[发明专利]一种预应力空心板结构桥面铺装整体化层厚度的确定方法和应用

说明书

本发明提供一种预应力空心板结构桥面铺装整体化层厚度的确定方法和应用，属于土木工程技术领域，该方法是根据桥梁设计图纸、施工技术资料和特殊检查资料，建立符合施工工序和受力特点的有限元模型，分析预应力空心板梁的承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算结果，分析桥面铺装整体化层厚度变化对跨中控制断面抗弯承载力、开裂弯矩和支点控制断面的抗剪承载力的影响和变化规律，进而在对比分析板底永存预压应力和车辆荷载产生的拉应力的的基础上，通过数据拟合，合理确定桥面铺装整体化层的厚度。其优点在于合理确定合理的整体化层厚度，使其能够最好的保障桥梁的安全耐久运营，该方法同样适用于旧桥加固领域的施工。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体地说是一种预应力空心板结构桥面铺装整体化层厚度的确定方法和应用。

背景技术

一般的，预制预应力空心板结构是桥梁工程领域最为常见的结构类型，其最为常见的病害是预制拼装结构的单板受力问题、跨中控制断面的抗弯承载力不足或支点控制断面的抗剪承载力不足的问题。在进行空心板结构维修或加固设计时，通过增加桥面整体化厚度改善桥面横向联系是桥梁加固设计的通用做法。

在旧桥加固或新建桥梁中，桥面铺装整体化层施工是在空心板吊装完成和铰缝施工完成后进行的，未凝固的桥面整体化层混凝土是作为荷载的形式作用在空心板上的，但是一旦桥面整体化层凝固后，将充分参与结构受力。因此，在空心板自身的承载能力的提升角度看，通过考虑桥面整体化层厚度参与结构受力，至少可实现以下目的：第一是提高空心板结构的抗弯承载能力，由于桥面铺装层参与结构受力，在一定的厚度以内，能够有效的提高截面高度，明显提升空心板结构的抗弯承载能力；第二是提高空心板结构的抗剪承载能力，加铺的整体化层能够提高斜截面受压端有效高度，通常能够改善支点控制断面的抗剪承载能力；第三是加铺整体化层后，空心板梁高增加，跨中等控制截面在运营荷载引起的底缘拉应力通常是减小的。但是不可忽略的是，加铺桥面整体化层在改善横向分布和提高承载力的同时，使其结构自重加大，在既有空心板的有效应力水平下，空载状况下的永存预应力水平略有降低。在汽车荷载的作用下，可能存在易开裂的风险，因此，需要在各种因素中找到一个最优的平衡，使其在改善横向分布和提高承载能力的同时，不至于影响结构的抗裂性能。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种预应力空心板结构桥面铺装整体化层厚度的确定方法和应用。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，本发明的一种预应力空心板结构桥面铺装整体化层厚度的确定方法和应用，该方法是：根据桥梁设计图纸、施工技术资料和特殊检查资料，建立符合施工工序和受力特点的有限元模型，分析预应力空心板梁的承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算结果，分析桥面铺装整体化层厚度变化对跨中控制断面抗弯承载力、开裂弯矩和支点控制断面的抗剪承载力的影响和变化规律，进而在对比分析板底永存预压应力和车辆荷载产生的拉应力的的基础上，通过数据拟合，合理确定桥面铺装整体化层的厚度。

本发明的预应力空心板结构桥面铺装整体化层厚度的确定方法的步骤是：

步骤一：根据桥梁设计图纸、施工技术资料和特殊检查资料等，建立结构的有限元模型，空心板裸板和桥面铺装按照主截面和附加截面的形式建立有限元模型，且能够模拟裸板张拉、桥面整体化层浇筑、桥面铺装整体化层参与结构受力、桥面其他恒载施加及其收缩徐变关键工况；

步骤二：根据桥面铺装整体化层的不同厚度，计算跨中控制截面的抗弯承载力M_ud、支点控制截面的抗弯承载力V_cs和开裂弯矩M_cr，绘制控制截面的M_ud、V_cs和M_cr随着桥面整体化层厚度D的增加的变化曲线M_ud-D、V_cs-D和M_cr-D，并复核控制截面的抗弯、抗剪和开裂弯矩是否符合规范要求；