CN104612018B - 一种水泥混凝土路面组合结构传力杆及耐久型缩缝结构 - Google Patents

Abstract

本发明的水泥混凝土路面组合结构传力杆，由钢质传力杆、玻璃钢套管和聚乙烯膜组成，玻璃钢套管的内壁光滑，外表面由两部分构成，一侧带有肋状螺纹，与水泥混凝土板的边缘牢固连接，另一侧外表面光滑，能够在相邻的水泥混凝土板凹槽内自由伸缩活动。钢质传力杆的一端设置螺纹，与水泥混凝土板边缘紧密连接，其他部分外表面光滑，表面涂有沥青并包裹了聚乙烯膜，杆端伸入水泥混凝土板边缘的凹槽，能够在水泥混凝土板的凹槽内自由伸缩。该组合结构传力杆具有抗剪性能好、耐腐蚀，且与水泥混凝土接触面受力均匀，防止了水泥混凝土板边缘开裂破坏所导致的传力杆失效，有益于延长水泥混凝土路面的使用寿命。

Description

一种水泥混凝土路面组合结构传力杆及耐久型缩缝结构

技术领域

本发明属于水泥混凝土路面设计领域，涉及一种水泥混凝土路面组合结构传力杆。

背景技术

公路水泥混凝土路面是我国高等级公路的主要路面形式之一，因其具有强度高、刚度大、耐久性好、日常养护工作量小等优点，在矿区、农村公路中广泛使用。我国颁布的《公路水泥混凝土路面设计规范》指出水泥混凝土路面的设计使用寿命不小于20年，世界各国水泥混凝土路面设计规范甚至提出使用寿命不小于30年的要求。然而，我国现有水泥混凝土路面的服役寿命远低于设计年限，这预示着道路的投资效益大幅度降低。

大量的水泥混凝土路面路况调查发现，FWD（落锤式弯沉仪）和钻芯取样检测数据证明大部分路面板体材料的强度和路基的支撑强度均处于正常范围，水泥混凝土路面的主要破坏形式集中于断板及错台，这类病害的产生源于交通超载及水泥混凝土板间的荷载传递能力不足。其中，横向缩缝是最容易出现损坏的部位，我国水泥路面设计中缩缝大多是采用传统的假缝构造，荷载传递时依靠混凝土的骨料自锁作用完成的。随着高速公路运输的飞速发展，重型车辆日益增多，车辆超载现象趋于普遍，导致假缝靠骨料自锁传递传递荷载存在许多问题。当车轮作用于其中一块路面板边缘时，缩缝处相邻两块板将产生差异沉降，假缝沿路面深度断开，混凝土的骨料自锁作用降低，缩缝传力性能无法满足重在交通的需求。解决的途径是在路面横向缩缝当中安装传力杆，即一种圆形截面金属杆件。传力杆的作用在于，当车轮作用于路面缩缝处时，传力杆的一部分荷载传递到相邻的路面板上，减少直接承受轮载的路面板变形和板底的拉应力，使得相邻的两块板变形协调，见图1、图2。

然而，在荷载传递过程中，传力杆的钢质材料硬度过大，在与周围混凝土间的接触存在明显的应力集中现象，超载车辆通过多时易引起混凝土内产生裂缝。开裂后的混凝土为传力杆提供支撑的能力下降，传力杆的松动导致荷载传递能力下降，如果雨水进入松动处，甚至会引起板边开裂等早期破坏。此外，钢质传力杆还面临着金属锈蚀的问题，如我国北方一些地区使用除冰雪盐，盐与水沿接缝进入传力杆表面，氯化物、氧化物和水的综合作用将加快传力杆的锈蚀。钢质传力杆的锈蚀物体积约为原来的6~10倍，强大的内应力最终将导致水泥路面板边缘的散裂。钢质传力杆的锈蚀会导致其有效截面的损失，传力杆的抗剪强度下降，从而削弱了其传递荷载和抵抗竖向位移变化的能力；传力杆通过自由端将荷载从一块板传递到相邻板，而锈蚀物的产生会阻碍传力杆自由端的顺利收缩，限制其原地不动，从而导致水泥混凝土路面缩缝丧失了伸缩的功能。

因此，一种优良的水泥混凝土路面传力杆结构应当具备以下三大特点：一是传力杆结构本身具备良好的抗剪性能，能够在车轮荷载反复作用下不发生剪切破坏；二是传力杆结构应具备良好的抗腐蚀能力，在复杂环境条件下不发生锈蚀；三是传力杆结构应当与水泥混凝土材料之间受力状态更加均匀合理，不至于将周围包裹的水泥混凝土压裂引起杆件的松动，最终使得传力杆传荷能力整体丧失。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种具备良好的抗剪切性能，同时能够抵抗复杂环境对钢质传力杆的化学腐蚀，与水泥混凝土材料接触面受力更为合理，极大的延长了水泥混凝土路面使用寿命的水泥混凝土路面组合结构传力杆，同时提供一种基于该组合结构传力杆的水泥混凝土路面耐久型缩缝结构。

技术方案：本发明的水泥混凝土路面组合结构传力杆，包括钢质传力杆和套装在所述钢质传力杆上的玻璃钢套管，所述玻璃钢套管为环形截面空心管体，其内壁光滑，一侧的外表面带有肋状螺纹，用以连接路面中水泥混凝土板的边缘，另一侧外表面光滑，所述钢质传力杆的一端设置有螺纹，另一端表面光滑并涂有沥青，所述沥青外又包裹有聚乙烯膜，钢质传力杆有螺纹的一端设置在玻璃钢套管外表面光滑的一侧。

本发明组合结构传力杆的优选方案中，玻璃钢套管采用玻璃纤维增强塑料制成。

本发明的水泥混凝土路面耐久型缩缝结构，包括水泥混凝土板、设置在所述两相邻水泥混凝土板边缘处的组合结构传力杆，所述组合结构传力杆包括钢质传力杆和套装在所述钢质传力杆上的玻璃钢套管，所述玻璃钢套管为环形截面空心管体，其内壁光滑，一侧外表面带有肋状螺纹并与一块水泥混凝土板的边缘连接，另一侧外表面光滑，设置在另一块水泥混凝土板的边缘凹槽内并能够自由伸缩活动，所述钢质传力杆的一端设置有螺纹，与一块水泥混凝土板边缘紧密连接，另一端表面光滑并涂有沥青，所述沥青外又包裹聚乙烯膜，钢质传力杆有螺纹的一端设置在玻璃钢套管外表面光滑的一侧，并与该侧的水泥混凝土板的边缘连接，钢质传力杆表面光滑的一端伸入另一块水泥混凝土板的边缘凹槽内并能够自由伸缩活动。

本发明水泥混凝土路面耐久型缩缝结构的优选方案中，组合结构传力杆由传力杆支架整体固定在水泥混凝土板内，相邻的水泥混凝土板间的缩缝中设置有填充空隙的填缝板，所述填缝板的上部设有阻止雨水渗入的填缝料。

本发明的组合结构传力杆安装于水泥混凝土路面缩缝内部，具备良好的截面抗剪性能，能够抵抗复杂外界环境对于钢质传力杆的化学腐蚀，同时与水泥混凝土材料的接触面受力合理，有效增强与水泥路面的变形协调能力，提高了耐久性，极大延长了水泥混凝土路面的使用寿命。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

普通的传力杆只是一根比较细长、横截面较小的钢筋，容易因为抗剪性能不足而引起传力杆的剪切断裂，而组合结构专利杆在外面加装了玻璃钢套管后，将对传力杆的整体抗剪切能力有大幅提升，有益于传力杆经受长期的交通荷载冲击作用；同时因为钢质传力杆横截面小、圆截面周长短，所以被混凝土包裹接触的面积小，这种情况容易产生应力集中，而且钢质传力杆的硬度很大，容易在杆端把混凝土材料顶裂，导致传力杆的松动。

本发明的一种水泥混凝土路面组合结构传力杆，由钢质传力杆和玻璃钢套管组成。

首次将套管构件应用到水泥混凝土路面传力杆当中与钢质传力杆共同承受交通荷载作用，并合理运用了玻璃纤维增强塑料的耐腐蚀性，通过阻止雨水渗入为钢质传力杆提供了防锈蚀保护，从而比普通的传力杆具备更好的耐久性；同时由于玻璃钢套管的加入，使其具备优良的抗剪强度和变形协调能力，既增大了水泥混凝土板缩缝位置处组合结构传力杆的总体横截面、提高了整体抗剪性能，又优化了传力杆结构与水泥混凝土材料的接触面受力状态，防止水泥混凝土与传力杆接触面因局部应力集中而产生裂缝，避免了普通传力杆因与混凝土固定端的松动所引起的荷载传递能力丧失。

附图说明

图1为传力杆传荷能力良好时的水泥混凝土路面工作状态；

图2为传力杆失效时的水泥混凝土路面工作状态；

图3为本发明的组合结构传力杆示意图。

图中有：钢质传力杆1、玻璃钢套管2、聚乙烯膜3、传力杆支架4、填缝料5、填缝板6及水泥混凝土板7。

具体实施方式

现结合说明书附图和实施例对本发明做更进一步的说明：

本发明的组合结构传力杆主要包括钢质传力杆1、玻璃钢套管2和聚乙烯膜3，此外水泥混凝土路面缩缝构造还包括传力杆支架4、填缝料5、填缝板6和水泥混凝土板7。

本发明的组合结构传力杆，其玻璃钢套管2是由玻璃纤维增强塑料（GFRP）制成的圆环形截面空心管体，玻璃钢套管2的内壁光滑，外表面由两部分构成，玻璃钢套管2外表面一侧带有肋状螺纹，与水泥混凝土板7的边缘牢固连接，另一侧外表面光滑，能够在相邻的水泥混凝土板7凹槽内自由伸缩活动。玻璃钢套管2内部设置有钢质传力杆1，钢质传力杆1由不锈钢材料制作，能够在玻璃钢套管2光滑内表面自由伸缩，钢质传力杆1的一端为螺纹钢，与水泥混凝土板边7缘紧密连接，其他部分为光圆钢，表面光滑。钢质传力杆的表面涂有沥青并包裹了聚乙烯膜3，杆端伸入水泥混凝土板7边缘的凹槽，能够在水泥混凝土板7的凹槽内自由伸缩。钢质传力杆1和玻璃钢套管2的带螺纹部位相对于填缝板6对称布置，即各自与两块相邻的水泥混凝土板7固定连接。组合结构传力杆由传力杆支架4整体固定在水泥混凝土板7内，相邻的水泥混凝土板7间的缩缝内设置有填缝板6以填充水泥混凝土板7的空隙，填缝板6的上部设有填缝料5以阻止雨水的渗入。

相比普通的水泥混凝土路面钢质传力杆，本发明的组合结构传力杆合理利用了玻璃纤维增强塑料良好的变形协调能力，同时由于玻璃钢套管2与水泥混凝土板7边缘更大的接触面积，使得水泥混凝土材料不会因为局部应力集中而发生开裂；此外，由于玻璃纤维塑料具有良好的抗腐蚀性，能够保护内部的钢质传力杆1不受外界化学侵蚀，加上钢质传力杆1本身涂抹了沥青并包覆一层聚乙烯膜，大大降低了不锈钢材质锈蚀的可能；由于玻璃钢套管2强度较高，配合内部钢质传力杆1一同承受交通荷载作用，有效提高了组合结构传力杆的刚剪切性能。综合上述三方面的改进，本发明的组合结构传力杆能够提供很好的水泥混凝土板7间的荷载传递能力，极大地延长了水泥混凝土路面的使用寿命，对提高水泥混凝土路面的经济效益有重要价值。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种水泥混凝土路面组合结构传力杆，其特征在于，该传力杆包括钢质传力杆（1）和套在所述钢质传力杆（1）上的玻璃钢套管（2），所述玻璃钢套管（2）为环形截面空心管体，其内壁光滑，一侧的外表面带有肋状螺纹，用以连接路面中水泥混凝土板（7）的边缘，另一侧外表面光滑，所述钢质传力杆（1）的一端设置有螺纹，另一端表面光滑并涂有沥青，所述沥青外又包裹有聚乙烯膜（3），钢质传力杆（1）有螺纹的一端设置在玻璃钢套管（2）外表面光滑的一侧。

2.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面组合结构传力杆，其特征在于：所述玻璃钢套管（2）采用玻璃纤维增强塑料制成。

3.一种水泥混凝土路面耐久型缩缝结构，其特征在于：该结构包括水泥混凝土板（7）、设置在两相邻水泥混凝土板（7）边缘处的组合结构传力杆，所述组合结构传力杆包括钢质传力杆（1）和套在所述钢质传力杆（1）上的玻璃钢套管（2），所述玻璃钢套管（2）为环形截面空心管体，其内壁光滑，一侧外表面带有肋状螺纹并与一块水泥混凝土板（7）的边缘连接，另一侧外表面光滑，设置在另一块水泥混凝土板（7）的边缘凹槽内并能够自由伸缩活动，所述钢质传力杆（1）的一端设置有螺纹，与一块水泥混凝土板（7）边缘紧密连接，另一端表面光滑并涂有沥青，所述沥青外又包裹聚乙烯膜（3），钢质传力杆（1）有螺纹的一端设置在玻璃钢套管（2）外表面光滑的一侧，并与该侧的水泥混凝土板（7）的边缘连接，钢质传力杆（1）表面光滑的一端伸入另一块水泥混凝土板（7）的边缘凹槽内并能够自由伸缩活动。

4.根据权利要求3所述的水泥混凝土路面耐久型缩缝结构，其特征在于：所述组合结构传力杆由传力杆支架（4）整体固定在水泥混凝土板（7）内，相邻的水泥混凝土板（7）间的缩缝中设置有填充空隙的填缝板（6），所述填缝板（6）的上部设有阻止雨水渗入的填缝料（5）。