一種拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構及其制作方法，屬于土木工程橋梁上部結構領域。
【背景技術】
[0002]目前，預應力混凝土空心板梁上部結構主要出現三種病害形式:底板橫向裂縫、底板縱向裂縫及鉸縫，其中，底板橫向裂縫一般可以通過合理布置縱向預應力筋給予解決;而對于底板縱向裂縫和鉸縫病害，其深層次的破壞機理還不清楚，防治措施也一直沒有實質性的突破。
[0003]底板縱向裂縫一般沿著預應力筋的方向出現，而且一旦出現，其長度大部分均大于1/31，1為梁的跨度。目前的研究表明，底板縱向裂縫的出現主要有以下幾種成因:預應力放張過早、預應力作用下混凝土的泊松效應、預應力空心板梁底板過薄及預應力混凝土空心板梁內外溫差。對這些縱向裂縫如果不進行防治措施，它將會減小混凝土對鋼絞線的握裹力和造成預應力筋銹蝕，引起較大的預應力損失，使預應力筋的有效預應力降低，進而影響梁體的使用和安全。
[0004]鉸縫病害一直是預應力混凝土空心板梁的頑疾，早在20世紀60年代，采用多根預應力混凝土空心板梁裝配而成的橋梁上部結構，由于出現空間效應，預應力混凝土空心板梁之間的連接，通常是按照蘇聯橋梁學者烏里茨基的“鉸接方法”進行橫向分配系數計算。因此，前期設計中，預應力混凝土空心板梁采用小鉸縫設計，該小鉸縫連接方式只傳遞剪力，不傳遞其他內力。這種小鉸縫主要存在以下問題:(1)構造不合理。小鉸縫的整體剛度與空心板的整體剛度相比相差甚遠，無法承受在荷載反復作用下的變形和受力要求。(2)施工困難。小鉸縫的施工空間非常有限，增加了施工的難度，保證不了鉸縫混凝土的密實性，如果空心板梁的側壁不做鑿毛處理，且不配筋，則小鉸縫發生破壞是遲早的事情。
[0005]小鉸縫的設計流行了將近三十年，90年代以后逐漸遭到摒棄，被大鉸縫所替代。大鉸縫的設計配筋也涌現出多種形式，一方面改善空心板梁下翼緣的配筋，另一方面對鉸縫受壓翼緣也采用鋼板或31形布筋進行加強。大鉸縫具有整體性較好、抗扭剛度大及橫向整體性好等優點，但大鉸縫的出現并不意味著鉸縫病害的消除，鉸縫滲水、白化及由于鉸縫破壞引起的單板受力現象仍然在空心板梁橋中普遍存在。研究表明，靠濕接鉸縫將預應力混凝土空心板梁連接成整體的橋梁，在汽車荷載作用下，其橫橋向產生的拉應力達到1.16MPa。這種大小的應力幅經常作用在鉸縫處，而鉸縫處一般是新老混凝土結合面，粘結力較為薄弱，在反復的荷載作用下，易開裂;另外，鉸縫的上翼緣雖然受壓，但橋面鋪裝易產生擁包、剝落等病害，而橋面鋪裝一旦破壞，橋面雨水就會輕易進入鋪裝層，在凍融循環和汽車荷載反復作用下，鉸縫滲水、白化不可避免。
[0006]隨著預應力空心板梁的跨度不斷增大，梁體重量不斷增大，這不僅對架橋機的起重能力提出了更高的要求，也對梁體的運輸提出了挑戰。梁體的跨度太大，現有的運輸工具無法滿足要求;梁體重量太大，架橋機也不得不重新改造，使其達到架設起重要求，但這造成設備周轉的浪費；同時，梁體重量太大，現有的道路和橋梁無法承載，預制的梁體無法運輸到現場。
[0007]對于跨度較大的預應力空心板梁，如果采用現澆施工，無論是支架施工，還是掛藍施工，都不可避免的對橋下通行及周圍環境產生影響，而且還要面臨現場現澆工作量大，機械化作用程度低，高空作用精度控制困難等問題。由于是現澆施工，下一階段的施工必須等前一階段的混凝土完全固化，達到一定的強度以后才能展開，這大大的延長了橋梁建設的工期，增加了成本。
[0008]現有的預應力空心板梁施工過程中，內模的脫落一直是此類梁體的關鍵技術。由于空心板內的空間較小，且梁端有橫隔板的存在，內模脫落時一般比較困難。
[0009]基于上述預應力混凝土空心板梁結構存在的問題，使橋梁施工的標準化、規范化、機械化還很難達到，不利于整體質量控制。同時，預應力空心板梁各種病害的存在，使橋梁的安全性和耐久性也面臨挑戰，因此，有必要對現有結構做進一步的改進，以彌補現有的結構中的缺陷。
【發明內容】
[0010]本發明針對現有技術的不足，提供一種新型預應力混凝土空心板梁結構，以解決現有預應力混凝土空心板梁自重過大、難以架設、運輸不便、內模拆取困難、易出現縱向裂縫、鉸縫滲水及白化、以及整體性較差等問題。
[0011]為克服以上的技術不足，本發明將采取以下技術方案:
一種拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構，包括圍接成板梁結構的頂板及U梁，所述頂板和U梁均采用混凝土澆筑而成，所述頂板和U梁在縱向上分別由若干段拼接而成，U梁腹板外表面及縱向截面、頂板縱向截面均通過匹配預制的方式布置剪力鍵;所述板梁結構設置有縱向預應力筋和橫向預應力筋，各拼接接縫界面涂抹環氧樹脂。
[0012]進一步的，作為本發明拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的進一步優化方案，所述設置在U梁縱向截面的剪力鍵和設置在頂板縱向截面的剪力鍵均為密齒配筋剪力鍵，且各剪力鍵接縫涂環氧樹脂。
[0013]進一步的，作為本發明拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的進一步優化方案，頂板的接縫拼裝位置和U梁的接縫拼裝位置錯開。
[0014]進一步的，作為本發明拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的進一步優化方案，頂板在預制時預留連接濕接孔和鋼筋，U梁與頂板相連接的部位預留鋼筋。
[0015]進一步的，作為本發明拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的進一步優化方案，所述橫向預應力筋與縱向預應力筋位置相錯。
進一步的，作為本發明拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的進一步優化方案，縱向預應力筋通過縱向埋設于板梁結構內的體內束而形成，而橫向預應力筋則通過橫向設置于空心腔上下兩表面的頂板橫向體外束和底板橫向體外束而形成。
進一步的，作為本發明拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的進一步優化方案，體內束安裝于定位基體內，該定位基體縱向設置在板梁結構內，且所述定位基體包括縱向體內束錨墊板以及設置于該縱向體內束錨墊板上的體內束錨具。
進一步的，作為本發明拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的進一步優化方案，U梁底板上開設多個通氣孔。
進一步的，作為本發明拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的進一步優化方案，所述通氣孔的直徑范圍為Φ 50mm?Φ 150mm，相鄰兩通氣孔之間的間距為lm?2m。
本發明還公開了一種拼裝式節段預制混凝土空心板梁結構的制作方法，包括如下步驟:
制作預應力空心板梁頂板和U梁的預制場地—制作預應力空心板梁和U梁的模板—綁扎鋼筋籠4布置體內體外預應力筋孔道4支模4混凝土預拌、澆注—預制頂板、U梁養護4拆除模板—移動U梁、頂板至匹配位置4重復上述過程直到整根梁預制完成；
預應力空心板梁節段預制完成后，通過下述步驟將整根梁拼裝完成:運輸節段頂板和U梁到現場4架橋機就位4吊裝U梁—節段接縫涂環氧樹脂膠4穿縱向預應力筋—臨時預應力筋張拉、節段固定4張拉縱向預應力筋4拆除臨時預應力筋4梁體支座安裝4吊裝預應力空心板頂板4節段接縫涂環氧樹脂(錯縫)—焊接頂板和U梁預留鋼筋4澆筑頂板和U梁連接部分4重復操作完成下一組拼裝4兩根預應力空心板梁側面剪力鍵接縫涂環氧樹脂膠4張拉臨時拼裝固定裝置4穿拉橫向預應力筋并張拉完成橫向拼裝。
[0016]根據以上技術方案，可以實現以下的有益效果:
第一、本發明所述的空心板梁結構保留了本發明人在中國發明專利200910264575.3中公開的新型匹配預制混凝土空心板梁結構設計中采用的雙向預應力、梁體側面采用剪力鍵、底板開通風孔及頂板切槽的技術特征，在本發明專利的權利要求書中不再作要求。
[0017]第二、本發明在上述發明的基礎上，根據目前面臨的實際情況和困難進行了進一步改造設計，將梁體的頂板和剩余梁體分割成上下兩部分，梁體的截面采用了組合截面。同時，沿著梁體的長度方向，亦將梁體分割成若干段，進一步減輕梁體的重量，以便于梁體的運輸和起重架設的要求。
[0018]第三、在縱向剪力鍵的設計上采用密齒配筋剪力鍵代替普通的素混凝土剪力鍵，且剪力鍵接縫涂環氧樹脂膠，以防雨水沿著接縫滲入，造成預應力筋腐蝕。
[0019]第四、頂板的縱向接縫和整體預制的節段U梁縱向接縫采用錯鏠布置，以保證在同一個截面內，頂板和U梁的薄弱截面不會同時出現，提高了梁體的剛度。
[0020]第五、頂板在預制時預留孔洞和