CN107447676B

CN107447676B - 基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法

Info

Publication number: CN107447676B
Application number: CN201710859516.5A
Authority: CN
Inventors: 赵秋; 杜阳
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: CN107447676A

Abstract

本发明涉及组合梁技术领域，特别涉及一种基于折形钢板闭口肋的钢‑超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，包括以下步骤：（1）加工、制造与安装钢主梁；（2）折形钢板加工；（3）浇筑超高性能混凝土桥面板；（4）超高性能混凝土养护，在高温养护前，当超高性能混凝土达到拆模强度后，抽出气囊或泡沫板；（5）安装组合桥面板；（6）组合桥面板横缝连接；（7）施工护栏或防撞墙；（8）施工桥面铺装。该预制施工方法形成的组合梁能有效减小疲劳敏感部位的应力集中程度，改善正交异性钢桥面板的疲劳性能。

Description

基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法

技术领域

本发明涉及组合梁技术领域，特别涉及一种基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法。

背景技术

正交异性钢桥面板具有自重轻、强度高、施工快、造型优美等特点，受到了国内外桥梁设计者的青睐，欧洲、北美、亚洲等许多国家的大跨径桥梁基本上都采用正交异性钢桥面板。然而由于正交异性钢桥面板构造的复杂性、各种焊接所产生的残余应力、结构本身的初始缺陷、车辆荷载的反复作用以及施工质量等因素的影响，使得正交异性钢桥面板易于发生疲劳损伤。而桥面铺装层厚度薄、刚度小，使得正交异性钢桥面板近似直接承受车轮荷载，显著增加了桥面顶板承受的应力幅。疲劳开裂主要出现在焊缝和几何不连续等应力集中部位，因而减少结构焊缝数量和几何不连续部位，同时增大桥面板刚度，能有效减小疲劳敏感部位的应力集中程度，改善正交异性钢桥面板的疲劳性能。

在现有技术中，受多层及高层建筑钢-混凝土组合楼板研究与应用的启发，一些学者尝试着将组合板应用于桥面板来提高桥面刚度，降低轮载作用下构造细节的应力幅。为了兼顾自重，满足不断增长的跨径需求，同时进一步地提高正交异性桥面板的疲劳性能，一些学者尝试用轻质混凝土、钢纤维混凝土、高性能混凝土来代替普通混凝土。但在车辆荷载作用下，位于加劲肋、横隔板和纵隔板处的桥面板由于支承作用会形成负弯矩区，使得这些材料自身的抗拉强度仍然不能满足要求，在工程实践中仍出现桥面铺装开裂现象。

超高性能混凝土（UHPC）是一种高强度、高模量、高延性的超高性能纤维增强水泥复合材料，又称为活性粉末混凝土（RPC），是由水泥、砂、活性掺和料、钢纤维、高效减水剂以及水按最大密实度理论配置而成，使得材料内部的缺陷减至最少。相比普通混凝土，UHPC孔隙率几乎为零，抗渗系数高，有着优异的超高的力学性能。通常UHPC抗压强度不低于120MPa、轴拉强度不低于8MPa，并可通过在UHPC中掺入一定体积含量的钢纤维和密集配筋进一步增强抗拉能力，弯拉强度可达到20~40MPa，甚至更高。采用UHPC材料构建组合桥面板可以有效地减轻结构的自重，并具有优异的耐久性、高韧性、耐高温性、耐火性，符合绿色环保的发展理念。因而，有望通过具有综合性发展优势的UHPC组合桥面板解决现有的桥面系问题。

当前的研究表明，在钢桥面板上加铺超高性能混凝土或将组合桥面板中的普通混凝土替换为超高性能混凝土，虽然能够增大桥面板刚度，降低钢桥面板的疲劳应力幅，但该组合结构所具有的强度和刚度还不足以取缔加劲肋的加劲作用。因此，较多的钢-UHPC组合桥面板相当于在原有的正交异性钢桥面板上增加了一层UHPC层，进一步增大了钢桥的工程造价。同时，顶板与纵向加劲肋、纵向加劲肋和横肋等焊缝较多的部位，仍会有疲劳风险。为此，减少组合桥面板的用钢量和减小焊接工程量，从根源上消除连接焊缝的疲劳开裂问题，进而降低工程造价及维护成本，成为了大、中跨径钢箱梁桥发展中一个重要的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，该预制施工方法形成的组合梁能有效减小疲劳敏感部位的应力集中程度，改善正交异性钢桥面板的疲劳性能。

本发明的技术方案在于：一种钢肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，包括以下步骤：

（1）加工、制造与安装钢主梁：在桥梁下部结构建造过程中，同时进行钢主梁的加工与制造，下部结构建造与钢主梁加工完成之后，采用吊装、顶推或拖拉等方法进行钢主梁架设；

（2）折形钢板加工：按设计尺寸加工折形钢板，并在折形钢板上缘焊接剪力连接件；

（3）浇筑超高性能混凝土桥面板：在折形钢板形成的闭口纵肋内部安装气囊或泡沫板至折形板上缘，并保证填充物与折形板交接处的气密性；在折形钢板顶面绑扎钢筋网或直接安装高强钢丝网，以折形钢板和闭口肋内填充物为底模浇筑超高性能混凝土形成超高性能混凝土桥面板，超高性能混凝土桥面板与折形钢板经剪力连接件形成组合桥面板；

（4）超高性能混凝土养护：对组合桥面板中超高性能混凝土进行热水养护或蒸压养护；在高温养护前，当超高性能混凝土达到拆模强度后，抽出气囊或泡沫板；

（5）安装组合桥面板：当预制桥面板单元混凝土强度达到标准强度后，采用吊装或顶推方法将预制组合桥面板单元安装至钢主梁上，并在钢主梁的上翼缘和折形钢板中与之对应的闭口纵肋下缘两侧的交界面进行焊接连接；

（6）组合桥面板横缝连接：通过预制桥面板单元伸出的预留钢筋将纵桥向相邻组合桥面板中的折形钢板进行焊接或螺接连接，以折形钢板为底模浇筑接缝超高性能混凝土，使预制板单元连接形成整体结构，并进行养护；

（7）施工护栏或防撞墙；

（8）施工桥面铺装。

进一步地，在步骤（2）中，对应于多于两片主梁的钢主梁，位于中间的钢主梁上横桥向设置的折形钢板可以分块，相邻两块折形钢板端部上的半个闭口纵肋分别通过焊接与钢主梁的上翼缘相连。

进一步地，在步骤（6）组合桥面板横缝连接时，当横桥向折形钢板可以分块时，在钢主梁上翼缘上可以焊接焊钉，并连接横桥向接缝处的桥面板钢筋，最后现场浇筑接缝超高性能混凝土。

进一步地，所述折形钢板上沿横桥向间隔形成闭口纵肋，所述闭口纵肋位于钢主梁上时内部填充形成实心纵肋，其余的闭口纵肋为空心纵肋。

进一步地，所述钢主梁上翼缘的宽度大于组合桥面板上相对应的实心纵肋的下缘宽度，所述实心纵肋下缘两侧分别经焊接实现组合桥面板与钢主梁上翼缘相连接，实心纵肋的高度高于空心纵肋的高度。

进一步地，所述闭口纵肋的形状为梯形、矩形、U形或V形，所述剪力连接件为焊钉连接件、PBL剪力键或槽钢剪力键。

进一步地，所述组合桥面板的下缘沿纵桥向等间距设置有横肋、横梁或横隔板，所述横肋、横梁或横隔板的截面外形为倒T形、平钢板、矩形、梯形、V形或U形。

进一步地，所述组合桥面板中超高性能混凝土的厚度为6cm～12cm，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。

进一步地，所述钢主梁为双主梁，所述双主梁的梁体上折形钢板沿纵桥向按一定长度分块，双主梁横桥向上的折形钢板为整体折形钢板。

进一步地，所述钢主梁为多主梁，所述多主梁的梁体上折形钢板沿纵桥向按一定长度分块，多主梁横桥向上的折形钢板为整体折形钢板或进行横向分块，横向分块的折形钢板的闭口纵肋的中部在钢主梁的上翼缘断开，位于钢主梁上翼缘两侧的相邻两块折形钢板端部上的半个闭口纵肋的两侧分别经焊接与钢主梁的上梁翼相连接，位于钢主梁上相邻两个半个闭口纵肋之间设置有空隙，位于空隙内间隔焊接有剪力连接件。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该预制施工方法形成的组合梁能有效减小疲劳敏感部位的应力集中程度，改善正交异性钢桥面板的疲劳性能；且形成的组合桥梁受力合理，强度高，耐久性优，符合绿色环保的发展理念，可大幅度降低结构自重，减少组合桥面板的焊接工程量，有效减小疲劳敏感部位的应力集中程度，避免了连接焊缝的疲劳开裂问题，并充分发挥超高性能混凝土抗拉、抗压强度和高耐久性，表现出刚度大、自重轻、耐久性好、抗疲劳能力强等优点，改善正交异性钢桥面板的疲劳性能，有着重大的实用价值和良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明的实施例一双主梁的结构截面图；

图2为本发明的图1的A区放大图；

图3为本发明的图1的B区放大图；

图4为本发明的实施例二所主梁的结构截面图；

图5为本发明的图4的C区放大图；

图6为本发明的图4的D区放大图；

图中：1-钢梁，1a-上翼缘；2-折形钢板，3-超高性能混凝土桥面板，4-剪力连接件，5-钢筋网，6-横梁，7-焊缝，8-闭口纵肋。

具体实施方式

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，但本发明并不限于此。

参考图1至图6

一种基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，包括以下步骤：

（1）加工、制造与安装钢主梁：在桥梁下部结构建造过程中，同时进行钢主梁1的加工与制造，下部结构建造与钢主梁加工完成之后，采用吊装、顶推或拖拉等方法进行钢主梁架设；

（2）折形钢板加工：按设计尺寸加工折形钢板，并在折形钢板2上缘（波峰）焊接剪力连接件4；

（3）浇筑超高性能混凝土桥面板：在折形钢板形成的闭口纵肋内部安装气囊或泡沫板至折形板上缘，并保证填充物与折形板交接处的气密性；在折形钢板顶面绑扎钢筋网5或直接安装高强钢丝网，以折形钢板和闭口肋内填充物为底模浇筑超高性能混凝土形成超高性能混凝土桥面板3，超高性能混凝土桥面板与折形钢板经剪力连接件形成组合桥面板；所述预制的超高性能混凝土桥面板3，在板间拼接的周边，混凝土板短于折形钢板2；

（5）安装组合桥面板：当预制桥面板单元混凝土强度达到标准强度后，采用吊装或顶推等方法将预制组合桥面板单元安装至钢主梁上，并在钢主梁的上翼缘1a和折形钢板中与之对应的闭口纵肋下缘两侧的交界面进行焊接连接；

（7）施工护栏或防撞墙；

（8）施工桥面铺装。

本实施例中，在步骤（6）组合桥面板横缝连接时，当横桥向上的折形钢板可以分块时，在钢主梁的上翼缘上可以焊接焊钉，并连接横桥向接缝处的桥面板钢筋，最后现场浇筑接缝超高性能混凝土。

本实施例中，所述折形钢板上沿横桥向间隔形成闭口纵肋，所述闭口纵肋位于钢主梁上时内部填充形成实心纵肋，其余的闭口纵肋为空心纵肋。

本实施例中，所述钢主梁上翼缘的宽度大于组合桥面板上相对应的实心纵肋的下缘宽度，所述实心纵肋下缘两侧分别经焊接实现组合桥面板与钢主梁上翼缘相连接，由于实心纵肋部位的载重量大，因此实心纵肋的高度高于空心纵肋的高度，保证支撑强度。

本实施例中，所述闭口纵肋的形状为梯形、矩形、U形或V形，所述剪力连接件为焊钉连接件、PBL剪力键或槽钢剪力键。

本实施例中，所述组合桥面板的下缘沿纵桥向等间距设置有横肋、横梁或横隔板，所述横肋、横梁或横隔板的截面外形为倒T形、平钢板、矩形、梯形、V形或U形。

本实施例中，所述组合桥面板中超高性能混凝土的厚度为6cm～12cm，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120MPa、轴拉强度不低于8MPa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或注浆纤维混凝土。

本实施例中，所述钢主梁形式可以是钢板梁、钢箱梁、钢桁架梁。

本实施例中，所述钢主梁为双主梁，所述双主梁的梁体上折形钢板沿纵桥向按一定长度分块，双主梁横桥向上的折形钢板为整体折形钢板（参见图1至图3）。

另一实施例中，在步骤（2）中，对应于又多于两片的主梁组成的钢主梁，位于中间的钢主梁上横桥向设置的折形钢板可以分块，相邻两块折形钢板端部上的半个闭口纵肋分别通过焊接与钢主梁的上翼缘相连。例如，所述钢主梁为多主梁，所述多主梁的梁体上折形钢板沿纵桥向按一定长度分块，多主梁横桥向上的折形钢板为整体折形钢板或进行横向分块，横向分块的折形钢板的闭口纵肋的中部在钢主梁的上翼缘处断开，位于钢主梁上翼缘两侧的相邻两块折形钢板端部上的半个闭口纵肋的两侧分别经焊接与钢主梁的上梁翼相连接，提高焊接强度；位于钢主梁上相邻两个半个闭口纵肋之间设置有空隙，位于空隙内间隔焊接有剪力连接件（参见图4至图6），提高剪力连接件与超高性能混凝土的连接强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的钢肋板式桥面的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）加工、制造与安装钢主梁：在桥梁下部结构建造过程中，同时进行钢主梁的加工与制造，下部结构建造与钢主梁加工完成之后，采用吊装、顶推或拖拉方法进行钢主梁架设；

（6）组合桥面板横缝连接：通过预制桥面板单元伸出的预留钢筋将纵桥向相邻组合桥面板中的折形钢板进行焊接或螺接连接，以折形钢板为底模浇筑接缝超高性能混凝土，使预制板单元连接形成整体结构，并进行养护；当横桥向折形钢板分块时，在钢主梁上翼缘上焊接焊钉，并连接横桥向接缝处的桥面板钢筋，最后现场浇筑接缝超高性能混凝土；所述折形钢板上沿横桥向间隔形成闭口纵肋，所述闭口纵肋位于钢主梁上时内部填充形成实心纵肋，其余的闭口纵肋为空心纵肋；所述钢主梁上翼缘的宽度大于组合桥面板上相对应的实心纵肋的下缘宽度，所述实心纵肋下缘两侧分别经焊接实现组合桥面板与钢主梁上翼缘相连接，实心纵肋的高度高于空心纵肋的高度；

（7）施工护栏或防撞墙；

（8）施工桥面铺装。

2.根据权利要求1所述的基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，其特征在于，在步骤（2）中，对应于多于两片主梁的钢主梁，位于中间的钢主梁上横桥向设置的折形钢板分块，相邻两块折形钢板端部上的半个闭口纵肋分别通过焊接与钢主梁的上翼缘相连。

3.根据权利要求1所述的基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，其特征在于，所述闭口纵肋的形状为梯形、矩形、U形或V形，所述剪力连接件为焊钉连接件、PBL剪力键或槽钢剪力键。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，其特征在于，所述组合桥面板的下缘沿纵桥向等间距设置有横肋、横梁或横隔板，所述横肋、横梁或横隔板的截面外形为倒T形、平钢板、矩形、梯形、V形或U形。

5.根据权利要求4所述的基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，其特征在于，所述组合桥面板中超高性能混凝土的厚度为6cm～12cm，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。

6.根据权利要求1、2或3所述的基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，其特征在于，所述钢主梁为双主梁，所述双主梁的梁体上折形钢板沿纵桥向按一定长度分块，双主梁横桥向上的折形钢板为整体折形钢板。

7.根据权利要求1、2或3所述的基于折形钢板闭口肋的钢-超高性能混凝土组合梁的预制施工方法，其特征在于，所述钢主梁为多主梁，所述多主梁的梁体上折形钢板沿纵桥向按一定长度分块，多主梁横桥向上的折形钢板为整体折形钢板或进行横向分块，横向分块的折形钢板的闭口纵肋的中部在钢主梁的上翼缘断开，位于钢主梁上翼缘两侧的相邻两块折形钢板端部上的半个闭口纵肋的两侧分别经焊接与钢主梁的上梁翼相连接，位于钢主梁上相邻两个半个闭口纵肋之间设置有空隙，位于空隙内间隔焊接有剪力连接件。