原理性說(shuō)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)制式二次預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板組合梁的施工方法，主要包括以下步驟：

第一步，按橋梁設(shè)計(jì)要求，單獨(dú)進(jìn)行預(yù)制混凝土頂板1、預(yù)制混凝土底板2和波形鋼腹板3的預(yù)制，上述預(yù)制件通過螺栓4拼接后能夠組成如圖1所示的工字型梁體單元。

具體地，預(yù)制如圖2所示的預(yù)制混凝土頂板1時(shí)，先綁扎帶有橫向連接筋1.1和縱向連接筋1.2的頂板鋼筋網(wǎng)，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)制混凝土底板2時(shí)，先綁扎帶有橫向連接筋2.1和縱向連接筋2.2的底板鋼筋網(wǎng)，再將一次預(yù)應(yīng)力孔道2.3、二次預(yù)應(yīng)力孔道2.4和下剪力連接件2.5安裝在底板鋼筋網(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)度拆除限位模板后，需要對(duì)位于一次預(yù)應(yīng)力孔道2.3內(nèi)的張拉鋼束進(jìn)行張拉，用于抵抗底板在吊裝和架設(shè)過程中由于自重產(chǎn)生的彎矩。

預(yù)制波形鋼腹板3時(shí)，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、2.5的螺栓孔。

上述上剪力連接件1.4和下剪力連接件2.5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4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(duì)應(yīng)，將兩者對(duì)齊后，穿設(shè)固定螺栓4（如圖1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(chǎng)裝配準(zhǔn)備工作：

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

第三步，進(jìn)行組合梁橫向拼接裝配：

用吊裝設(shè)備將預(yù)制混凝土底板2、波形鋼腹板3和預(yù)制混凝土頂板1依次吊裝至移動(dòng)支撐裝置6上，用固定螺栓4將下剪力連接件2.5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)制混凝土底板2和波形鋼腹板3組成的第一片工字型梁體單元的裝配施工；

接著將移動(dòng)支撐裝置6沿橋?qū)挿较驒M向轉(zhuǎn)移，按照第一片工字型梁體單元的施工步驟完成該橋跨內(nèi)沿橫向設(shè)置的其他工字型梁體單元的裝配施工；

之后分別綁扎相鄰工字型梁體單元頂板、底板之間的橫向連接筋1.1、2.1，并澆筑形成預(yù)制混凝土頂板縱向濕接縫7和預(yù)制混凝土底板縱向濕接縫8（如圖6所示）；在預(yù)制混凝土底板縱向濕接縫8達(dá)到一定強(qiáng)度后，對(duì)位于預(yù)制混凝土底板二次預(yù)應(yīng)力孔道2.4內(nèi)的張拉鋼束進(jìn)行張拉，用于抵抗二期荷載產(chǎn)生的彎矩；

由于拼裝上述工字型梁體單元時(shí)，在豎直方向不需要較強(qiáng)的剛度支撐，因此移動(dòng)支撐裝置6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(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1.2、2.2，并澆筑形成橫向濕接縫或橫梁9（如圖7所示）；在橫向濕接縫或橫梁9達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，按照先邊梁后中梁的順序，采用對(duì)稱張拉原則對(duì)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1.3內(nèi)的張拉鋼束進(jìn)行張拉，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(chǎng)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(gè)預(yù)制混凝土頂板1、預(yù)制混凝土底板2和波形鋼腹板3的長(zhǎng)度分別為5-30米。

以下是對(duì)本發(fā)明波形鋼腹板組合工字梁進(jìn)行豎向拼接，并于適當(dāng)時(shí)機(jī)施加二次預(yù)應(yīng)力這種施工方法的可行性、合理性所做出的具體原理性說(shuō)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8所示的預(yù)制混凝土底板，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)制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)制混凝土底板組合成為工字形波形鋼腹板組合梁時(shí)，其工字形斷面結(jié)構(gòu)如圖9所示。

在底板施加預(yù)應(yīng)力N，對(duì)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(wú)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(duì)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)制混凝土底板的應(yīng)力近似相等。也就是說(shuō)，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(lái)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. 豎向拼接+二張拉過程：

圖12為普通鋼-混組合工字梁進(jìn)行豎向拆分及二次張拉時(shí)的示意圖。

圖13為波形鋼腹板組合工字梁進(jìn)行豎向拆分及二次張拉時(shí)的示意圖。

對(duì)比上述圖例可以看出，對(duì)于波形鋼腹板組合工字梁來(lái)說(shuō)，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(chǎng)的鋼束張拉工作量，提高工廠預(yù)制化程度。