CN114960422A - 一种正交异性桥面板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正交异性桥面板，属于桥梁结构技术领域。该桥面板包括主钢板、横肋、U形肋和混凝土板，横肋与主钢板下表面连接，U形肋与主钢板上表面连接，混凝土板与U形肋连接，混凝土板上铺筑沥青混凝土层。本发明将U形肋反置，简化了主钢板下的结构设计，使横肋和横隔板不再受到常规设计中的U形肋的干扰，简化了制作工艺，加快了制作进度；避免了常规的正交异性桥面板中发生在U形肋和横隔板处的疲劳开裂，提高了结构寿命；在U形肋上焊接剪力连接件后，可安装预制混凝土板，提高了桥面板的抗弯能力，主钢板和混凝土板的材料性能得到充分发挥；在U形肋内灌注混凝土，可进一步正交异性桥面板的刚度和整个钢箱梁的刚度。

Description

一种正交异性桥面板

技术领域

本发明涉及一种桥面板，特别地涉及一种正交异性桥面板，属于桥梁工程技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，一批大跨径跨江跨海公路桥梁相继开工，并陆续建成通车，在我国桥梁建筑史上出现了空前的建设大跨径桥梁的高潮。钢箱梁的抗扭刚度大，弯曲应力图合理，剪应力小，特别适用于大跨径桥梁、弯桥和窄墩柱桥。再考虑到轻量化、预制加工和经济性，公路大跨度悬索桥和斜拉桥基本上都选择流线型的钢箱梁做加劲梁。钢箱梁一般采用正交异性桥面板。正交异性桥面板由主钢板、纵向加劲肋及横向加劲肋组成，由于其纵向刚度和与其垂直的横向刚度有所不同，因此称之为正交异性桥面板。凭借其承载能力大、自重轻、施工快和结构美观等优点，很好的解决了桥梁的自重、承重和跨径之间的矛盾，已经成为大跨径钢桥的首选桥面形式。

正交异性桥面板构造复杂，焊缝数量多，不但要反复承受车辆轮载的作用，而且作为主梁的一部分共同参与钢箱梁整体受力。局部承受的应力循环次数过多，且在梁体焊接过程中会引起不可避免的应力集中及焊接缺陷，使得桥面板在运营一段时间后，极易产生疲劳裂纹。大跨度钢桥一旦出现疲劳裂纹，不仅维修困难、费用昂贵，而且会引起桥梁突然破坏的灾难性事故。

如何避免疲劳裂纹的产生，确保正交异性桥面板耐久性，长久以来都是一个重难点课题。目前实桥设计中，解决桥面板疲劳问题主要措施包括：合理匹配纵肋、横肋和桥面板尺寸，构造恰当的弧形切口尺寸；桥面结构改用混凝土桥面板，如东海大桥、武汉二七长江大桥，主梁均为叠合梁结构，桥面采用混凝土桥面板；也可以简单地增加铺装层，如加筋高性能混凝土、夹心钢板层、聚合物改性混凝土、环氧树脂沥青混凝土、钢纤维加强混凝土等。这些措施或者只能稍微延缓开裂，或者在大幅度增加桥面板重量后刚度没有大的提升。

发明内容

为了克服现有技术上的不足，本发明开发了一种正交异性桥面板，目的是大幅度减少正交异性桥面板的疲劳裂纹。

本发明提出的技术方案为一种正交异性桥面板，包含主钢板、横肋、纵肋和混凝土板，横肋沿桥面板横向，与主钢板下表面连接，纵肋为U形肋，开口向下地与主钢板上表面连接；U形肋顶面连接有连接件，混凝土板与U形肋的顶面连接，所述连接件埋设在混凝土板内。

优选地，所述的U形肋沿桥面板的横向等间距地排列。

优选地，所述的连接件在U形肋顶面按组布置，每组中的连接件呈矩阵形排列。

优选地，所述的横肋沿桥梁纵向成组排列，组内各横肋间距离相等；两组间预留有横向连接构造的安装位置。

优选地，所述的U形肋与主钢板的连接，采用可进入U形肋内部的焊接机器人，进行双面焊接。

优选地，所述的混凝土板为预制板，预制板上有预留槽，所述预留槽的位置与连接件组的位置相对应；预制板放置在U形肋上后，连接件组进入预留槽，且连接件的顶端低于预制板上表面；现场浇筑现浇混凝土后，连接件埋人混凝土内。

优选地，所述的预制板分为边板和中板两种类型，边板三面有伸出的钢筋，中板的四面都伸出有钢筋；所述的预制板通过现浇混凝土连接带成为一体。

优选地，横向的所述现浇混凝土连接带与其下方的横肋或预留的横向连接构造的位置对应。

优选地，所述的U形肋内灌注有现浇混凝土。

优选地，所述的U形肋间灌注有现浇混凝土。

本发明的有益效果包括以下几个方面：

(1)正交异性桥面板的疲劳裂纹中的大部分与U形肋相关，比如出现在U形肋与主钢板连接焊缝、U形肋贯穿横肋和横隔板时的交叉连接部位、U形肋对接焊缝等处的裂纹，本发明将U形肋反置，置于主钢板之上，就避免了大部分的裂纹的产生；

(2)将U形肋反置，简化了主钢板下的结构设计，使横肋和横隔板不再受到常规设计中的U形肋的干扰，同时，简化了制作工艺，加快了制作进度；

(3)U形肋上焊接剪力连接件后，可安装预制混凝土板，新形成的组合桥面板高度大幅度增加，刚度得到很大的提高，增大了正交异性桥面板的抗弯能力，主钢板受拉，混凝土板受压，材料性能得到充分发挥；

(4)在U形肋内或U形肋间灌注混凝土，可进一步提高正交异性桥面板的刚度和整个钢箱梁的刚度，使主钢板的受力状态从线荷载转化为面荷载，更加有利；

(5)在U形肋内灌注混凝土，它们处于受压状态，考虑到混凝土会受到套箍作用，可以极大地提高正交异性桥面板的受压能力，从而提高钢箱梁的承载力；

(6)本发明中的技术方案，相比常规正交异性桥面板，没有增加制作工作量，且制作中无需引入其它特殊工种，作业均为常规的施工工艺；

(7)本发明中的钢结构部分在工厂内制作，预制混凝土板也提前在预制场制作，在现场拼装，加快了施工进度，有利于快速施工；

(8)现浇的横向混凝土连接带位于横隔板上方，此连接带内相邻的U形肋间可从主钢板上表面向上全部浇筑混凝土，从而增强了横隔板处主梁的横向刚度。

附图说明

图1主钢板上焊接U形肋后的结构横断面示意图；

图2 U形肋上焊接剪力钉后的结构横断面示意图；

图3焊接横肋后的结构横断面示意图；

图4焊接剪力钉后的结构俯视示意图；

图5靠边的混凝土预制板示意图；

图6中间的混凝土预制板示意图；

图7安装水平模板后的结构俯视示意图；

图8安装水平模板后的结构横断面示意图；

图9放置混凝土预制板后的结构俯视示意图；

图10放置混凝土预制板后的结构横断面示意图；

图11现浇缝施工后的结构俯视示意图；

图12现浇缝施工后的结构横断面示意图；

图13实施例2中安装竖直模板后的结构俯视示意图；

图14实施例2中过竖直模板的结构横断面示意图；

图15实施例2中过横肋的结构横断面示意图；

图16实施例3中现浇混凝土施工后的结构横断面示意图。

图中：主钢板1,U形肋2,剪力钉3,横肋4,预制板5,钢筋6,预留槽7,水平模板8,竖直模板9,边板10,中板11,现浇带12,现浇混凝土13。

具体实施方式

实施例1

本实施例中的桥面板的钢结构部分见图1-图4，图1为主钢板1上焊接U形肋2后的结构示意图，主钢板1厚度12mm，相邻U形肋2的间距为600mm，净距为300mm，U形肋2的高为300mm；U形肋2与主钢板1的连接采用可进入U形肋2内部的焊接机器人双面焊接。以上这些操作与常规正交异性钢桥面板的完全相同。在U形肋2的顶面焊接剪力钉3，剪力钉3在U形肋2顶面按组布置，形成连接件组，每组中的剪力钉3呈3×3矩阵形排列，焊接剪力钉3后的结构俯视示意图见图4。横肋4采用T型钢，倒置焊接在主钢板1的下表面，见图3。横肋4和预留的横向连接构造的安装位置一道，沿桥梁纵向等间距排列。

混凝土板采用预制板5拼装并现浇接缝而成，预制板5上有预留槽7，且预留槽7的位置与连接件组的位置相对应；预制板5分为边板10和中板11两种类型，见图5和图6。边板10三面有伸出的钢筋6，中板11的四面都伸出有钢筋6，钢筋6外伸长度为200mm。预制板5放置在U形肋2上后，连接件组进入预留槽7，且剪力钉3的顶端低于预制板5上表面20mm；相邻预制板5间接缝宽300mm，接缝两侧的钢筋6可向相反的方向水平扳弯折，避免安装时相互干扰，见图9。设计的预制板5的宽度，使横向接缝下刚好为横肋4或横隔板的位置，且纵向的接缝为一U形肋2，两侧的预制板5支撑在U形肋2顶面的一侧边上，重叠30mm。安放预制板5前，需在横向接缝位置焊接钢板作为水平模板8，见图7和图8。水平模板8的宽度大于接缝宽度，为400mm。两侧悬出的水平模板8下焊接有钢板支撑。图10为放置预制板5后的结构横断面示意图，在接缝和预留槽7内现场浇筑现浇混凝土后，连接件组埋人混凝土内。图11为现浇缝施工后的结构俯视示意图，接缝位置为现浇带12。图12为接缝施工后的结构横断面示意图，现浇混凝土13进入了预留槽7和现浇带12处的接缝内。

实施例2

本实施例是对实施例1的修正，在预制板5间的横向接缝处，焊接竖直模板9，见图13-图15。竖直模板9大小刚好可以焊接在相邻的U形肋2间，上端与U形肋2的顶面等高。竖直模板9间的间距为300mm，竖直模板9与预制板5的边缘对齐，缝隙处涂聚氨酯封缝胶。图15为浇筑混凝土后过横肋4的结构横断面示意图。

实施例3

本实施例是对实施例2的修正，见图16。在制作钢预制件时，U形肋2顶面开有纵肋通孔。在桥梁工地现场安放预制板5前，通过纵肋通孔向U形肋2内灌注现浇混凝土13。灌注次序为从U形肋2的一端开始到另一端，直到邻孔有混凝土排出，再从刚有混凝土排出的邻孔浇筑，直到下一个邻孔有混凝土排出，如此顺序作业，直到整根U形肋2内灌满。所有U形肋2内灌满混凝土后，用塑料膜封闭所有通孔，静置养护7天。随后再安放预制板5，进行随后作业。另外，在主钢板1上还设置有通气孔，使主钢板1上方的空间与钢箱梁内的空间相连通，便于在进行钢主梁除湿的同时，桥面板内部的空间也参与除湿，避免钢材锈蚀。

本实施例施工方法对应的具体施工步骤如下：

步骤1在钢构件制造厂车间内，制作主梁节段的主钢板1，在主钢板1的设计顶面上焊接U形肋2；翻转主钢板1和U形肋2的合件，使另一面朝上，按设计位置焊接横肋4；再翻转，在U形肋2的顶面按设计位置焊接剪力钉3，形成桥面焊接合件；在U形肋2的顶面按一定间距，切割出灌注孔；在混凝土预制场，用混凝土预制各预制板5；

步骤2将桥面焊接合件随同其它钢预制件运至工地现场，随同钢主梁的拼装和焊接，定位并焊接桥面焊接合件；在设计的横桥向的现浇带12两侧，在相邻的两个U形肋2之间及边U形肋2外，焊接竖直模板9，竖直模板9顶边与U形肋2顶面齐平；

步骤3通过U形肋2上的灌注孔向U形肋2内灌注混凝土。灌注次序为从桥梁的一端开始到另一端，在每个灌注孔处灌注作业时，直到前方邻孔有混凝土排出；再从刚有混凝土排出的邻孔浇筑，直到下一个邻孔有混凝土排出；如此顺序作业，直到整根U形肋2内灌满。所有U形肋2内灌满混凝土后，用塑料膜封闭所有通孔，静置养护至少7天；

步骤4将混凝土预制板5运至施工现场；按设计位置安放预制板5；通过安放前在连接件组四周粘贴橡胶圈或橡胶条，保证连接件组周围U形肋2与预制板5间密封；现浇带12处可沿桥梁横向用建筑密封胶封闭接缝；

步骤5向现浇带12浇筑混凝土，向预制板5的预留槽7内浇筑混凝土，养护；随后做防水层；浇筑沥青混凝土面层，完成桥面的施工。

Claims (10)

1.一种正交异性桥面板，包含主钢板、横肋、纵肋和混凝土板，横肋沿桥面板横向，与主钢板下表面连接，其特征在于：纵肋为U形肋，开口向下地与主钢板上表面连接；U形肋顶面连接有连接件，混凝土板与U形肋的顶面连接，所述连接件埋设在混凝土板内。

2.根据权利要求1所述的正交异性桥面板，其特征在于：所述的U形肋沿桥面板的横向等间距地排列。

3.根据权利要求1所述的正交异性桥面板，其特征在于：所述的连接件在U形肋顶面按组布置，每组中的连接件呈矩阵形排列。

4.根据权利要求1所述的正交异性桥面板，其特征在于：所述的横肋沿桥梁纵向成组排列，组内各横肋间距离相等；两组间预留有横向连接构造的安装位置。

5.根据权利要求1所述的正交异性桥面板，其特征在于：所述的U形肋与主钢板的连接，采用可进入U形肋内部的焊接机器人，进行双面焊接。

6.根据权利要求1所述的正交异性桥面板，其特征在于：所述的混凝土板为预制板，预制板上有预留槽，所述预留槽的位置与连接件组的位置相对应；预制板放置在U形肋上后，连接件组进入预留槽，且连接件的顶端低于预制板上表面；现场浇筑现浇混凝土后，连接件埋人混凝土内。

7.根据权利要求6所述的正交异性桥面板，其特征在于：所述的预制板分为边板和中板两种类型，边板三面有伸出的钢筋，中板的四面都伸出有钢筋；所述的预制板通过现浇混凝土连接带成为一体。

8.根据权利要求7所述的正交异性桥面板，其特征在于：横向的所述现浇混凝土连接带与其下方的横肋或预留的横向连接构造的位置对应。

9.根据权利要求1所述的正交异性桥面板，其特征在于：所述的U形肋内灌注有现浇混凝土。

10.根据权利要求1所述的正交异性桥面板，其特征在于：所述的U形肋间灌注有现浇混凝土。

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