[发明专利]一种混凝土密度梯度变化的连续刚构桥结构

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁领域，特别是涉及一种混凝土密度梯度变化的连续刚构桥结构。

背景技术

大跨径连续刚构桥建设数量多，应用前景广，而我国已建成的连续刚构桥80％以上均存在不同程度的跨中下挠与箱梁开裂病害，严重影响了桥梁运营安全。因此跨中下挠与箱梁开裂控制技术一直是连续刚构桥建设研究的热点问题。

自上世纪80年代以来，国内外学者通过对大量的连续刚构桥病害调查研究，认为导致连续刚构桥跨中下挠与箱梁开裂病害的主要原因有：(1)普通混凝土自重大。自重在大跨径桥梁结构荷载中占80％以上，长期高比例的自重荷载导致跨中下挠持续增长、箱梁裂缝不断增多；(2)高强混凝土收缩徐变大。高强混凝土收缩徐变机理认识不充分，不同的收缩徐变理论得出的跨中下挠量相差达30％以上，导致理论计算和实际状态差异明显。

针对以上问题，目前连续刚构桥跨中下挠与箱梁开裂的主要控制技术有：①增加梁体预拱度，改变预应力筋的布置方式。②上部结构全部采用高强轻集料混凝土。③上部结构跨中采用高强轻集料混凝土、墩梁固结处采用高强普通混凝土。④上部结构部分采用钢箱梁或部分采用钢腹板。⑤对既有跨中下挠与箱梁开裂的连续刚构桥进行加固。这些技术在一定程度上均减缓了结构的跨中下挠与箱梁开裂，但没有从根本上解决连续刚构桥的跨中下挠与箱梁开裂问题。高强轻集料混凝土收缩徐变大、抗拉强度低，桥梁跨中与墩梁固结处之间的主梁仍出现斜裂缝；钢结构和混凝土组合连接技术要求高、施工难度大、建设和维护费用高；加固不仅维修费用高，且加固后桥梁跨中下挠与箱梁开裂仍不能得到有效的控制，加固技术也不能解决该问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：通过优化组合上部结构中三种混凝土材料的长度比例和优选预应力束的布置方式，提供一种混凝土密度梯度变化的连续刚构桥结构，以便解决连续刚构桥跨中下挠与箱梁开裂技术难题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供的混凝土密度梯度变化的连续刚构桥结构，该结构采用三种混凝土材料，其中，跨中的基材采用干表观密度不大于1950kg/m³的高强轻集料混凝土，墩梁固结处的基材采用干表观密度不小于2300kg/m³的高强普通混凝土，跨中与墩梁固结处之间的主梁基材采用干表观密度为1950kg/m³-2300kg/m³的纤维增韧抗裂高强次轻混凝土。

本发明与现有技术相比具有的优点主要是：根据连续刚构桥受力特点、跨中挠度变化规律、裂缝扩展方式及其开裂机理，而确定了三种混凝土材料在桥梁上部结构中所占长度的合理比例和预应力束的布置方式。即在连续刚构桥跨中采用高强轻集料混凝土(干表观密度≤1950kg/m³)，跨中部分结构自重可减轻20％以上；墩梁固结处采用高强普通混凝土(干表观密度≥2300kg/m³)，以满足墩梁固结处较高的抗压抗裂强度；跨中与墩梁固结处之间的主梁采用纤维增韧抗裂高强次轻混凝土(干表观密度1950-2300kg/m³)，纤维增韧抗裂高强次轻混凝土收缩徐变小、抗拉强度高(接近于高强普通混凝土)，可降低结构自重10％以上，提高箱梁腹板抗裂强度达20％以上，减小收缩徐变的不利影响；由此形成本发明提出的混凝土密度梯度变化的连续刚构桥结构，该结构能够解决现有连续刚构桥普遍存在的跨中下挠与箱梁开裂技术难题。

附图说明

图1为表现本发明主要技术特征的上部结构中跨为混凝土密度梯度变化的连续刚构桥结构示意图(其中跨径和连续孔数可变)，即：中跨根据结构特点和受力性能采用了高强轻集料混凝土、纤维增韧抗裂高强次轻混凝土和高强普通混凝土三种混凝土材料，边跨均采用高强普通混凝土材料。

图2为表现本发明主要技术特征的上部结构中跨为混凝土密度梯度变化、边跨为跨中引入高强轻集料混凝土的连续刚构桥结构示意图(其中跨径和连续孔数可变)，即：中跨采用了高强轻集料混凝土、纤维增韧抗裂高强次轻混凝土和高强普通混凝土三种混凝土材料，边跨采用高强轻集料混凝土和高强普通混凝土两种混凝土材料。

图3为表现本发明主要技术特征的上部结构的中跨和边跨均为混凝土密度梯度变化的连续刚构桥结构示意图(其中跨径和连续孔数可变)，即：中跨和边跨均采用了高强轻集料混凝土、纤维增韧抗裂高强次轻混凝土和高强普通混凝土三种混凝土材料。

上述图1至图3中：表示高强普通混凝土，表示纤维增韧抗裂次轻混凝土，表示高强轻集料混凝土。

具体实施方式