CN105113405B - 一种基于钢和uhpc的组合桥面 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于钢和UHPC的组合桥面，包括多个相互连接的组合桥面标准单元，组合桥面标准单元包括钢制框架以及浇筑于钢制框架内的超高性能混凝土，相邻组合桥面标准单元的钢制框架通过螺栓和焊缝连接。与现有技术相比，本发明采用超高性能混凝土，相比于采用纤维格栅加强混凝土，其力学性能极其优秀，重量更轻、承载能力更高，所以采用基于钢和UHPC的组合桥面能获得更好的结构性能，例如其与钢箱形成组合结构后，适合应用于超大跨径钢斜拉桥。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥面，尤其是涉及一种基于钢和UHPC的组合桥面。
背景技术
随着跨江、跨海桥梁工程的发展和兴起，大跨度桥梁—尤其是斜拉桥、悬索桥以其跨越能力大、造型美观、受力合理、施工技术成熟等优点，得到了广泛的应用。而桥面板直接承受车辆荷载的反复作用，是桥梁结构中的重要构件。现阶段，传统的桥面板形式有正交异性钢板和混凝土桥面板两种。然而，前者在使用过程中由于车辆荷载的反复作用，存在严重的疲劳问题和桥面铺装损伤问题；而后者则由于重量大，限制了桥梁跨径的发展，并且易开裂的特性将导致钢筋或其下钢板的锈蚀，降低了结构的耐久性。同时，风险评估和退化分析均表明，传统桥面板由于较易发生耐久性问题，在损伤破坏之后难于替换，成为影响大跨度桥梁寿命周期性能的重要构件。
中国专利CN 103410089 A公开了一种正交异性钢板—纤维格栅增强混凝土组合桥面结构，该桥面结构包括正交异性钢板、纤维格栅、混凝土和磨耗层；所述的正交异性钢板的上侧依次设有纤维格栅、混凝土和磨耗层，所述纤维格栅通过高性能环氧树脂胶与其下侧的正交异性钢板相连，为增加其粘接强度，正交异性钢板四周可根据需要设置剪力键。然而，该土组合桥面结构仍存在以下不足：
1)采用纤维格栅加强混凝土，有资料显示：这使得混凝土的抗拉性能能提升约一倍，但其抗压性能和抗剪能力并不会有很大提升；
2)未采用工厂预制的方式，施工以及后续的修复工期长，对交通影响较大，
3)自身重量大，承载能力不高；
4)采用的环氧树脂胶存在老化问题，而且出现问题后难以修复。
5)仅用于桥面板，将车轮荷载均匀地传递到受力结构上，并不能参与桥梁第一体系受力工作。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种种基于钢和UHPC的组合桥面。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于钢和UHPC的组合桥面，包括多个相互连接的组合桥面标准单元，所述组合桥面标准单元包括钢制框架以及浇筑于钢制框架内的超高性能混凝土，相邻组合桥面标准单元的钢制框架通过螺栓和焊缝连接。
所述钢制框架包括作为框架底面的正交异性钢板，以及设于正交异性钢板四周并作为框架边框的竖向钢板，且所述正交异性钢板边缘设有用于螺栓穿设的螺栓孔。
所述焊缝位于竖向钢板上缘，
所述正交异性钢板下方设有钢垫板，该钢垫板设于相邻两块正交异性钢板连接处，且其上设有用于螺栓穿设并分别连接两块正交异性钢板的两组螺栓孔。
所述竖向钢板上设有多个均匀分布的PBL剪力键，所述PBL剪力键嵌入至超高性能混凝土中，并分别与竖向钢板和正交异性钢板焊接。
所述钢制框架还包括嵌于超高性能混凝土内的贯穿钢筋，用于加强超高性能混凝土与钢制框架的结合力，且所述PBL剪力键上开设有用于贯穿钢筋穿设的通孔。
所述钢制框架还包括嵌于超高性能混凝土内的普通钢筋，用于加强超高性能混凝土与钢制框架的结合力，所述普通钢筋两端与贯穿钢筋搭接。
所述正交异性钢板上设有嵌入至超高性能混凝土中，并用于加强超高性能混凝土与钢制框架结合力的多个剪力钉，所述剪力钉均匀分布于正交异性钢板上。
所述正交异性钢板底面设有互相交错的横梁和纵向加劲肋，所述横梁上设有过焊孔，且纵向加劲肋通过过焊孔穿过横梁，并与横梁垂直设置。
所述相邻的组合桥面标准单元连接后，与横梁和纵向加劲肋焊接固定。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明采用超高性能混凝土，相比于采用纤维格栅加强混凝土，其力学性能极其优秀，重量更轻、承载能力更高，所以采用基于钢和UHPC的组合桥面能获得更好的结构性能，例如其与钢箱形成组合结构后，适合应用于超大跨径钢斜拉桥。
2)组合桥面标准单元采用工厂预制的方式生产，通过螺栓和焊缝连接后，再由横梁和纵向加劲肋固定，强调工厂化预制，因为相比现场施工，工厂预制能更好地保证施工质量，提高施工效率；此外UHPC需要高温养护，现场施工难以满足条件，工厂预制是最佳选择，若用于新建桥梁，组合桥面标准单元可以在加工厂内，与钢箱梁共同预制，然后整体运至桥位安装；若用于旧桥修复，可在工厂按照需要的尺寸制造，后运至现场替换旧桥面板，因此无论是对于新建还是修复，都可以缩短工期，保障质量。
3)多个组合桥面标准单元分块预制，沿桥面纵向和横向分割为多块，两块桥面板之间通过焊缝和高强螺栓连接，分块的设计便于标准化生产，较轻的节段质量方便运输，再者后期可单块替换、维修，若一块损伤，只需切割掉该桥面板上的磨耗层(例如沥青路面)和四周的连接措施，替换新的桥面板，之后连接、铺装即可，维护修复成本较低。
4)由于采用UHPC-钢组合的方式，具有更好的耐久性，因为UHPC的防开裂性能好，从而更好地保护了剪力连接件。
5)相比于仅采用剪力钉的方式，采用剪力钉和PBL剪力键的方式与混凝土的连接效果更佳，整体性更好，抗剪能力更强，亦有利于工厂化制作和现场维修、替换。
6)本发明可以应用于钢桁架梁和钢箱梁的上顶板，参与桥梁第一体系共同受力，也可以用于建设组合结构桥，例如中小跨径梁桥的快速建设，应用范围更广。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明顶平面结构示意图；
图3是本发明底平面结构示意图；
图4是图2的A-A视图；
图5是图2的B-B视图；
图6是组合桥面标准单元的拼装示意图；
图7是PBL剪力键的结构示意图；
图8是剪力钉的结构示意图；
其中：1、超高性能混凝土，2、螺栓孔，3、PBL剪力键，4、竖向钢板，5、正交异性钢板，6、普通钢筋，7、贯穿钢筋，8、剪力钉，9、横梁，10、纵向加劲肋，11、过焊孔，12、钢垫板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种基于钢和UHPC的组合桥面，如图1所示，包括由多个组合桥面标准单元连接而成的桥面主体，以及用于支撑桥面主体的横梁和纵向加劲肋，组合桥面标准单元包括钢制框架以及浇筑于钢制框架内的超高性能混凝土1，相邻的组合桥面标准单元通过各自的钢制框架连接后，由由横梁和纵向加劲肋加以固定。
如图2图3所示，钢制框架包括作为框架底面的正交异性钢板5，以及焊接于正交异性钢板5四周并作为框架边框的竖向钢板4，且正交异性钢板5和竖向钢板4上均设有螺栓孔2，用于螺栓穿设，并通过钢垫板12以连接纵横向相邻组合桥面标准单元。焊缝位于竖向钢板4上缘，正交异性钢板5下方设有钢垫板12，该钢垫板设于相邻两块正交异性钢板5连接处，且其上设有用于螺栓穿设并分别连接两块正交异性钢板5的两组螺栓孔。
竖向钢板4上设有多个均匀分布的PBL剪力键3，PBL剪力键3嵌入至超高性能混凝土1中，并分别与竖向钢板4和正交异性钢板5焊接，正交异性钢板5上设有嵌入至超高性能混凝土1中，并用于加强超高性能混凝土1与钢制框架结合力的多个剪力钉8，剪力钉8均匀分布于正交异性钢板5上，剪力钉8的机构具体如图8所示，且通过焊接与正交异性钢板5形成整体。
钢制框架还包括多个普通钢筋6和多根贯穿钢筋7，嵌于超高性能混凝土1内，并用于加强超高性能混凝土1与钢制框架结合力，PBL剪力键示意图如图7所示，其上开设有用于贯穿钢筋7穿设的通孔，贯穿钢筋7穿过通孔，并且普通钢筋6两端分别与两根贯穿钢筋7通过180°或135°弯钩搭接，相互垂直的贯穿钢筋7之间也通过180°弯钩搭接，普通钢筋6与剪力钉8和PBL剪力键3在空间错开。
正交异性钢板5底面设有互相交错的横梁9和纵向加劲肋10，横梁9上设有过焊孔11，且纵向加劲肋10通过过焊孔11穿过横梁9，并与横梁垂直设置。
如图4和图5所示，正交异性钢板5底面设有互相交错的横梁9和纵向加劲肋10，横梁9上设有过焊孔11，且纵向加劲肋10通过过焊孔11穿过横梁9，并与横梁垂直设置，相邻的组合桥面标准单元的正交异性钢板5连接后，分别与横梁9和纵向加劲肋10焊接固定，过焊孔11大小、形式通过比选确定，横梁9与组合桥面标准单元纵向连接处错开。
本实施例中组合桥面标准单元的纵向尺寸为横梁9间距(约3.5m～4.5m)，横向尺寸为两道或三道加劲肋间距(约1.5m～1.8m)。在工厂将组合桥面标准单元预制后，运输到现场通过高强螺栓和焊缝连接，再将正交异性钢板5与纵向加劲肋10和横梁9通过焊接形成整体。
Claims (7)
1.一种基于钢和UHPC的组合桥面，其特征在于，包括多个相互连接的组合桥面标准单元，所述组合桥面标准单元包括钢制框架以及浇筑于钢制框架内的超高性能混凝土(1)，相邻组合桥面标准单元的钢制框架通过螺栓和焊缝连接，所述组合桥面标准单元分块预制；
所述钢制框架包括作为框架底面的正交异性钢板(5)，以及设于正交异性钢板(5)四周并作为框架边框的竖向钢板(4)，且所述正交异性钢板(5)边缘设有用于螺栓穿设的螺栓孔(2)；
所述焊缝位于竖向钢板(4)上缘，
所述正交异性钢板(5)下方设有钢垫板(12)，该钢垫板设于相邻两块正交异性钢板(5)连接处，且其上设有用于螺栓穿设并分别连接两块正交异性钢板(5)的两组螺栓孔。
2.根据权利要求1所述的一种钢和UHPC组合桥面，其特征在于，所述竖向钢板(4)上设有多个均匀分布的PBL剪力键(3)，所述PBL剪力键(3)嵌入至超高性能混凝土(1)中，并分别与竖向钢板(4)和正交异性钢板(5)焊接。
3.根据权利要求2所述的一种钢和UHPC组合桥面，其特征在于，所述钢制框架还包括嵌于超高性能混凝土(1)内的贯穿钢筋(7)，用于加强超高性能混凝土(1)与钢制框架的结合力，且所述PBL剪力键(3)上开设有用于贯穿钢筋(7)穿设的通孔。
4.根据权利要求3所述的一种钢UHPC组合桥面，其特征在于，所述钢制框架还包括嵌于超高性能混凝土(1)内的普通钢筋(6)，用于加强超高性能混凝土(1)与钢制框架的结合力，所述普通钢筋(6)两端与贯穿钢筋(7)搭接。
5.根据权利要求1所述的一种基于钢和UHPC的组合桥面，其特征在于，所述正交异性钢板(5)上设有嵌入至超高性能混凝土(1)中，并用于加强超高性能混凝土(1)与钢制框架结合力的多个剪力钉(8)，所述剪力钉(8)均匀分布于正交异性钢板(5)上。
6.根据权利要求1所述的一种钢UHPC组合桥面，其特征在于，所述正交异性钢板(5)底面设有互相交错的横梁(9)和纵向加劲肋(10)，所述横梁(9)上设有过焊孔(11)，且纵向加劲肋(10)通过过焊孔(11)穿过横梁(9)，并与横梁垂直设置。
7.根据权利要求6所述的一种基于钢和UHPC的组合桥面，其特征在于，所述相邻的组合桥面标准单元连接后，与横梁(9)和纵向加劲肋(10)焊接固定。
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