CN108867393A - 一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系 - Google Patents
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Abstract
一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，以显著提高体外预应力的利用效率，节省工程造价，为连续刚构桥中跨工后变形控制提供有效的预留措施。桥体包括箱梁顶板、箱梁底板，以及左侧中支点隔板、右侧中支点隔板。所述桥体于跨中位置在箱梁底板底面上固定设置外置转向支架，该外置转向支架的下端安装转向器。体外预应力束布置在主跨跨度范围内，经转向器转向形成折线状，两侧分别穿过预埋在箱梁底板内的无缝钢管进入桥体内，且分别锚固于左侧中支点隔板、右侧中支点隔板上。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁，特别涉及一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系。
背景技术
自1934年德国工程师提出了体外预应力的概念以来，体外预应力技术已广泛运用于广泛运用于桥梁工程新建、改造以及加固领域。近些年来大跨混凝土梁桥(连续梁、连续刚构桥)中也更多的采用了体外预应力技术。现代桥梁体外预应力技术包含了一套完整体系：预应力钢束、锚固结构、转向结构、减震结构以及防腐构造等。预应力钢束通常采用预应力钢丝或预应力钢绞线，在桥梁箱体内折线布置，只在锚固结构和转向结构处通过预埋锚具和转向器和与梁体连接，其余位置悬空。在悬空段通常根据一定间距设置减震结构。体外预应力可在桥梁建造时安装完成，并在桥梁建成前张拉体外预应力钢束，用来抵抗桥面设施重量以及后期运营车辆(列车)荷载的作用。另一种实施方法为在建造过程中预留后期张拉体外预应力的条件，根据运营阶段需要进行后期张拉。
纵观现有的大跨连续梁桥、连续刚构桥体外预应力加载体系，都将体外预应力束布置在箱内，通过锚固构造和转向块对梁体施加体外预应力。由于大跨梁桥一般采用箱式截面，箱梁的顶板、底板和腹板由于构造要求和体内预应力束的布置要求需要有一定的厚度。因此体外预应力束的布置受到了梁体空间的限制，体外束在任一截面上的合力对截面形心的作用力臂较小，从而降低了体外预应力的利用率。尤其不能给容易发生后期下挠变形的大跨连续梁桥中跨区域提供较好的支撑作用，限制了体外预应力在大跨连续刚构桥等类似桥型中的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，以显著提高体外预应力的利用效率，节省工程造价，为连续刚构桥中跨工后变形控制提供有效的预留措施。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，桥体包括箱梁顶板、箱梁底板，以及左侧中支点隔板、右侧中支点隔板，其特征是：所述桥体于跨中位置在箱梁底板底面上固定设置外置转向支架，该外置转向支架的下端安装转向器；体外预应力束布置在主跨跨度范围内，经转向器转向形成折线状，两侧分别穿过预埋在箱梁底板内的无缝钢管进入桥体内，且分别锚固于左侧中支点隔板、右侧中支点隔板上。
所述体外预应力束的转向交点至箱梁底板外表面之间的转向装置高度为跨中梁高的0.8～1.2倍。
本发明的有益效果是，拓展了体外预应力束的布置空间，增大了体外束合力对截面形心的力臂从而增大弯矩作用，显著提高体外预应力的利用效率，节省了体外预应力工程造价；外置转向支架和转向器可在建造施工中安装，也可运营后根据梁体变形情况重新调整设计和制造安装，其他构件在桥梁建造中预埋，这样就为连续刚构桥中跨工后变形控制提供了有效的预留措施。
本发明构造简单，受力合理，适应型较强，除了大跨连续刚构桥外还可以可适用其他形式的大跨梁桥。
附图说明
本说明书包括如下三幅附图：
图1是本发明一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系的结构示意图；
图2本发明一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系跨中部位的断面图；
图3是沿图2中A-A线的剖视图。
图中示出构件和对应的标记：箱梁顶板11、箱梁底板12、左侧中支点隔板13a、右侧中支点隔板13b、跨中横隔板14、无缝钢管15、体外预应力束20、外置转向支架21、转向器22、拉杆23、减震器24、斜撑25、支架底板26、连接钢板27、预埋螺栓及钢板28、K字钢管撑29、主跨跨度L、跨中梁高H1、转向装置高度H2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1，本发明一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，桥体包括箱梁顶板11、箱梁底板12，以及左侧中支点隔板13a、右侧中支点隔板13b。所述桥体于跨中位置在箱梁底板12底面上固定设置外置转向支架21，该外置转向支架21的下端安装转向器22。体外预应力束20布置在主跨跨度L范围内，经转向器22转向形成折线状，两侧分别穿过预埋在箱梁底板12内的无缝钢管15进入桥体内，且分别锚固于左侧中支点隔板13a、右侧中支点隔板13b上。参照图2，所述体外预应力束20的转向交点至箱梁底板12底面之间的转向装置高度H2为跨中梁高H1的0.8～1.2倍，显著增大了体外束合力到跨中截面形心的力臂，有效提高了体外预应力的加载效率。
参照图1，所述体外预应力束20长度范围内间隔设置拉杆23，桥体内范围内各拉杆23的上端与箱梁顶板11固定连接，桥体外范围内各拉杆23的上端与箱梁底板12固定连接，各拉杆23下端设置与体外预应力束20连接的减震器24。
参照图2和图3，所述外置转向支架21包括横桥向间隔设置的两对斜撑25，各对斜撑25的下端和下端分别焊接支架底板26、连接钢板27。两对斜撑25与竖向间隔设置的K字钢管撑29焊接连接为一体。所述连接钢板27通过预埋螺栓及钢板28与箱梁底板12形成可拆卸连接，所述转向器22固定安装在支架底板26上。
参照图2和图3，斜撑25通常为嵌套式钢管件，即大直径钢管内嵌套小直径钢管，两者间采用隔板焊接连接。支架底板26一般采用30mm厚钢板，与斜撑25下端连接采用焊接。连接钢板27顺桥向为一块厚度为30mm的整板，与斜撑25的上端焊接，并在与预埋螺栓及钢板28中预埋螺栓相对应位置开孔，开孔直径比预埋螺栓直径大2～3mm，便于将外置转向支架21通过预埋螺栓和螺母固定在箱梁底板12底面。连接钢板27的构造有利于平衡斜撑25传来的水平剪力而不传给箱梁底板128。两对斜撑25在横桥向采用K字钢管撑29连接，组成空间三角支架结构。K字钢管撑29的钢管直径一般为斜撑25管径的0.4～0.7倍。
参照图2和图3，转向器22在构造为一组两头带喇叭口并具有一定曲线半径的无缝钢管，通过纵横向肋板与30mm厚的钢板焊接而成。转向器22和支架底板26通过焊接相连。参照图1和图2，所述外置转向支架21上方桥体箱梁内，在对应斜撑25位置顺桥向间隔设置设两道跨中横隔板14，用于将斜撑竖向力传递至箱梁腹板，跨中横隔板14的厚度为0.5m～1m。
参照图1、图2和图3，若本发明的体外预应力加载体系在桥梁建造过程中实施，则需要在连续刚构梁部施工中施工、预埋或安装体外预应力束20、无缝钢管15、外置转向支架21、转向器22、跨中横隔板14、左侧中支点隔板13a、右侧中支点隔板13b以及锚具，张拉体外预应力束20，然后安装减震器24和拉杆23。若本发明的体外预应力加载体系在桥梁投入运营后实施，则只需在梁部施工中预埋或安装无缝钢管15、预埋螺栓及钢板28、跨中横隔板14以及相应锚具，待需要实施体外预应力时再安装剩余构件，张拉体外预应力束20并安装减震器24和拉杆23。
申请人已将本发明成功运用在某主跨216m的铁路连续刚构桥的设计上，作为运营后期抵消跨中徐变下挠的预留措施。参考图1，选择8根31-15.2的整束挤压钢绞线作为体外预应力束20，通过底板预埋无缝钢管15穿出箱梁在跨中箱梁底下方7m处转向。体外束20两端张拉并锚固在左、右侧中支点隔板13a、13b上，张拉控制应力为0.65fpk＝1209MPa。同样作为对照设计按传统的体外预应力加载体系将同样规格的体外预应力束20布置在箱内，通过跨中底板的两处转向块转向。体外束两端张拉与前述同样的控制应力并锚固在同样位置。
经过全桥有限元分析，采用本发明的体外预应力加载体系，运营十年后张拉体外预应力，该铁路连续刚构桥中跨向上位移值36.4mm；而采用传统的的体外预应力加载体系，中跨向上位移值仅为8.4mm。因此对于控制跨中残余变形而言，采用本发明的体外预应力加载效果为传统方法的4.3倍。根据计算，桥梁运营十年后跨中徐变下挠值为38.9m，因此采用本发明的体外预应力设计能补偿连续刚构桥中跨94％的徐变下挠值，而传统方法仅为21.6％。综上所述，本发明的体外预应力加载体系能显著提高体外预应力的利用效率，节省工程造价，为大跨连续刚构桥工后变形控制提供了有效的预留措施。
以上所述只是用图解说明本发明一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (5)
1.一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，桥体包括箱梁顶板(11)、箱梁底板(12)，以及左侧中支点隔板(13a)、右侧中支点隔板(13b)，其特征是：所述桥体于跨中位置在箱梁底板(12)底面上固定设置外置转向支架(21)，该外置转向支架(21)的下端安装转向器(22)；体外预应力束(20)布置在主跨跨度(L)范围内，经转向器(22)转向形成折线状，两侧分别穿过预埋在箱梁底板(12)内的无缝钢管(15)进入桥体内，且分别锚固于左侧中支点隔板(13a)、右侧中支点隔板(13b)上。
2.如权利要求1所述的一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，其特征是：所述体外预应力束(20)的转向交点至箱梁底板(12)底面之间的转向装置高度(H2)为跨中梁高(H1)的0.8～1.2倍。
3.如权利要求1所述的一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，其特征是：所述体外预应力束(20)长度范围内间隔设置拉杆(23)，桥体内范围内各拉杆(23)的上端与箱梁顶板(11)固定连接，桥体外范围内各拉杆(23)的上端与箱梁底板(12)固定连接，各拉杆(23)下端设置与体外预应力束(20)连接的减震器(24)。
4.如权利要求1所述的一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，其特征是：所述外置转向支架(21)包括横桥向间隔设置的两对斜撑(25)，各对斜撑(25)的下端和下端分别焊接支架底板(26)、连接钢板(27)，两对斜撑(25)与竖向间隔设置的K字钢管撑(29)焊接连接为一体；所述连接钢板(27)通过预埋螺栓及钢板(28)与箱梁底板(12)形成可拆卸连接，所述转向器(22)固定安装在支架底板(26)上。
5.如权利要求1所述的一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系，其特征是：所述外置转向支架(21)上方桥体箱梁内，在对应斜撑(25)位置顺桥向间隔设置设两道跨中横隔板(14)，跨中横隔板(14)的厚度为0.5m～1m。
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