CN108118610A - 一种超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁 - Google Patents

一种超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁 Download PDF

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Abstract

本发明涉及结构设计技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁,包括UHPC预制主梁及后浇普通钢筋混凝土桥面板，其特征在于UHPC主梁先期预制，并在所述UHPC预制梁顶预设剪力连接件，所述UHPC预制梁架设就位后做为施工平台，在所述UHPC预制梁顶缘设置钢筋网片后浇筑普通砼，通过所述UHPC预制梁顶剪力连接件结合形成组合梁。本发明具有构件轻巧、运输吊装简单、施工便捷、能充分发挥材料受力性能、经济性好的优点。

Description

一种超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁
技术领域
本发明涉及结构设计技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，尤其涉及一种UHPC预制梁与普通钢筋混凝土桥面板组成的组合梁。
背景技术
超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete ,简称UHPC)是一种从材料组成、配合比设计、微观结构等各方面均不同于普通高性能混凝土的一种新型水泥基材料，具有超高强度、超高韧性及超高耐久性。将其应用于桥梁结构，将赋予桥梁结构构件轻巧、运输吊装简单、施工便捷、抗震性能好、耐久性好等优点,并能进一步推进下部结构轻型化预制拼装设计，适应目前城市桥梁建设的发展方向和趋势，具有广阔的应用前景。
UHPC材料的抗压强度及抗拉强度都远高于普通混凝土（抗压强度≥120Mpa，轴心抗拉强度可达7~12MPa）。相比于UHPC的高强度，其弹性模量仅为普通混凝土的1.3~1.5倍，约4.5~5×104 Mpa，约为钢材弹性模量的四分之一。将其全断面应用于以受弯为主的桥梁结构时，由于其材料弹性模量不够高、抗压强度远高于抗拉强度，结构设计中发现当主梁下缘受拉区UHPC充分发挥其抗拉强度且受拉钢筋达到屈服时受压区UHPC压应力仍远低于其抗压强度，受压区UHPC的高抗压强度未能得到充分发挥。同时，由于UHPC材料价格明显高于普通混凝土，导致全断面UHPC主梁的经济性不佳。针对这一问题，采用UHPC-RC组合断面是一个较优的解决方案。
国外现有UHPC-RC组合梁断面形式为UHPC窄缘工字梁与普通钢筋砼桥面板组合梁，UHPC预制工字梁翼缘较窄，对于桥面板施工而言需要另设模板支架等施工措施。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种构件轻巧、运输吊装简单、施工便捷、能充分发挥材料受力性能、经济性好的桥梁结构。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处而提供一种超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其具有构件轻巧、运输吊装简单、施工便捷、能充分发挥材料受力性能、经济性好的优点。
本发明目的可以通过以下技术方案实现：一种超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁,包括UHPC预制主梁及后浇普通钢筋混凝土桥面板，其特征在于UHPC主梁先期预制，并在所述UHPC预制梁顶预设剪力连接件，所述UHPC预制梁架设就位后做为施工平台，在所述UHPC预制梁顶缘设置钢筋网片后浇筑普通砼，通过所述UHPC预制梁顶剪力连接件结合形成组合梁。
进一步地，所述UHPC预制梁由常温养护型超高性能混凝土或蒸汽养护型超高性能混凝土制作。
进一步地，所述UHPC预制梁断面形式包括π形、T形或箱形。
优选地，所述述UHPC预制梁断面为π形断面，相比T形断面，π形断面预制梁施工稳定性较好；相比箱形截面而言，π形断面预制梁预制加工脱模较为方便，因此对于中小跨径桥梁而言，π形断面预制梁的断面形式较优。
进一步地，所述UHPC预制梁梁体为配置或不配置普通钢筋的结构构件；配置普通钢筋后可以进一步提高UHPC预制梁的抗弯、抗剪极限承载力。
进一步地，所述UHPC预制梁梁体为配置或不配置预应力钢筋的结构构件；配置预应力钢筋后可以进一步提高UHPC预制梁的抗弯、抗剪极限承载力，并可控制预制梁在正常使用状态下的拉应力。
进一步地，所述UHPC预制梁梁体配置预应力钢筋时，所述UHPC预制梁可以为先张法或后张法预应力构件。
进一步地，所述UHPC预制梁在横桥向为单片或多片布置。
进一步地，所述UHPC预制梁在横桥向多片布置时在跨中及梁端设置或不设置横向连接构件；设置横向连接构件后可进一步改善多片主梁间的受力分配。
进一步地，所述UHPC预制梁横桥向多片布置时，UHPC预制梁在跨中或梁端设置的横向连接构件包括但不限于UHPC横隔板、普通钢筋砼横隔板、钢结构实腹式或空腹式横隔板、钢管水平支撑、水平预应力拉杆。
进一步地，所述UHPC预制梁在梁顶预设的剪力连接件包括但不限于钢筋连接件、型钢连接件。
进一步地，所述普通钢筋砼桥面板为全部现场浇筑或部分预制部分现浇。
进一步地，所述普通钢筋砼桥面板为横桥向等厚布置或根据UHPC预制梁断面特点而横桥向变厚度布置。
进一步地，所述UHPC-RC组合梁应用范围包括但不限于简支梁、连续梁、先简支后连续梁、索承式桥梁的加劲梁。
与现有技术相比，本发明的优点在于：相比与常规预应力砼预制小箱梁或预应力砼空心板梁，UHPC-RC组合梁结构自重轻、运输吊装便利、结构高度小、抗震性能更好、耐久性更好；相比与钢-砼组合梁，UHPC-RC组合梁更加经济、后期养护成本低；相比与全截面UHPC梁，UHPC-RC组合梁在充分利用下缘UHPC的高抗拉强度的同时，减少受压区UHPC的用量（中小跨径桥梁中UHPC超高抗压强度往往不能充分发挥），代之以普通钢筋砼，受力更加合理，经济性更好；后浇钢筋砼桥面板在作为受压翼缘、可将横桥向多片UHPC预制梁连接共同受力的同时，兼做铺装调平层，进一步降低结构高度和自重，使结构方案更加经济、节能、环保。相比于国外现有UHPC窄缘工字梁与普通钢筋砼桥面板组合梁，本发明省去了桥面板施工模板，施工更加便捷。
附图说明
图1为本发明的UHPC-RC组合梁的第一种横断面示意图。
图2为本发明的UHPC-RC组合梁的第二种横断面示意图。
图3为本发明的UHPC-RC组合梁的第三种横断面示意图。
图4为本发明的UHPC预制梁的第一种横断面示意图。
图5为本发明的UHPC预制梁的第二种横断面示意图。
图6为本发明的UHPC预制梁的第三种横断面示意图。
图7为本发明的UHPC-RC组合梁立面示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1~2，图中标记分别为：UHPC预制梁1、RC桥面板砼2、UHPC预制梁预设剪力连接件3、RC桥面板钢筋4、横桥向多片布置时UHPC预制梁间在跨中或梁端设置的横向连接构件5、UHPC预制梁普通配筋12、UHPC预制梁预应力配筋13。
实施例：
一种超高性能混凝土(UHPC)与普通钢筋砼（RC）组合结构桥梁,其结构如图1所示,该组合梁由一片或多片UHPC预制梁1通过设置预埋剪力连接件3与RC桥面板2连接形成组合断面共同受力，其中RC桥面板设置钢筋4。UHPC预制梁1可做为RC桥面板2及RC桥面板配筋4的施工平台，方便RC桥面板的施工。UHPC预制梁横向多片布置时，可在各片预制梁间的跨中或梁端设置横向连接构件5以增强各预制梁间的受力分配。
本发明可以有效地发挥梁式结构中UHPC材料的高抗拉强度及超高韧性，并减少结构中UHPC用量提升结构的经济性,其工作原理如下：首先, UHPC预制梁1预制加工，同时在梁顶预埋剪力连接件3；可根据受力需要决定UHPC预制梁中是否设置普通受力钢筋12及预应力钢筋13，以进一步提高UHPC预制梁的抗弯、抗剪受力性能。然后架设UHPC预制梁，并以UHPC预制梁为施工平台施工桥面板钢筋4及桥面板混凝土2，后浇RC桥面板2的荷载由UHPC预制梁1承担，RC桥面板2兼做找平层。待RC桥面板2养护达到设计强度后，RC桥面板2与UHPC预制梁1通过剪力连接件3及界面粘结力形成共同受力的组合结构断面，然后施工桥面铺装磨耗层及附属设施，桥梁施工完毕。其中RC桥面板2做为组合结构断面的受压翼缘与UHPC预制梁1共同承受桥面系及附属设施荷载及运营活荷载，同时，RC桥面板2在横向多片UHPC预制梁1布置时，起到多片UHPC预制梁1的横向连接及荷载分配作用。UHPC预制梁1横桥向多片布置时，根据受力需要决定是否设置预制梁间的横向连接结构5，以进一步改善多片UHPC预制梁1间的受力分配。
由于UHPC预制梁1在与RC桥面板砼2形成组合结构前仅需承受自重及RC桥面板砼2的湿重，且形成组合结构后运营活载局部受力及组合断面整体受力中上翼缘受压主要由RC桥面板砼2承受，故在UHPC预制梁1截面设计时可减薄预制梁上翼缘板厚度（最薄厚度可减至5cm），从而减轻UHPC预制梁1的吊装重量及UHPC用量，进而提升结构方案的经济性。

Claims (13)

1.一种超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，包括UHPC预制主梁及后浇普通钢筋混凝土桥面板，其特征在于UHPC主梁先期预制，并在所述UHPC预制梁顶预设剪力连接件，所述UHPC预制梁架设就位后做为施工平台，在所述UHPC预制梁顶缘设置钢筋网片后浇筑普通砼，通过所述UHPC预制梁顶剪力连接件结合形成组合梁。
2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述UHPC预制梁由常温养护型超高性能混凝土或蒸汽养护型超高性能混凝土制作。
3.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述UHPC预制梁断面形式包括π形、T形或箱形。
4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述UHPC预制梁梁体为配置普通钢筋的结构构件。
5.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述UHPC预制梁梁体为配置预应力钢筋的结构构件。
6.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述UHPC预制梁梁体配置预应力钢筋时，所述UHPC预制梁为先张法或后张法预应力构件。
7.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述UHPC预制梁在横桥向为单片或多片布置。
8.根据权利要求7所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述UHPC预制梁在横桥向多片布置时在跨中及梁端设置横向连接构件。
9.根据权利要求8所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述横桥向多片布置UHPC预制梁在跨中或梁端设置的横向连接构件包括UHPC横隔板、普通钢筋砼横隔板、钢结构实腹式、空腹式横隔板、钢管水平支撑、或水平预应力拉杆。
10.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述UHPC预制梁在梁顶预设的剪力连接件为钢筋连接件或型钢连接件。
11.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述普通钢筋砼桥面板为全部现场浇筑或部分预制部分现浇。
12.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述普通钢筋砼桥面板为横桥向等厚布置或根据UHPC预制梁断面特点而横桥向变厚度布置。
13.根据权利要求1所述的超高性能混凝土与普通钢筋砼组合梁，其特征在于所述组合梁应用范围包括简支梁、连续梁、先简支后连续梁、或索支撑体系桥梁的加劲梁。
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