CN109577188A - 用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋 - Google Patents

Abstract

一种用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，它主要是解决现有的超高性能混凝土肋易疲劳开裂、抗拉抗压性能较差，截面的利用效率低、成本高等技术问题。其技术方案要点是：它包括肋本体（7）和肋底钢板（3），在肋本体（7）的底部设置有肋底钢板（3），在肋底钢板（3）的上表面设置剪力连接件（4），在肋底钢板（3）上的剪力连接件（4）周围浇筑超高性能混凝土形成肋本体（7），剪力连接件（4）上部与面板（1）内的钢筋网连接。它主要是用于桥面板。

Description

用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋

技术领域

本发明涉及一种用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋。

背景技术

桥面板直接承受车辆荷载和环境作用，是受超载、腐蚀、疲劳等不利因素影响最直接的构件，因此其工作状态将直接影响倒桥梁主体结构的耐久性和行车舒适性。正交异性钢桥面板、普通混凝土桥面板是目前桥梁工程应用的两种主要的桥面板形式。普通混凝土桥面板可较好地适应沥青混凝土桥面铺装或水泥铺装，行车效果较好，但由于普通混凝土抗拉强度偏低，导致其板厚较大，结构自重较大，难以适应大跨度桥梁的需求，且在湿接缝、负弯矩区、斜拉索锚固区附近易开裂。正交异性钢桥面板具有自重轻、极限承载力大、施工周期短等优点，被广泛应用于大跨度桥梁中，但由于钢桥面板刚度偏低，与沥青混凝土的粘结性和变形协调性能差等原因，使得运营多年的正交异性钢桥面板易出现疲劳开裂和铺装破损等病害。

超高性能混凝土具有高弹性模量、高抗压、抗拉强度和良好的徐变特性等优点，可以减小结构尺寸，减轻结构自重，提高结构抵抗荷载有效性和增大跨越的能力。因此，基于超高性能混凝土性能研发的超高性能混凝土桥面板可避免正交异性钢桥面板疲劳开裂和铺装易损的难题，可减轻结构自重，适应大跨度桥梁需求，同时具有优异的抗拉性能的超高性能混凝土可解决普通混凝土桥面板易开裂的难题，耐久性好。

公告号CN 106758813 A的发明专利公开了一种用于钢混组合梁桥的超高性能混凝土井式肋桥面板及其施工方法，包括预制超高性能混凝土井式肋桥面板、矩形柱状槽口、上层钢筋、下层钢筋、簇钉群、高强灌浆料、湿接带钢筋以及湿接带混凝土。该发明的桥面板可发挥超高性能混凝土抗压、抗拉强度高的力学特性，利用井式肋和面板组合，有效提高刚度、承载力、减小板厚。但是该井式肋桥面板肋宽度仅10cm~15cm，在保证良好施工性能前提下，受拉区配置普通钢筋数量有限，桥面板跨径较大时，难以适应高抗裂性能的需求。此外，宽度仅10cm~15cm板肋内配置普通钢筋，可能对超高性能混凝土内纤维分布产生不利影响。

公告号CN 107604815 A的发明专利公开了一种自带模板超高性能混凝土组合桥面板，它主要由数块单元板拼接而成，单元板包括钢底板和设于钢底板上的超高性能混凝土面板，钢底板上焊接有用于连接超高性能混凝土面板的剪力连接件，每块钢底板为扁平的四棱台形薄壁钢构件，相邻的钢底板与位于桥面板下方的主梁的内部构件连接而使各钢底板连接成一体;在剪力连接件的上方沿顺桥向和横桥向分别设有连接成一体的钢筋，构成桥面板上缘受力钢筋网，钢底板和剪力连接件相应成为桥面板下缘受力钢筋及剪力钢筋，并共同作为桥面板的底模。本发明桥面板采用超高性能混凝土，可有效解决现有钢桥面所存在的容易开裂、桥面铺装破损等难题，但是这类组合桥面板整个底部均设置有钢板，一方面会显著增加桥梁结构用钢量，增加结构自重和造价，影响桥梁结构的跨越能力，另外一方面底板钢板对桥面板的超高性能混凝土将会形成强约束边界，实桥应用中现场浇筑、常温养护容易产生收缩开裂等影响结构的安全性和耐久性，必须通过蒸汽养护等方式避免收缩开裂，这给施工带来不便。

公告号CN 105780649 A的发明专利公开了一种凹肋耐候钢一混凝土组合桥面板，组合桥面板单元包括底钢板和浇筑于其上的现浇混凝土板，以及使底钢板、现浇混凝土板连接为一体的剪力键，在底钢板宽度方向两端焊接连接封头带孔钢板，以有效减少桥面系用钢量，并使桥面板的施工质量易于得到保证，简化施工工艺，从而有效节约工程费用。但这类构造仅适用于普通混凝土组合桥面板，对于超高性能混凝土组合桥面板，强约束钢板易使超高性能混凝土收缩开裂，超高性能混凝土优异的抗压和抗拉性能不能得到发挥，且在底钢板宽度方向两端焊接连接的封头带孔钢板将阻断钢纤维的连续和随机分布，对结构安全产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种自重轻、刚度大、施工便捷、耐久性好的用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，利用钢材和超高性能混凝土优异抗拉、压性能，有效降低桥面板厚度，减轻桥面板自重，提高桥面板刚度和抗裂性，取消预应力，降低成本，便于现场施工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括肋本体7和肋底钢板3，在肋本体7的底部设置有肋底钢板3，在肋底钢板3的上表面设置剪力连接件4，在肋底钢板3上的剪力连接件4周围浇筑超高性能混凝土形成肋本体7，剪力连接件4上部与面板1内的钢筋网连接。

所述肋本体7高度为0.10m~2.00m，所述肋本体7截面为U型、倒梯形或矩形，其上缘宽度为0.08m~0.30m，下缘宽度为0.08m~0.30m。

所述肋底钢板3横截面为平板形式或沿肋本体7宽度方向的单向波纹形式，其宽度不大于肋本体7底部宽度且厚度为0.005m~0.016m。这一设置一方面可以提高桥面板的刚度、抗裂性和承载能力，同时可以取消肋板底部的纵向受拉钢筋，避免钢筋对超高性能混凝土薄板中纤维分布的不利影响，另外一方面仅在肋底部设置加强钢板不会对桥面板形成强约束边界，不易出现收缩开裂的病害，可适应于现场浇筑常温养护的情况，施工便捷。所述加强钢板3为平钢板、板肋宽度方向的单向波纹钢板、花纹钢板或槽钢。采用单向波纹钢板和花纹钢板的效果：采用表面带单向波纹或花纹的加强钢板，可以利用波纹、花纹与超高性能混凝土的粘结和嵌固作用，显著增强界面的抗滑移性能，增强板肋与钢板的连接作用。采用槽钢的效果：采用槽钢作为加强钢板，一方面选用市场成品槽钢，无须加工，具有疲劳性能好和造价低廉的有点，可提高结构疲劳性能和降低结构造价；另外一方面，选用槽钢可以增大钢板与板肋的接触面积，进而增强与板肋的连接作用；而且槽钢的边钢板部分可提高板肋的有效受拉面积，进而提高截面的有效配筋率，从而显著提高组合桥面板的抗裂性能。

所述剪力连接件4为圆柱头焊钉形式、角钢形式或开孔的带肋形式。

所述剪力连接件4为圆柱头焊钉形式，其直径为0.006m～0.019m，长度为0.03m～0.20m。所述剪力连接件4为角钢形式，其长角肢宽度为0.03m～0.20m，短角肢宽度为0.03m～0.10m，长度为0.03m～0.20m。所述剪力连接件4为开孔的钢板条形式，其高度为0.03m～0.15m，厚度为0.006m～0.01m，孔洞直径为0.01m～0.10m.，且沿肋底钢板3方向至少设置有2条钢板条。

优选地，剪力连接件4为圆柱头焊钉，纵桥向圆柱头焊钉的间距为0.08m~0.40m，这一设置可使超高性能混凝土与钢板之间结合更加紧密，避免发生脱层滑移现象，避免圆柱头焊钉底部产生超高性能混凝土的空洞，避免剪力连接件对超高性能混凝土纤维分布的影响。

超高性能混凝土为本领域内的一专有名称，一般是指具有超高抗压强度、高抗拉强度、高延性、高韧性、高耐久性、施工性好的混凝土，其是相对普通混凝土、高性能混凝土而言的另一类力学综合性能更加优异的混凝土材料。所述肋本体7由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土可以为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土、注浆纤维混凝土、密实配筋复合材料或工程胶凝复合材料等。优选超高性能混凝土为抗压强度不小于100MPa、抗弯拉强度不小于10MPa的活性粉末混凝土或超高性能纤维增强混凝土或密实配筋复合材料。该种超高性能混凝土更易于实现肋的轻量化、高强度、高刚度。

桥面肋板包括采用超高性能混凝土浇注而成的面板1、和板肋2，3条以上的板肋2设置在面板1底部与面板1连接成整体，在面板1内设置有钢筋网5，板肋2包括肋本体7和肋底钢板3，在肋本体7的底部设置有肋底钢板3，在肋底钢板3的上表面设置剪力连接件4，在钢筋网5的下部设置有箍筋6，箍筋6与剪力连接件4固定连接，使钢筋网5与箍筋6和剪力连接件4连接成一个整体钢筋结构，在钢筋网5、箍筋6和剪力连接件4外浇注超高性能混凝土形成连接为整体的面板1和板肋2。本发明采用肋板式桥面板结构可充分发挥超高性能混凝土优异的抗压和抗拉性能，提高截面的利用效率，提高桥面板的整体和局部刚度，减小桥面板的板厚和结构自重，可适应大跨径桥梁和板跨较大的需求，避免了正交异性钢桥面板易疲劳开裂和混凝土桥面板自重大且易开裂的难题。在超高性能混凝土肋板的受拉底部设置钢板，可充分发挥钢材的抗拉性能，进一步提高桥面板的整体和局部刚度，显著提高桥面板的抗裂性能和抗超载能力，也在施工性能方面带来了极大的便利，取消了肋板底部的纵向受拉钢筋，避免钢筋对超高性能混凝土薄板中纤维分布的不利影响。

所述面板1厚度为0.02m~0.30m，所述面板1内布置有由纵向钢筋和横向钢筋组成的钢筋网5，其钢筋间距在30mm～200mm之间，且纵向钢筋间距小于横向钢筋间距，这一设置有益于增强提高面板的强度和抗冲切承载力。

所述板肋2高度为0.105m~2.016m，所述面板1与板肋2组合形成肋板结构，所述板肋2截面为U型、倒梯形或矩形，相邻两板肋2中心间距为0.30m~6.00m，该种设置在保证用料最少的前提下，提高了整体的刚度和强度。所述板肋2沿面板1横向设置，或者沿面板1纵向设置，或者纵横交错设置于面板1底部。

所述板肋2中布置有箍筋6，所述箍筋6直径为4mm~12mm，布置间距为50mm~300mm，所述箍筋6上端与钢筋网5绑扎，下部与剪力连接件4绑扎。

本发明的有益效果是：

（1）在超高性能混凝土肋的受拉底部为钢板，可充分发挥钢材的抗拉性能，进一步提高桥面板的整体和局部刚度，显著提高桥面板的抗裂性能和抗超载能力，也在施工性能方面带来了极大的便利，取消了肋板底部的纵向受拉钢筋，避免钢筋对超高性能混凝土薄板中纤维分布的不利影响。仅在受拉底部设置钢板（与肋本体底面等宽），可避免底部全宽钢板（钢板覆盖板肋侧面和面板底部）对超高性能混凝土形成的强约束边界而导致其养护和今后使用过程中易收缩开裂的难题。

（2）本发明采用肋板式桥面板可充分发挥超高性能混凝土优异的抗压和抗拉性能，提高截面的利用效率，提高桥面板的整体和局部刚度，减小桥面板的板厚和结构自重，可适应大跨径桥梁和板跨较大的需求，避免了正交异性钢桥面板易疲劳开裂和混凝土桥面板自重大且易开裂的难题。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是实施例1的桥面板横断面示意图。

图3是本发明实施例2的桥面板横断面示意图。

图4是本发明实施例3的桥面板横断面示意图。

图5是图4的A-A剖切示意图。

图6是本发明实施例4的桥面板横断面示意图。

图7是图6的B-B剖切示意图。

图中：1、面板；2、板肋；3、肋底钢板；4、剪力连接件；5-钢筋网；6-箍筋，7-肋本体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例1，参阅图1，本发明公开了一种用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，它包括肋本体7和肋底钢板3，在肋本体7的底部设置有肋底钢板3，在肋底钢板3的上表面设置剪力连接件4，在肋底钢板3上的剪力连接件4周围浇筑超高性能混凝土形成肋本体7，剪力连接件4上部与桥面板1的钢筋网5连接。

肋本体7高度为0.17m，板本体7截面为倒梯形，其上缘宽度为0.20m，下缘宽度为0.18m。

加强钢板3设置于板本体7底部，为平板形式，加强钢板3厚度为0.006m。

肋本体7与加强钢板3通过剪力连接件4连接。剪力连接件4为圆柱头焊钉，圆柱头焊钉的高度为0.12 m，纵桥向圆柱头焊钉的间距为0.15m。

通过箍筋6将桥面板内的钢筋网5和剪力连接件4连接成一个整体，增强肋板抗剪性能，从而使肋和面板形成整体的桥面板。

实施例2，参阅图2，其余同实施例1。本发明公开了一种用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，它包括肋本体7和肋底钢板3，在肋本体7的底部设置有肋底钢板3，在肋底钢板3的上表面设置剪力连接件4，在肋底钢板3上的剪力连接件4周围浇筑超高性能混凝土形成肋本体7，剪力连接件4上部与面板1内的钢筋网5连接。

肋本体7高度为0.17m，板本体7截面为矩形，其上缘宽度为0.18m，下缘宽度为0.18m。

加强钢板3设置于板本体7底部，为单向波纹形式，加强钢板3厚度为0.006m。

肋本体7与加强钢板3通过剪力连接件4连接。剪力连接件4为圆柱头焊钉，圆柱头焊钉的高度为0.12 m，纵桥向圆柱头焊钉的间距为0.15m。

通过箍筋6将桥面板内的钢筋网5和剪力连接件4连接成一个整体，增强肋板抗剪性能，从而使肋和面板形成整体的桥面板。

实施例3，参阅图3至4，其余同上述实施例。本发明公开了一种用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，它包括肋本体7和肋底钢板3，在肋本体7的底部设置有肋底钢板3，在肋底钢板3的上表面设置剪力连接件4，在肋底钢板3上的剪力连接件4周围浇筑超高性能混凝土形成肋本体7，剪力连接件4上部与面板1内的钢筋网5连接。

肋本体7高度为0.17m，板本体7截面为矩形，其上缘宽度为0.18m，下缘宽度为0.18m。

加强钢板3设置于板本体7底部，为平板形式，加强钢板3厚度为0.006m。

肋本体7与加强钢板3通过剪力连接件4连接。剪力连接件4为角钢，其长角肢宽度为0.10m，短角肢宽度为0.02m，长度为0.08m，分布纵向间距为0.30m，横向间距为0.09m。

通过箍筋6将桥面板内的钢筋网5和剪力连接件4连接成一个整体，增强肋板抗剪性能。

实施例4，参阅图5至6，其余同上述实施例。本发明公开了一种用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，它包括肋本体7和肋底钢板3，在肋本体7的底部设置有肋底钢板3，在肋底钢板3的上表面设置剪力连接件4，在肋底钢板3上的剪力连接件4周围浇筑超高性能混凝土形成肋本体7，剪力连接件4上部与面板1内的钢筋网5连接。

肋本体7高度为0.50m，板本体7截面为倒梯形，其上缘宽度为0.20m，下缘宽度为0.18m。

加强钢板3设置于板本体7底部，为平板形式，加强钢板3厚度为0.006m。

肋本体7与加强钢板3通过剪力连接件4连接。剪力连接件4为开孔的钢板条，其高度为0.10m，厚度为0.01m，孔洞直径为0.06m，且在加强钢板（3）上设置有2条钢板条。

通过箍筋6将桥面板内的钢筋网5和剪力连接件4连接成一个整体，增强肋板抗剪性能，从而使肋和面板形成整体的桥面板。

优势在于：

（1）将受拉加强钢板设置在超高性能混凝土（UHPC）板肋底部，可进一步提高UHPC板肋截面的惯性矩，进而提高UHPC板肋的刚度；

（2）将受拉加强钢板设置在UHPC板肋底部，可使UHPC桥面板的中性轴向受拉区偏移，进而降低钢板的应力，另外一方面，受拉加强钢板设置在UHPC桥面板底部相当于钢筋保护层厚度为零，可减小UHPC构件的裂缝间距，可提高限制裂缝宽度发展的效率，进而提高UHPC构件的抗裂性。

在上述实施例中，超高性能混凝土为本领域内的一专有名称，一般是指具有超高抗压强度、高抗拉强度、高延性、高韧性、高耐久性、施工性好的混凝土，其是相对普通混凝土、高性能混凝土而言的另一类力学综合性能更加优异的混凝土材料，所述面板1和板肋2是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土可以为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土、注浆纤维混凝土、密实配筋复合材料或工程胶凝复合材料等，但优选为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或密实配筋水泥基复合材料。

Claims (8)

1.一种用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，其特征是：它包括肋本体（7）和肋底钢板（3），在肋本体（7）的底部设置有肋底钢板（3），在肋底钢板（3）的上表面设置剪力连接件（4），在肋底钢板（3）上的剪力连接件（4）周围浇筑超高性能混凝土形成肋本体（7），剪力连接件（4）上部与面板（1）内的钢筋网连接。

2.根据权利要求1所述的用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，其特征是：所述肋本体（7）高度为0.10m~2.00m，所述肋本体截面为U型、倒梯形或矩形，其上缘宽度为0.08m~0.30m，下缘宽度为0.08m~0.30m。

3.根据权利要求1所述的用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，其特征是：所述肋底钢板（3）为平钢板、板肋宽度方向的单向波纹钢板、花纹钢板或槽钢，其宽度不大于肋本体（7）底部宽度且厚度为0.005m~0.016m。

4.根据权利要求1所述的用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，其特征是：所述剪力连接件（4）为圆柱头焊钉形式、角钢形式或开孔的钢板条形式。

5.根据权利要求4所述的用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，其特征是：所述剪力连接件（4）为圆柱头焊钉形式，其直径为0.006m～0.019m，长度为0.03m～0.20m。

6.根据权利要求4所述的用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，其特征是：所述剪力连接件（4）为角钢形式，其长角肢宽度为0.03m～0.20m，短角肢宽度为0.03m～0.10m，长度为0.03m～0.20m。

7.根据权利要求4所述的用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，其特征是：所述剪力连接件（4）为开孔的钢板条形式，其高度为0.03m～0.15m，厚度为0.006m～0.01m，孔洞直径为0.01m～0.10m.，且沿肋底钢板（3）方向至少设置有2条钢板条。

8.根据权利要求1所述的用于桥面板的带肋底钢板的超高性能混凝土肋，其特征是：所述肋本体（7）由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土为抗压强度不小于100MPa、抗弯拉强度不小于10MPa的活性粉末混凝土或超高性能纤维增强混凝土或密实配筋复合材料。