CN103215892A

CN103215892A - 一种正交异性钢混凝土组合桥面结构

Info

Publication number: CN103215892A
Application number: CN2013101397254A
Authority: CN
Inventors: 王达; 刘扬; 陈春苗; 邓洁
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103215892B

Abstract

本发明公开了一种正交异性钢混凝土组合桥面结构，它包括顶板、通过腹板与顶板连接的下底板；所述顶板与下底板之间设有上底板；上底板与顶板之间填充混凝土；上底板的上表面和顶板的底面均设置剪力钉。本发明充分利用了钢材与混凝土各自的材料性能，并通过交错布置的剪力连接（呈梅花状分布）件以提高结构整体性，有效避免结构局部出现过大的变形而导致桥面出现剥离、脱空等问题，同时在很大程度上减少了焊接工作量，解决了了橫肋与纵肋间由于焊接的缺陷或疲劳产生的裂缝问题，而且本发明提出的正交异性钢-混组合桥面结构简单、可采用先预制后焊接的施工工艺有效缩短工期，并能很好的改善钢桥面的力学性能，增强桥面的可靠性及耐久性。

Description

一种正交异性钢混凝土组合桥面结构

技术领域

本发明涉及一种桥面结构，具体涉及一种正交异性钢混凝土组合桥面结构。

背景技术

传统的正交异性钢桥面结构，是用纵横向互相垂直的加劲肋（纵肋和横肋）连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构，通常采用U型纵肋（见附图2）。由于其具有自重轻等许多优点，现已广泛用于大跨度桥梁中，但这些桥梁上已出现不同程度的疲劳裂纹，主要集中在纵助与面板之间的肋角焊缝处、纵横肋交叉的弧形缺口处、U形肋钢衬垫板对接焊缝处等位置。此外,在行车荷载和温度等共同作用下，结构易形成过大的局部变形，使铺装层出现车辙、粘结层失效或脱层等问题，不仅影响行车的通畅性和舒适性，也影响整个桥梁结构的安全性和耐久性。钢桥面铺装损坏的原因主要是钢桥面板的刚度不足。纵肋与橫肋焊接处受力复杂，容易疲劳开裂。工程界曾试图从正交异性钢桥面板的构造细节来加以改进，虽然在一定程度上改善了结构的受力，但未从根本上解决问题。随着交通事业的不断发展，该问题已引起各方面的高度重视。

发明内容

本发明旨在解决现有正交异性钢桥面结构在汽车集中轮压荷载的作用下，钢桥面局部易出现相对较大的变形，从而导致桥面出现疲劳、开裂等病害的技术问题，提供一种一种正交异性钢混凝土组合桥面结构。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述正交异性钢混凝土组合桥面结构包括顶板、通过腹板与顶板连接的下底板；所述顶板与下底板之间设有上底板；上底板与顶板之间填充混凝土；上底板的上表面和顶板的底面均设有若干个剪力钉。

其中，所述上底板上表面的剪力钉与顶板底面的剪力钉交错排布。相邻两个剪力钉的间距相等。所述混凝土为轻质高强混凝土。所述顶板上设有铺装层。所述铺装层为沥青混凝土铺装层。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见图2，传统的正交异性钢桥面结构包括顶板1、与顶板1焊接的腹板8、与腹板8焊接的下底板7、铺设于顶板1上的铺装层5，顶板1下焊接有U形加劲肋6，通常在实际结构中为了增大钢桥面系的整体刚度还设有分布较疏的横肋来加劲桥面钢板橫肋。根据纵肋与横肋布置关系可分为纵肋不贯通横肋及纵肋贯通横肋两种情况，当纵肋不贯通横肋时，在两横肋间用角焊缝焊接纵肋与横肋腹板，然而这种结构形式在轮载作用下，易引起横肋面外变形，且横肋横向受力时在纵肋下翼缘角部有较大的应力集中，极易产生疲劳裂缝。同时，过大的变形也会引起钢桥面板与桥面铺装层粘结力不足导致脱层、推移等问题。当纵肋贯通横肋时，若将横肋直接焊接到U型肋下翼缘上，在移动轮载作用下，U型肋的挠曲变形将引起横肋腹板的反复面外变形，该变形受到连接焊缝的约束，必然在焊趾处产生很大的弯曲次应力而很快引发疲劳裂纹，因此，需在横肋上设置弧形缺口，但缺口的设计尺寸、切割和焊接质量不易控制，从而给施工增加难度。

参见图1，

所述正交异性钢混凝土组合桥面结构顶板、通过腹板与顶板连接的下底板；所述顶板与下底板之间设有上底板；上底板与顶板之间填充混凝土；上底板的上表面和顶板的底面均设有若干个剪力钉。

其中，所述上底板上表面的剪力钉与顶板底面的剪力钉交错排布。相邻两个剪力钉的间距相等。所述顶板上设有铺装层。所述铺装层为沥青混凝土铺装层。

本发明的桥面结构包括顶板1、上底板4、顶板1与上底板4间的交错布置的剪力钉3以及填充的混凝土2，该混凝土为市售的轻质高强混凝土。此外，同传统钢桥面一样，本发明的桥面结构还包括铺装层5、下底板7和腹板8。也就是说，本申请采用两层交错布置的剪力钉及填充的轻质高强混凝土来取代传统的U形加劲肋与橫肋，其中轻质高强混凝土混凝土不仅具有质量轻的优点，而且还具有优良的抗弯、抗裂、抗震、耐疲劳等特性，并通过剪力钉与上底板一起形成钢-混组合结构（剪力钉使钢板与混凝土之间连接得到加强，该结构不仅能保证在使用过程中充分发挥混凝土与钢材各自的材料性能，还增加了结构的整体抗弯刚度，不出现局部失稳。从而在很大程度上改善一般正交异性钢桥面结构系的受力，使结构更为安全、可靠。降低桥面结构系的维护加固费用。

工程中，可采用先预制后焊接的施工工艺，竖向浇筑轻质高强混凝土。待混凝土达到强度后，通过腹板8与下底板7进行焊接，不仅保证混凝土的浇筑质量，还能缩短工期，在保持高度不变的情况下，本发明钢桥面的抗弯刚度相比传统钢桥面的整体抗弯刚度能提高2倍左右。本发明桥面组合区域（图1中的A处）的局部抗弯刚度比传统钢桥面无加劲肋区域（图3中的B处）的局部抗弯刚度提高千余倍；比有加劲肋区域（图3中的C处）的局部抗弯刚度提百余倍；此外，传统钢桥面的有无加劲肋区域的抗弯刚度相差百余倍，二者刚度相差巨大，因而在营运过程中易出现桥面铺装开裂、压碎、脱层等病害；大量研究表明营运过程中传统钢桥面病害通常发生在的无加劲肋区域或在有无加劲肋的交界位置附近，而本发明的新型钢-混桥面结构的组合区域无抗弯刚度差，因此，局部抗弯刚度将大幅提高，在汽车轮压荷载作用下桥面各处不易出现局部变形过大的现象，各处受力将更加均衡。

总之，本发明的桥面结构中，顶板1与上底板4之间通过剪力连接件（剪力钉3）以及轻质高强混凝土2形成钢-混组合体系，相比一般传统钢桥面结构（图2）能提供相对更大的抗弯刚度。这种新型正交异性钢-混组合桥面结构解决了传统钢桥面的纵横肋连接处的复杂应力问题，同时有效避免结构局部出现过大的变形而导致桥面结构系出现剥离、脱空等现象，适用于各种桥梁体系的一般钢桥面。而且本发明提出的正交异性钢-混组合桥面结构简单、制造方便，能很好的改善钢桥面的力学性能，增强桥面的可靠性和耐久性。

附图说明

图1为本发明新型正交异性钢-混组合桥面结构断面图；

图2为本发明顶板或上底板装有剪力钉一面的结构示意图；

图3为传统正交异性钢桥面结构断面图。

图中，1、顶板；2、混凝土；3、剪力钉；4、上底板；5、铺装层；6、U形加劲肋；7、下底板；8、腹板；A、本发明桥面的桥面组合区域；B、传统钢桥面的无加劲肋区域；C、传统钢桥面的有加劲肋区域。

具体实施方式

参见图1，所述正交异性钢混凝土组合桥面结构包括顶板1、通过腹板8与顶板1焊接的下底板7；所述顶板1与下底板7之间设有上底板4；上底板4与顶板1之间填充混凝土2；上底板4的上表面和顶板1的底面均焊接有若干个剪力钉3。

其中，所述上底板4上表面的剪力钉3与顶板1底面的剪力钉3交错排布。相邻两个剪力钉3的间距相等。所述混凝土2为轻质高强混凝土。所述顶板1上设有铺装层5。所述铺装层5为沥青混凝土铺装层。

Claims

1.一种正交异性钢混凝土组合桥面结构，它包括顶板（1）、通过腹板（8）与顶板（1）连接的下底板（7）；其特征在于，所述顶板（1）与下底板（7）之间设有上底板（4）；上底板（4）与顶板（1）之间填充混凝土（2）；上底板（4）的上表面和顶板（1）的底面均设有若干个剪力钉（3）。

2.如权利要求1所述的桥面结构，其特征在于，所述上底板（4）上表面的剪力钉（3）与顶板（1）底面的剪力钉（3）交错排布。

3.如权利要求1所述的桥面结构，其特征在于，相邻两个剪力钉（3）的间距相等。

4.如权利要求1所述的桥面结构，其特征在于，所述混凝土（2）为轻质高强混凝土。

5.如权利要求1至4任一项所述的桥面结构，其特征在于，所述顶板（1）上设有铺装层（5）。

6.如权利要求5所述的桥面结构，其特征在于，所述铺装层（5）为沥青混凝土铺装层。