CN111778835A - 钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁及施工方法 - Google Patents

钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁及施工方法，包括钢梁，以及设置钢梁上的复合板；复合板包括预制普通混凝土板和超高性能混凝土板层；每一钢梁与复合板连接的部分均包括一个顶面；顶面与水平面平行；超高性能混凝土板层下面对应每一顶面均设有向下延伸的凸出部；突出部的宽度小于相应的顶面，长度与相应的顶面相配；每两个凸出部之间均设有预制普通混凝土板；所有凸出部的下面和所有预制普通混凝土板的下面齐平。施工时，首先，制作预制普通混凝土板并架设钢梁；然后铺设预制普通混凝土板，安装抗剪力连接器；最后浇筑超高性能混凝土板层。本发明解决了组合梁负弯矩区混凝土易开裂的问题，尤其适用于钢混凝土组合梁。

Description

钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁及施工方法
技术领域
本发明涉及结构技术领域，特别涉及钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁及施工方法。
背景技术
钢材和混凝土材料是最大的两种结构工程材料，普通混凝土具有抗压性能优、抗拉性能差的特点；虽然钢材具有抗拉和抗压性能均优的特点，但钢材的板件在受压时容易产生失稳问题，因此钢材使用在受压区时，需要设置额外的加劲肋用于保证钢材板件的局部稳定。
混凝土材料可以分为很多种类，例如普通混凝土、轻质混凝土、超高性能混凝土等。与普通混凝土不同，超高性能混凝土并非是普通混凝土的高强化，而是性能指标明确的新品种水泥基结构工程材料，具有超高强度、超高韧性和超高耐久性等特性。将超高性能混凝土应用于结构工程中，可实现结构的轻型化，同时可提高结构的使用寿命。
一般所说钢-混凝土组合梁是指将钢梁与预制普通混凝土板通过抗剪连接件组合在一起共同承受荷载的梁体，通常钢梁在下，预制普通混凝土板在上；对于钢-混凝土组合简支梁，整个梁体受正弯矩作用，此时钢梁位于受拉区，预制普通混凝土板位于受压区，因此钢-混凝土组合简支梁结构可以很好的发挥两种材料的性能。而对于钢-混凝土组合连续梁，除了正弯矩作用区段外，尚有负弯矩作用区段，此时钢梁是位于受压区，预制普通混凝土板则位于受拉区，而普通混凝土的抗拉性能较差，因此钢-混凝土组合连续梁的负弯矩经常会出现普通混凝土开裂问题。通常在结构计算中，是不考虑负弯矩区内普通混凝土的作用，但普通混凝土开裂后不仅会使预制普通混凝土板中的钢筋锈蚀，更严重者会导致钢梁锈蚀，出现安全问题。很多工程师提出不同的方案，用以解决钢-混凝土组合连续梁负弯矩的开裂问题，但施工都比较复杂，且效果甚微。因此通过简单的方法，避免钢-混凝土组合连续梁负弯矩的开裂问题是工程中迫切需要解决的问题。
此外，对于钢-混凝土组合简支梁结构，虽然钢梁位于受拉区、普通混凝土位于受压区，但钢材的强度和普通混凝土强度相差较大，荷载作用下截面的应力符合平截面假定，即截面中纤维所受应力与距中性轴的距离成正比。我国《公路钢结构桥梁设计规范》JTGD64-2015中规定，组合梁受力的承载能力极限状态由边缘应力达到极限应力所控制，因此传统的钢-混凝土组合简支梁结构并不能充分发挥两种材料的性能，还可以对其进行改进。
另，传统钢-混凝土组合梁的主要施工方式有两种，第一种为现浇混凝土桥面板，即先制作钢梁和剪力连接件，后支模现浇混凝土桥面板；该种施工方式的优点是，剪力连接件受力较均匀，混凝土板浇筑对钢梁高差的适应性也较好；缺点时施工比较麻烦，需要架设模板。
第二种是采用预制混凝土桥面板，即先制作钢梁和剪力连接件，安装预留剪力连接件槽口的预制混凝土桥面板，最后浇筑预留的槽口，实现混凝土板与钢梁的组合；该种施工方式的优点是，施工较便捷，不需要架设模板；缺点是剪力连接件需要集中布置，导致剪力连接件受力不均匀，预制混凝土板与钢梁的密贴性较差，施工控制精度要求高，现场经常会遇到混凝土板与钢梁存在较大空隙的问题，不仅影响结构整体的受力性能，同时会影响剪力连接件的耐久性。
因此，针对现有技术的问题，如何利用钢材、普通混凝土和超高性能混凝土获得更好的组合梁成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁及施工方法，实现的目的是利用超高性能混凝土高强、高韧的特性，增加组合梁的承载能力，解决连续组合梁负弯矩区开裂的问题，同时综合预制和现浇施工两方面的优点。
为实现上述目的，本发明公开了钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁；包括钢梁，以及设置所述钢梁上的复合板；所述复合板包括预制普通混凝土板和超高性能混凝土板层；
每一所述钢梁与所述复合板连接的部分均包括一个顶面；所述顶面与水平面平行；
所述超高性能混凝土板层下面对应每一所述顶面均设有向下延伸的凸出部；所述突出部的宽度小于相应的所述顶面，长度与相应的所述顶面相配；
每两个所述凸出部之间均设有所述预制普通混凝土板；所有所述凸出部的下面和所有所述预制普通混凝土板的下面齐平。
优选的，所述凸出部与所述钢梁的所述顶面之间设有若干剪力连接器。
更优选的，所述抗剪力连接器为栓钉、开孔板或槽钢。
优选的，所述超高性能混凝土板层为现浇层。
优选的，每一所述预制普通混凝土板均为预制结构。
优选的，所述钢梁的横截面为工字形、槽形或者箱形。
本发明还提供钢材、普通混凝土和超高性能混凝土制成的组合梁的施工方法，步骤如下：
步骤1、根据设计要求预制所述预制普通混凝土板；
步骤2、与所述步骤1同步或者先后制作并架设所述钢梁；在所述钢梁的所述顶面设置若干抗剪力连接器；
步骤3、铺设预制的所述预制普通混凝土板，并预留湿接缝；
步骤4、拌制符合要求的超高性能混凝土，浇注所述超高性能混凝土板层，并灌满所述湿接缝，实现所述钢梁的组合，以及每一所述预制普通混凝土板的复合连接。
优选的，在所述步骤1中，每一所述预制普通混凝土板中均预留纵向连接钢筋和横向连接钢筋。
本发明的有益效果：
本发明采用超高性能混凝土板层和预制普通混凝土板的符合结构，相对于全超高性能混凝土板层的结构，成本更低。
本发明通过预制普通混凝土板的分块预制，解决了混凝土板与钢梁的密贴问题。
本发明通过超高性能混凝土的后浇，解决了混凝土板与钢梁的结合问题，同时避免了搭设模板。
本发明解决了组合梁负弯矩区混凝土易开裂的问题，尤其适用于钢混凝土组合梁的负弯矩区，可将其单独用于传统组合梁的负弯矩区。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例的侧面结构示意图。
图2示出本发明一实施例多根钢梁的截面结构示意图。
图3示出本发明一实施例单根钢梁的截面结构示意图。
图4示出本发明一实施例单根钢梁的俯视方向结构示意图。
具体实施方式
实施例
如图1至图4所示，钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁，包括钢梁1，以及设置钢梁1上的复合板；复合板包括预制普通混凝土板2和超高性能混凝土板层3；
组合梁可以采用若干连续梁中墩支座4支撑，也可为简支或者连续梁支撑。
每一钢梁1与复合板连接的部分均包括一个顶面；顶面与水平面平行；
超高性能混凝土板层3下面对应每一顶面均设有向下延伸的凸出部；突出部的宽度小于相应的顶面，长度与相应的顶面相配；
每两个凸出部之间均设有预制普通混凝土板2；所有凸出部的下面和所有预制普通混凝土板2的下面齐平。
本发明的原理在于，利用超高性能混凝土板层3高强、高韧的特性，增加了组合梁的承载能力，解决了连续组合梁负弯矩区开裂的问题。
在实际应用中，超高性能混凝土板层3的建造价格较贵，如桥面板全部采用超高性能混凝土，则结构经济性较差；虽然可以通过超高性能混凝土减薄桥面板的厚度，减少造价，但较薄桥面板与钢梁的组合结构刚度较差，车辆荷载作用下容易引起振动；此外考虑平截面假定，因此下层采用预制普通混凝土板2，超高性能混凝土板层3采用超高性能混凝土板层较优。
超高性能混凝土板层3具有超强的抗拉/压强度和良好的韧性，超高性能混凝土板层3位于最外层，可以较大的提高其承载能力，解决了组合梁负弯矩区混凝土易开裂的问题。
在某些实施例中，凸出部与钢梁1的顶面之间设有若干剪力连接器5。
在某些实施例中，抗剪力连接器5为栓钉、开孔板或槽钢。
在某些实施例中，超高性能混凝土板层3为现浇层。
在某些实施例中，每一预制普通混凝土板2均为预制结构。
在某些实施例中，钢梁1的横截面为工字形、槽形或者箱形。
本发明还提供钢材、普通混凝土和超高性能混凝土制成的组合梁的施工方法，步骤如下：
步骤1、根据设计要求预制预制普通混凝土板2；
步骤2、与步骤1同步或者先后制作并架设钢梁1；在钢梁1的顶面设置若干抗剪力连接器；
步骤3、铺设预制的预制普通混凝土板2，并预留湿接缝；
步骤4、拌制符合要求的超高性能混凝土，浇注超高性能混凝土板层3，并灌满湿接缝，实现钢梁1的组合，以及每一预制普通混凝土板2的复合连接。
在某些实施例中，在步骤1中，每一预制普通混凝土板2中均预留纵向连接钢筋和横向连接钢筋。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁，其特征在于：包括钢梁(1)，以及设置所述钢梁(1)上的复合板；所述复合板包括预制普通混凝土板(2)和超高性能混凝土板层(3)；
每一所述钢梁(1)与所述复合板连接的部分均包括一个顶面；所述顶面与水平面平行；
所述超高性能混凝土板层(3)下面对应每一所述顶面均设有向下延伸的凸出部；所述突出部的宽度小于相应的所述顶面，长度与相应的所述顶面相配；
每两个所述凸出部之间均设有所述预制普通混凝土板(2)；所有所述凸出部的下面和所有所述预制普通混凝土板(2)的下面齐平。
2.根据权利要求1所述的钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁，其特征在于，所述凸出部与所述钢梁(1)的所述顶面之间设有若干剪力连接器(5)。
3.根据权利要求2所述的钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁，其特征在于，所述抗剪力连接器(5)为栓钉、开孔板或槽钢。
4.根据权利要求1所述的钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁，其特征在于，所述超高性能混凝土板层(3)为现浇层。
5.根据权利要求1所述的钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁，其特征在于，每一所述预制普通混凝土板(2)均为预制结构。
6.根据权利要求1所述的钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁，其特征在于，所述钢梁(1)的横截面为工字形、槽形或者箱形。
7.根据权利要求1所述的钢材、普通混凝土和超高性能混凝土制成的组合梁的施工方法，步骤如下：
步骤1、根据设计要求预制所述预制普通混凝土板(2)；
步骤2、与所述步骤1同步或者先后制作并架设所述钢梁(1)；在所述钢梁(1)的所述顶面设置若干抗剪力连接器；
步骤3、铺设预制的所述预制普通混凝土板(2)，并预留湿接缝；
步骤4、拌制符合要求的超高性能混凝土，浇注所述超高性能混凝土板层(3)，并灌满所述湿接缝，实现所述钢梁(1)的组合，以及每一所述预制普通混凝土板(2)的复合连接。
8.根据权利要求7所述的钢材、普通混凝土和超高性能混凝土的组合梁的施工方法，其特征在于，在所述步骤1中，每一所述预制普通混凝土板(2)中均预留纵向连接钢筋和横向连接钢筋。
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