CN113062216B - 一种带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板及制作方法，由型钢组合预制件、预制连接件、高强螺栓、现浇超高韧性混凝土组成。型钢组合预制件中，宽热轧H型钢翼缘上开设螺栓孔，并在其上侧翼缘板上焊接横向圆钢棒，预埋高强螺栓螺杆后浇筑超高韧性混凝土。预制连接件中，窄热轧H型钢翼缘上开设螺栓孔，并在其上侧翼缘板上焊接横向圆钢棒。施工过程中，将型钢组合预制件与预制连接件并排间隔放置，通过高强螺栓将预制件连接成为整体，并现浇超高韧性混凝土在预制连接件上部，形成现浇湿接缝。本发明提出的体系韧性高，预制装配化程度高，无需布置栓钉，现场无需焊接且现浇混凝土比例较低，施工便捷且显著提升结构疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，具体涉及一种带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板及制作方法。
背景技术
随着我国基础设施建设进程的不断推进，人们意识到城市内部交通及城市间交通便利程度极大影响着国民经济发展和社会进步；因此，近几十年来国家实现了道路、桥梁工程的大发展。其中，桥梁结构不仅在城市立交桥、地铁轻轨、高速铁路等方面应用广泛，更是被广泛应用于跨河、跨海构筑物中。近年来，随着港珠澳大桥、杭州湾跨海大桥等超大型桥梁工程的建设，国内外的桥梁结构正面临着前所未有的发展机遇。在桥梁结构的建设中，桥面板不仅起到了承载上部结构自重、穿行车辆等荷载的作用，而且面临着车轮摩擦、行车振动、水和离子侵蚀等长期作用影响，因而对桥面板的承载力、耐久性和韧性提出较高要求。
钢筋混凝土桥面板在实际工程中应用较为广泛，但是由于混凝土自重较大且混凝土材料抗拉性能较差，无法适用于较大跨度的桥梁结构中。为解决这一问题，正交异性钢桥面板应运而生；通过在钢桥面板面外布置纵向、横向加劲肋形成的正交异性桥面板体系，可显著提升桥面板的承载效率，提升结构经济跨度；但是考虑到钢材长期暴露在空气中易于锈蚀，正交异性桥面板的耐久性成为了工程中亟待解决的问题。
为解决上述问题，工程中将钢材与混凝土材料相结合形成组合桥面板体系，从而充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，进一步提升结构的承载性能。然而，现有的钢-混凝土组合桥面板仍然存在一些问题：第一，为了保证钢与混凝土之间的充分抗剪连接并防止两者界面的脱离，通常在两者之间布置较多的栓钉(起到抗剪+抗拔双重作用)，这大大增加了施工工作量，并且由于焊缝的存在影响结构的疲劳性能；第二，组合桥面板中钢桥面部分通常需要在面外焊接多个加劲肋，这同样增加施工量，影响结构疲劳性能；第三，普通混凝土材料受拉易于开裂，且对局部缺陷敏感，容易在长期荷载作用下产生裂缝，造成水和离子的侵蚀，影响桥面板的抗腐蚀性和耐久性，进而显著增加桥梁结构的维修和维护成本，对人力物力造成巨大的浪费；第四，现有组合桥面板体系中钢结构部分通常采用施工现场的焊接连接，现场工作量大且施工质量和精度难以保证。
发明内容
为改善传统钢-混凝土组合桥面板体系存在的问题，本发明提出了一种带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板及制作方法。
本发明提出的体系韧性高，预制装配化程度高，无需布置栓钉，现场无需焊接且现浇混凝土比例较低，施工便捷且显著提升结构疲劳性能。
一种带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板，包括：
型钢组合预制件，所述的型钢组合预制件包括第一热轧H型钢(即宽热轧H型钢)、固定在所述第一热轧H型钢的上开口中的第一圆钢棒、安装在所述第一热轧H型钢的上开口侧面的第一螺栓以及预制浇筑在所述第一热轧H型钢的上开口中的第一混凝土(即超高韧性混凝土)；
预制连接件，包括第二热轧H型钢(即窄热轧H型钢)、固定在所述第二热轧H型钢的上开口中的第二圆钢棒；
固定所述型钢组合预制件和预制连接件的连接件；
以及，浇筑在所述第二热轧H型钢上开口中的第二混凝土(现浇超高韧性混凝土)。
所述带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板中，所述型钢组合预制件包括宽热轧H型钢，圆钢棒，高强螺栓，超高韧性混凝土；在所述宽热轧H型钢翼缘上开设螺栓孔，并在其上侧翼缘板上焊接横向圆钢棒，在上侧螺栓孔中预埋高强螺栓螺杆后，浇筑超高韧性混凝土，形成型钢组合预制件。
所述的型钢组合预制件中，所述的第一圆钢棒通过焊接固定在所述第一热轧H型钢的上开口中。所述的第一螺栓的头部位于所述第一热轧H型钢的上开口内，所述的第一螺栓的杆部从所述第一热轧H型钢的翼缘板中伸出，用于与所述第二热轧H型钢的上开口侧面的螺栓孔连接，通过第一螺帽紧固。
所述带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板中，所述预制连接件包括窄热轧H型钢，圆钢棒；在所述窄热轧H型钢翼缘上开设螺栓孔，并在其上侧翼缘板上焊接横向圆钢棒，形成预制连接件。所述的第二圆钢棒通过焊接固定在所述第二热轧H型钢的上开口中。
所述型钢组合预制件和预制连接件通过所述连接件交替并排连接。所述的连接件为螺栓和螺帽，并配合有相应的螺栓空。相邻之间的型钢组合预制件的上开口和预制连接件的上开口通过第一螺栓和第一螺帽固定，相邻之间的型钢组合预制件的下开口和预制连接件的下开口通过第二螺栓和第二螺帽固定。
所述带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板的制作施工顺序如下：
(1)、工厂预制形成型钢组合预制件；
(2)、工厂预制形成预制连接件；
(3)、将型钢组合预制件和预制连接件运输至施工现场，并将型钢组合预制件与预制连接件并排间隔放置，通过螺栓将预制件连接成为整体；
(4)、现浇超高韧性混凝土在预制连接件上部，形成现浇湿接缝。
本发明采用的超高韧性混凝土，包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、增强纤维和水，其中，水泥和活性矿物掺合料采用以下重量百分比的原料：
进一步优选，所述的混凝土采用以下重量百分比的原料：
施工过程中，将型钢组合预制件与预制连接件并排间隔放置，通过高强螺栓将预制件连接成为整体，并现浇超高韧性混凝土在预制连接件上部，形成现浇湿接缝。本发明提出的体系韧性高，预制装配化程度高，无需布置栓钉，现场无需焊接且现浇混凝土比例较低，施工便捷且显著提升结构疲劳性能。
本发明提出的带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板，由型钢组合预制件、预制连接件通过高强螺栓连接，并现浇湿接缝形成整体结构，具备以下优点：
(1)采用的超高韧性混凝土受压承载力高，受拉展现出应变硬化特征，并且极限拉应变可稳定达到3％以上，且在极限拉应变下只出现致密分布的多条细裂纹，可有效阻隔钢材与外部环境，防止钢材锈蚀，改善桥面板结构的韧性、耐腐蚀性和耐久性。
(2)桥面体系由工厂预制件通过高强螺栓连接而成，预制装配化程度高，有效规避现场焊接工作，保证施工精度和质量；现场仅需完成湿接缝位置的超高韧性混凝土浇筑，现浇比例低，现场施工便捷高效，显著降低劳动力成本并提升施工效率。
(3)工厂预制件尺寸可灵活变动，从而便于依据设计需求改变桥梁型钢尺寸参数，便于设计、施工的同时，可显著提升桥面板体系的模块化程度。
(4)利用热轧H型钢上侧翼缘焊接圆钢棒的构造方式，保证钢骨架与超高韧性混凝土之间的剪力连接效应，同时起到抗拔作用，防止钢与混凝土界面的脱离；避免了栓钉的使用，显著降低了施工复杂度并降低成本，同时显著改善结构的疲劳性能。
(5)热轧H型钢上侧翼缘在桥面纵向起到了纵向钢筋的作用，可通过适当调整型钢尺寸避免纵向钢筋的使用，降低刚才用量的同时避免绑扎钢筋网，从而显著提升施工效率，降低成本；圆钢棒在桥面横向连续布置，可显著提升桥面的横向受力性能；热轧H型钢下侧翼缘起到面外加劲的作用，显著改善桥面板面外稳定性能的同时不增加额外焊缝，保证结构的疲劳性能。
附图说明
图1为型钢组合预制件示意图；
图2为预制连接件示意图；
图3为制作施工顺序图：步骤1：加工型钢组合预制件；
图4为制作施工顺序图：步骤2：加工预制连接件；
图5为制作施工顺序图：步骤3：预制件连接；
图6为制作施工顺序图：步骤4：现浇湿接缝。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本发明的实施方式。
如图3-4所示，一种带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板，包括以下组成部件：型钢组合预制件，预制连接件，高强螺栓5，现浇超高韧性混凝土7。
如图1所示，型钢组合预制件包括宽热轧H型钢1，圆钢棒3，高强螺栓5，超高韧性混凝土6；在宽热轧H型钢1翼缘上开设螺栓孔4，并在其上侧翼缘板上焊接横向圆钢棒3，在上侧螺栓孔4中预埋高强螺栓5螺杆后，浇筑超高韧性混凝土6，形成型钢组合预制件。
如图2所示，预制连接件包括窄热轧H型钢2，圆钢棒3；在窄热轧H型钢2翼缘上开设螺栓孔4，并在其上侧翼缘板上焊接横向圆钢棒3，形成预制连接件。
带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板的制作施工顺序如下：
步骤1：如图3所示，在工厂预制形成型钢组合预制件；
步骤2：如图4所示，在工厂预制形成预制连接件；
步骤3：如图5所示，将型钢组合预制件和预制连接件运输至施工现场，并将型钢组合预制件与预制连接件并排间隔放置，通过高强螺栓5将预制件连接成为整体；
步骤4：如图6所示，现浇超高韧性混凝土7在预制连接件上部，形成现浇湿接缝。
本发明采用的超高韧性混凝土，其成分包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、纤维和水，活性矿物掺合料包括粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、偏高岭土，骨料最大粒径不超过0.5mm，纤维采用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维中的一种或一种以上的组合，纤维长度为5mm～25mm，直径为0.015mm～0.055mm，弹性模量为30GPa～150GPa，抗拉强度为1000MPa～3500MPa，极限伸长率为2％～15％，水泥和活性矿物掺合料各组分的重量比为：
对于上述配合比下获得的超高韧性混凝土的性能测试表明，其极限拉伸应变可达3.2％(约为混凝土的320倍)，极限拉伸应变时对应的裂缝宽度为0.049mm；抗弯强度为12.8MPa(约为混凝土的2倍)，单轴抗压强度为48MPa，对应峰值荷载的压应变为0.55％(约为混凝土的2倍)。
本发明提出的带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板，其采用的超高韧性混凝土可保证其在拉、压、弯和其他多种荷载作用下不产生或仅产生100微米以下的微小裂缝，起到抗裂、防渗、耐腐蚀的功能，显著提升结构的韧性和耐久性。桥面体系由工厂预制件通过高强螺栓连接而成，预制装配化程度高，有效规避现场焊接工作，保证施工精度和质量；现场仅需完成湿接缝位置的超高韧性混凝土浇筑，现浇比例低，现场施工便捷高效，显著降低劳动力成本并提升施工效率。该体系高预制装配化的特点，与国家大力发展装配式结构体系的号召相契合，有着十分广阔的发展前景。本发明采用热轧H型钢焊接横向圆钢棒的构造方式，可起到有效的抗剪和抗拔作用，从而有效替代了栓钉在组合结构中的作用。研究表明，传统钢-混凝土组合桥面板中，如需实现完全剪力连接效应，每平方米桥面板中栓钉个数在20-100个不等，并且栓钉数量需求随着混凝土层厚度、混凝土强度、外荷载等因素的提升而增加；本发明可有效消除这些栓钉的材料成本、施工成本和焊接对疲劳性能的负面影响。本发明有效规避了纵向钢筋的使用需求，降低材料成本的同时缩短工期；此外，本发明中热轧H型钢下侧翼缘可显著提升桥面板的面外稳定性，并且不增加额外焊缝。因此，本发明提出的带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板可使结构韧性、耐久性提升的同时，大大降低材料成本和施工复杂度，显著提升体系的预制装配化和工业化程度，具备在桥梁结构中推广应用的潜质。
Claims (5)
1.一种带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板，其特征在于，包括：
型钢组合预制件，所述的型钢组合预制件包括第一热轧H型钢、固定在所述第一热轧H型钢的上开口中的第一圆钢棒、安装在所述第一热轧H型钢的上开口侧面的第一螺栓以及预制浇筑在所述第一热轧H型钢的上开口中的第一混凝土；
预制连接件，包括第二热轧H型钢、固定在所述第二热轧H型钢的上开口中的第二圆钢棒；
固定所述型钢组合预制件和预制连接件的连接件；
以及，浇筑在所述第二热轧H型钢上开口中的第二混凝土；
所述型钢组合预制件和预制连接件通过所述连接件交替并排连接；
所述的第一螺栓的杆部穿过所述第二热轧H型钢的上开口侧面的螺栓孔，通过第一螺帽紧固；
相邻之间的型钢组合预制件的上开口和预制连接件的上开口通过所述第一螺栓和所述第一螺帽固定，相邻之间的型钢组合预制件的下开口和预制连接件的下开口通过第二螺栓和第二螺帽固定。
2.根据权利要求1所述的带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板，其特征在于，所述的型钢组合预制件中，所述的第一圆钢棒通过焊接固定在所述第一热轧H型钢的上开口中。
3.根据权利要求2所述的带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板，其特征在于，所述的第一螺栓的头部位于所述第一热轧H型钢的上开口内，所述的第一螺栓的杆部从所述第一热轧H型钢的翼缘板中伸出。
4.根据权利要求1所述的带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板，其特征在于，所述的预制连接件中，所述的第二圆钢棒通过焊接固定在所述第二热轧H型钢的上开口中。
5.一种带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、工厂预制形成型钢组合预制件；
(2)、工厂预制形成预制连接件；
(3)、将型钢组合预制件和预制连接件运输至施工现场，并将型钢组合预制件与预制连接件并排间隔放置，通过螺栓将预制件连接成为整体；
(4)、现浇混凝土在预制连接件上部，形成现浇湿接缝，制作权利要求1～4任一项所述的带现浇湿接缝的预制装配式韧性组合桥面板。
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