CN104562931A - 无横向表面受拉接缝桥面单元、桥梁结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种无横向表面受拉接缝桥面单元，主要由横隔板和桥面板整体预制而成；横隔板的上翼缘预埋在桥面板内，且上翼缘上方无横向表面受拉接缝；桥面板采用下部带有纵肋和横肋的网格状薄型板件，两侧设为连接部并向外延伸出连接钢筋。至少两个的前述桥面单元及其下部的下部腹板、桥梁纵向钢梁连接构成无横向表面受拉接缝桥梁结构，桥梁纵向钢梁的上翼缘上方设置现浇接缝；相邻两桥面单元的连接钢筋在现浇接缝处绑扎。本发明的施工方法包括：焊接桥梁纵向钢梁节段，焊接剪力钉，搭设预制桥面板施工模板并浇筑预制形成桥面单元，吊装至钢梁节段上进行横隔板焊接，最后现浇接缝完成施工。本发明具有自重较轻、耐久性好、受力性能好且造价较低等优点。

Description

无横向表面受拉接缝桥面单元、桥梁结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种桥面单元、桥梁构件及其施工方法，尤其涉及一种可应用于钢—超高性能混凝土组合结构的桥面单元、桥梁构件及其施工方法。

背景技术

混凝土桥面板开裂问题是钢-混凝土组合梁斜拉桥的主要病害之一。虽然引起混凝土桥面板开裂病因众多，但其本质原因在于钢-混凝土组合主梁结构及其材料本身，即混凝土材料具有抗裂拉应变小、抗拉强度低以及收缩徐变效应明显的力学特性，同时组合梁桥面板和下部钢梁采用刚性连接约束，自由变形能力差，致使混凝土桥面板在外部荷载及效应作用下极易开裂。现有技术中一般都是通过提高施工质量和优化结构设计来改善，但受到普通混凝土自身材料性质和接缝构造的限制，开裂问题未得到根本性解决。

此外，普通混凝土桥面板由于板厚较大，增大了主梁自重，难以适用于特大跨径的桥梁结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，用超高性能混凝土取代普通混凝土，而此时又面临接缝问题，由于湿接缝处纤维不连续，接缝处强度过低，而横向接缝往往受力较大，由此导致接缝早期开裂，影响桥面板的耐久性；基于此，本发明提供一种自重较轻、耐久性好、受力性能好且全寿命造价较低的可应用于钢-超高性能混凝土组合结构的无横向表面受拉接缝桥面单元，以及由该无横向表面受拉接缝桥面单元构成的无横向表面受拉接缝桥梁结构，还相应提供一种工艺简单、操作方便、施工速度快、经济性好的该无横向表面受拉接缝桥梁结构在大跨径梁桥、斜拉桥或悬索桥中应用时的施工方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种可应用于钢-超高性能混凝土组合结构的无横向表面受拉接缝桥面单元，所述桥面单元主要由钢材料的横隔板和超高性能混凝土材料的桥面板整体预制而成；所述横隔板包括相互固接的上翼缘和上部腹板，所述横隔板的上翼缘预埋在桥面板内，且其上翼缘上方无横向表面受拉接缝(而现有桥梁的横隔板上方都必须设置横向表面受拉接缝)；所述桥面板采用下部带有纵肋和横肋的网格状薄型板件，所述桥面板沿桥梁纵向和/或横向的两侧设为连接部，该连接部向外延伸出与另一相邻接的桥面单元进行接缝式连接的连接钢筋。

上述的桥面单元中，优选的，所述横隔板的上部腹板上沿桥梁横向间隔设置有多道相互平行的上部竖向加劲肋。

上述的桥面单元中，优选的，所述横隔板的上翼缘宽度D为0.30m～1.00m；所述横隔板的上部腹板的高度H为0.20m～0.80m；所述上部竖向加劲肋的高度L为0.15m～0.70m。

上述的桥面单元中，优选的，所述桥面单元上沿桥梁纵向间隔预埋有多道相互平行布置的横隔板，且相邻两横隔板的间距为2.00m～5.00m。

上述的桥面单元中，优选的，所述纵肋和/或横肋的横截面设置为倒梯形，即纵肋和/或横肋的顶面宽度大于底面宽度，且宽度由顶面到底面采用渐进式变小的形式。更优选的，纵肋和横肋的顶面宽度均为0.12m～0.30m，所述纵肋和横肋的底面宽度均为0.10m～0.28m。预制混凝土异形构件的脱模一直是本领域人员面临的一个技术障碍，虽然可以通过脱模剂等传统手段进行脱模，但不仅成本高、效率低，而且脱模效果始终不够理想。在本发明上述的技术方案中，下部带有纵肋和横肋的网格状薄型板件给整个预制混凝土桥面板的脱模带来了障碍，优选的方案中通过巧妙地设计纵肋和横肋的形状及结构，不仅可以节省材料，更重要的是能够方便脱模，提高工艺效率。

上述的桥面单元中，优选的，相邻两纵肋的间距、相邻两横肋的间距均为0.40m～1.50m。上述纵肋和横肋优选的尺寸设计方案可以充分发挥超高性能混凝土强度高、无粗骨料易密实的技术优势，减轻桥面板自重。

上述的桥面单元中，优选的，所述桥面板的板件总厚度(包括纵肋、横肋在内)为0.15m～0.35m，其中，固接于纵肋和横肋上方的面板本体的厚度为0.05m～0.15m。按此优选的厚度设计方案，既能满足强度和刚度的要求，同时桥面板自重仅为普通混凝土桥面板自重的70％。

上述的桥面单元中，优选的，所述横隔板的上翼缘上方固接有埋入桥面板内的多个剪力钉，且多个剪力钉沿桥梁横向均匀分布在上翼缘上。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种由上述的桥面单元构成的无横向表面受拉接缝桥梁结构，所述桥梁结构是由至少两个的所述桥面单元及其下方横隔板的下部腹板、桥梁纵向钢梁连接构成，且至少有两个桥面单元是沿所述横隔板的延伸方向进行拼接，拼接处设置有桥梁纵向钢梁，桥梁纵向钢梁包括钢梁腹板和钢梁上翼缘，钢梁上翼缘的上方设置现浇接缝；相邻两个桥面单元的连接部向外延伸出的连接钢筋在现浇接缝处绑扎。

上述的桥梁结构中，优选的，所述上部腹板和下部腹板共同组成所述横隔板的腹板，上部腹板、上部竖向加劲肋通过上翼缘共同预埋于桥面板中，所述上部竖向加劲肋下方连接有一下部竖向加劲肋。

上述的桥梁结构中，优选的，所述相邻两个桥面单元的连接部均设置有一纵肋，所述连接部对接处的两纵肋与所述钢梁上翼缘围成一纵向凹槽，所述现浇接缝设置于该纵向凹槽中；所述钢梁上翼缘的上方固接有埋入现浇接缝内的多个剪力钉。

上述的桥梁结构中，优选的，所述现浇接缝中配置有纵向钢筋和横向钢筋，所述纵向钢筋包括上层纵向钢筋和下层纵向钢筋，所述连接钢筋和横向钢筋分布在上层纵向钢筋和下层纵向钢筋之间。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的桥梁结构在大跨径梁桥、斜拉桥或悬索桥中应用时的施工方法，包括以下步骤：

(a)焊接桥梁的桥梁纵向钢梁节段；

(b)在桥梁纵向钢梁上方拟与桥面板层的结合界面处焊接焊钉；

(c)搭设预制桥面板施工模板，完成模板内的钢筋铺设及相关预埋件(预埋部分横隔板)埋置；

(d)在桥面板施工模板内预埋钢材料的横隔板，浇筑预制超高性能混凝土材料的桥面板(预埋部分横隔板)，蒸汽室养护，形成所述桥面单元；

(e)吊装预制后的桥面单元，并安装至上述的钢梁节段上；并进行横隔板焊接；优选的实施方案中，横隔板腹板和竖向加劲肋均被分成了两部分，上部腹板和上部竖向加劲肋与横隔板上翼缘共同预埋在桥面板内，桥面板吊装到钢梁上时再分别与横隔板的下部腹板和下部竖向加劲肋焊接连接。

(f)在相邻两桥面单元的拼接处浇筑湿接缝混凝土形成横向及纵向的现浇接缝，高温蒸养，完成桥梁结构的安装施工。

上述本发明的无横向表面受拉接缝桥梁结构的施工过程中，均可采用现有预制混凝土梁的施工设备和施工工艺，无需增加新的设备投入，也无需对施工人员进行新的技能培训，施工方法简便、快捷、迅速，对于保证工期、提高施工效率具有重要意义。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

第一，本发明提供的可应用于钢-超高性能混凝土组合结构的无横向表面受拉接缝桥面单元采用了新型材料超高性能混凝土，可以实现组合桥梁结构的轻型化，不但可提高桥梁的跨越能力，而且使桥梁结构的预制、拼装、运输更加容易；

第二，本发明的无横向表面受拉接缝桥面单元相比于普通混凝土桥面板，可降低主梁自重约30％，从而大幅减少斜拉索及下部基础数量，特别对于软土地基情形，大幅降低下部基础费用，能够获得良好的经济效益；

第三，本发明提供的无横向表面受拉接缝桥面单元其抗拉强度及抗裂拉应变均远大于普通混凝土桥面板，可以有效解决混凝土桥面板易开裂的难题；

第四，本发明采用的无横向表面受拉接缝桥面单元采用了横隔板部分预埋在桥面板内的结构形式和施工方式，没有表面受拉的横向接缝，解决了接缝处因纤维不连续导致抗拉强度过低的难题，不仅便于施工，而且提高了桥面板的强度和耐久性，方便桥梁的后期维护；

第五，本发明采用的无横向表面受拉接缝桥面单元，由于采用了超高性能混凝土作为结构材料，且采用了合理的纵肋和橫肋形式，使得桥面单元的桥面板平均厚度降低(板件厚度仅为传统钢-普通混凝土组合结构桥面的1/3～1/2，桥面板重量与钢桥面相近)，桥面板强度和刚度较高，大量减少主梁的用钢量，降低桥面板的造价(初期造价为钢桥面的1/2，全寿命造价仅为钢桥面的1/5)。

综上，本发明的技术方案特别适合大跨径的梁桥、斜拉桥或悬索桥，将这类桥型成熟的施工技术和设备与本发明相结合，可更好地保证本发明桥梁结构及其施工建造的可行性及施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中无横向表面受拉接缝桥面单元的主视图。

图2为本发明实施例中无横向表面受拉接缝桥面单元的俯视平面图。

图3为图1中A-A处的剖视图。

图4为图1中B-B处的剖视图。

图5为本发明实施例中无横向表面受拉接缝桥梁结构沿横断面的主视图。

图6为本发明实施例中无横向表面受拉接缝桥梁结构在桥面单元拼接处接缝的局部放大图。

图例说明：

1、横隔板；2、桥面板；3、纵肋；4、横肋；5、面板本体；6、剪力钉；71、上层纵向钢筋；72、下层纵向钢筋；8、横向钢筋；9、钢梁腹板；10、钢梁上翼缘；11、上翼缘；12、上部腹板；13、上部竖向加劲肋；14、现浇接缝；15、连接钢筋；16、下部腹板；17、下部竖向加劲肋；18、桥梁纵向钢梁。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例：

如图1～图4所示，一种本发明的可应用于钢-超高性能混凝土组合结构的无横向表面受拉接缝桥面单元，该桥面单元主要由钢材料的横隔板1和超高性能混凝土材料的桥面板2整体预制而成；横隔板1包括相互固接的上翼缘11和上部腹板12。如图1所示，横隔板1的上翼缘11预埋在桥面板2内，且其上翼缘11上方无横向表面受拉接缝；横隔板1的上部腹板12上沿桥梁横向间隔设置有多道相互平行的上部竖向加劲肋13(参见图1和图2)。桥面板2采用下部带有纵肋3和横肋4的网格状薄型板件(参见图2)。桥面板2沿桥梁纵向和横向的两侧设为连接部，该连接部向外延伸出与另一相邻接的桥面单元进行接缝式连接的连接钢筋15(参见图5)。横隔板1的上翼缘11上方固接有埋入桥面板2内的多个剪力钉6，且多个剪力钉6沿桥梁横向均匀分布在上翼缘11上(参见图4)。

上述本实施例的桥面单元中，各横隔板1的上翼缘11宽度D均为0.6m，厚度均为24mm；各横隔板1的上部腹板12的高度H均为0.48m，厚度为16mm；各上部竖向加劲肋13的高度L为0.33m，厚度为10mm。本实施例的桥面单元上沿桥梁纵向间隔预埋有多道相互平行布置的横隔板1，且相邻两横隔板1的间距为3.50m。

上述本实施例的桥面单元中，纵肋3和横肋4的横截面均设置为倒梯形，即纵肋3和横肋4的顶面宽度大于底面宽度，且宽度由顶面到底面采用渐进式变小的方式。本实施例中纵肋3的顶面宽度均为0.20m，底面宽度均为0.18m，厚度均为0.14m，横肋4的顶面宽度均为0.12m，底面宽度均为0.10m，厚度均为0.14m。相邻两纵肋3的间距为0.6m，相邻两横肋4的间距为1.1m。

上述本实施例的桥面单元中，桥面板2的板件总厚度为0.22m，其中，固接于纵肋3和横肋4上方的面板本体5的厚度为0.08m。

如图1～图6所示，本实施例中桥面单元构成的无横向表面受拉接缝桥梁结构，该桥梁结构是由至少两个的桥面单元及其下部的横隔板下部腹板16、桥梁纵向钢梁18连接构成，且至少有两个桥面单元是沿横隔板1的延伸方向进行拼接，拼接处设置有桥梁纵向钢梁18，桥梁纵向钢梁18包括钢梁腹板9和钢梁上翼缘10，钢梁上翼缘10的上方设置现浇接缝14；相邻两个桥面单元的连接部向外延伸出的连接钢筋15在现浇接缝14处绑扎(参见图5)。上部腹板12和下部腹板16共同组成横隔板1的腹板，上部腹板12、上部竖向加劲肋13通过上翼缘11共同预埋于桥面板2中，上部竖向加劲肋13下方连接有一下部竖向加劲肋17。

如图5、图6所示，上述本实施例的桥梁结构中，相邻两个桥面单元的连接部均设置有一纵肋3，连接部对接处的两纵肋3与钢梁上翼缘10围成一纵向凹槽，现浇接缝14设置于该纵向凹槽中；钢梁上翼缘10的上方固接有埋入现浇接缝14内的多个剪力钉6。现浇接缝14中配置有纵向钢筋和横向钢筋8，纵向钢筋包括上层纵向钢筋71和下层纵向钢筋72，连接钢筋15和横向钢筋8分布在上层纵向钢筋71和下层纵向钢筋72之间。

本实施例中，上述无横向表面受拉接缝桥面单元的纵向长度为10.5m，横向宽度为5.9m，且桥面单元的纵向长度等于桥梁结构的梁段长度。

一种本实施例上述的桥梁结构在大跨径梁桥、斜拉桥或悬索桥中应用时的施工方法，包括以下步骤：

(a)焊接桥梁的桥梁纵向钢梁节段；

(b)在桥梁纵向钢梁上方拟与桥面板层的结合界面处焊接剪力钉；

(c)搭设预制桥面板施工模板，完成模板内的钢筋铺设及相关预埋件埋置；

(d)在桥面板施工模板内预埋钢材料的横隔板，浇筑预制超高性能混凝土材料的桥面板(预埋有部分横隔板)，蒸汽室养护，形成桥面单元；

(e)吊装预制后的桥面单元，并安装至上述的钢梁节段上；并进行横隔板焊接；

(f)在相邻两桥面单元的拼接处浇筑湿接缝混凝土形成横向及纵向的现浇接缝，高温蒸养，完成桥梁结构的安装施工。

Claims (10)

1.一种可应用于钢-超高性能混凝土组合结构的无横向表面受拉接缝桥面单元，其特征在于：所述桥面单元主要由钢材料的横隔板(1)和超高性能混凝土材料的桥面板(2)整体预制而成；所述横隔板(1)包括相互固接的上翼缘(11)和上部腹板(12)，所述横隔板(1)的上翼缘(11)预埋在桥面板(2)内，且其上翼缘(11)上方无横向表面受拉接缝；所述桥面板(2)采用下部带有纵肋(3)和横肋(4)的网格状薄型板件，所述桥面板(2)沿桥梁纵向和/或横向的两侧设为连接部，该连接部向外延伸出与另一相邻接的桥面单元进行接缝式连接的连接钢筋(15)。

2.根据权利要求1所述的桥面单元，其特征在于：所述横隔板(1)的上部腹板(12)上沿桥梁横向间隔设置有多道相互平行的上部竖向加劲肋(13)。

3.根据权利要求2所述的桥面单元，其特征在于：所述横隔板(1)的上翼缘(11)宽度D为0.30m～1.00m；所述横隔板(1)的上部腹板(12)的高度H为0.20m～0.80m；所述上部竖向加劲肋(13)高度L为0.15m～0.70m。

4.根据权利要求1、2或3所述的桥面单元，其特征在于：所述桥面单元上沿桥梁纵向间隔预埋有多道相互平行布置的横隔板(1)，且相邻两横隔板(1)的间距为2.00m～5.00m。

5.根据权利要求1、2或3所述的桥面单元，其特征在于：所述纵肋(3)和/或横肋(4)的横截面设置为倒梯形；且相邻两纵肋(3)的间距、相邻两横肋(4)的间距均为0.40m～1.50m；所述桥面板(2)的板件总厚度为0.15m～0.35m，其中，固接于纵肋(3)和横肋(4)上方的面板本体(5)的厚度为0.05m～0.15m。

6.根据权利要求1、2或3所述的桥面单元，其特征在于：所述横隔板(1)的上翼缘(11)上方固接有埋入桥面板(2)内的多个剪力钉(6)，且多个剪力钉(6)沿桥梁横向均匀分布在上翼缘(11)上。

7.一种由权利要求1～6中任一项所述的桥面单元构成的无横向表面受拉接缝桥梁结构，其特征在于：所述桥梁结构是由至少两个的所述桥面单元及其下部的横隔板下部腹板(16)、桥梁纵向钢梁(18)连接构成，且至少有两个桥面单元是沿所述横隔板(1)的延伸方向进行拼接；所述桥梁纵向钢梁(18)包括钢梁腹板(9)和钢梁上翼缘(10)，钢梁上翼缘(10)的上方设置现浇接缝(14)；相邻两个桥面单元的连接部向外延伸出的连接钢筋(15)在现浇接缝(14)处绑扎。

8.根据权利要求7所述的桥梁结构，其特征在于：所述上部腹板(12)和下部腹板(16)共同组成所述横隔板(1)的腹板，上部腹板(12)、上部竖向加劲肋(13)通过上翼缘(11)共同预埋于桥面板(2)中，所述上部竖向加劲肋(13)下方连接有一下部竖向加劲肋(17)。

9.根据权利要求7或8所述的桥梁结构，其特征在于：所述相邻两个桥面单元的连接部均设置有一纵肋(3)，所述连接部对接处的两纵肋(3)与所述钢梁上翼缘(10)围成一纵向凹槽，所述现浇接缝(14)设置于该纵向凹槽中；所述钢梁上翼缘(10)的上方固接有埋入现浇接缝(14)内的多个剪力钉(6)；所述现浇接缝(14)中配置有纵向钢筋和横向钢筋(8)，所述纵向钢筋包括上层纵向钢筋(71)和下层纵向钢筋(72)，所述连接钢筋(15)和横向钢筋(8)分布在上层纵向钢筋(71)和下层纵向钢筋(72)之间。

10.一种如权利要求7～9中任一项所述的桥梁结构在大跨径梁桥、斜拉桥或悬索桥中应用时的施工方法，包括以下步骤：

(a)焊接桥梁的桥梁纵向钢梁节段；

(b)在桥梁纵向钢梁上方拟与桥面板层的结合界面处焊接剪力钉；

(c)搭设预制桥面板施工模板，完成模板内的钢筋铺设及相关预埋件埋置；

(d)在桥面板施工模板内预埋钢材料的横隔板，浇筑预制超高性能混凝土材料的桥面板，蒸汽室养护，形成所述桥面单元；

(e)吊装预制后的桥面单元，安装至上述的钢梁节段上；并进行横隔板焊接；

(f)在相邻两桥面单元的拼接处浇筑湿接缝混凝土形成横向及纵向的现浇接缝，高温蒸养，完成桥梁结构的安装施工。