CN103015317B - 一种工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，所述的桥面结构包括正交异性钢板（1）、复合材料层（2）和磨耗层（3），所述正交异性钢板（1）的上侧依次设有复合材料层（2）和磨耗层（3），复合材料层（2）通过树脂与其下侧的正交异性钢板（1）相连，复合材料层（2）的顶面设有粗糙面层（4），粗糙面层（4）的上侧浇筑磨耗层（3）。本发明通过在正交异性钢板和磨耗层之间加设复合材料层，使得该桥面结构具有重量轻、强度高，刚度大、抗剥离、防潮、耐腐蚀、稳定的高温稳定性和低温抗裂性；并具有拼装施工简便迅速、防水、防铺装层开裂、防正交异性钢桥面腐蚀等显著特点，适用于各种钢桥面结构的修建与修补。
Description
技术领域
本发明涉及桥面铺装结构技术领域，尤其是指一种可作为组合桥面用于桥梁结构中的复合桥面结构，具体地说是一种轻质、高强、耐腐蚀的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构。
背景技术
传统正交异性钢桥面体系多采用正交异性钢桥面和沥青混合料铺装层组成。随着运营时间的增长，容易产生沥青混合料铺装层损坏和钢桥面结构疲劳开裂，造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种抗疲劳、抗开裂、防水并具有良好的高温稳定性和层间结合性能的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的桥面结构包括正交异性钢板、复合材料层和磨耗层，所述正交异性钢板的上侧依次设有复合材料层和磨耗层，复合材料层通过树脂与其下侧的正交异性钢板相连，复合材料层的顶面设有粗糙面层，粗糙面层的上侧浇筑磨耗层。
所述正交异性钢板的上表面和复合材料层的下表面之间设有增强联结的剪力键。
所述的剪力键采用钢制的螺钉、片材或Z形型材。
所述的粗糙面层采用起圈织物或导流网制成。
所述的复合材料层采用纤维布层和树脂固化而成；纤维布层采用单轴向或多轴向的碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布或者杂交纤维布，树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
所述的正交异性钢板为设有纵横向互相垂直的纵肋和横肋的钢面板。
所述的纵肋包括U形肋和板式肋。
所述的磨耗层采用沥青和混凝土制成。
所述复合材料层的内部填充有芯材，芯材采用Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、胶合板、竹板或轻质结构泡沫中的一种或几种。
所述的芯材内设有垂直于复合材料层的腹板，所述的腹板采用树脂或者纤维布与树脂固化形成的复合材料制成。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明通过在正交异性钢板和磨耗层之间加设具有轻质、高强、耐腐蚀等诸多优点的树脂基纤维增强复合材料层，复合材料层的设置还可降低磨耗层的厚度，使得该桥面结构具有重量轻、强度高，刚度大、抗剥离、防潮、耐腐蚀、稳定的高温稳定性和低温抗裂性；同时具有拼装施工简便迅速、防水、防铺装层开裂、防正交异性钢桥面腐蚀等显著特点，适用于各种钢桥面结构的修建与修补。
附图说明
附图1为本发明桥面结构的立体结构剖视图；
附图2为附图1桥面结构的截面结构示意图；
附图3为本发明桥面结构的复合材料层内填充有芯材的立体结构剖视图；
附图4为附图3桥面结构的截面结构示意图；
附图5为附图3桥面结构的芯材中加设腹板的截面结构示意图。
其中：1—正交异性钢板；2—复合材料层；3—磨耗层；4—粗糙面层；5—剪力键；6—纵肋；7—横肋；8—芯材；9—腹板。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-5所示：一种工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，该桥面结构包括正交异性钢板1、复合材料层2和采用沥青和混凝土制成的磨耗层3，其中正交异性钢板1为设有纵横向互相垂直的纵肋6和横肋7的钢面板，其中纵肋6包括U形肋和板式肋。在正交异性钢板1的上侧依次设有复合材料层2和磨耗层3，复合材料层2通过树脂与其下侧的正交异性钢板1相连，另外为增强正交异性钢板1和复合材料层2的联结，在正交异性钢板1的上表面和复合材料层2的下表面之间设有增强联结和协同受力的剪力键5，该剪力键5采用钢制的螺钉、片材或Z形型材，剪力键5的个数与排列位置任意；在复合材料层2的顶面设有起圈织物或导流网制成的粗糙面层4，粗糙面层4的上侧浇筑磨耗层3。上述的复合材料层2采用纤维布层和树脂固化而成；纤维布层采用单轴向或多轴向的碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布或者杂交纤维布，树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。在该复合材料层2的内部可填充有芯材8，芯材8采用Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、胶合板、竹板或轻质结构泡沫中的一种或几种；另外针对力学性能较弱的泡沫芯材8，可采取一些增强方式以提高芯材的抗压、抗剪与抗剥离性能，例如在芯材8内设有垂直于复合材料层2的腹板9，该腹板9采用树脂或者纤维布与树脂固化形成的复合材料制成。
实施例1
本发明的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，它包括正交异性钢板1，正交异性钢板1上设有肋条剪力键5，在正交异性钢板1的上表面设置一层5mm厚的复合材料层2，复合材料层2采用8层双轴向玻璃纤维布与乙烯基树脂固化而成，最上面一层玻璃纤维布为起圈织物构成的粗糙面层4，通过真空导入工艺制备，最后再浇筑一层材质为4cm厚的沥青混合料的磨耗层3。
实施例2
本发明的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，它包括正交异性钢板1，正交异性钢板1上设有肋条剪力键5，在正交异性钢板1的上表面设置一层内部填充有5cm厚的泡桐木材质的芯材8的复合材料层2，在芯材8的两侧面均铺设有3mm厚的5层双轴向玻璃纤维布与乙烯基树脂固化而成的复合材料以构成复合材料层2，复合材料层2的上面一层玻璃纤维布为起圈织物构成的粗糙面层4，通过真空导入工艺制备，最后再浇筑一层材质为3cm厚的沥青混合料的磨耗层3。
实施例3
本发明的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，它包括正交异性钢板1，正交异性钢板1上设有肋条剪力键5，在正交异性钢板1的上表面设置一层内部填充有5cm厚的泡桐木材质的芯材3的复合材料层2，沿芯材3的厚度方向规则布置复合材料腹板7，且腹板7垂直于正交异性钢板1，在芯材8的两侧面均铺设有5层四轴向玄武岩纤维布与环氧树脂固化而成的复合材料以构成复合材料层2，复合材料层2的上面一层玻璃纤维布为起圈织物构成的粗糙面层4，通过真空导入工艺制备，最后再浇筑一层材质为2.5cm厚的混凝土磨耗层3。
上述三个实施例中工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构的制备方法主要采用真空导入成型工艺，下面以扁平菱角形钢箱梁（正交异性钢桥面）为例来详细说明该桥面结构的具体制备流程。
第一种方案是该桥面结构的中间层不使用带芯材8的复合材料层2，该制备流程如下：
a、在工厂中每节段钢箱梁正交异性钢板1的上表面焊一定数量的剪力键5，然后对正交异性钢板1的上表面进行喷砂处理；
b、在工厂中将一层或多层纤维布（包括：单轴向或多轴向的碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布或者杂交纤维布）铺设于正交异性钢板1的上表面，在纤维布上方再铺设一层起圈织物或导流网保证固化后在表面形成粗糙面层4，铺设过程中保证在每节段箱梁纵向两端形成一定角度的坡度，横向覆盖钢箱梁导风角；
c、在工厂中先用真空袋将钢箱梁正交异性钢板1的上表面和纤维布层包裹一起，再通过真空导入成型工艺将树脂（包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂）灌入到真空袋中，在常温常压下将树脂固化，待树脂固化成型后，撤去真空袋，即形成两端有一定坡度的梯形预制钢箱梁正交异性钢板-复合材料组合结构；
d、将c步骤形成的各节段组合结构运到施工现场，在施工现场进行拼装，两段之间由于坡度形成的三角形或梯形间隙利用b和c步骤进行现场真空导入，使各预制节段结合为一体；
e、在上方浇筑磨耗层3（浇筑式沥青混合料、改性沥青SMA或环氧沥青混合料），待磨耗层3凝结硬化后，磨耗层3、复合材料层2、正交异性钢板1结合为一体，形成正交异性钢板-复合材料组合桥面结构。
第二种方案是该桥面结构的中间层采用带芯材8的复合材料层2，该制备流程如下：
a、在工厂中每节段钢箱正交异性钢板1的上表面焊一定数量的剪力键5，然后对正交异性钢板1的上表面进行喷砂处理；
b、在轻木（包括：Balas木、泡桐木、杉木、橡木、胶合板、竹板）或泡沫（包括：聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫）芯材8的上下表面开正交布置的凹槽以形成真空导入工艺中树脂的流动通道；
c、沿芯材8的厚度方向剖开，剖开的位置、尺寸与数量可根据受力需要任意布置，在芯材8厚度方向上，剖开的形状垂直；
d、在工厂中将一层或多层纤维布（包括：单轴向或多轴向的碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布或杂交纤维布）铺设于芯材8的上下表面，并放置于钢箱梁正交异性钢板1上，在纤维布上方再铺设一层起圈织物或导流网以保证固化后在复合材料层2的上表面形成粗糙面层4，铺设芯材8的过程中保证在每节段箱梁纵向两端形成一定角度的坡度，横向覆盖钢箱梁导风角；
e、在工厂中先用真空袋把钢箱梁正交异性钢板1的上表面、芯材8和纤维布层包裹一起，再通过真空导入成型工艺将树脂（包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂）灌入到真空袋中，在常温常压下将树脂固化，待树脂固化成型后，撤去真空袋，即形成两端有一定坡度的梯形预制正交异性钢板-复合材料组合结构；
f、将e步骤形成的各节段组合结构运到施工现场，在施工现场进行拼装，两段之间由于坡度形成的三角形或梯形间隙利用b和c步骤进行现场真空导入，使各预制节段结合为一体；
g、在上方浇筑磨耗层3（浇筑式沥青混合料、改性沥青SMA或环氧沥青混合料），待磨耗层3凝结硬化后，磨耗层3、复合材料层2、正交异性钢板1结合为一体，形成正交异性钢板-复合材料组合桥面结构。
在上述两种制备工艺中：复合材料层2的种类与层数，芯材3的种类与厚度，树脂的种类，磨耗层4的种类与厚度，剪力键5的材质与布置方式，粗糙面层6的种类、腹板7的布置与尺寸均可根据需要灵活调整。
本发明通过在正交异性钢板1和磨耗层2之间加设具有轻质、高强、耐腐蚀等诸多优点的树脂基纤维增强复合材料层2，复合材料层2的设置还可降低磨耗层3的厚度，使得该桥面结构具有重量轻、强度高，刚度大、抗剥离、防潮、耐腐蚀、稳定的高温稳定性和低温抗裂性；同时具有拼装施工简便迅速、防水、防铺装层开裂、防正交异性钢桥面腐蚀等显著特点，适用于各种钢桥面结构的修建与修补。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的桥面结构包括正交异性钢板（1）、复合材料层（2）和磨耗层（3），所述正交异性钢板（1）的上侧依次设有复合材料层（2）和磨耗层（3），复合材料层（2）通过树脂与其下侧的正交异性钢板（1）相连，复合材料层（2）的顶面设有粗糙面层（4），粗糙面层（4）的上侧浇筑磨耗层（3）；所述正交异性钢板（1）的上表面和复合材料层（2）的下表面之间设有增强联结的剪力键（5）。
2.根据权利要求1所述的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的剪力键（5）采用钢制的螺钉、片材或Z形型材。
3.根据权利要求1所述的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的粗糙面层（4）采用起圈织物或导流网制成。
4.根据权利要求1所述的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的复合材料层（2）采用纤维布层和树脂固化而成；纤维布层采用单轴向或多轴向的碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布或者杂交纤维布，树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
5.根据权利要求1所述的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的正交异性钢板（1）为设有纵横向互相垂直的纵肋（6）和横肋（7）的钢面板。
6.根据权利要求5所述的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的纵肋（6）包括U形肋和板式肋。
7.根据权利要求1所述的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的磨耗层（3）采用沥青和混凝土制成。
8.根据权利要求1所述的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述复合材料层（2）的内部填充有芯材（8），芯材（8）采用Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、胶合板、竹板或轻质结构泡沫中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的工厂预制正交异性钢板-复合材料组合桥面结构，其特征在于所述的芯材（8）内设有垂直于复合材料层（2）的腹板（9），所述的腹板（9）采用树脂或者纤维布与树脂固化形成的复合材料制成。
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