CN104831617A - 基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁及施工方法 - Google Patents

基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁及施工方法 Download PDF

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本发明涉及一种基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁及施工方法,包括以下步骤:(1)加工、制造与安装钢梁;(2)焊接剪力连接件;(3)施工超高性能混凝土桥面板;(4)施工护栏或防撞墙;(5)施工桥面铺装。其中,超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件与钢梁固定,超高性能混凝土桥面板的横截面或/和纵截面为肋板结构,并可在纵肋或/和横肋区域设置预应力钢筋。本发明组合梁受力合理、强度高,可大幅度降低结构自重,有效避免组合连续梁负弯矩区病害的产生,充分发挥超高性能混凝土抗拉、抗压强度和高耐久性,具有建筑高度小、刚度大、自重轻、耐久性好、抗裂性能好、抗疲劳性能好等优点,有着重大的实用价值和良好的经济效益。

Description

基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁及施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及土木工程技术领域,尤其是一种基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁及施工方法。
背景技术
[0002] 组合梁结构因其材料利用合理、经济、施工便捷等优点,在路桥及建筑领域得以广泛应用。然而,组合结构连续梁负弯区的混凝土受拉易开裂,导致组合梁耐久性差。为解决此问题,目前在设计上采用两种方法处理:一种方法是允许结构中的混凝土板开裂,但限制其裂缝宽度,通常是增加结构的配筋率使得混凝土板在正常使用情况下满足裂缝宽度的限值,即强配筋法;另一种方法是不允许结构中的混凝土板开裂或允许其少开裂,通常采用施加预压应力的方法减少或避免混凝土板出现拉应力,如预加荷载法、支座位移法、一般预应力筋法、后结合桥面板预应力筋法等。强配筋法单独使用时仅适用于中小跨径桥的施工,因其长期带裂缝工作,对耐久性存在不利影响。施加预压应力的方法不可避免地也对剪力连接件施加了附加应力,不但增大了钢梁的负担,也消弱了对混凝土板施加的预压应力的效果;设置后浇带虽避免了对剪力连接件的附加应力,但后浇带和预制混凝土连接界面粘结强度差,且组合梁在不同材质的连接界面处又存在受力的薄弱环节或腐蚀通道的问题。
[0003] 超尚性能混凝土(UHPC)是一种尚强度、尚t旲量、尚延性的超尚性能纤维增强水泥复合材料,特别对于超高性能混凝土中的活性粉末混凝土(RPC),是众多超高性能混凝土中应用最多也是最具发展前景的一种新型建筑材料。通常抗压强度不低于lOOMPa、轴拉强度不低于8MPa,可通过在UHPC内布置钢筋网进一步增强结构的抗拉能力。UHPC还具有相当高的致密性,抗渗系数很高,水分基本不易透过UHPC进入粘结层。如果用UHPC代替普通混凝土结构,通常可以采用较小的板厚,降低结构自重,从而降低工程造价。
发明内容
[0004] 鉴于现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁及施工方法,该结构受力合理、强度高,可大幅度降低结构自重,有效避免组合连续梁负弯矩区病害的产生,充分发挥超高性能混凝土抗拉、抗压强度和高耐久性。
[0005] 为了实现上述目的,本发明的一技术方案是:一种基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,包括钢梁,所述钢梁上放置有超高性能混凝土桥面板,所述超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件与钢梁固定在一起,所述超高性能混凝土桥面板内设置有由钢筋纵横交错组成的钢筋网,所述超高性能混凝土桥面板的横截面和纵截面中的至少一者为肋板结构,以形成肋板式超高性能混凝土桥面板。
[0006] 优选的,所述超高性能混凝土桥面板是由超高性能混凝土浇筑而成,所述超高性能混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或注浆纤维混凝土。
[0007] 优选的,所述超高性能混凝土桥面板下缘横桥向按预定的间距设置有纵肋,所述纵肋的截面外形为U形、梯形或矩形。
[0008] 优选的,所述超高性能混凝土桥面板在纵肋区域设置有预应力钢筋。
[0009] 优选的,所述超高性能混凝土桥面板下缘顺桥向按预定的间距设置有横肋,所述横肋的截面外形为U形、梯形或矩形。
[0010] 优选的,所述超高性能混凝土桥面板在横肋区域设置有预应力钢筋。
[0011] 优选的,所述超高性能混凝土桥面板内设置有用于穿设预应力钢筋的预应力孔道。
[0012] 优选的,所述剪力连接件为焊钉连接件、PBL剪力键或槽钢剪力键。
[0013] 为了实现上述目的,本发明的另一技术方案是:一种基于肋板式桥面板的钢-超高性能混凝土组合梁的施工方法,包括以下步骤:
(1)加工、制造与安装钢梁:在桥梁下部结构建造过程中,同时进行钢梁的加工与制造,下部结构与钢梁完工之后,采用吊装、顶推或拖拉方法进行钢梁架设,安装钢梁之间的横向联结结构;
(2)焊接剪力连接件:在钢梁架设之后,将剪力连接件现场焊接于钢梁上;或者在钢梁制造时,将剪力连接件与钢梁在工厂内焊接一起;
(3)施工超高性能混凝土桥面板:采用预制施工时,根据桥面板宽度,对桥面板进行横向竖缝或者同时进行横向竖缝和纵向竖缝划分以形成若干桥面板单元,采用超高性能混凝土按常规施工方法预制桥面板单元,并在预制桥面板单元中预留预应力孔道,养护选择自然养护、标准养护、热水养护或蒸压养护,当预制桥面板单元混凝土强度达到标准强度70%时,采用吊装或顶推方法安装预制桥面板单元到钢梁上,预制桥面板单元之间的接缝形状做成平缝或齿状接缝,通过接缝中的钢筋将从预制桥面板单元伸出的预留搭接钢筋连在一起,在经组拼所形成的超高性能混凝土桥面板的横截面和/或纵截面处布设预应力钢筋,张拉预应力钢筋,注浆,封锚,之后浇注剪力连接件的预留孔洞混凝土或/和接缝混凝土,使钢梁与超高性能混凝土桥面板连接在一起以形成组合梁;采用现浇施工时,利用钢模板或压型钢板作为底模,其中压型钢板在桥面板混凝土浇注后不用拆除,在底模上绑扎桥面钢筋网,在预形成肋板结构的桥面板横截面和/或纵截面处安装预应力孔道,浇注超高性能混凝土,养护选择自然养护、标准养护或热水养护,混凝土强度达到要求后,在预应力孔道内布设预应力钢筋,张拉预应力钢筋,注浆,封锚;
(4)施工护栏或防撞墙;
(5)施工桥面铺装。
[0014] 进一步的,步骤(3)采用预制施工时,对于只进行横向竖缝划分的预制桥面板单元,在预制桥面板单元对应于钢梁上翼缘位置顺钢梁方向按预定的间距预留孔洞,以便于后浇孔洞混凝土使钢梁与超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件连接在一起;而对于同时进行横向竖缝和纵向竖缝划分的预制桥面板单元,通过后浇孔洞混凝土和后浇预制桥面板单元之间的接缝混凝土使钢梁与超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件连接在一起。
[0015] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:该基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁受力合理、强度高,可大幅度降低结构自重,有效避免组合连续梁负弯矩区病害的产生,充分发挥超高性能混凝土抗拉、抗压强度和高耐久性,具有建筑高度小、刚度大、自重轻、耐久性好、抗裂性能好、抗疲劳性能好等优点,有着重大的实用价值和良好的经济效益。
附图说明
[0016] 图1为本发明实施例一的结构示意图。
[0017] 图2为图1中A-A处的截面图。
[0018] 图3为本发明实施例二的结构示意图。
[0019] 图中标记:1-钢梁,1-1-工字形钢梁,1-2-槽形钢梁,2-超高性能混凝土桥面板,
3-剪力连接件,4-纵肋,5-横肋,6-预应力孔道,7-预应力钢筋。
具体实施方式
[0020] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图,作详细说明如下。
[0021] 如图1~3所示,一种基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,包括钢梁1,所述钢梁I上放置有超高性能混凝土桥面板2,所述超高性能混凝土桥面板2通过剪力连接件3与钢梁I固定在一起,所述超高性能混凝土桥面板2内设置有由钢筋纵横交错组成的钢筋网,所述超高性能混凝土桥面板2的横截面和纵截面中的至少一者为肋板结构,以形成肋板式超高性能混凝土桥面板2。
[0022] 其中,所述超高性能混凝土桥面板2是由超高性能混凝土浇筑而成,所述超高性能混凝土是指组分中含钢纤维、抗压强度不低于lOOMPa、轴拉强度不低于SMPa的水泥混凝土,例如活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土、注浆纤维混凝土等。
[0023] 在本发明实施例一中,如图1~2所示,所述超高性能混凝土桥面板2下缘横桥向按预定的间距设置有纵肋4,所述超高性能混凝土桥面板2下缘顺桥向按预定的间距设置有横肋5,所述纵肋4和横肋5的截面外形均为U形,当然也可以为梯形或矩形等。
[0024] 在本发明实施例一中,所述剪力连接件3为焊钉连接件,当然也可以为PBL剪力键或槽钢剪力键等。所述钢梁I可以是工字形钢梁1-1,也可以使槽形钢梁1-2 ;所述槽形钢梁1-2可以是单箱或多箱结构,箱内可以设有单室或多室。所述超高性能混凝土桥面板2比较薄,其厚度为5~12cm。
[0025] 在本发明实施例二中,如图3所示,实施例二与实施一的主要区别在于:所述超高性能混凝土桥面板2在纵肋区域和横肋区域设置有预应力孔道6,所述预应力孔道6内穿设有预应力钢筋7。
[0026] 特别需要说明的是,所述超高性能混凝土桥面板2也可以是仅横截面或仅纵截面为肋板结构,还可以是仅纵肋区域或仅横肋区域设置预应力钢筋7。
[0027] 如图1~3所示,一种基于肋板式桥面板的钢-超高性能混凝土组合梁的施工方法,包括以下步骤:
(1)加工、制造与安装钢梁:在桥梁下部结构建造过程中,同时进行钢梁的加工与制造,下部结构与钢梁完工之后,采用吊装、顶推或拖拉等方法进行钢梁架设,安装钢梁之间的横向联结结构;
(2)焊接剪力连接件:在钢梁架设之后,将剪力连接件现场焊接于钢梁上;或者在钢梁制造时,将剪力连接件与钢梁在工厂内焊接一起;
(3)施工超高性能混凝土桥面板:采用预制施工时,根据桥面板宽度,对桥面板进行横向竖缝或者同时进行横向竖缝和纵向竖缝划分以形成若干桥面板单元,采用超高性能混凝土按常规施工方法预制桥面板单元,并在预制桥面板单元中预留预应力孔道,养护可选择自然养护、标准养护、热水养护或蒸压养护,当预制桥面板单元混凝土强度达到标准强度70%时,可采用吊装或顶推方法安装预制桥面板单元到钢梁上,预制桥面板单元之间的接缝形状做成平缝或齿状接缝,宜通过接缝中的钢筋将从预制桥面板单元伸出的预留搭接钢筋连在一起,在经组拼所形成的超高性能混凝土桥面板的横截面和/或纵截面处布设预应力钢筋,张拉预应力钢筋,注浆,封锚,之后浇注剪力连接件的预留孔洞混凝土或/和接缝混凝土,使钢梁与超高性能混凝土桥面板连接在一起以形成组合梁;采用现浇施工时,利用钢模板或压型钢板作为底模,其中压型钢板在桥面板混凝土浇注后不用拆除,在底模上绑扎桥面钢筋网,在预形成肋板结构的桥面板横截面和/或纵截面处安装预应力孔道,浇注超高性能混凝土,养护可选择自然养护、标准养护或热水养护,混凝土强度达到要求后,在预应力孔道内布设预应力钢筋,张拉预应力钢筋,注浆,封锚;
(4)施工护栏或防撞墙;
(5)施工桥面铺装。
[0028] 在本发明实施例中,步骤(3)采用预制施工时,对于只进行横向竖缝划分的预制桥面板单元,在预制桥面板单元对应于钢梁上翼缘位置顺钢梁方向按预定的间距预留孔洞,以便于后浇孔洞混凝土使钢梁与超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件连接在一起;而对于同时进行横向竖缝和纵向竖缝划分的预制桥面板单元,通过后浇孔洞混凝土和后浇预制桥面板单元之间的接缝混凝土使钢梁与超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件连接在一起。
[0029] 本发明不局限于上述的最佳实施方式,任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁及施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,包括钢梁,其特征在于:所述钢梁上放置有超高性能混凝土桥面板,所述超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件与钢梁固定在一起,所述超高性能混凝土桥面板内设置有由钢筋纵横交错组成的钢筋网,所述超高性能混凝土桥面板的横截面和纵截面中的至少一者为肋板结构,以形成肋板式超高性能混凝土桥面板。
2.根据权利要求1所述的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,其特征在于:所述超高性能混凝土桥面板是由超高性能混凝土浇筑而成,所述超高性能混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或注浆纤维混凝土。
3.根据权利要求1所述的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,其特征在于:所述超高性能混凝土桥面板下缘横桥向按预定的间距设置有纵肋,所述纵肋的截面外形为U形、梯形或矩形。
4.根据权利要求3所述的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,其特征在于:所述超高性能混凝土桥面板在纵肋区域设置有预应力钢筋。
5.根据权利要求1或3所述的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,其特征在于:所述超高性能混凝土桥面板下缘顺桥向按预定的间距设置有横肋,所述横肋的截面外形为U形、梯形或矩形。
6.根据权利要求5所述的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,其特征在于:所述超高性能混凝土桥面板在横肋区域设置有预应力钢筋。
7.根据权利要求4或6所述的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,其特征在于:所述超高性能混凝土桥面板内设置有用于穿设预应力钢筋的预应力孔道。
8.根据权利要求1所述的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁,其特征在于:所述剪力连接件为焊钉连接件、PBL剪力键或槽钢剪力键。
9.一种基于肋板式桥面板的钢-超高性能混凝土组合梁的施工方法,其特征在于:包括以下步骤: (1)加工、制造与安装钢梁:在桥梁下部结构建造过程中,同时进行钢梁的加工与制造,下部结构与钢梁完工之后,采用吊装、顶推或拖拉方法进行钢梁架设,安装钢梁之间的横向联结结构; (2)焊接剪力连接件:在钢梁架设之后,将剪力连接件现场焊接于钢梁上;或者在钢梁制造时,将剪力连接件与钢梁在工厂内焊接一起; (3)施工超高性能混凝土桥面板:采用预制施工时,根据桥面板宽度,对桥面板进行横向竖缝或者同时进行横向竖缝和纵向竖缝划分以形成若干桥面板单元,采用超高性能混凝土按常规施工方法预制桥面板单元,并在预制桥面板单元中预留预应力孔道,养护选择自然养护、标准养护、热水养护或蒸压养护,当预制桥面板单元混凝土强度达到标准强度70%时,采用吊装或顶推方法安装预制桥面板单元到钢梁上,预制桥面板单元之间的接缝形状做成平缝或齿状接缝,通过接缝中的钢筋将从预制桥面板单元伸出的预留搭接钢筋连在一起,在经组拼所形成的超高性能混凝土桥面板的横截面和/或纵截面处布设预应力钢筋,张拉预应力钢筋,注浆,封锚,之后浇注剪力连接件的预留孔洞混凝土或/和接缝混凝土,使钢梁与超高性能混凝土桥面板连接在一起以形成组合梁;采用现浇施工时,利用钢模板或压型钢板作为底模,其中压型钢板在桥面板混凝土浇注后不用拆除,在底模上绑扎桥面钢筋网,在预形成肋板结构的桥面板横截面和/或纵截面处安装预应力孔道,浇注超高性能混凝土,养护选择自然养护、标准养护或热水养护,混凝土强度达到要求后,在预应力孔道内布设预应力钢筋,张拉预应力钢筋,注浆,封锚; (4)施工护栏或防撞墙; (5)施工桥面铺装。
10.根据权利要求9所述的基于肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁的施工方法,其特征在于:步骤(3)采用预制施工时,对于只进行横向竖缝划分的预制桥面板单元,在预制桥面板单元对应于钢梁上翼缘位置顺钢梁方向按预定的间距预留孔洞,以便于后浇孔洞混凝土使钢梁与超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件连接在一起;而对于同时进行横向竖缝和纵向竖缝划分的预制桥面板单元,通过后浇孔洞混凝土和后浇预制桥面板单元之间的接缝混凝土使钢梁与超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件连接在一起。
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