一种无下挠、无开裂的预应力混凝土现浇连续箱梁桥及施工方法

技术领域

本发明涉及预应力混凝土桥梁 ，尤其是涉及一种无下挠、无开裂的预应力混凝土现浇连续箱梁桥；本发明还涉及该预应力混凝土现浇连续箱梁桥的施工方法。

背景技术

在全球范围内，70%以上的桥梁采用的是预应力混凝土结构。在桥梁长期运营过程中，由于混凝土收缩徐变、预应力损失、微裂纹扩展等原因，致使混凝土连续梁桥经常出现跨中下挠、腹板开裂等质量问题，较大的变形及裂缝不但影响桥梁的正常使用，严重时还可能造成人员财产的严重损失。

预应力混凝土桥梁，常规设计只采用体内束，恒载状态桥梁承受较大的轴力和弯矩，处于压弯受力状态，混凝土收缩徐变即会产生竖向位移，导致桥梁出现裂缝及下挠；而在箱梁内的混凝土外仅预留安装体外束的结构，一旦桥梁出现裂缝及下挠现象后才启用，用于对裂缝及下挠进行约束，使其延缓裂缝及下挠的发展趋势，但无法避免裂纹产生，不能从根本上解决预应力混凝土桥梁出现裂缝和下挠的现象。所以怎样能从根本上避免混凝土桥梁产生裂纹和下挠，以保障混凝土桥梁的安全运营是业内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无下挠、无开裂的预应力混凝土现浇连续箱梁桥；本发明还提供该预应力混凝土现浇连续箱梁桥的施工方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的无下挠、无开裂的预应力混凝土现浇连续箱梁桥，包括由顶板、腹板、底板和翼缘板组成的内腔呈空心结构的混凝土箱梁，在所述混凝土箱梁的顶板和翼缘板内排列设置有体内预应力钢束，所述混凝土箱梁的内腔中设置有体外预应力钢束，钢束转换器和钢束减震器，所述体外预应力钢束的两端锚固在混凝土箱梁两端；其中

体内预应力钢束用于承担箱梁自重荷载，体外预应力钢束用于承担二期铺装及汽车活荷载。

本发明采用合理的设计，混凝土浇注成型时，没有弯曲变形只有轴向压缩变形，施工过程和运营过程混凝土箱梁全截面受压，显著改善了桥梁运营阶段的受力状况，彻底解决了普通现浇预应力混凝土连续梁桥后期因收缩徐变而开裂下挠的病害，提高了现浇预应力混凝土连续箱梁桥的耐久性。

浇注所述混凝土箱梁的混凝土内掺加有钢纤维，其钢纤维标准要符合国家标准《混凝土用钢纤维》（GB/T39147-2020）的规定，钢纤维的掺加用量为1kg/m

本发明采用混合配束设计，体内预应力钢束承担结构恒荷载，体外预应力钢束承担桥面铺装及车辆等可变荷载，箱梁始终保持全截面受压状态，避免了施工早期微裂纹的产生；同时在混凝土箱梁内腔中预留有备用预应力钢束的安装构造，不仅可根据桥梁运营状态适时进行补张拉，且在后期运营过程中，当车辆载荷和车辆密度增加时还可及时启用安装备用预应力钢束，以确保桥梁运营的受力安全。

本发明的无下挠、无开裂的预应力混凝土现浇连续箱梁桥的施工方法包括下述步骤：

S1，施工桥梁桩基础、承台和桥墩桥台；

S2，预应力混凝土箱梁的第一个节段混凝土施工

浇注预应力混凝土箱梁的第一个节段混凝土和安装该节段混凝土里的体内预应力钢束，然后张拉体内预应力钢束，使体内预应力钢束产生的弯矩与混凝土箱梁自重产生的弯矩相等；

S3，预应力混凝土箱梁的悬浇节段施工

施工预应力混凝土箱梁的剩余节段，同步张拉体内预应力钢束；整个施工过程中，通过安装在混凝土箱梁上的应力、变形检测系统，观测混凝土箱梁的位移，始终保持体内预应力钢束产生的弯矩与混凝土箱梁自重产生的弯矩相等；

S4，预应力混凝土箱梁的合龙节段施工

合龙节段施工之前，合龙节段梁段的竖向位移为零；合龙节段浇注完成后，同步张拉体内预应力钢束，保证合龙节段自重产生的弯矩等于体内预应力钢束产生的弯矩，所有梁段没有弯曲变形，只有压缩变形；

S5，施工桥面铺装和护栏，张拉体外预应力钢束，保证桥面铺装和护栏自重产生的弯矩等于体外预应力钢束产生的弯矩，所有梁段没有弯曲变形，只有压缩变形。

在施工过程中混凝土箱梁上安装有应力、变形监测系统，通过施工过程的有效监控，可保证主梁没有竖向位移，只有轴向压缩变形；且通过施工时的监控还可即时调整主梁施工线型，确保混凝土自重产生竖向向下的位移等于体内预应力产生的竖向向上位移，从而达到主梁只受压不受弯状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、采用体内体外预应力钢束混合配制，且将体外预应力钢束布置在箱梁内，不仅易安装、易检查，且可维修，可更换，施工更加方便。

2、布置在箱梁内的体外预应力钢束通过钢束转换器进行转向和锚固，并且设置钢束减震器，以减少桥梁运营过程中体外预应力钢束的振动。钢束转换器和钢束减振器的预埋件可以和桥梁同步施工，钢束张拉完成后再安装体外预应力钢束减振器，避免了后期施工植筋对箱梁混凝土造成损伤。

3、采用体内、体外预应力钢束混合配束，体内钢束承担结构恒荷载，体外钢束承担桥面铺装及车辆等可变荷载，较常规全体内配束方式，主梁轴向受力为主，避免了混凝土箱梁产生受力性微裂纹。

4、浇注混凝土中掺入适量的钢纤维，并在箱梁腹板及底板增设钢筋网片，可避免混凝土硬化过程中释放水化热在混凝土表面产生温缩裂缝。

5、箱梁悬臂浇注施工过程中，合龙顺序可以先边跨再中跨也可以先中跨再边跨合龙，成桥受力状态基本不受合龙顺序影响，极大的提高了施工效率。

附图说明

图1本发明混凝土箱梁桥的混凝土箱梁断面图。

图2本发明混凝土局部大样图。

图3为图1中混凝土箱梁的体内预应力钢束立面布置示意图。

图4为图1中混凝土箱梁的体外预应力钢束立面布置示意图图。

图5~图9 为本发明混凝土箱梁桥的施工步骤图。

图10为本发明混凝土箱梁桥施工时的监控系统布置图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请做更加详细的说明，以便于本领域技术人员的理解。

如图1所示，本发明所述的无下挠、无开裂的预应力混凝土现浇连续箱梁桥，包括由顶板、腹板、底板和翼缘板组成的内腔呈空心结构的混凝土箱梁1，在混凝土箱梁的顶板和翼缘板内排列设置有体内预应力钢束2，体内预应力钢束2施工时直接埋入混凝土内，一次成型，不可更换；本发明混凝土箱梁1选用掺加有钢纤维3的混凝土，可解决混凝土浇注施工过程中混凝土内部因干缩或温度差引起的非受力裂纹，所用的钢纤维标准要符合国家标准《混凝土用钢纤维》（GB/T39147-2020）的规定，正常情况下，钢纤维的掺加量为1kg/m

为保证预应力混凝土箱梁在施工和运营过程中不会出现下挠、开裂等病害，本发明的混凝土箱梁的内腔中设置有体外预应力钢束5，并根据实际需要，在设计位置预设（埋）有钢束转换器6和多个钢束减震器7，体外预应力钢束5的两端分别锚固在混凝土箱梁的两端，体内预应力钢束2和体外预应力钢束5在混凝土箱梁内的立面布置示意图见图3、图4；体内预应力钢束2用于承担箱梁自重荷载，体外预应力钢束5用于承担二期铺装及汽车活荷载。

将体内、体外预应力钢束进行混合配束，在混凝土浇注成型时，没有弯曲变形，只有轴向压缩变形，避免了施工早期产生受力性微裂纹，在运营过程中可避免混凝土箱梁因收缩徐变而出现开裂下挠的病害，提高了现浇预应力混凝土联系箱梁桥的耐久性。

本申请在混凝土箱梁内腔中还预留有备用预应力钢束的安装位置，即预留体外备用钢束安装构造，根据桥梁运营状态，在后期车辆荷载和车辆密度增加时可适时进行补张拉，以保证桥梁的运营安全。

本发明以新建四跨预应力混凝土连续箱梁桥为例进行，对其施工方法进行详细说明。

本发明的无下挠、无开裂的预应力混凝土现浇连续箱梁桥的施工方法包括下述步骤：

S1，施工桥梁桩基础8、承台9、桥墩10和桥台11；

S2，预应力混凝土箱梁的第一个节段混凝土施工

浇注预应力混凝土箱梁1的第一个节段混凝土（墩顶0号段）和安装该节段混凝土里的体内预应力钢束2，然后张拉体内预应力钢束2，使体内预应力钢束产生的弯矩与混凝土箱梁自重产生的弯矩相等，如图5；

S3，预应力混凝土箱梁1的悬浇节段施工

继续利用挂篮12施工预应力混凝土箱梁1的剩余节段，同步张拉体内预应力钢束2；整个施工过程中，通过安装在混凝土箱梁上的应力、变形检测系统，观测混凝土箱梁的位移，始终保持体内预应力钢束产生的弯矩与混凝土箱梁自重产生的弯矩相等，箱梁只有轴向压缩变形没有向上或向下位移，如图6、图7所示；

施工过程中在混凝土箱梁内安装应力、变形检测系统，如图10所示，墩顶0号段安装应力监测设备（图中

S4，预应力混凝土箱梁的合龙节段施工

合龙节段施工之前，合龙节段梁段的竖向位移为零；合龙节段浇注完成后，同步张拉体内预应力钢束2，保证合龙节段自重产生的弯矩等于体内预应力钢束产生的弯矩，所有梁段没有弯曲变形，只有压缩变形，如图8所示；

S5，施工桥面铺装和护栏，张拉体外预应力钢束5，保证桥面铺装和护栏自重产生的弯矩等于体外预应力钢束产生的弯矩，所有梁段没有弯曲变形，只有压缩变形，如图9所示。

本发明的原则是：体内预应力钢束2承担箱梁自重荷载，体外预应力钢束5承担二期铺装及汽车活荷载。具体实施的时候，通过调整体内预应力钢束2和体外预应力钢束5的位置、面积和根数，达到调整体内、体外预应力钢束荷载的分担比例。

由于在施工过程中要求体内预应力钢束产生的弯矩与混凝土箱梁自重产生的弯矩相等，箱梁只有轴向压缩变形没有向上或向下位移，因此不会产生下挠或开裂现象；运营过程中体外预应力钢束可根据运营车辆的大小多少适时调整，车辆荷载增加产生的弯矩可通过张拉体外预应力备用钢束予以抵消，从根本上解决了普通现浇预应力混凝土连续梁桥后期因收缩徐变而开裂下挠的病害，提高了现浇预应力混凝土连续箱梁桥的耐久性。

本发明的混凝土箱梁1施工时可分节段利用挂篮逐节段施工，也可利用支架将所有阶段一起整孔施工。