CN114775403B - 碳纤维板悬带桥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维板悬带桥，包括设置于桥梁两端的锚碇，设置于两端锚碇之间的主梁体系及设置于主梁体系两侧的栏杆，所述主梁体系包括两端与锚碇固定连接的碳纤维板、若干沿碳纤维板延伸方向铺设的桥面板及设置于两相邻桥面板之间的减振垫。本发明公开的一种碳纤维板悬带桥，通过采用碳纤维板作为主要受力结构，将碳纤维板锚固于桥梁两端的锚碇，然后在碳纤维板上安装预制的钢筋混凝土板块作为桥面，形成结构轻盈、造型美观的人行悬带桥，大幅度降低了加工和施工难度，同时提高了耐久性、经济性，可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种碳纤维板悬带桥。
背景技术
悬带桥是由两端锚固的带状构造物来承担荷载的一种桥梁结构形式。千百年来，人们先是在悬挂锚固的藤绳上铺盖木板，后来又在竹索和铁链上铺装木板，再后来又在钢丝绳或预应力钢绞线上安装混凝土板块。德国工程师进一步发展悬带桥，直接采用钢板带作为主要受力结构，将钢板带锚固于桥梁两端，然后在钢板带上安装钢筋混凝土板块，形成通行条件较好的人行悬带桥，该技术在欧美国家应用成熟。从悬带桥的发展历程可以看出，其发展和应用与悬带受力结构的材料的进步密切相关。
采用钢板带作为受力结构的悬带桥存在以下问题：钢材需加工成带状，工艺要求较高，且为方便加工、运输和施工，钢板的厚度往往受到限制，从而也导致采用钢板带作为受力结构的悬带桥的跨度有一定限制；钢板悬带桥的钢材需采用高强钢(如Q690D)，高强钢结构的生产和制造在国内应用还处于起步阶段，因此该类桥在国内应用极少；钢材具有锈蚀性，当其作为主要受力构件运用于结构中时，长期暴露于自然雨水、交通废气等带有腐蚀性的环境中会影响到结构的耐久性，需要高效防护和长期检修；钢材的环境适用性不强，不能方便的使用于高温、低温和湿度较大的环境地区；钢板带作为悬带桥主要的受力构件，其强度和疲劳性能都不够高，随着高性能材料的发展应用，其存在一定的被代替性；钢板悬带桥在混凝土锚碇中的锚固构造较为复杂，加工和安装精度要求高，施工难度较大；钢板悬带桥在荷载作用下的变形受钢材弹性模量影响，人群活载下的变形较大，存在一定的安全隐患；钢板悬带桥的钢材连接，需要大量的焊接，焊接质量对桥梁安全性影响较大，不容易保证。
因此，为解决以上问题，需要一种碳纤维板悬带桥，其主要受力结构为碳纤维板，将碳纤维板锚固于桥梁两端的锚碇，然后在碳纤维板上安装预制的钢筋混凝土板块作为桥面，形成结构轻盈、造型美观的人行悬带桥。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供碳纤维板悬带桥，其主要受力结构为碳纤维板，将碳纤维板锚固于桥梁两端的锚碇，然后在碳纤维板上安装预制的钢筋混凝土板块作为桥面，形成结构轻盈、造型美观的人行悬带桥。
本发明的碳纤维板悬带桥，包括设置于桥梁两端的锚碇，设置于两端锚碇之间的主梁体系及设置于主梁体系两侧的栏杆，所述主梁体系包括两端与锚碇固定连接的碳纤维板、若干沿碳纤维板延伸方向铺设的桥面板及设置于两相邻桥面板之间的减振垫。碳纤维(CFRP)是纤维状的碳材料，由有机纤维原丝在1000℃以上高温下碳化形成，其含碳量在90％以上的高性能纤维材料。碳纤维板目前在混凝土旧桥加固中使用较为广泛。碳纤维板悬带桥采用碳纤维板作为主要受力结构，将碳纤维板锚固于桥梁两端的锚碇上，然后在碳纤维板上安装预制的钢筋混凝土板块作为桥面，形成结构轻盈、造型美观的人行悬带桥。
悬带桥属于受拉体系结构，可充分利用碳纤维抗拉强度高的特点，碳纤维的抗拉强度一般都在3500MPa以上，比结构钢材大10倍左右；弹性模量在230GPa以上，比钢材大1.8～2.6倍，弹性恢复为100％。且作为受拉构件，其疲劳性能优良，非常适合应用于悬带桥的建设，结构将更加轻盈，适用跨度将更大，线形更加优美；碳纤维密度小、材质轻而薄，其密度为1.5g/cm3～2.16g/cm3，相当于钢材的1/4。因此，采用碳纤维板作为悬带桥的纵桥向受力结构，可以大大减轻结构的自重，降低施工难度，增大此种桥型的适用跨度，经济性较好，还可以增强结构的可靠性与安全性；碳纤维可适用于各种环境，其适应性和耐久性极好，碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性，可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中抵抗化学腐蚀，不需进行防锈维护，其次，碳纤维其膨胀系数较小，可减小温度变化对桥梁结构的影响；碳纤维自身刚度小，易于加工，成型、运输都较方便，也可根据受力需要灵活选择需要的碳纤维板层数，施工便捷，工效高，不需要大型机具，不占用大范围施工空间，对环境破坏小；碳纤维板材加工技术成熟，规格多样；例如可采用宽100mm，厚度20mm的碳纤维板材做多片、多层的组合，来满足悬带桥受拉力需要；为使桥面保持所需要的纵坡，需要对碳纤维板施加一定的纵向预应力，以形成所需要的桥面形状，同时抵抗恒载和活载产生的内力，碳纤维板在旧桥加固领域已有比较成熟的夹具及锚固体系，抗变形又耐磨擦，可以安全、可靠地满足张拉锚固需求。
进一步，所述桥面板为预制的钢筋混凝土板块，其底部预设有用于与碳纤维板连接的连接孔，预制钢筋混凝土板块可以根据实际桥梁的设计尺寸预制相应尺寸，在施工过程中提高施工效率，满足装配需求，同时规范化的预制钢筋混凝土板块也便于运输和施工，极大地提高了施工进度，降低了施工难度。
进一步，所述碳纤维板采用一层或多层叠加，通过螺栓与桥面板连接，所述螺栓与所述连接孔锚固连接，碳纤维板的层数可以根据实际桥梁施工过程中的受力情况来确定，选用适当的碳纤维板层数可以满足桥梁的承载需求同时也不造成材料的浪费，使得桥梁自身达到了轻量化的要求同时也使得材料的使用更加合理，桥面板通过与其锚固的螺栓与碳纤维板的进行连接，极大地降低了装配难度，对加工和安装精度要求大幅度下降，施工难度较低。
进一步，所述桥面板的两侧预设有用于与栏杆连接的预埋锚固件，所述栏杆与预埋锚固件可拆卸连接，栏杆以可拆卸的方式与主梁体系连接，方便施工的同时也便于维修更换。
进一步，所述碳纤维板沿桥梁延伸方向设置两条，且两条碳纤维板分别靠近桥面板两侧的预埋锚固件，两条碳纤维板对称地设置，便于桥面板的铺设，同时也保证对桥面板两端给予对称的支撑力，使桥梁整体更平衡更稳定。
进一步，所述减振垫以镶嵌的方式设置于两相邻桥面板之间，减振垫的安装在桥面板铺设之后再施工，减振垫以镶嵌的方式设置于相邻桥面板之间可以保证减振垫牢固不滑落。
进一步，所述减振垫由橡胶材料制成，橡胶材料便宜易得，性能卓越，经久耐用，已经广泛应用于生产生活中。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种碳纤维板悬带桥，通过采用碳纤维板作为主要受力结构，将碳纤维板锚固于桥梁两端的锚碇，然后在碳纤维板上安装预制的钢筋混凝土板块作为桥面，形成结构轻盈、造型美观的人行悬带桥，降低了加工精度，大幅度降低了施工难度，同时提高了经济性，可靠性和安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的断面结构示意图；
图3为本发明的侧面剖视结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的断面结构示意图，图3为本发明的侧面剖视结构示意图，如图所示，本实施例中的碳纤维板悬带桥包括设置于桥梁两端的锚碇1，设置于两端锚碇1之间的主梁体系及设置于主梁体系两侧的栏杆2，所述主梁体系包括两端与锚碇1固定连接的碳纤维板3、若干沿碳纤维板3延伸方向铺设的桥面板4及设置于两相邻桥面板4之间的减振垫5。碳纤维(CFRP)是纤维状的碳材料，由有机纤维原丝在1000℃以上高温下碳化形成，其含碳量在90％以上的高性能纤维材料。碳纤维板3目前在混凝土旧桥加固中使用较为广泛。碳纤维板3悬带桥采用碳纤维板3作为主要受力结构，将碳纤维板3锚固于桥梁两端的锚碇1上，然后在碳纤维板3上安装预制的钢筋混凝土板块作为桥面，形成结构轻盈、造型美观的人行悬带桥。
悬带桥属于受拉体系结构，可充分利用碳纤维抗拉强度高的特点，碳纤维的抗拉强度一般都在3500MPa以上，比结构钢材大10倍左右；弹性模量在230GPa以上，比钢材大1.8～2.6倍，弹性恢复为100％。且作为受拉构件，其疲劳性能优良，非常适合应用于悬带桥的建设，结构将更加轻盈，适用跨度将更大，线形更加优美；碳纤维密度小、材质轻而薄，其密度为1.5g/cm3～2.16g/cm3，相当于钢材的1/4。因此，采用碳纤维板3作为悬带桥的纵桥向受力结构，可以大大减轻结构的自重，降低施工难度，增大此种桥型的适用跨度，经济性较好，还可以增强结构的可靠性与安全性；碳纤维可适用于各种环境，其适应性和耐久性极好，碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性，可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中抵抗化学腐蚀，不需进行防锈维护，其次，碳纤维其膨胀系数较小，可减小温度变化对桥梁结构的影响；碳纤维自身刚度小，易于加工，成型、运输都较方便，也可根据受力需要灵活选择需要的碳纤维板3层数，施工便捷，工效高，不需要大型机具，不占用大范围施工空间，对环境破坏小；碳纤维板3材加工技术成熟，规格多样；例如可采用宽100mm，厚度20mm的碳纤维板3材做多片、多层的组合，来满足悬带桥受拉力需要；为使桥面保持所需要的纵坡，需要对碳纤维板3施加一定的纵向预应力，以形成所需要的桥面形状，同时抵抗恒载和活载产生的内力，碳纤维板3在旧桥加固领域已有比较成熟的夹具及锚固体系，抗变形又耐磨擦，可以安全、可靠地满足张拉锚固需求。
本实施例中，所述桥面板4为预制的钢筋混凝土板块，其底部预设有用于与碳纤维板3连接的连接孔，预制钢筋混凝土板块可以根据实际桥梁的设计尺寸预制相应尺寸，在施工过程中提高施工效率，满足装配需求，同时规范化的预制钢筋混凝土板块也便于运输和施工，极大地提高了施工进度，降低了施工难度。
本实施例中，所述碳纤维板3采用一层或多层叠加，通过螺栓6与桥面板4连接，所述螺栓6与所述连接孔锚固连接，碳纤维板3的层数可以根据实际桥梁施工过程中的受力情况来确定，选用适当的碳纤维板3层数可以满足桥梁的承载需求同时也不造成材料的浪费，使得桥梁自身达到了轻量化的要求同时也使得材料的使用更加合理，桥面板4通过与其锚固的螺栓6与碳纤维板3的进行连接，极大地降低了装配难度，对加工和安装精度要求大幅度下降，施工难度较低。
本实施例中，所述桥面板4的两侧预设有用于与栏杆2连接的预埋锚固件7，所述栏杆2与预埋锚固件7可拆卸连接，栏杆2以可拆卸的方式与主梁体系连接，方便施工的同时也便于维修更换。
本实施例中，所述碳纤维板3沿桥梁延伸方向设置两条，且两条碳纤维板3分别靠近桥面板4两侧的预埋锚固件7，两条碳纤维板3对称地设置，便于桥面板4的铺设，同时也保证对桥面板4两端给予对称的支撑力，使桥梁整体更平衡更稳定。
本实施例中，所述减振垫5以镶嵌的方式设置于两相邻桥面板4之间，减振垫5的安装在桥面板4铺设之后再施工，减振垫5以镶嵌的方式设置于相邻桥面板4之间可以保证减振垫5牢固不滑落。
本实施例中，所述减振垫5由橡胶材料制成，橡胶材料便宜易得，性能卓越，经久耐用，已经广泛应用于生产生活中。
本发明公开的一种碳纤维板3悬带桥，通过采用碳纤维板3作为主要受力结构，将碳纤维板3锚固于桥梁两端的锚碇1，然后在碳纤维板3上安装预制的钢筋混凝土板块作为桥面，形成结构轻盈、造型美观的人行悬带桥，降低了加工精度，大幅度降低了施工难度，同时提高了经济性，可靠性和安全性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种碳纤维板悬带桥，其特征在于：包括设置于桥梁两端的锚碇，设置于两端锚碇之间的主梁体系及设置于主梁体系两侧的栏杆，所述主梁体系包括两端与锚碇固定连接的碳纤维板、若干沿碳纤维板延伸方向铺设的桥面板及设置于两相邻桥面板之间的减振垫；碳纤维板采用宽100mm，厚度20mm的碳纤维板。
2.根据权利要求 1 所述的碳纤维板悬带桥，其特征在于：所述桥面板为预制的钢筋混凝土板块，其底部预设有用于与碳纤维板连接的连接孔。
3.根据权利要求 2 所述的碳纤维板悬带桥，其特征在于：所述碳纤维板采用一层或多层叠加，通过螺栓锚固件与桥面板连接，所述螺栓锚固件与所述连接孔锚固连接。
4.根据权利要求 3 所述的碳纤维板悬带桥，其特征在于：所述桥面板的两侧预设有用于与栏杆连接的预埋锚固件，所述栏杆与预埋锚固件可拆卸连接。
5.根据权利要求 4 所述的碳纤维板悬带桥，其特征在于：所述碳纤维板沿桥梁延伸方向设置两条，且两条碳纤维板分别靠近桥面板两侧的预埋锚固件。
6.根据权利要求 5 所述的碳纤维板悬带桥，其特征在于：所述减振垫以镶嵌的方式设置于两相邻桥面板之间。
7.根据权利要求 6 所述的碳纤维板悬带桥，其特征在于：所述减振垫由橡胶材料制成。
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