CN108239916B - 一种内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱 - Google Patents

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Abstract

一种内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，包括内壁钢板、外层UHPC超高性能钢筋混凝土板、纵向隔板和环向横隔板。其中，浮箱外轮廓为长方体，内部通过纵向隔板和环向横隔板分割为多个舱室，舱室内充满干燥气体。内壁钢板与外层UHPC超高性能钢筋混凝土板通过栓钉连接件进行有效连接。纵向隔板为钢壳轻质混凝土组合结构或带肋钢板结构，环向横隔板为钢板结构。纵向隔板、环向横隔板与内壁钢板通过焊接连接，内壁钢板作为浮箱外层UHPC超高性能钢筋混凝土板浇筑的内模板，外层UHPC超高性能钢筋混凝土板采用上下分层、纵向跳仓浇筑的施工方法。本发明提供了一种轻型、高强、耐久的新型浮箱，可用于浮桥结构及其它特殊要求的渡河结构。

Description

一种内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱。
背景技术
随着人类经济活动的迅猛发展，岛屿及近海与近岸的利用越来越受到人们的关注。浮桥作为交通运输线上的特殊桥梁，以浮桥跨越江河是出于经济性或军事方面的特殊需要而修建的。
目前，世界上最长的浮桥为2016年开通的华盛顿湖SR520浮桥，水深约70m，总长2350m，宽约39.6m，双向6车道+2个人行道，设计使用寿命75年，共使用33个巨大的空气箱。其它比较有代表性的浮桥为挪威于1992年架设的Bergsoyfjord浮桥，水深320m，总长931m，水平弯曲曲率半径为1300m，共使用7个混凝土浮箱基础，上部梁采用钢管桁架结构。菲律宾国内岛屿众多，规划了多个跨海大桥项目，拟将北部的吕宋群岛、中部的ISAYAS群岛、南部的棉兰老群岛通过桥梁联系起来，由于菲律宾海域最大水深达500m，浮桥是唯一经济可行的方案。目前，我国的民用浮桥主要应用于跨河(湖)，其中以跨越黄河浮桥最多。黄河浮桥中，能通行重型车辆的浮桥以双体承压舟为主，该类型典型的方案为黄河吴王浮桥，浮桥长600米，双向行车，最大载重量120吨。国内浮桥方案相对比较单一，对于有大型船舶通航要求的浮桥，尚无相关浮桥设计。根据相关研究，建造浮桥的成本约为建造固定桥梁、隧道或地道成本的50％。因此，浮桥在未来深水海域桥梁建设中具有广阔的发展空间。
从目前国内外浮桥建设情况来看，浮桥长度均在2500m以内，多数为内海及河(湖)浮桥，尚无长距离外海浮桥的建设先例。外海浮桥建设与跨河(湖)相比，存在更多技术问题，如抵御台风、海啸等问题，以及如何解决超长浮桥的刚度问题等，并且现有安装在海上的浮箱结构通常采用普通钢筋混凝土材料，而这些浮箱经过长期与海水接触，会造成环境污染，例如由于盐析导致的钢筋锈蚀和混凝土腐蚀等问题。
因此，亟需研究强度高、刚度大、防水性和耐久性好的新型浮箱结构。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为克服现有混凝土浮箱强度低、刚度小、防水性和耐久性差、重量大等缺点，本发明提供了一种内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，使其兼具优异的受力性能、耐久性、经济性，并具有良好的环保性能。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，包括箱体四周的内壁钢板、所述内壁钢板外侧的外层UHPC超高性能钢筋混凝土板、一个或多个纵向隔板和多个环向横隔板，其中所述纵向隔板与箱体顶部和底部的内壁钢板垂直并固定连接，将箱体分成若干单元，每个单元内固定有一个或多个环向横隔板，所述环向横隔板与纵向隔板垂直，将箱体内部分为多个舱室。
优选地，所述内壁钢板为耐腐蚀钢板，厚度为8mm～16mm，其内表面设置“U”型、“T”型或“I”型的加劲肋，其外表面通过连接件与外层UHPC超高性能钢筋混凝土板进行连接，所述连接件的直径为13mm～22mm，高度为40mm～120mm。
优选地，所述外层UHPC超高性能钢筋混凝土板为配置钢筋网的超高性能钢筋混凝土结构，其中，其顶板的厚度为6cm～20cm，侧板的厚度为6cm～16cm，底板的厚度为6cm～12cm；所述钢筋网为环氧树脂涂层钢筋，直径为8mm～12mm，设置2～3层；UHPC超高性能混凝土的抗压强度≥150MPa、抗拉强度≥10MPa，塌落度≥180mm。
优选地，所述UHPC超高性能混凝土的主要成分包括水泥、硅灰、矿渣、粉煤灰、石英粉、石英砂、聚乙烯醇纤维、钢纤维、纳米碳酸钙、水和减水剂。
优选地，所述纵向隔板为钢壳轻质混凝土组合结构或带肋钢板结构，钢壳轻质混凝土组合结构的钢壳为耐腐蚀钢板，厚度为8mm～10mm，其与轻质混凝土连接的表面设置连接件，轻质混凝土的强度等级LC50～LC70、密度1800～2150kg/m3。
优选地，轻质混凝土各组分的质量百分比为：水泥20％～40％、砂25％～50％、水5～15％、粉煤灰0％～15％、硅粉0％～5％、轻质高强陶粒15％～30％、缓凝剂0.1％～0.2％、矿物增稠剂1％～3％、减水剂0.2％～1％。
优选地，所述环向横隔板为设置圆倒角的上部宽、侧向及底部窄的中空环形结构，其采用耐腐蚀钢板，钢板厚度为12mm～16mm。
优选地，浮箱舱室内充满干燥气体，所述干燥气体选自干燥空气或惰性气体。
优选地，浮箱内设置除湿防腐系统，使浮箱内部始终保持干燥环境。
优选的，所述纵向隔板、所述环向横隔板与所述内壁钢板通过焊接连接，所述内壁钢板作为所述外层UHPC超高性能钢筋混凝土板浇筑的内模板，所述外层UHPC超高性能钢筋混凝土板采用上下分层、纵向跳仓浇筑的施工方法形成。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明相对于现有技术的主要优点为：
(1)内壁钢板与外层UHPC超高性能钢筋混凝土板组成的新型超高性能钢混组合结构浮箱的强度高、韧性强、刚度大，能够科学合理地承担顶部汽车荷载、侧向波流荷载和船舶撞击荷载的作用；
(2)内壁钢板与外层UHPC超高性能钢筋混凝土板组成的新型超高性能钢混组合结构浮箱的耐久性、防水性能优异，可以有效防止海水腐蚀，并保护海洋环境免受污染；
(3)浮箱内壁钢板、纵向隔板、环向横隔板的钢结构均采用耐腐蚀性钢板，内部隔舱充满干燥空气或氦、氖气等惰性气体，且通过设置除湿防腐系统有效保证浮箱内部始终保持干燥环境，从而显著提升浮箱的正常使用性能和耐久性能；
(4)内壁钢板与外层UHPC超高性能钢筋混凝土板组成的新型超高性能钢混组合结构浮箱，且其纵向隔板为钢壳轻质混凝土组合结构或带肋钢板结构，实现了浮箱结构的轻型化，加工、运输、安装便捷，设备要求低，架设周期短，经济性好；
(5)内壁钢板作为浮箱结构的主要受力构件，同时兼作为浮箱外层UHPC超高性能钢筋混凝土板浇筑的内模板，且外层UHPC超高性能钢筋混凝土板采用上下分层、纵向跳仓浇筑施工，节省材料、施工方便，经济性好。
附图说明
图1是本发明提供的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱结构示意图；
图2是本发明提供的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱剖面示意图；
图3是本发明提供的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱顶板局部大样A示意图；
图4是本发明提供的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱环向横隔板大样图；
图5是本发明提供的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱受力示意图；
图6是本发明提供的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱浇筑方案。
附图标记说明：
1-内壁钢板；2-外层UHPC超高性能钢筋混凝土板；3-纵向隔板；4-环向横隔板；5-干燥气体；6-加劲肋；7-栓钉连接件；8-钢筋网。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，浮箱外轮廓为长方体，水面之上高度h1，水面之下高度h2，包括箱体四周的内壁钢板1、内壁钢板1外侧的外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2、多个纵向隔板3和多个环向横隔板4。其中纵向隔板3与箱体顶部和底部的内壁钢板1垂直并固定连接，将箱体分成若干单元，每个单元内固定有一个或多个环向横隔板4，环向横隔板4与纵向隔板3垂直，将箱体内部分为多个舱室。舱室内填充有干燥气体5。
如图3所示，内壁钢板1为耐腐蚀钢板，厚度为8mm～16mm，其内表面根据受力要求可设置“U”型、“T”型、“I”型的加劲肋6，其外表面通过栓钉连接件7与外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2进行有效连接。其中，栓钉连接件7的直径为13mm～22mm，高度为40mm～120mm。
如图4所示，浮箱顶板在汽车荷载作用下，顶板下缘处于受拉状态；浮箱侧壁板在波流力作用下，内壁处于受拉状态；浮箱底板在水压力作用下，底板上缘处于受拉状态。本发明提供的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱采用内壁钢板1，可充分发挥钢材抗拉能力强的优点，同时，浮箱外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2处于三向受压状态，充分发挥了混凝土抗压能力强的特点。
外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2为配置钢筋网8的超高性能钢筋混凝土结构。其中，外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2在浮箱顶板、侧板和底板部位的厚度根据结构受力、耐久性要求确定，其在顶板的厚度为6cm～20cm，侧板的厚度为6cm～16cm，底板的厚度为6cm～12cm；钢筋网8为环氧树脂涂层钢筋，直径为8mm～12mm，设置2～3层；UHPC超高性能混凝土的抗压强度≥150MPa、抗拉强度≥10MPa，塌落度≥180mm，具有优异的强度、韧性和良好的施工性能，其主要成分包括水泥、硅灰、矿渣、粉煤灰、石英粉、石英砂、聚乙烯醇纤维、钢纤维、纳米碳酸钙、水、减水剂等。
纵向隔板3为钢壳轻质混凝土组合结构或带肋钢板结构，钢壳轻质混凝土组合结构的钢壳为耐腐蚀钢板，厚度为8mm～10mm，其与轻质混凝土连接的表面设置栓钉连接件，轻质混凝土的强度等级为LC50～LC70、密度为1800～2150kg/m3，各组分质量百分比：水泥20％～40％、砂25％～50％、水5～15％、粉煤灰0％～15％、硅粉0％～5％、轻质高强陶粒15％～30％、缓凝剂0.1％～0.2％、矿物增稠剂1％～3％、减水剂0.2％～1％。
如图5所示，环向横隔板4为设置圆倒角的上部宽、侧向及底部窄的中空环形结构，其采用耐腐蚀钢板，钢板厚度为12mm～16mm。
浮箱舱室内充满干燥气体5，可为干燥空气或氦、氖气等惰性气体，且浮箱内设置除湿防腐系统，可使浮箱内部始终保持干燥环境。
纵向隔板3、环向横隔板4与内壁钢板1通过焊接连接，内壁钢板1作为浮箱外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2浇筑的内模板，外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2采用上下分层、纵向跳仓浇筑的施工方法，见图6。具体方法如下：
(1)在加工厂加工内壁钢板1及钢筋网8、纵向隔板3、环向横隔板4、加劲肋6，并浇筑外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2的底板钢筋混凝土，见图6(a)；
(2)浇筑浮箱外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2的侧板下部钢筋混凝土，然后转入纵向跳仓，见图6(b)；
(3)浇筑浮箱外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2的侧板上部钢筋混凝土，然后转入纵向跳仓，见图6(c)；
(4)浇筑浮箱外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2的顶板钢筋混凝土，然后转入纵向跳仓，见图6(d)。
(5)纵向浇筑时，将浮箱以环向横隔板4分界，纵向划分为n个节段，每次对称浇筑2个节段，浇筑顺序为n-3→n-1→n-2→n，见图6(e)。
浇筑完成后，需要对浮箱外层UHPC超高性能钢筋混凝土板2进行蒸养。
本发明提供了一种新型轻型化组合浮箱结构，具有整体刚度大、强度高、韧性强、防水性和耐久性好等优点，可用于海中浮桥结构及其它特殊要求下渡河结构。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，包括箱体四周的内壁钢板(1)、所述内壁钢板(1)外侧的外层UHPC超高性能钢筋混凝土板(2)、一个或多个纵向隔板(3)和多个环向横隔板(4)，其中，
所述外层UHPC超高性能钢筋混凝土板(2)为配置钢筋网(8)的超高性能钢筋混凝土结构，其顶板的厚度为6cm～20cm、侧板的厚度为6cm～16cm、底板的厚度为6cm～12cm；所述钢筋网(8)为环氧树脂涂层钢筋，直径为8mm～12mm，设置2～3层；UHPC超高性能混凝土的抗压强度≥150MPa、抗拉强度≥10MPa，塌落度≥180mm；其中所述纵向隔板(3)与箱体顶部和底部的内壁钢板(1)垂直并固定连接，将箱体分成若干单元，每个单元内固定有一个或多个环向横隔板(4)，所述环向横隔板(4)与纵向隔板(3)垂直，将箱体内部分为多个舱室；
所述纵向隔板(3)为钢壳轻质混凝土组合结构或带肋钢板结构，钢壳轻质混凝土组合结构的钢壳为耐腐蚀钢板，厚度为8mm～10mm，其与轻质混凝土连接的表面设置连接件(7)，轻质混凝土的强度等级LC50～LC70、密度1800～2150kg/m3。
2.根据权利要求1所述的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，其特征在于，所述内壁钢板(1)为耐腐蚀钢板，厚度为8mm～16mm，其内表面设置“U”型、“T”型或“I”型的加劲肋(6)，其外表面通过连接件(7)与所述外层UHPC超高性能钢筋混凝土板(2)进行连接，所述连接件(7)的直径为13mm～22mm，高度为40mm～120mm。
3.根据权利要求1所述的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，其特征在于，所述UHPC超高性能混凝土的主要成分包括水泥、硅灰、矿渣、粉煤灰、石英粉、石英砂、聚乙烯醇纤维、钢纤维、纳米碳酸钙、水和减水剂。
4.根据权利要求1所述的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，其特征在于，所述轻质混凝土的各组分质量百分比：水泥20％～40％、砂25％～50％、水5～15％、粉煤灰0％～15％、硅粉0％～5％、轻质高强陶粒15％～30％、缓凝剂0.1％～0.2％、矿物增稠剂1％～3％、减水剂0.2％～1％。
5.根据权利要求1所述的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，其特征在于，所述环向横隔板(4)为设置圆倒角的上部宽、侧向及底部窄的中空环形结构，其采用耐腐蚀钢板，钢板厚度为12mm～16mm。
6.根据权利要求1所述的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，其特征在于，浮箱舱室内充满干燥气体(5)，所述干燥气体(5)选自干燥空气或惰性气体。
7.根据权利要求1所述的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，其特征在于，浮箱内设置除湿防腐系统，可使浮箱内部始终保持干燥环境。
8.根据权利要求1所述的内壁钢板与超高性能混凝土组合的浮箱，其特征在于，所述纵向隔板(3)、所述环向横隔板(4)与所述内壁钢板(1)通过焊接连接，所述内壁钢板(1)作为所述外层UHPC超高性能钢筋混凝土板(2)浇筑的内模板，所述外层UHPC超高性能钢筋混凝土板(2)采用上下分层、纵向跳仓浇筑的施工方法形成。
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