本實(shí)用新型涉及橋梁建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種適用于大型橋梁的基于混合預(yù)應(yīng)力的裝配式波形鋼腹板組合箱梁。

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。PC波形鋼腹板箱梁采用抗剪效率高的波形鋼板作為腹板，不僅減輕箱梁的自重，而且由于波形鋼腹板特有的“褶皺效應(yīng)”，預(yù)應(yīng)力能高效地施加在混凝土頂?shù)装迳?，近年來在大中型橋梁?0m以上跨徑）上獲得廣泛的應(yīng)用。

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(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(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，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(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；在安裝過程中對起吊設(shè)備要求較高，吊裝安全性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種基于混合預(yù)應(yīng)力的裝配式波形鋼腹板組合箱梁，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，本實(shí)用新型充分利用波形鋼腹板組合箱梁的特點(diǎn)，在不同板件內(nèi)于不同時(shí)機(jī)施加預(yù)應(yīng)力：對于波形鋼腹板組合梁來說，由于波形鋼腹板具有不抵抗軸力的特點(diǎn)，預(yù)制混凝土底板的軸向力與外加預(yù)應(yīng)力能在時(shí)間和空間上可以達(dá)到天然的分離，因而可將預(yù)制混凝土底板的預(yù)應(yīng)力一次張拉至設(shè)計(jì)值；利用波形鋼腹板組合梁“弱梁端效應(yīng)”的特點(diǎn)，預(yù)制混凝土底板內(nèi)采用直線型先張法預(yù)應(yīng)力鋼束。在完成橫向工字梁拼裝完成后，再張拉預(yù)制混凝土底板的二次預(yù)應(yīng)力鋼束和相鄰跨徑墩頂負(fù)彎矩區(qū)的頂板預(yù)應(yīng)力鋼束，具體可采取下述技術(shù)方案：

本實(shí)用新型所述的基于混合預(yù)應(yīng)力的裝配式波形鋼腹板組合箱梁，包括由多個(gè)工字型梁體單元進(jìn)行橫向和縱向連接而成的組合梁體，所述工字型梁體單元由單獨(dú)預(yù)制的預(yù)制混凝土頂板、預(yù)制混凝土底板和波形鋼腹板拼接組成；所述預(yù)制混凝土頂板內(nèi)預(yù)埋有橫向連接鋼筋、縱向連接鋼筋和用于穿設(shè)墩頂負(fù)彎矩張拉鋼束的頂板預(yù)應(yīng)力孔道，預(yù)制混凝土頂板兩側(cè)沿縱向間隔開設(shè)有多個(gè)上栓釘槽口；所述預(yù)制混凝土底板內(nèi)預(yù)埋有橫向連接鋼筋、縱向連接鋼筋、先張法預(yù)應(yīng)力鋼束和用于穿設(shè)二次預(yù)應(yīng)力鋼束的底板預(yù)應(yīng)力孔道，預(yù)制混凝土底板兩側(cè)沿縱向間隔開設(shè)有多個(gè)下栓釘槽口；所述波形鋼腹板上下兩端均焊接有翼緣板，所述翼緣板上焊接有與所述上、下栓釘槽口相配合的栓釘群。

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度分別為5-30米。

本實(shí)用新型的基于混合預(yù)應(yīng)力的裝配式波形鋼腹板組合箱梁，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)場進(jìn)行拼接施工的方式。本實(shí)用新型對現(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)”，在預(yù)制混凝土頂板內(nèi)設(shè)置有用于穿設(shè)墩頂負(fù)彎矩張拉鋼束的預(yù)應(yīng)力孔道，在預(yù)制混凝土底板內(nèi)設(shè)置了先張法預(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)制混凝土底板之前進(jìn)行先張拉預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉，而在完成橫向工字梁體單元拼裝完成后，再張拉二次預(yù)應(yīng)力鋼束，用于抵抗混凝土收縮徐變產(chǎn)生的應(yīng)力；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。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)?、橋跨。具體來說，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)可以體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）本實(shí)用新型采用分塊預(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）本實(shí)用新型中各種預(yù)制件均可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；A(yù)制，有效提高了施工效率，縮短了施工周期。

（3）本實(shí)用新型在不同時(shí)機(jī)對頂板和底板施加不同種類的預(yù)應(yīng)力，且全部采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋，預(yù)應(yīng)力施加效果較為穩(wěn)定；由于在現(xiàn)場張拉的預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量較少，因此施工方便、快捷。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型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。（省略縱向連接鋼筋）

圖3是圖1中預(yù)制混凝土底板的結(jié)構(gòu)示意圖。（省略縱向連接鋼筋）

圖4圖1中波形鋼腹板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5、圖6、圖7是施工過程示意圖。

圖8-13是對本實(shí)用新型進(jìn)行原理性說明的相關(guān)附圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型所述的基于混合預(yù)應(yīng)力的裝配式波形鋼腹板組合箱梁，包括由多個(gè)如圖1所示的工字型梁體單元進(jìn)行橫向和縱向連接而成的組合梁體，該工字型梁體單元由單獨(dú)預(yù)制的預(yù)制混凝土頂板1、預(yù)制混凝土底板2和波形鋼腹板3拼接組成；如圖2所示，預(yù)制混凝土頂板1內(nèi)預(yù)埋有橫向連接鋼筋1.1、縱向連接鋼筋和用于穿設(shè)墩頂負(fù)彎矩張拉鋼束的頂板預(yù)應(yīng)力孔道1.2，預(yù)制混凝土頂板1兩側(cè)沿縱向間隔開設(shè)有多個(gè)上栓釘槽口1.3；如圖3所示，預(yù)制混凝土底板2內(nèi)預(yù)埋有橫向連接鋼筋2.1、縱向連接鋼筋、直線型先張法預(yù)應(yīng)力鋼束2.2和用于穿設(shè)二次預(yù)應(yīng)力鋼束的底板預(yù)應(yīng)力孔道2.3，預(yù)制混凝土底板2兩側(cè)沿縱向間隔開設(shè)有多個(gè)下栓釘槽口2.4；如圖4所示，波形鋼腹板3上下兩端均焊接有翼緣板3.1，翼緣板3.1上焊接有與上、下栓釘槽口1.3、2.4相配合的栓釘群3.2。

上述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的長度分別為5-30米，可以減少現(xiàn)場拼接澆筑工作量，提高施工效率，

本實(shí)用新型所述的基于混合預(yù)應(yīng)力的裝配式波形鋼腹板組合箱梁施工時(shí)，按下述步驟進(jìn)行：

第一步，在預(yù)制場內(nèi)進(jìn)行預(yù)制混凝土底板2的預(yù)制，首先在張拉臺座上的預(yù)定位置固定直線型先張法預(yù)應(yīng)力鋼束2.2并進(jìn)行張拉，然后綁扎設(shè)置有橫向連接鋼筋2.1、縱向連接鋼筋和下栓釘槽口2.4的鋼筋網(wǎng)，預(yù)埋底板預(yù)應(yīng)力孔道2.3，再安裝模板，澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除模板，放松直線型先張法預(yù)應(yīng)力鋼束2.2，完成混合預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土底板2的預(yù)制；其中，先張法預(yù)應(yīng)力鋼束2.2用于抵抗混凝土收縮徐變產(chǎn)生的應(yīng)力；同時(shí)，進(jìn)行預(yù)制混凝土頂板1的預(yù)制，按照常規(guī)方法綁扎設(shè)置有橫向連接鋼筋1.1、縱向連接鋼筋和上栓釘槽口1.3的鋼筋網(wǎng)，并安裝頂板預(yù)應(yīng)力孔道1.2，然后澆筑成型；波形鋼腹板3在整體加工完成后，在兩端焊接翼緣板3.1，之后按照上、下栓釘槽口1.3、2.4的位置焊接相應(yīng)的栓釘群3.2。

第二步，如圖5所示，在完成施工的相鄰橋臺或橋墩之間設(shè)置移動支撐裝置4作為輔助施工平臺，同時(shí)將預(yù)制完成的預(yù)制混凝土底板2、波形鋼腹板3和預(yù)制混凝土頂板1運(yùn)送至施工現(xiàn)場。

第三步，使用吊裝設(shè)備將預(yù)制混凝土底板2吊裝至移動支撐裝置4上，將波形鋼腹板3吊至預(yù)制混凝土底板2上方，并將鋼腹板3底部栓釘群3.2準(zhǔn)確插裝在預(yù)制混凝土底板2的下栓釘槽口2.4中；之后，再起吊預(yù)制混凝土頂板1，同樣將鋼腹板3頂部栓釘群3.2準(zhǔn)確插裝到預(yù)制混凝土頂板1的上栓釘槽口1.3中，形成如圖1所示的工字型梁體單元。

第四步，將移動支撐裝置4沿橋?qū)挿较驒M向轉(zhuǎn)移，按照第二步的方法完成該橋跨內(nèi)沿橫向設(shè)置的其他工字型梁體單元的裝配施工，然后在相鄰工字型梁體單元的頂板和底板之間分別綁扎頂板、底板橫向連接鋼筋形成鋼筋網(wǎng)，然后澆筑混凝土，在箱梁頂部和底部形成鋼頂板縱向濕接縫5和預(yù)制混凝土底板縱向濕接縫6；為了抵抗二期荷載產(chǎn)生的彎矩，在上述縱向濕接縫達(dá)到一定強(qiáng)度后，對位于底板預(yù)應(yīng)力孔道2.3內(nèi)的二次預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行張拉至設(shè)計(jì)值，即得到如圖6所示的單箱室箱梁結(jié)構(gòu)。

第五步，將移動支撐裝置4轉(zhuǎn)移至下一橋跨位置，重復(fù)第三步和第四步作業(yè)，完成該橋跨梁體的施工。

第六步，在相鄰橋跨之間綁扎頂板、底板縱向連接鋼筋形成鋼筋網(wǎng)，并澆筑混凝土，形成橫向濕接縫或橫梁7（如圖7所示）；為了抵抗相鄰跨徑箱梁的墩頂負(fù)彎矩，在橫向濕接縫或橫梁7達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，按照先邊梁后中梁的順序，采用對稱張拉原則對位于相鄰跨徑的頂板預(yù)應(yīng)力孔道1.2內(nèi)的墩頂負(fù)彎矩張拉鋼束進(jìn)行張拉，形成多跨連續(xù)梁體系。

第七步，完成附屬設(shè)施的施工和橋面鋪裝，結(jié)束施工。

本實(shí)用新型不局限于以上實(shí)施例，當(dāng)設(shè)計(jì)橋面較寬時(shí)，可對多個(gè)工字型梁體單元進(jìn)行橫向拼接，形成雙箱室或多箱室的結(jié)構(gòu)。

以下是對本實(shí)用新型波形鋼腹板組合工字梁進(jìn)行豎向拼接，并施加混合預(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。

在預(yù)制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)制混凝土底板的應(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. 混合預(yù)應(yīng)力+豎向拼接過程：

圖12為普通鋼-混組合工字梁施加混合預(yù)應(yīng)力及豎向拼接時(shí)的示意圖。

圖13為波形鋼腹板組合工字梁施加混合預(yù)應(yīng)力及豎向拼接時(shí)的示意圖。

對比上述圖例可以看出，對于波形鋼腹板組合工字梁來說，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。