CN109137718A - 轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构 - Google Patents

轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构 Download PDF

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武焕陵
魏乐永
郭志明
赵灿辉
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Abstract

本公开提供了一种轻质钢‑粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,由多个节段,每个节段包括:钢箱梁,包括底板、多个钢箱梁腹板及多个钢箱梁横隔板;粗骨料活性粉末混凝土桥面板,包括多块预制桥面板、纵向湿接缝和横向湿接缝;多个T型预埋钢板,设置在预制桥面板的底面,其腹板与钢箱梁横隔板连接,所述T型预埋钢板顶面焊有剪力连接件,剪力连接件预埋入预制桥面板内,使T型预埋钢板与预制桥面板形成整体。本公开能改善钢混组合梁受力性能,增大其适用跨径与适用范围,提高桥梁工程建造速度和工艺质量,在不降低混凝土桥面板力学性能同时,克服传统钢混组合梁自重大、桥面板易开裂等问题。

Description

轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构
技术领域
本公开涉及土木工程领域,具体涉及一种轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构。
背景技术
正交异形板钢箱梁由于自重轻、承载能力高、施工方便等优点,在大跨径桥梁结构得到广泛的应用。但是,由于正交异性桥面板本身柔度较大,在车辆荷载反复作用下,纵肋、横肋以及桥面板相互连接的焊缝处,容易发生疲劳开裂。此外,其桥面铺装受力复杂,病害较多。
相比于正交异形板钢箱梁,常规钢混组合梁能从根本上解决其疲劳开裂问题,提高结构刚度,具有一定的优势。常规钢混组合梁的混凝土桥面板的板厚一般为26cm~30cm,较厚的桥面板使得钢混组合梁结构自重较大,自重引起的斜拉索索力、塔柱轴力比重加大,为克服自重,必须加大索塔尺寸及斜拉索规格,从而影响了其经济性以及朝更大跨度桥梁应用的可能性。另一方面,由于普通混凝土抗拉强度低、收缩徐变效应明显,导致混凝土桥面板在温度、收缩徐变和车辆荷载反复作用下,混凝土桥面板出现开裂现象,影响桥梁结构的安全性和耐久性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面,提供了一种轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,由多个节段,每个节段包括:钢箱梁,包括底板、多个钢箱梁腹板及多个钢箱梁横隔板;粗骨料活性粉末混凝土桥面板,包括多块预制桥面板、纵向湿接缝和横向湿接缝;多个T型预埋钢板,设置在预制桥面板的底面,其腹板与钢箱梁横隔板连接,所述T型预埋钢板顶面焊有剪力连接件,剪力连接件预埋入预制桥面板内,使T型预埋钢板与预制桥面板形成整体。
在一些实施例中,所述T型预埋钢板的腹板与钢箱梁横隔板采用对接焊连接。
在一些实施例中,两相邻预制桥面板间的横向湿接缝设置在两道横隔板中间,车轮局部荷载下承受正弯矩。
在一些实施例中,两相邻预制桥面板间的横向湿接缝底面预埋有带剪力连接件的平钢板,作为两相邻预制桥面板间横向湿接缝的模板,与混凝土构成钢-混组合桥面板。
在一些实施例中,纵向湿接缝分别设置在两侧硬路肩和中央分隔带区域,预制桥面板左右两侧设有燕尾形槽口,浇筑纵向湿接缝后,混凝土灌注入槽口内形成剪力键。
在一些实施例中,预制桥面板内设有两层钢筋网,用于承受正负弯矩,所有钢筋端部均设有螺纹套筒,螺纹套筒在预制时埋入,其端部与预制板侧面外表面平齐,纵向湿接缝和横向湿接缝的钢筋通过螺纹套筒与预制板内的钢筋连接。
在一些实施例中,其桥面板材料采用粗骨料活性粉末混凝土,桥面板标准厚度为17cm。
在一些实施例中,所述粗骨料活性粉末混凝土抗压强度可达120MPa以上,开裂应力达10MPa以上,弹模达55GPa以上,90d总收缩应变≤300×10-6
在一些实施例中,带剪力连接件的所述T型预埋钢板在轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板预制时埋入,形成钢混一体化的预制板单元,预制板单元之间通过纵向湿接缝与横向湿接缝连接,形成整体的组合梁结构。
在一些实施例中,预埋的T型预埋钢板每2.8m~3.2m距离设置一处断缝,减少对预制板存放期收缩的约束。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出,本公开轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构至少具有以下有益效果其中之一:
(1)基于粗骨料活性粉末混凝土优越的力学性能,桥面板厚度降低至17cm左右,大幅减轻结构自重,改善结构的整体性能;
(2)由于采用新型组合结构桥面板,在降低了板厚的同时,能够不降低其在组合结构中分配力的比例,具有良好的抗裂能力,可取得较好的全寿命期经济效益;
(3)顶部开口的钢箱梁与轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板组成的整体箱梁结构,具有轻质、高强、抗扭能力强等特点,抗风、抗震性能优越,极大拓宽了钢混组合结构的适用跨径与适用范围;
(4)以T型预埋板与扁平流线型整体钢箱梁横隔板之间焊缝代替湿接缝,组合梁结构中的横向湿接缝数量减少约60%,提高结构整体性能;
(5)以预制板中T型预埋板腹板与钢箱梁横隔板之间对接焊缝代替横向湿接缝,同时将剩余少量的横向湿接缝全部布设在两道横隔板的中间位置,承受正弯矩,并在其受拉底缘埋设钢板,增强受拉侧底缘的抗裂能力,彻底解决横向湿接缝处钢纤维不连续引起的混凝土抗裂能力降低、易开裂的问题;
(6)由于采用工厂化、标准化、智能化、装配化的施工工艺,除桥位对接外的主梁所有制作均在工厂内高质量完成,大大降低现场作业难度,可有效提高工效,缩减工期,提升组合梁建造的工业化水平。
附图说明
图1为本公开实施例轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构示意图。
图2为本公开实施例轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构的顶部开口的扁平钢箱梁结构形式。
图3为本公开实施例轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构的预制板单元结构示意图。
图4为本公开实施例轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构的横向湿接缝结构示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
10、钢箱梁
100、底板; 101、钢箱梁横隔板
102、钢箱梁腹板; 103翼缘板
20、轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板
201、预制桥面板; 202、纵向湿接缝
203、横向湿接缝; 204、预制板钢筋;
205、湿接缝钢筋; 206、钢筋螺纹套筒;
207、湿接缝底缘钢板
30、带剪力连接件的T型预埋钢板
301、剪力连接件; 302、钢板断缝。
具体实施方式
本公开提供了一种轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,旨在改善钢混组合梁受力性能,增大其适用跨径与适用范围,提高桥梁工程建造速度和工艺质量,在不降低混凝土桥面板力学性能同时,克服传统钢混组合梁自重大、桥面板易开裂等问题。
为使本公开的目的、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,对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述,其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上,本公开的各种实施例可以由许多不同形式实现,而不应被解释为限于此处所阐述的实施例;相对地,提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中,提供了一种轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构结构。图1为轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构示意图。图2为本公开实施例轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构的顶部开口的扁平钢箱梁结构形式。如图1、2所示,轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构包括顶部开口的钢箱梁10、轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板20、带剪力连接件的T型预埋钢板30。
具体地,所述轻质组合梁结构是由顶部开口的钢箱梁与轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板组成的整体箱梁结构,具有轻质、高强、抗扭能力强等特点,抗风、抗震性能优越。其中钢箱梁,包括底板、多个钢箱梁腹板102及多个钢箱梁横隔板101,底板100呈折线型,所述钢箱梁腹板102设置在底板上,与均布在底板上的钢箱梁横隔板101垂直。粗骨料活性粉末混凝土桥面板20包括预制桥面板201、粗骨料活性粉末混凝土纵向湿接缝202和横向湿接缝203。带剪力连接件的T型预埋钢板30在轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板20预制时埋入,形成钢混一体化的预制板单元。一般地,剪力连接件为剪力钉。所述预制板单元与钢箱梁10之间通过T型预埋钢板30与钢箱梁横隔板101之间对接焊缝连接。而预制板单元之间通过纵向湿接缝与少量的横向湿接缝连接,最终形成整体的组合梁结构;钢箱梁腹板102顶面设有窄幅翼缘板103,翼缘板103上表面焊有剪力连接件,箱梁横隔板101顶面无窄幅翼缘板及剪力连接件。
所述预制轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板20厚度一般在17cm左右,粗骨料活性粉末混凝土具有高强度、高弹模、低收缩等特点,其抗压强度可达120MPa以上,开裂应力达到10MPa以上,弹模可达到55GPa以上,90d总收缩应变≤300×10-6,与普通混凝土基本一致。由此可保证新型组合结构桥面板在降低板厚的同时,并不降低其在组合结构中分配力的比例,并且具有良好的抗裂能力。
图3为本公开实施例轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构的预制板单元结构示意图。所述轻质组合梁结构中,带剪力连接件301的T型预埋钢板30与轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板20一体化制造形成预制板单元,预制板单元通过T型预埋钢板30与钢箱梁横隔板101之间的焊缝连接成整体,以焊缝代替了横向湿接缝,使得组合梁结构中的横向湿接缝数量减少约60%,大幅提高结构整体性能。
所述轻质组合梁结构中,带T型预埋钢板30的预制板单元需养护和存放一段时间,以完成大部分混凝土收缩,将显著降低混凝土时效对结构的影响。
所述轻质组合梁结构中,预埋的T型预埋钢板30约每2.8m~3.2m距离设置一处钢板断缝302,避免了存放期钢板对预制板收缩的约束。
图4为本公开实施例轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构的横向湿接缝结构示意图。所述轻质组合梁结构中,以预制板中T型预埋板30腹板与钢箱梁横隔板101之间对接焊缝代替了大部分横向湿接缝,同时将剩余少量的横向湿接缝全部布设在两道横隔板的中间位置,车轮局部荷载下使其承受正弯矩,其底面预埋有带剪力连接件的平钢板207,与湿接缝混凝土构成了钢-混组合桥面板,增强受拉侧底缘的抗裂能力,彻底解决横向湿接缝处钢纤维不连续引起的粗骨料活性粉末混凝土抗裂能力降低、易开裂的问题。
所述轻质组合梁结构中,预制桥面板201内设有两层钢筋网204,用于承受正负弯矩,所有钢筋端部均设有螺纹套筒206,螺纹套筒在预制时埋入,其端部与预制板单元侧面外表面平齐,纵向湿接缝202和横向湿接缝203的钢筋205通过螺纹套筒与预制板内的钢筋连接。
所述轻质组合梁结构采用工厂化、标准化、智能化、装配化的施工工艺。预制板单元采用标准模具制造,使得混凝土桥面板的精度达到钢结构的精度标准,并采用自动化、智能化的数控布料、插入振捣、平板振捣系统完成浇筑,以减少施工随机因素对桥面板质量的影响;组合结构在工厂内完成钢-混叠合以及湿接缝的浇筑工作,除桥位对接外的主梁所有制作均在工厂内高质量完成,大大降低现场作业难度,可有效提高工效,缩减工期,提升组合梁建造的工业化水平。
综上所述,本公开采用新型粗骨料活性粉末混凝土作为桥面板材料,其具有高强度、高弹模、低收缩等特点,不仅可有效提高混凝土桥面板的受力性能,而且可优化桥面板的厚度至17cm左右,使钢混组合梁自重明显降低,进而降低索塔尺寸、斜拉索规格,改善整体结构性能,使钢混组合梁能够适应更大跨径斜拉桥的需求。此外,该轻质组合梁结构可将除桥位对接外的主梁所有制作均在工厂内高质量完成,工厂化程度高,符合建筑工业化的发展方向,有利于环境的可持续发展。
至此,已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是,在附图或说明书正文中,未绘示或描述的实现方式,均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式,并未进行详细说明。此外,上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式,本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是,实施例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参考附图的方向,并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图,相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时,将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例,而仅示意本公开实施例的内容。另外,在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意,本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值,能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言,所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字,应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下,其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10%的变化、在一些实施例中±5%的变化、在一些实施例中±1%的变化、在一些实施例中±0.5%的变化。
再者,单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词,以修饰相应的元件,其本身并不意味着该元件有任何的序数,也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序,该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外,除非特别描述或必须依序发生的步骤,上述步骤的顺序并无限制于以上所列,且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑,彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用,即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解,可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件,以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且,在列举了若干装置的单元权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地,应当理解,为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个,在上面对本公开的示例性实施例的描述中,本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说,如下面的权利要求书所反映的那样,公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例,对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本公开的具体实施例而已,并不用于限制本公开,凡在本公开的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,包括多个节段,每个节段包括:
钢箱梁,包括底板、多个钢箱梁腹板及多个钢箱梁横隔板;
粗骨料活性粉末混凝土桥面板,包括多块预制桥面板、纵向湿接缝和横向湿接缝;
多个T型预埋钢板,设置在预制桥面板的底面,其腹板与钢箱梁横隔板连接,所述T型预埋钢板顶面焊有剪力连接件,剪力连接件预埋入预制桥面板内,使T型预埋钢板与预制桥面板形成整体。
2.根据权利要求1所述轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,所述T型预埋钢板的腹板与钢箱梁横隔板采用对接焊连接。
3.根据权利要求1所述轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,两相邻预制桥面板间的横向湿接缝设置在两道横隔板中间,车轮局部荷载下承受正弯矩。
4.根据权利要求1所述轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,两相邻预制桥面板间的横向湿接缝底面预埋有带剪力连接件的平钢板,作为两相邻预制桥面板间横向湿接缝的模板,与混凝土构成钢-混组合桥面板。
5.根据权利要求1所述轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,纵向湿接缝分别设置在两侧硬路肩和中央分隔带区域,预制桥面板左右两侧设有燕尾形槽口,浇筑纵向湿接缝后,混凝土灌注入槽口内形成剪力键。
6.根据权利要求1所述轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,预制桥面板内设有两层钢筋网,用于承受正负弯矩,所有钢筋端部均设有螺纹套筒,螺纹套筒在预制时埋入,其端部与预制板侧面外表面平齐,纵向湿接缝和横向湿接缝的钢筋通过螺纹套筒与预制板内的钢筋连接。
7.根据权利要求1所述轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,所述粗骨料活性粉末混凝土桥面板标准厚度为17cm。
8.根据权利要求7所述的轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,所述粗骨料活性粉末混凝土抗压强度可达120MPa以上,开裂应力达10MPa以上,弹模达55GPa以上,90d总收缩应变≤300×10-6
9.根据权利要求1所述的轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,带剪力连接件的所述T型预埋钢板在轻薄型粗骨料活性粉末混凝土桥面板预制时埋入,形成钢混一体化的预制板单元,预制板单元之间通过纵向湿接缝与横向湿接缝连接,形成整体的组合梁结构。
10.根据权利要求1所述的轻质钢-粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构,预埋的T型预埋钢板每2.8m~3.2m距离设置一处断缝,减少对预制板存放期收缩的约束。
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