CN114775435B - 一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构及其施工方法，属于桥梁工程结构及土木工程材料领域，包括自应力连接板、弹性变形层、桥面铺装层、缓冲吸能层和连接构造；自应力连接板采用自应力混凝土材料；弹性变形层设置在自应力连接板的两端，为弹性混凝土材料；H型钢梁与桥面铺装层之间涂抹有界面粘结剂，缓冲吸能层为聚四氟乙烯橡胶衬垫；连接构造包括倒U型钢筋、剪力钉、纵向钢筋和构造钢筋，倒U型钢筋的纵向部分横穿过自应力连接板，在弹性变形层弧形向下弯曲，穿过桥面铺装层焊接在H型钢梁上。本发明连接板采用自应力混凝土材料，自应力桥梁连续构造结构合理，使得自应力混凝土连接板更好的应用于桥梁连接构造结构中。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构及其施工方法，属于桥梁工程结构及土木工程材料领域。
背景技术
简支梁桥为了解决伸缩缝带来的一系列问题，多采用桥面连续简支梁桥的结构形式，桥梁连续简支梁桥是指将多跨简支梁桥用连接板连接起来，形成桥面连续，做成中部无缝，跨中无缝的连续桥梁，然而现有的普通混凝土桥梁连接板在实际荷载作用下受拉区极易出现裂缝，随着裂缝的进一步发展，混凝土耐久性下降，最终造成桥面连接板失效。
为了解决上述问题，通常采用后张法张拉钢筋对桥面连续构件施加预压应力来提高连接板的开裂性能，然而在桥面板上施加预应力，其施工过程繁琐，造价高并且费工费时，此外，后张法施工需要提前考虑张拉钢筋产生的预应力，温度效应和混凝土收缩徐变引起的次内力，其受力形式比较复杂。
膨胀混凝土是一种通过在混凝土中加入膨胀剂材料，产生膨胀变形的建筑材料，其膨胀变形对连接板钢筋产生一个拉伸应力，钢筋对混凝土产生一个反向的预压应力，应力达到一定范围时，可显著提高连接板抵抗负弯矩受拉开裂的能力，避免了传统张拉钢筋产生预应力的施工工艺，同时其防水和耐久性能优越，是一种可应用在桥面板上非常具有研究价值的材料。
然而使用不同的膨胀剂材料制作桥面连接板产生的自应力值大小差异很大，缺乏适用于连接板所需应力值大小的配方，同时尚未有自应力连接板在桥梁连续构造上应用的相关文献，缺乏相应的连续构造结构和施工方法。如何合理的进行材料选择和配比设计使膨胀混凝土实现桥面连接板所需的自应力值，同时将其成功应用在桥梁连续构造结构中去，具有很重要的理论意义和实践价值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构及其施工方法，其连接板采用自应力混凝土材料，自应力桥梁连续构造结构合理，使得自应力混凝土连接板更好的应用于桥梁连接构造结构中。
本发明的技术方案如下：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，包括自应力连接板、弹性变形层、桥面铺装层、缓冲吸能层和连接构造；
所述自应力连接板位于两H型钢梁之间，自应力连接板采用自应力混凝土材料通过模板浇筑而成，其底部设置有脱粘带；
所述弹性变形层设置在自应力连接板的两端，为弹性混凝土材料；
所述桥面铺装层位于H型钢梁上方，H型钢梁与桥面铺装层之间涂抹有界面粘结剂，界面粘结剂由醋酸乙烯-乙烯制成，具有超强的粘结力，优良的防水性，耐老化等性能；
所述缓冲吸能层布置在自应力连接板底部，为聚四氟乙烯橡胶衬垫；
所述连接构造包括倒U型钢筋、剪力钉、纵向钢筋和构造钢筋，倒U型钢筋的纵向部分横穿过自应力连接板，在弹性变形层弧形向下弯曲，穿过桥面铺装层焊接在H型钢梁上；剪力钉焊接于H型钢梁上，与桥面铺装层相连；纵向钢筋横穿桥面铺装层的下半部分，且与桥面铺装层中的构造钢筋形成钢筋网，钢筋网与剪力钉绑扎在一起。
优选的，剪力钉焊接在H型钢梁上，剪力钉型号为M15×60，高0.06米，间距为100mm，与桥面铺装层相连，承受连接板底部脱粘带转动带来的拉应力和剪应力，避免桥面铺装层和H型钢梁在弯矩作用下竖向分离，起到竖向连接作用，使桥面铺装层和H型钢梁整体受力，协调变形。同时，在桥面铺装层下半部位布置纵向钢筋，纵向钢筋横穿桥面铺装层底部，承担外部荷载对桥面铺装层下部区域产生的拉应力，同时与桥面铺装层中的构造钢筋形成网状结构，网状结构与剪力钉绑扎在一起，使得桥面铺装层、自应力连接板、钢梁更好的协调变形。
优选的，自应力混凝土材料包括水泥、标准砂、水、氧化镁膨胀剂、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、吸水树脂、减缩剂、减水剂；
其质量份如下：
水泥369～397份，标准砂850～900份，水180～195份，氧化镁膨胀剂27～45份，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂27～36份，吸水树脂0～1.125份，减缩剂0～4.5份，减水剂0.9～4.5份。
上述自应力混凝土材料中，氧化镁膨胀剂、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂和水泥组成胶凝材料体系，氧化镁膨胀剂约占总胶凝材料体系的6％～10％，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂约占总胶凝材料体系的6％～8％；吸水树脂以预吸入自身质量25-30倍水的方式外掺加入到胶凝材料中，掺入比例约为胶凝材料的0.15％～0.25％，减缩剂和减水剂掺入比例分别为胶凝材料的1％和0.2％～1％。
进一步的，自应力混凝土材料的质量份为：
水泥369～387份，标准砂850～900份，水180～195份，氧化镁膨胀剂27～45份，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂27～36份，吸水树脂0.5～1.125份，减缩剂2～4.5份，减水剂0.9～4.5份。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥，如可为普通硅酸盐水泥中的一种P·I42.5；氧化镁膨胀剂活性反应时间为120s，膨胀源为氧化镁，氧化镁的含量≥93％，此外还有微量的氧化硅、氧化铝，氧化铁等物质；氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂的膨胀源主要为氧化钙，石膏和硫铝酸钙为辅助膨胀源；吸水树脂外观为白色无定型粉末，粒径为在40～80目，在水中的吸水率≥450g/g，在含钙离子饱和浓度的溶液中吸水率为25～30g/g，PH值为6.5～7.5；减缩剂为聚羧酸式减缩剂，成分为低级醇亚烷基环氧化合物，为无色透明液体；减水剂为聚羧酸式高效减水剂。
本发明的自应力连接板产生自应力的过程为：
传统混凝土连接板由粒径大小不等的石子、砂、胶凝材料浇筑而成，然而胶凝材料会因为水化和温、湿度作用产生收缩，通过在混凝土中加入膨胀剂材料，膨胀剂、水泥与水发生水化反应，随着混凝土的水化硬化，结晶体的体积增大，数量增多，填充混凝土的微观孔隙，产生膨胀变形，变形使得纵向钢筋处于受拉状态，产生一个对膨胀混凝土的压应力。此外，膨胀混凝土还受到内部钢筋，周边传统混凝土桥面铺装层的限制作用，均会对连接板产生较大的预压应力。
本发明的自应力混凝土材料具有以下特点：
1)氧化镁膨胀剂膨胀反应缓慢，膨胀反应多发生在水泥浆强度形成中后期，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂膨胀率大，早期膨胀反应速率快，两者协调配合，可控制膨胀混凝土在温度20℃湿度90％的环境条件下的28天自由膨胀率范围在0.0025～0.0074之间，在配筋率为0.79％、1.13％，1.54％的自应力连接板倒U型钢筋(钢筋为D级弹簧钢丝，弹性模量为200GPa)的限制作用下28天产生的限制膨胀率分别在0.0012～0.0027，0.0015～0.0030，0.0015～0.0035范围之间，计算得到产生的自应力值在1.89～5.5MPa之间，其中，自应力σ＝μ·E·ε，μ为配筋率，E为钢筋的弹性模量，ε为所测龄期的限制膨胀率。
养护到第7天时，若将环境条件变成温度20℃湿度70％，28天的自由膨胀率范围在0.0007～0.0055之间，在配筋率为0.79％、1.13％，1.54％的应力连接板倒U型钢筋的限制作用下28天产生的限制膨胀率分别在0.0005～0.0018，0.0008～0.0020，0.001～0.0025范围之间，可计算得到产生的自应力值在0.79～3.95MPa之间。
本发明中，吸水树脂和减缩剂可添加可不添加，需要根据实际情况确定，当不添加吸水树脂和减缩剂时，膨胀变形小，产生的自应力也小，添加吸水树脂和减缩剂后，膨胀变形大，自应力值也大，因此，可以通过控制两种膨胀剂(氧化镁膨胀剂、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂)的掺量，以及吸水树脂的养护效果的协同作用，将所产生的自应力值控制在2～5MPa范围之间。
2)当水泥浆体内部湿度下降时，吸水树脂通过自身释水作用提供膨胀反应所需的水分，吸水树脂粒径为40～80目，掺量为胶凝材料的0.15％～0.25％，对混凝土强度有进一步的提高，同时预吸水25倍掺入水泥浆体溶液，保证其不会吸收额外水分，当混凝土在干燥空气中内部水分散失发生干燥收缩时，释放自身水分与剩余膨胀剂反应，控制环境湿度下降时膨胀落差值在0.0015左右，使得膨胀混凝土长期保持较高膨胀率水平。
3)减缩剂用以降低水泥浆体内部湿度下降水分迁移引起的水的表面张力，减小膨胀落差值。
4)减水剂掺量为胶凝材料的0.2％～1％之间，控制混凝土流动度在180～220mm之间，使得在带有钢筋的桥梁结构上浇筑混凝土更方便。
优选的，所述自应力连接板的长度为相邻两个桥跨跨径长度之和的0.075倍加上桥跨之间的间隙(如跨径为25m，间隙为0.05m，自应力连接板长度为0.075*(25+25)+0.05＝3.8m)，厚度为0.1-0.15m，优选为0.12m，宽度按每延米宽(1m)设置；脱粘带长度为相邻两个桥跨跨径长度之和的0.04倍加上桥跨之间的间隙(如跨径为25m，间隙为0.05m，脱粘带长度为0.04*(25+25)+0.05＝2.05米，取2米)，脱粘带材料为350#的屋面纸，该材料拉伸能力强，能更好的适应H字型钢梁和自应力连接板拉伸变形，同时防水性能优越，优选设置在自应力连接板的中间部分。
优选的，弹性变形层的弹性混凝土材料包括聚氨酯粘结剂、水泥、标准砂和纤维，混合搅拌而成，聚氨酯粘结剂包括多元醇和异氰酸酯两种组分，其质量比为100:75，其中，聚氨酯粘结剂、水泥、标准砂的质量比为1:1:2，其拉伸强度为30MPa，断裂伸长率可达25％，水泥和标准砂与自应力混凝土所用材料相同，纤维采用日本可乐丽PVA纤维，掺量为弹性混凝土总体积的3％，弹性变形层长度优选为0.1米，宽度、厚度与自应力连接板等厚。
弹性混凝土28天抗压强度在70MPa左右，抗拉强度在45MPa左右，弹性模量在1500MPa左右，断裂伸长率最高可达15％，具有优异的弹性变形能力，其作用如下：
(1)内部穿过倒U型钢筋的竖向部分，吸收混凝土膨胀对倒U型钢筋竖向部位产生的纵向拉伸变形。
(2)吸收自应力混凝土膨胀对四周桥面构造产生的压、剪应力，避免膨胀对周围桥面铺装层产生破坏。
优选的，所述桥面铺装层从上到下依次包括改性沥青混凝土面层、环氧树脂防水粘结层和C40普通混凝层，界面粘结剂涂抹于C40普通混凝层与H型钢梁之间，其下部为纵向钢筋和构造钢筋绑扎而成的钢筋网，桥面铺装层各材料功能层之间的构造与传统桥面铺装层形式差异不大；
优选的，所述倒U型钢筋的纵向部分距离自应力连接板顶部30mm，倒U型钢筋优选长3.9米，高0.19米，为HRB335，为工厂预制加工而成，通过选用不同直径的钢筋，确定钢筋在连接板中的配筋率；纵向钢筋距离H型钢梁顶部40mm，钢筋直径和类型与倒U型钢筋相同。
倒U型钢筋具有以下作用：
1)倒U型钢筋纵向部分起到一个对自应力混凝土膨胀变形的限制作用。
2)倒U型钢筋的竖向部分凭借钢筋较大的抗剪切刚度对混凝土膨胀变形产生的拉应力产生一个抵抗效应，减少了变形产生的能量损耗，增加自应力连接板纵向钢筋的限制作用。
优选的，所述缓冲吸能层的聚四氟乙烯橡胶衬垫为梯度式结构，从中间到两端依次变薄。
由于梁体在支座处不连续，转动产生的变形呈现一种三角形凸起分布，梯度式设置的橡胶衬垫中间厚、两端薄，保证主梁在荷载作用下产生的转角变形有更合理的分配空间，减少传递到上层自应力连接板的变形，同时橡胶衬垫作为隔离层削弱连接板与钢梁之间的联结，降低其抗弯刚度，减少桥面连接板处的负弯矩。
本发明的自应力桥梁连续构造中，自应力连接板采用自应力混凝土材料，同时考虑到自应力混凝土的膨胀变形和在钢筋限制作用下产生自应力的特点，设置了吸收变形的弹性变形层和布置了增加膨胀限制作用的倒U型钢筋，针对减小自应力连接板受到的梁端转角变形设置了梯度式的橡胶衬垫，基于钢梁可打孔焊接的特点，在钢梁上预先焊接剪力钉和倒U型钢筋，再浇筑自应力混凝土材料，实现连接板与钢梁之间更好的固定连接，使得自应力混凝土连接板更好的应用于桥梁连接构造结构中，并通过合理选用膨胀剂材料及配合比设计使得其在连接构造结构钢筋的限制作用下产生2～5MPa范围内自应力，以抵抗桥梁连接板处负弯矩，提高桥面连接板开裂荷载，避免结构裂缝的产生。
一种上述的基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)在H型钢梁两侧翼缘部位打孔焊接剪力钉，优选的，两侧钢梁剪力钉数量均为8个，型号为M15×60，间距100mm，从距钢梁断开部位50mm起焊接，从最外侧剪力钉部位算起在第三个和第四个剪力钉中间焊接倒U型钢筋，倒U型钢筋的纵向部分高于剪力钉，焊接倒U型钢筋前，两个H型钢梁之间预留有50mm的空隙，保证钢梁之间变形缝的宽度；
(2)架立木质模板，首先将模板A、模板B通过环氧树脂粘结剂粘结在H型钢梁的翼缘部位完成底部区域的模板安装，在模板C、模板D、模板E、模板F的中下区域安装桥面铺装层中纵向钢筋和构造钢筋的分布位置进行打孔，将模板C、模板D、模板E、模板F粘结起来形成一个方形装置，接着在方形装置内粘贴模板G、模板H和模板I，其中，模板G和模板H粘贴在方形装置上半部分，模板I粘贴在方形装置的下半部分；
将粘贴好的模板架立在H型钢梁上，当带有倒U型钢筋和剪力钉的H型钢梁处于模板内部时，安装模板J、模板K，使模板J、模板K中间的孔洞穿过倒U型钢筋，并使其拼接固定在相应位置，粘贴在模板E、模板F上，模板J、模板K中间均预留有孔洞，能够从中间拆卸开；
(3)将桥面铺装层所需的纵向钢筋、构造钢筋穿过模板C、模板D、模板E和模板F预留的孔洞，在桥面铺装层形成钢筋网结构；
(4)在H型钢梁顶部涂抹界面粘结剂，将搅拌好的C40普通混凝土材料倒入到模板内部，等待混凝土高度与模板I高度平齐时，停止底部区域混凝土的浇筑，只在模板C、模板G之间，以及模板D、模板H之间的区域继续浇筑直至混凝土高度到达模板顶部，等待混凝土硬化1小时后，在自应力连接板底部区域铺筑缓冲吸能层，最后在缓冲吸能层上方铺一层屋面纸作为脱粘带；
(5)等待混凝土硬化12小时后，拆除模板C、模板D、模板G和模板H，在模板G、模板J之间，以及模板H、模板K之间的区域内浇筑弹性混凝土形成弹性变形层，等待弹性混凝土硬化1个小时后，拆除模板J和模板K；浇筑自应力混凝土材料形成自应力连接板，浇筑完成后将其覆膜养护1天后，拆除模板E、模板F和模板I(拆除模板E、F后，模板I两端是裸露的，可前后轻敲使其从两H型钢梁断开的空隙脱落下来)，将其养护至28天，即可投入使用。
本发明的施工流程为：剪力钉及倒U型钢筋固定件的焊接→架立定制好的木制模板→穿纵向、横向钢筋构造钢筋网→浇筑铺装层→铺装橡胶衬垫和脱粘带→浇筑弹性变形层→浇筑自应力混凝土连接板→覆膜室内养护28天→拆模。
优选的，步骤(5)中浇筑自应力混凝土的过程为：
首先，分别称取一定质量的吸水树脂和相应吸水树脂质量的25～30倍水，将吸水树脂倒入到水中，预吸水35min，接着将水泥、氧化镁膨胀剂和氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂干料混合倒入到搅拌机中搅拌1～2min，接着将吸水后的吸水树脂倒入搅拌机后30s～60s，将水、减水剂、减缩剂混合倒入到搅拌机里面，接着向搅拌机里面加入标准砂，搅拌4～5分钟，将其倒入到带有配置倒U型钢筋的模板中，进行覆膜养护。
优选的，步骤(5)中弹性变形层的浇筑过程为：
首先，将聚氨酯粘结剂、标准砂和水泥按照比例加入搅拌机中，混合搅拌2分钟后，加入纤维，接着再搅拌2分钟后，将其浇筑到模板内。
本发明的施工方法具有以下创新点：
1)干料搅拌前，提前35min将吸水树脂预吸水一段时间，在干料搅拌1～22min后，倒入水30～60s前加入吸水树脂，避免了树脂吸水直接与干料搅拌造成的团聚现象，同时预吸水保证了树脂不会吸收额外的水分。
2)模板带孔，可直接穿过架设钢筋；
3)模板的拼接固定位置的摆放；
4)不同结构层建筑材料何时达到一定硬化程度以便浇筑其他结构层时间上的安排。
5)浇筑建筑材料拆除模板的顺序，确保每块木板在混凝土硬化前顺利取出。
本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的自应力混凝土及其组分，成功将自应力混凝土材料应用在桥面连接板中。采用氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂结合活性中等的氧化镁膨胀剂材料按照一定的比例复合掺入，使得混凝土在使用阶段始终保持一个较高的变形值，同时选用吸水树脂和减缩剂，进一步提高了膨胀混凝土的膨胀变形量，同时减少了混凝土干燥收缩对自应力的损耗，将膨胀产生的自应力调控在2～5MPa范围内，大大提高了连接板的开裂荷载，同等配筋率条件下提高了连接板的抵抗弯矩开裂的能力。
(2)本发明制备的自应力混凝土材料，28天强度即可达到C40普通混凝土要求，骨料采用筛分均匀的标准砂，且内部孔结构因膨胀反应更加致密，自应力连接板防水性和耐久性能优越，同时该材料弹性模量与普通混凝土桥面铺装层弹性模量接近，结构整体性更强，提高了两者之间变形协调性，流动度范围在180～220mm之间，是极易应用在桥面连接板上的材料。
(3)本发明的自应力连接板上半部位设置了一个倒U型钢筋，该钢筋依次穿过自应力连接板、弹性变形层、桥面铺装层与H型钢梁相连，起到连接固定作用，同时倒U型钢筋竖立的部分产生一个较大的抗剪切刚度，增加了钢筋的纵向限制约束，进一步增加了膨胀混凝土的化学预压应力，连接板抵抗负弯矩能力更强。因此，连接板中倒U型钢筋的布置同时起到固定连接板，增加混凝土自应力，承受负弯矩产生的拉应力三种作用。
(4)在H型钢梁顶部设置梯度式聚四氟乙烯橡胶衬垫，使得钢梁在荷载作用下产生的转角变形有更合理的分配空间，减少传递到上层自应力连接板的变形，同时起到良好的缓冲吸能和减震作用。
(5)自应力连接板两端浇筑有弹性变形层，其优异的韧性变形能力使其一边吸收倒U型钢筋纵向部分在混凝土变形过程中产生的位移变形，一边吸收自应力混凝土膨胀对四周约束构造产生的变形，避免膨胀对周围桥面铺装层结构产生破坏。
(6)吸水树脂在设置预吸水时间为35min，在干料搅拌1～2min后，倒入水30～60s前加入吸水树脂，避免了树脂吸水直接与干料搅拌造成的团聚现象，同时预吸水保证了树脂不会吸收额外的水分。
(7)考虑到结构的复杂性，设置了带孔模板，可直接通过孔洞确定钢筋布置位置和安装钢筋，同时合理安排浇筑不同建筑材料和拆除模板的顺序，使得不同建筑材料层依次浇筑固定在各自位置上和顺利取出所有模板。
附图说明
图1为自应力连接板自应力产生过程机理示意图；
图2为本发明的基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构示意图；
图3为带梯度式缓冲吸能层的自应力连接板梁端转动示意图；
图4为模板A、模板B的结构示意图；
图5为模板与H钢梁的配合关系示意图；
图中，1-弹性变形层，2-自应力连接板，3-倒U型钢筋，4-剪力钉，5-脱粘带，6-缓冲吸能层，7-桥面铺装层，8-构造钢筋，9-纵向钢筋，10-界面粘结剂，11-H型钢梁，12-模板A，13-模板B，14-模板C，15-模板D，16-模板E，17-模板F，18-模板G，19-模板H，20-模板I，21-模板J，22-模板K。
具体实施方式：
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如图1-5所示，包括自应力连接板2、弹性变形层1、桥面铺装层7、缓冲吸能层6和连接构造；
自应力连接板2位于两H型钢梁11之间，自应力连接板2采用自应力混凝土材料通过模板浇筑而成，其底部设置有脱粘带5；
弹性变形层1设置在自应力连接板的两端，为弹性混凝土材料；
桥面铺装层7位于H型钢梁11上方，H型钢梁11与桥面铺装层7之间涂抹有界面粘结剂10，界面粘结剂10由醋酸乙烯-乙烯制成，具有超强的粘结力，优良的防水性，耐老化等性能；
缓冲吸能层6布置在自应力连接板2底部，为聚四氟乙烯橡胶衬垫；
连接构造包括倒U型钢筋3、剪力钉4、纵向钢筋9和构造钢筋8，倒U型钢筋3的纵向部分横穿过自应力连接板2，在弹性变形层1弧形向下弯曲，穿过桥面铺装层7焊接在H型钢梁11上；剪力钉4焊接于H型钢梁11上，与桥面铺装层7相连；纵向钢筋9横穿桥面铺装层7的下半部分，且与桥面铺装层7中的构造钢筋8形成钢筋网，钢筋网与剪力钉4绑扎在一起。
剪力钉焊接在H型钢梁上，剪力钉型号为M15×60，高0.06米，间距为100mm，与桥面铺装层7相连，承受连接板底部脱粘带转动带来的拉应力和剪应力，避免桥面铺装层和H型钢梁在弯矩作用下竖向分离，起到竖向连接作用，使桥面铺装层和H型钢梁整体受力，协调变形。同时，在桥面铺装层下半部位布置纵向钢筋，纵向钢筋横穿桥面铺装层底部，承担外部荷载对桥面铺装层下部区域产生的拉应力，同时与桥面铺装层中的构造钢筋形成网状结构，网状结构与剪力钉绑扎在一起，使得桥面铺装层、自应力连接板、钢梁更好的协调变形。
实施例2：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例1所述，所不同的是，自应力连接板2的长度为相邻两个桥跨跨径长度为3.8m，厚度为0.12m宽度按每延米宽(1m)设置；脱粘带长度为2米，脱粘带5材料为350#的屋面纸，该材料拉伸能力强，能更好的适应H字型钢梁和自应力连接板拉伸变形，同时防水性能优越，优选设置在自应力连接板的长度中间部分；
弹性变形层1的弹性混凝土材料包括聚氨酯粘结剂、水泥、标准砂和纤维，混合搅拌而成，聚氨酯粘结剂包括多元醇和异氰酸酯两种组分，其质量比为100:75，其中，聚氨酯粘结剂、水泥、标准砂的质量比为1:1:2，其拉伸强度为30MPa，断裂伸长率可达25％，水泥和标准砂与自应力混凝土所用材料相同，纤维采用日本可乐丽PVA纤维，掺量为弹性混凝土总体积的3％，弹性变形层长度优选为0.1米，宽度、厚度与自应力连接板等厚。
弹性混凝土28天抗压强度在70MPa左右，抗拉强度在45MPa左右，弹性模量在1500MPa左右，断裂伸长率最高可达15％，具有优异的弹性变形能力，其作用如下：
(1)内部穿过倒U型钢筋的竖向部分，吸收混凝土膨胀对倒U型钢筋竖向部位产生的纵向拉伸变形。
(2)吸收自应力混凝土膨胀对四周桥面构造产生的压、剪应力，避免膨胀对周围桥面铺装层产生破坏。
实施例3：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例2所述，所不同的是，桥面铺装层7从上到下依次包括改性沥青混凝土面层、环氧树脂防水粘结层和C40普通混凝层，界面粘结剂10涂抹于C40普通混凝层与H型钢梁之间，其下部为纵向钢筋和构造钢筋绑扎而成的钢筋网，桥面铺装层各材料功能层之间的构造与传统桥面铺装层形式差异不大，在图2中统一使用混凝土符号表示；
倒U型钢筋3的纵向部分距离自应力连接板2顶部30mm，倒U型钢筋优选长3.9米，高0.19米，为HRB335，为工厂预制加工而成；纵向钢筋9距离H型钢梁40mm，钢筋直径和类型与倒U型钢筋相同。
倒U型钢筋具有以下作用：
1)倒U型钢筋纵向部分起到一个对自应力混凝土膨胀变形的限制作用。
2)倒U型钢筋的竖向部分凭借钢筋较大的抗剪切刚度对混凝土膨胀变形产生的拉应力产生一个抵抗效应，减少了变形产生的能量损耗，增加自应力连接板纵向钢筋的限制作用。
实施例4：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例3所述，所不同的是，缓冲吸能层6的聚四氟乙烯橡胶衬垫为梯度式结构，从中间到两端依次变薄，当荷载作用在桥面时，桥梁上部结构在支座作用下转动效果具体见图3。
由于梁体在支座处不连续，转动产生的变形呈现一种三角形凸起分布，梯度式设置的橡胶衬垫中间厚、两端薄，保证主梁在荷载作用下产生的转角变形有更合理的分配空间，减少传递到上层自应力连接板的变形，同时橡胶衬垫作为隔离层削弱连接板与钢梁之间的联结，降低其抗弯刚度，减少桥面连接板处的负弯矩。
实施例5：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)在H型钢梁11两侧翼缘部位打孔焊接剪力钉4，两侧钢梁剪力钉数量均为8个，型号为M15×60，间距100mm，从距钢梁断开部位50mm起焊接，从最外侧剪力钉部位算起在第三个和第四个剪力钉中间焊接倒U型钢筋3，倒U型钢筋3的纵向部分高于剪力钉4，焊接倒U型钢筋前，两个H型钢梁11之间预留有50mm的空隙，保证钢梁之间变形缝的宽度；
(2)架立木质模板，首先将模板A 12、模板B 13通过环氧树脂粘结剂粘结在H型钢梁11的翼缘部位完成底部区域的模板安装，在模板C 14、模板D 15、模板E 16、模板F 17的中下区域安装桥面铺装层中纵向钢筋9和构造钢筋8的分布位置进行打孔，将模板C 14、模板D 15、模板E 16、模板F 17粘结起来形成一个方形装置，接着在方形装置内粘贴模板G18、模板H 19和模板I 20，其中，模板G 18和模板H 19粘贴在方形装置上半部分，模板I 20粘贴在方形装置的下半部分；
将粘贴好的模板架立在H型钢梁11上，当带有倒U型钢筋3和剪力钉4的H型钢梁处于模板内部时，安装模板J 21、模板K 22，使模板J 21、模板K 22中间的孔洞穿过倒U型钢筋3，并使其拼接固定在相应位置，粘贴在模板E16、模板F 17上，模板J 21、模板K 22中间均预留有孔洞，能够从中间拆卸开；
(3)将桥面铺装层所需的纵向钢筋9、构造钢筋8穿过模板C 14、模板D 15、模板E16和模板F 17预留的孔洞，在桥面铺装层形成钢筋网结构；
(4)在H型钢梁11顶部涂抹界面粘结剂10，将搅拌好的C40普通混凝土材料倒入到模板内部，等待混凝土高度与模板I 20高度平齐时，停止底部区域混凝土的浇筑，只在模板C 14、模板G 18之间，以及模板D 15、模板H 19之间的区域继续浇筑直至混凝土高度到达模板顶部，等待混凝土硬化1小时后，在自应力连接板底部区域铺筑缓冲吸能层6，最后在缓冲吸能层6上方铺一层屋面纸作为脱粘带5；
(5)等待混凝土硬化12小时后，拆除模板C 14、模板D 15、模板G18和模板H 19，在模板G 18、模板J 21之间，以及模板H 19、模板K 22之间的区域内浇筑弹性混凝土形成弹性变形层1，等待弹性混凝土硬化1个小时后，拆除模板J 21和模板K 22；浇筑自应力混凝土材料形成自应力连接板，浇筑完成后将其覆膜养护1天后，拆除模板E 16、模板F17和模板I20，将其养护至28天，即可投入使用。
实施例6：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构的施工方法，如实施例5所述，所不同的是，步骤(5)中浇筑自应力混凝土的过程为：
首先，分别称取一定质量的吸水树脂和相应吸水树脂质量的25～30倍水，将吸水树脂倒入到水中，预吸水35min，接着将水泥、氧化镁膨胀剂和氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂干料混合倒入到搅拌机中搅拌1～2min，接着将吸水后的吸水树脂倒入搅拌机后30s～60s，将水、减水剂、减缩剂混合倒入到搅拌机里面，接着向搅拌机里面加入标准砂，搅拌4～5分钟，将其倒入到带有配置倒U型钢筋的模板中，进行覆膜养护。
实施例7：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构的施工方法，如实施例5所述，步骤(5)中弹性变形层的浇筑过程为：
首先，将聚氨酯粘结剂、标准砂和水泥按照比例加入搅拌机中，混合搅拌2分钟后，加入纤维，接着再搅拌2分钟后，将其浇筑到模板内。
实施例8：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例1所述，所不同的是，自应力混凝土材料包括水泥、标准砂、水、氧化镁膨胀剂、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、吸水树脂、减缩剂、减水剂；
其质量份如下：
水泥369～397份，标准砂850～900份，水180～195份，氧化镁膨胀剂27～45份，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂27～36份，吸水树脂0～1.125份，减缩剂0～4.5份，减水剂0.9～4.5份；
自应力混凝土材料在温度20℃，湿度90％的环境条件下的28天自由膨胀率范围在0.0025～0.0074之间，在配筋率为0.79％、1.13％、1.54％的自应力连接板倒U型钢筋的限制作用下28天产生的限制膨胀率分别在0.0012～0.0027，0.0015～0.0030，0.0015～0.0035范围之间，产生的自应力值在1.89～5.5MPa之间；
养护到第7天时，若将环境条件变成温度20℃湿度70％，28天的自由膨胀率范围在0.0007～0.0055之间，在配筋率为0.79％、1.13％、1.54％的自应力连接板倒U型钢筋的限制作用下28天产生的限制膨胀率分别在0.0005～0.0018，0.0008～0.0020，0.001～0.0025范围之间，产生的自应力值在0.79～3.95MPa之间。
实施例9：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例8所述，所不同的是，自应力混凝土材料的质量份为：
水泥369～387份，标准砂850～900份，水180～195份，氧化镁膨胀剂27～45份，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂27～36份，吸水树脂0.5～1.125份，减缩剂2～4.5份，减水剂0.9～4.5份。
添加吸水树脂和减缩剂后，膨胀变形大，自应力值也变大。
实施例10：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例8所述，所不同的是，每立方米自应力混凝土材料组分为：
水泥387kg、水180kg、标准砂900kg、氧化镁膨胀剂27kg、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂36kg、减水剂0.98kg。
实施例11：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例8所述，所不同的是，每立方米自应力混凝土材料组分为：
水泥378kg、水180kg、标准砂900kg、氧化镁膨胀剂36kg、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂36kg、减水剂1.01kg。
实施例12：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例8所述，所不同的是，每立方米自应力混凝土材料组分为：
水泥378kg、水180kg、标准砂900kg、氧化镁膨胀剂45kg、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂36kg、减水剂1.01kg。
实施例13：
一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，如实施例8所述，所不同的是，每立方米自应力混凝土材料组分为：
水泥369kg、水193.5kg、标准砂900kg、氧化镁膨胀剂45kg、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂36kg、减水剂0.8kg、吸水树脂0.54Kg，减缩剂4.5kg。
实施例10、11、12中，首先将水泥、氧化镁膨胀剂和氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂干料混合倒入到搅拌机中搅拌2min，接着，将水、减水剂、减缩剂混合倒入到搅拌机里面，接着向搅拌机里面加入细骨料标准砂、搅拌5分钟，将其倒入到带有配置纵向钢筋连接板模具中，进行覆膜养护。
对于实施例13，首先，分别称取一定质量的吸水树脂和相应质量的25～30倍水，在搅拌混凝土前35min，将吸水树脂倒入到水中，预吸水一段时间，接着将水泥、氧化镁膨胀剂和氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂干料混合倒入到搅拌机中搅拌2min，接着将与吸水后的吸水树脂倒入搅拌机后30s，将水、减水剂、减缩剂混合倒入到搅拌机里面，接着向搅拌机里面加入细骨料标准砂、搅拌5分钟，将其倒入到带有配置纵向钢筋连接板模具中，进行覆膜养护。
实施例10～13的流动度均在180～220mm范围内，浇筑成型的试件放入水中测得实施例10在28天产生的自应力值为1.57MPa，实施例11在28天产生的自应力值为1.88MPa，实施例12在28天产生的自应力值为2.43MPa，实施例13在28天产生的自应力值为4.12MPa，28天强度值分别为47.27、42.9、43.78、52.24MPa。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，其特征在于，包括自应力连接板、弹性变形层、桥面铺装层、缓冲吸能层和连接构造；
所述自应力连接板位于两H型钢梁之间，自应力连接板采用自应力混凝土材料，其底部设置有脱粘带；
所述弹性变形层设置在自应力连接板的两端，为弹性混凝土材料；
所述桥面铺装层位于H型钢梁上方，H型钢梁与桥面铺装层之间涂抹有界面粘结剂，所述缓冲吸能层布置在自应力连接板底部，为聚四氟乙烯橡胶衬垫；
所述连接构造包括倒U型钢筋、剪力钉、纵向钢筋和构造钢筋，倒U型钢筋的纵向部分横穿过自应力连接板，在弹性变形层弧形向下弯曲，穿过桥面铺装层焊接在H型钢梁上；剪力钉焊接于H型钢梁上，与桥面铺装层相连；纵向钢筋横穿桥面铺装层的下半部分，且与桥面铺装层中的构造钢筋形成钢筋网，钢筋网与剪力钉绑扎在一起；
自应力混凝土材料包括水泥、标准砂、水、氧化镁膨胀剂、氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、吸水树脂、减缩剂、减水剂；
其质量份如下：
水泥369~397份，标准砂850~900份，水180~195份，氧化镁膨胀剂27~45份，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂27~36份，吸水树脂0.5~1.125份，减缩剂2~4.5份，减水剂0.9~4.5份；
自应力混凝土材料在温度20℃，湿度90%的环境条件下的28天自由膨胀率范围在0.0025~0.0074之间，在配筋率为0.79%、1.13%、1.54%的自应力连接板倒U型钢筋的限制作用下28天产生的限制膨胀率分别在0.0012~0.0027，0.0015~0.0030，0.0015~0.0035范围之间，产生的自应力值在1.89~5.5MPa之间；
养护到第7天时，若将环境条件变成温度20℃湿度70%，28天的自由膨胀率范围在0.0007~0.0055之间，在配筋率为0.79%、1.13%、1.54%的自应力连接板倒U型钢筋的限制作用下28天产生的限制膨胀率分别在0.0005~0.0018，0.0008~0.0020，0.001~0.0025范围之间，产生的自应力值在0.79~3.95MPa之间。
2.根据权利要求1所述的基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥；氧化镁膨胀剂活性反应时间为120s，膨胀源为氧化镁，氧化镁的含量≥93%；氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂包括氧化钙、石膏和硫铝酸钙；吸水树脂的粒径为在40~80目，在水中的吸水率≥450g/g，在含钙离子饱和浓度的溶液中吸水率为25~30g/g，PH值为6.5~7.5；减缩剂为聚羧酸式减缩剂，成分为低级醇亚烷基环氧化合物，为无色透明液体；减水剂为聚羧酸式高效减水剂。
3.根据权利要求1所述的基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，其特征在于，所述自应力连接板的长度为相邻两个桥跨跨径长度之和的0.075倍加上桥跨之间的间隙，厚度为0.1-0.15m；脱粘带长度为相邻两个桥跨跨径长度之和的0.04倍加上桥跨之间的间隙，脱粘带材料为350#的屋面纸；
弹性变形层的弹性混凝土材料包括聚氨酯粘结剂、水泥、标准砂和纤维，聚氨酯粘结剂包括多元醇和异氰酸酯两种组分，其质量比为100:75，其中，聚氨酯粘结剂、水泥、标准砂的质量比为1:1:2，纤维采用日本可乐丽PVA纤维，掺量为弹性混凝土总体积的3%。
4.根据权利要求1所述的基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，其特征在于，所述桥面铺装层从上到下依次包括改性沥青混凝土面层、环氧树脂防水粘结层和C40普通混凝土层，界面粘结剂涂抹于C40普通混凝土层与H型钢梁之间；
所述倒U型钢筋的纵向部分距离自应力连接板顶部30mm，为HRB335钢筋，为工厂预制加工而成；纵向钢筋距离H型钢梁40mm，钢筋直径和类型与倒U型钢筋相同。
5.根据权利要求1所述的基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构，其特征在于，所述缓冲吸能层的聚四氟乙烯橡胶衬垫为梯度式结构，从中间到两端依次变薄。
6.一种根据权利要求1所述的基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在H型钢梁两侧翼缘部位打孔焊接剪力钉，焊接倒U型钢筋，倒U型钢筋的纵向部分高于剪力钉，焊接倒U型钢筋前，两个H型钢梁之间预留有50mm的空隙，保证钢梁之间变形缝的宽度；
（2）架立木质模板，首先将模板A、模板B粘结在H型钢梁的翼缘部位完成底部区域的模板安装，在模板C、模板D、模板E、模板F的中下区域安装桥面铺装层中纵向钢筋和构造钢筋的分布位置进行打孔，将模板C、模板D、模板E、模板F粘结起来形成一个方形装置，接着在方形装置内粘贴模板G、模板H和模板I，其中，模板G和模板H粘贴在方形装置上半部分，模板I粘贴在方形装置的下半部分；
将粘贴好的模板架立在H型钢梁上，当带有倒U型钢筋和剪力钉的H型钢梁处于模板内部时，安装模板J、模板K，使模板J、模板K中间的孔洞穿过倒U型钢筋，并使其拼接固定在相应位置，粘贴在模板E、模板F上，模板J、模板K中间均预留有孔洞，能够从中间拆卸开；
（3）将桥面铺装层所需的纵向钢筋、构造钢筋穿过模板C、模板D、模板E和模板F预留的孔洞，在桥面铺装层形成钢筋网结构；
（4）在H型钢梁顶部涂抹界面粘结剂，将搅拌好的C40普通混凝土材料倒入到模板内部，等待混凝土高度与模板I高度平齐时，停止底部区域混凝土的浇筑，只在模板C、模板G之间，以及模板D、模板H之间的区域继续浇筑直至混凝土高度到达模板顶部，等待混凝土硬化1小时后，在自应力连接板底部区域铺筑缓冲吸能层，最后在缓冲吸能层上方铺一层屋面纸作为脱粘带；
（5）等待混凝土硬化12小时后，拆除模板C、模板D、模板G和模板H，在模板G、模板J之间，以及模板H、模板K之间的区域内浇筑弹性混凝土形成弹性变形层，等待弹性混凝土硬化1个小时后，拆除模板J和模板K；浇筑自应力混凝土材料形成自应力连接板，浇筑完成后将其覆膜养护1天后，拆除模板E、模板F和模板I，将其养护至28天，即可投入使用；
步骤（5）中浇筑自应力混凝土的过程为：
首先，分别称取一定质量的吸水树脂和相应吸水树脂质量的25~30倍水，将吸水树脂倒入到水中，预吸水35min，接着将水泥、氧化镁膨胀剂和氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂干料混合倒入到搅拌机中搅拌1~2min，接着将吸水后的吸水树脂倒入搅拌机后30s~60s，将水、减水剂、减缩剂混合倒入到搅拌机里面，接着向搅拌机里面加入标准砂，搅拌4~5分钟，将其倒入到带有配置倒U型钢筋的模板中，进行覆膜养护。
7.根据权利要求6所述的基于简支钢梁的自应力桥梁连续构造结构的施工方法，其特征在于，步骤（5）中弹性变形层的浇筑过程为：
首先，将聚氨酯粘结剂、标准砂和水泥按照比例加入搅拌机中，混合搅拌2分钟后，加入纤维，接着再搅拌2分钟后，将其浇筑到模板内。
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