桥梁的可拼接翼缘板 【技术领域】
本发明涉及一种桥梁细部结构， 具体涉及一种桥梁的可拼接翼缘板。以及利用该 桥梁的可拼接翼缘板扩建改造的整幅桥。背景技术
目前的桥梁设计中无论预制拼装空心板、 T 梁、 组合箱梁， 或是现浇整体式箱梁， 都 没有可拼接设计， 使得未来升级改造非常困难， 需要切割翼缘板， 再进行植筋， 最后利用湿 接缝和新拼接桥梁联系起来， 如沪宁高速的中小桥拼宽 ； 而对于有桥面板横向预应力的桥 梁， 则需设置断缝或拆除新建， 这也在沪宁高速很多大桥扩建中有不少例子。
还有很多互通桥梁或市政桥梁， 因为互通改造， 或市政交通组织更新、 收费站拆除 之类的原因， 造成结构需要变更而无法实现。 如武汉江汉一桥高架收费站等， 为城市建设留 下遗憾。有的虽然能实现， 却造价高昂， 耗费大量人力物力， 如武汉长江二桥下桥匝道改造 等。
要使得桥梁横向拼接或拆除不再困难， 我们必须进行新的研究或引入新技术， 对 翼缘板进行可拼接化改造。
我们先在看看相关的现有成熟技术 ： （1） 现有的桥梁边缘翼缘板， 如图 1。图中， 某结构的预制翼缘板 1 为桥梁边缘局部结 构， 其上有现场浇注桥面混凝土铺装层 2 ； 现场浇注护栏 3 中有底部预埋在预制翼缘板中的 护栏钢筋 4 ； 翼缘板边缘下方有预制时就形成的滴水檐 5。
特点 ： 翼缘板一般按悬臂板设计， 仅受负弯矩 （上缘受拉应力） ， 未做正弯矩设计 （不考虑下缘受拉， 也未在下缘配制受力粗钢筋） ， 且需预埋护栏钢筋。
现有设计中存在以下不足 ： 1) 翼缘板没有正弯矩受力钢筋， 无法改造成双向受力的桥面板。
2) 护栏钢筋一旦预埋， 平面调整余地小， 由于预制梁都按直线预制， 对于曲线桥， 边缘往往形成折线。
3) 滴水檐先期预制， 难以保证统一， 美观性亦难保证。
（2） 现有的组合箱梁中梁翼缘板 （桥面板接头） ， 如图 2。组合箱梁预制翼缘板 1 利 用 “现浇湿接缝” 段 6 连接成桥面板 ； 其上有现场浇注桥面混凝土铺装层 2 ； 侧向设有预埋 的侧向连接钢筋 7， 连接时利用环形湿接缝钢筋 8 将翼缘预埋的侧向连接钢筋 7 连接。
特点 ： 无向上的连接钢筋， 与桥面现浇层整体性不强， 负弯矩钢筋不强， 不能改造 为悬臂板， 也没有护栏预埋钢筋， 因此不能作为桥梁外边缘。
现有设计中存在以下不足 ： 1) 翼缘板没有竖向连接钢筋， 与桥面板整体性不强。
2) 翼缘连接钢筋偏弱， 一旦发生不均衡挠度或现浇湿接缝过宽的情况， 可能导致 承载能力不足。
3) 只作为中梁翼缘设计， 与边梁外侧翼缘不统一， 无法统一预制， 施工不方便。有了以上 2 种成熟技术作为基础， 我们就能综合其各自特点， 创造出一种具备多 种功能， 适应性更广的可拼接翼缘板出来。 具体研究方案前， 再来了解下翼缘板设计的一些 特点。
翼缘板是上部构造主体边缘向两侧的延伸部分， 亦可看作是桥面板的悬挑部分或 外延， 是绝大多数桥梁所具备的细部结构， 如图 1、 图 2。翼缘板的设计一般是单独设计， 因 桥而异。由于设计者的习惯不同， 翼缘板的设计也是千差万别， 从结构尺寸， 到配筋形式和 配筋数量等。只要满足规范规定的承载能力和安全使用的要求， 绝大多数设计均是安全可 行的。
但这一切随着公路扩建浪潮的开始逐渐发生了变化。 公路桥梁的扩建需要将原有 的老桥在横向拼接一段新桥， 并使新老桥连接牢固， 共同受力， 成为一座更宽的新桥。这种 桥梁加宽的需求正在变得日益广泛。在该类型的桥梁改造工程中， 老桥的翼缘板将是首先 被改造的对象。 改造中要考虑以下几个方面的问题 ： 一、 老桥的翼缘板是否满足改造后的受 力要求， 因为改造将造成受力模式的不同程度改面， 甚至会变得截然相反的变化。 如结构原 来发生正弯矩有可能变化为负弯矩。二、 老桥的翼缘板如何与新桥相连接。老桥翼缘板的 外缘是完全封闭的， 并没有考虑会二次拼接改造。这样的情况就需要利用植筋技术将钢筋 植入老桥的翼缘板。而这种植筋工艺目前来说是相当昂贵的。 发明内容 为了克服现有技术的上述不足， 本发明的目的是提供一种桥梁的可拼接翼缘板。 桥梁的主体为预制拼装空心板、 T 梁、 组合箱梁， 或是现浇整体式箱梁， 本发明涉及的是所述 桥梁主体侧边的翼缘板。该可拼接翼缘板能够解决现有技术中的上述问题， 使得桥梁设计 中设有可拼接设计， 使得未来升级改造非常方便， 不再需要切割翼缘板、 植筋， 和湿接缝， 即 可以与新拼接桥梁联系起来， 为大桥扩建提供方便。 本申请第 2 个发明目的是 ： 提供一种利 用上述桥梁的可拼接翼缘板， 所构成的非标准宽度桥梁的横向组合方式， 以实现桥梁扩建 改造时， 利用上述桥梁的可拼接翼缘板， 横向组合在一起成为整幅桥。
完成上述发明任务的技术方案是 ： 一种桥梁的可拼接翼缘板， 其特征在于 ： 该可 拼接翼缘板的一边设有二次浇注的 “现浇湿接缝” 段； 在先期预制的翼缘侧向和上方， 均设 有与结构相适应的预留连接钢筋 ； 并且， 该可拼接翼缘板内的上下缘横向 （垂直于桥梁跨径 方向） 钢筋均采用受力粗钢筋， 使该结构能同时承受正负弯矩。
本发明的可拼接翼缘板相比传统翼缘板的设计， 增加考虑了以下内容 ： 既可横向连接成为梁间桥面板， 也可作为桥梁边缘。 如不拼接， 利用伸出钢筋现浇桥梁 护栏成为桥梁边缘。如拼接， 被拼接桥梁也可采用相同构造， 用环形箍筋连接， 并做成现浇 湿接缝， 既成为梁间桥面板。
如后期需要改造或拆除， 可将现浇部分予以凿除， 重新成为图 1 所示的可拼接状 态。
所述翼缘板按双向受弯设计， 上下缘钢筋配置较传统翼缘板更强。
有关本发明的必要说明 需要强调说明的是 ： 可拼接翼缘板的设计实质是一种通用性接口设计。
将翼缘板设计为通用性接口， 则其必然需要满足以下几方面要求 ：
1. 通用性。既满足各种结构的翼缘板的受力需要。
2. 适用性。 能实现翼缘板可能的各种功能。 如： 作为桥梁边缘， 连接桥梁护栏 ； 作 为桥梁中部， 横向连接其他构造。
3. 可换性。能方便解除现有功能， 转而接入其他功能。
为了实现这三种特性， 我们针对现有的翼缘板， 作了以下一些改进， 形成了 “可拼 接翼缘板” 。
1. 将翼缘上下缘均配置较强的受力钢筋， 满足通用性， 使其在受到正负弯矩的情 况下均能满足承载力需要。
2. 预留上缘连接钢筋和侧向连接钢筋， 使其在连接其他构造时分别能承受水平 力和竖向力， 满足适用性。
3. 连接钢筋均在结构预设外轮廓之内， 连接时， 采用连接辅助钢筋与连接钢筋焊 接。一旦有更换需求时， 可采用 “切割” +“凿除” 的方式使原辅助连接钢筋脱离而连接钢筋 保持完整， 从而接入新连接， 以实现 “可换性” 。
以上方案的进一步改进， 有以下优化方案 ： 1. 所述的向上的预留连接钢筋采用以下形式 ： 两根向上钢筋的上端之间用一道同直 径的环形箍筋连接， 构成半个矩形的封闭钢筋环 ； 2. 所述 “现浇湿接缝” 段的长度不小于 25cm ； 3. 所述侧向预留连接钢筋的长度设置为 22cm ； 4. 所述的正负弯矩的受力钢筋， 建议采用 ф16mm 的钢筋。
本发明有以下积极技术效果 ： 该设计将实现未来桥梁的横向模块化 （或称为组合式） 设计。为模块化设计提供了设计 接口。
同时也将极大促进桥梁标准化设计的范围， 为后期无法预见的升级改造预留条 件， 从总体上大大节约建设资金， 符合当前低炭节约性经济建设、 和谐可持续发展建设理 念。
本发明的技术关键点 ： 上下翼缘均配置受力钢筋， 使翼缘板能同时承受正负弯矩。
我们知道一般的翼缘板如不考虑后期拼接， 就是一种悬臂结构， 将不存在正弯矩， 因此一般都没做正弯矩的受力设计， 一旦后期有拼接需要， 只有将翼缘全部切除， 再用植筋 的方式植入受力钢筋， 工期长， 技术复杂， 费用高， 施工对桥梁运营影响大。
在上缘和侧向预留连接钢筋， 使翼缘板后期满足多种可能性的需求， 适应性更强， 而且整体性更强。
一般的翼缘板如不做拼接设计， 则直接预埋上缘的护栏钢筋， 而在后期制作护栏 的阶段， 护栏的平面因为翼缘边缘已做好， 无法做大的调整， 往往在圆形路线边缘， 形成折 线形或多边形的护栏， 影响美观。 而本发明中护栏可在平面方向有一定的调整空间， 更容易 实现边缘的弧线施工， 保证美观性。 而且翼缘边缘的滴水檐与护栏一起现浇施工完成， 更容 易实现美观统一。如果做湿接缝， 上缘的连接钢筋也更能保证一部分桥面整体化板参与共 同受力， 整体性更好， 保证了湿接缝处的工程质量。
完成本申请第 2 个发明任务的方案是 ： 一种利用权利要求 1 所述的桥梁的可拼接翼缘板， 所构成的非标准宽度桥梁的横向组合方式， 其特征在于 ： 标准宽度范围内和标准宽 度范围外的桥梁分别制作并可独立受力， 其间均采用权利要求 1 所述的可拼接翼缘， 并利 用可拼接翼缘将两幅桥通过二次现浇湿接缝横向组合在一起成为整幅桥。
发明的具体构造及功能介绍 可拼接翼缘细部结构及使用功能介绍， 见图 3 ： 图中 9 为向上的预留连接钢筋。
可拼接翼缘是综合现有桥面板外边缘和组合箱梁湿接缝而得的新构造。
该翼缘设计 25cm 现浇湿接缝， 上缘和侧缘均预留伸出式连接钢筋， 同时满足连接 边缘护栏或拼接桥梁的两种情况， 而且加粗了钢筋直径， 保证了同时正负弯矩的受力。侧 向伸出钢筋， 是考虑为了使施加护栏时承受竖向力， 而在施加湿接缝时， 又能作为连接钢 筋， 两种情况均能适用。22cm 的伸出长度选取是为了保证一半宽度的护栏 （护栏宽一般为 50cm） 在预制翼缘板上连接， 而湿接缝的宽度也不应小于 25cm。向上的伸出钢筋是为了在 施加护栏时， 承受护栏的水平撞击倾覆作用 ； 在施加横向湿接缝时， 又可作为整体化钢筋起 到连接桥面板， 加强整体性的作用。
连接护栏的情况， 如图 4 ： 护栏一半处于预制翼缘 （桥面板） 范围内， 一半悬空在外， 通过上缘和侧缘的钢筋连接护栏内部钢筋， 现浇施工后使护栏与桥面板紧密地结合在一 起， 成为整体， 抵抗侧向撞击的强度与全宽在预制部分现浇的情况几乎没有区别， 而由于有 一定宽度边缘为全现浇， 使得桥梁边缘更容易进行圆滑处理， 避免了常见的圆曲线上的多 边形桥梁外缘。 连接其他上部构造 （桥面板湿接缝） 情况， 如图 5 ： 与其他具有同样可拼接标准翼缘的上部构造横向拼接， 是非常方便的。适应湿接缝宽 度为 25cm-100cm， 推荐值为 50cm。侧向伸出钢筋之间用一道同直径的环形箍筋连接， 上缘 的伸出钢筋则连接 8cm~10cm 的桥面整体化混凝土， 连接钢筋正好起到加强整体性， 共同受 力的作用。
拆除护栏， 连接加宽桥面。如果已实施了护栏， 后期需要进行桥梁横向拓宽， 则可 按图 6 方式切割拆除后， 依照桥面板湿接缝的情形施工即可。
图中 9 为切割线， 10 为凿除部分。
拆除部分桥面， 施加护栏。这种情况虽然较少， 但也常常被忽略导致后期无法处 理， 如武汉江汉二桥汉口桥头的高架桥收费站， 收费站拆除后高架桥无法部分拆除。 如果采 用了可拼接翼缘， 则可按图 7 示部分拆除桥梁 ： 图中 9 为切割线， 10 为凿除部分。而后可按 照施加护栏的方式现浇护栏， 封闭桥梁边缘， 形成新的桥梁边缘。
本发明的意义 ： 为桥梁拼接拓宽改造的设计施工实现标准化建立基础。我国未来 10 年预计每年将有 5000 座桥梁需要拼接拓宽， 如果有了可拼接设计， 能实现标准化制作， 节省的投资将超过 50 亿。这正如 USB 标准化连接端口为数码硬件产品带来的技术革命一样， 桥梁标准化可拼 接翼缘也是一种观念上的革命， 为未来的发展预留空间， 符合可持续发展， 节约型经济和绿 色环保的新型设计理念。
将复杂的桥梁设计简单化， 复杂的受力模式明确化。简化的过程也许会造成工程 数量的少许增加， 但如果考虑到设计、 施工劳动成本、 工期成本和运营维护成本、 日后改建 升级的节约成本， 其总成本将会大大降低， 社会效益显著增加。 这一切都依赖于可拼接翼缘
的出现。 以上技术应用于分期实施的互通桥梁建设或者分模块设计同时实施的桥梁， 具有 极大现实意义， 具体如下 ： 1) 实现全预制拼接， 加快施工进度。
2) 实现主线桥标准宽度部分全标准化设计， 保证主线桥的使用功能和整体协调 美观性， 方便架桥机连续施工。
3) 主线桥无匝道预留口， 为后期互通的方案设计优化提供了很大的调整余地， 也 为未来互通整体升级改造提供了技术支持。
4) 界面划分明确， 工程量的划分将以标准路基宽度为划分线， 确保各方利益明 确。
本发明的适用范围 ： 本发明主要适用于以下几种情况 ： 1） 未来可能施加互通的高等级公路主线桥梁 ； 2）已实施互通， 但未来可能进行二次互通改造的主线桥梁 ； 3）未来可能进行加宽的桥梁 ； 4）未来可能横向部分拆除的桥梁。
总而言之， 适用于桥梁宽度未来将发生改变的桥梁。而本发明之前的做法就是对 已有的桥梁实施大规模拆除后重新修建桥梁。以具有可拼接翼缘的桥梁就形成可拼拆桥 梁， 它实现了使造价高昂的主线桥避免因设计的变更而被拆除的命运， 降低了重复建设投 资的风险。附图说明
图 1、 图 2 为现有技术翼缘板结构示意图 ； 图 3 为本发明可拼接翼缘细部结构示意图 ； 图 4 为本发明连接护栏的示意图 ； 图 5 为本发明连接其他上部构造 （利用湿接缝连接成为梁间桥面板） 情况示意图 ； 图 6 为本发明拆除护栏， 连接加宽桥面情况示意图 ； 图 7 为本发明拆除部分桥面， 施加护栏情况示意图 ； 图 8- 图 10 为本发明实施例工程示意图。 具体实施方式
实施例 1， 某特大桥穿越互通时形成一段互通主线桥， 由于匝道的设计导致路基边 缘形状各异， 形成多处异型构造。
所有预制梁的翼缘均采用本发明的可拼接翼缘板， 参照图 3。 该可拼接翼缘板 1 的 侧向、 上方均设有预留连接钢筋 7、 9。
如图 8- 图 10 ： 该特大桥在前后标准路基宽的部分均采用的是预制拼装的组合箱 梁， 施工快， 造价低。但进入互通段后， 由于到了非标准宽度路基部分， 如果按常规设计方 式， 则将采用现浇施工的整体箱梁， 该种箱梁施工慢， 造价高， 而且外观与预制组合箱梁亦 有较大差异。 而且结构形式的变化造成施工组织复杂化， 架桥机无法从墩顶连续作业， 到现浇段桥梁需要重新架设架桥机， 造成施工成本的极大浪费。 通过本发明的可拼接翼缘， 则可 进行优化设计， 将非标准路基宽度的桥梁横向分离为两个模块 ： 在标准路基范围内仍采用 预制拼装的组合箱梁， 而在标准宽度范围之外， 则采用现浇的箱梁， 两个模块均设计为可拼 接翼缘板， 后期结构稳定 （收缩变形完成） 后， 实施现浇湿接缝 （图 9 中湿接缝 6） ， 将两个模 块连接为整体。
这种 “标准模块 + 非标准模块” （简称 “标 + 非标” ） 的拼接理念是现代工业设计所 倡导的基本理念之一， 其保证了结构的和谐统一， 更大程度地简化了非标设计范围， 减小了 风险， 降低了造价， 节约了资源。 而可拼接翼缘这一发明的产生， 正是实现桥梁横向 “标 + 非 标” 设计的前提和基础。
此方案的另外一个独特有优点便是， 日后如果对该互通进行重新改造 （虽然目前 不可预见， 但实际这种情况经常发生） ， 非标部分则可利用可拼接翼缘非常方便地拆除， 而 不影响到标准模块部分， 大大降低了项目设计变更的风险。