[發明專利]混凝土框架箱涵施工中的預應力應用方法

有效

• 申請號: 201210197553.1
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN103485287A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 朱爾玉;禹國輝
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: E01F5/00
• 分類號: E01F5/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明屬于土建技術，具體地說是混凝土框架箱涵施工中的預應力應用方法。

背景技術

涵洞作為重要的線下構筑物，在鐵路和公路工程建設中廣泛應用。涵洞有蓋板箱涵、圓涵、框架箱涵等幾種常用類型。其中框架箱涵具有整體性好、圬工量小、對地基承載力要求低、過水能力強、可就地灌注等優點，設計中采用的比例較大，有些項目全線均采用混凝土框架箱涵。混凝土框架箱涵在使用過程中存在的主要問題是頂、底板撓度過大，頂底板、邊中墻的開裂及裂縫超限。當混凝土框架箱涵裂縫寬度超限時，將會使受力鋼筋暴露在外，受到腐蝕，其承載力必然下降，箱涵的使用壽命也隨之降低；當框架箱涵的頂、底板撓度過大時，將影響行車的平穩性和安全性。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種混凝土框架箱涵施工中的預應力應用方法，該方法可以有效解決上述混凝土框架箱涵在施工中變形過大和裂縫超限的問題，同時還可以減小頂、底板的厚度，降低自重，更有利于施工。

本發明技術方案是：混凝土框架箱涵施工中的預應力應用方法，其特征在于：所述混凝土框架箱涵施工中的預應力應用方法，包括：所述框架式預應力涵洞頂板、涵洞底板的配筋計算；給出預應力混凝土框架箱涵的預應力筋的數量和布置形式；施工工藝方法；具體步驟如下：

步驟一：框架式預應力涵洞頂板、涵洞底板的配筋計算，具體地：

涵洞頂板和涵洞底板沿箱涵跨度方向、垂直沿箱涵跨度方向或任意方向布置有預應力筋，取單位寬度箱涵作為計算單元來計算預應力筋數量；

預應力涵洞的受力分析模塊是采用厚板有限元進行分析，在有限元分析中計算出每個板單元的力場；

在最不利荷載工況下，按照控制截面處所有板單元的力場進行控制截面配筋，繪出最不利荷載工況下的配筋彎矩圖；

同理，繪出在不同工況下的配筋彎矩圖，得到涵洞頂板和涵洞底板配筋彎矩包絡圖；

根據配筋包絡圖，對涵洞頂板和涵洞底板的各個截面進行配筋設計；

步驟二：給出預應力混凝土框架箱涵的預應力筋的數量和布置形式，沿涵洞頂板沿箱涵跨度方向、垂直箱涵跨度方向或任意方向，按照計算后的預應力鋼筋數量布置涵洞頂板預應力鋼筋；

沿涵洞邊墻、涵洞中墻豎向按照計算后的預應力鋼筋數量布置預應力鋼筋，其兩端錨固在涵洞頂板、涵洞底板中，涵洞邊墻在箱涵橫向也布置預應力筋；

沿涵洞底板沿箱涵跨度方向、垂直箱涵跨度方向或任意方向，按照計算后的預應力鋼筋數量布置涵洞底板預應力鋼筋；

涵洞頂板、涵洞底板、涵洞邊墻和涵洞中墻中的預應力筋采用直線、折線或拋物線的形式布置；

步驟三：施工工藝方法，具體地：

根據設計圖紙對預應力混凝土框架箱涵進行施工，預應力混凝土框架箱涵中預應力的施加方式后張法施工，施工工序為：先澆筑混凝土框架箱涵，待框架箱涵混凝土達到預期強度后，將預應力筋穿入預應力孔道中，利用混凝土框架箱涵本身作為受力臺座進行張拉，在張拉預應力筋的同時，使混凝土框架箱涵受到預壓；

張拉完成后，在錨固端用錨具將預應力筋錨住；

最后進行預應力孔道內灌漿，使預應力筋和混凝土形成一個整體，成為有粘結后張預應力混凝土框架箱涵。

本發明的優點效果是：該方法當混凝土框架箱涵的底部地基不良或者有地鐵、隧道、管道等通過時，可對底板施加預應力，以改善底板的受力性能；框架箱涵頂板主要承受的是列車的動荷載，施加預應力可以有效降低頂板主筋的應力循環幅度，增加疲勞壽命；為了減少邊墻的開裂，也可以對邊墻施加預應力。通過對頂板、邊墻、中墻和底板施加預應力，使預應力混凝土框架箱涵的整體性能得到了提高，整體剛度增大，抗震性也相應地增加。

附圖說明

圖1是混凝土框架箱涵正交配筋的配筋方式；

圖2是混凝土框架箱涵斜交配筋的配筋方式；

圖3a是鋼筋混凝土附有一般彎矩場和屈服線的板單元；

圖3b是鋼筋混凝土設計力場下屈服線處板的微小單元(彎矩為單位寬度)；

圖3c是鋼筋混凝土極限抵抗彎矩時屈服線處板的微小單元(彎矩為單位寬度)；

圖4是斜交配筋的板單元，其中α為x軸與配筋方向的夾角；

圖5是框架箱涵計算立體網格圖，用于計算框架箱涵各部分的彎矩；

圖6是頂板和底板的配筋包絡圖，方便框架箱涵頂板和底板的配筋數量；

圖7a是邊墻、中墻計算小偏心受壓構件的截面應力狀態圖，用于計算邊墻和中墻的配筋數量；

圖7b是邊墻、中墻計算大偏心受壓構件的截面應力狀態圖用于計算邊墻和中墻的配筋數量；