CN115162159A - 采用倒u型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁结构技术领域，尤其涉及一种采用倒U型抗剪连接件的钢‑混凝土组合桥面板及施工方法。本发明通过在底钢板上浇筑形成桥面混凝土层，并在底钢板上设置倒U型开孔钢板单元、在倒U型开孔钢板单元上设置钢筋网的方式，使得该钢‑混凝土组合桥面板的抗剪承载力得到进一步的提升。此外，本发明还提供一种该组合桥面板的施工方法，其能通过先固定底钢板、再焊接倒U型开孔钢板单元、接着焊接钢筋网，最后浇筑形成桥面混凝土层的方式，相对简单、高效地完成该组合桥面板的整个施工过程。

Description

采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板及施工方法

技术领域

本发明属于桥梁结构技术领域，尤其涉及一种采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板及施工方法。

背景技术

桥面板，作为桥梁结构的重要组成部分，直接承受上部车辆轮压和冲击，其工作状态会直接影响到桥梁的使用性能，正确地选用桥面板结构，在桥梁设计中意义重大。

钢-混凝土组合桥面板，是由钢底板和上层混凝土，通过栓钉或开孔钢板连接件（PBL）等各种形式的剪力连接件，组合成整体而共同受力的新型桥面板。在荷载作用下，其能够充分发挥钢材抗拉性能强，与混凝土抗压性能强的组合优势。

当前，钢-混凝土组合桥面板构造中，通常采用密布抗剪栓钉等弹性连接件，或者开孔钢板（PBL）等刚性连接件，与栓钉进行组合，甚至在开孔钢板连接件（PBL）的孔洞内穿入纵向钢筋与其他区域内密布的栓钉进行连接，以实现钢-混凝土组合桥面板整体的抗剪承载力的提升。

这种组合抗剪连接件中，开孔钢板自身抗滑移刚度较大，抗剪强度大，且能增强桥面底钢板的连接及桥面横向刚度，是新型的钢-混凝土组合桥面板，对传统钢筋-混凝土组合板的创新和发展，更适合作为承受荷载大、受荷复杂以及承受疲劳荷载作用的桥梁桥面板使用。

然而，桥面采用密布抗剪栓钉的方式，则施工作业面和工作量会显著增大，栓钉焊接质量受技术人员焊接技能和焊接设备等多种因素影响。而采用开孔钢板连接件（PBL）与栓钉进行组合的抗剪连接件，仍然需要匹配较多数量的栓钉才能满足抗剪设计要求。

而采用开孔钢板连接件（PBL）+栓钉+纵向钢筋的新型抗剪组合连接件，则首先需要在开孔钢板孔洞穿过纵向钢筋，开孔截面内的钢筋抗剪截面甚小，其与孔内混凝土截面形成钢筋+混凝土的销栓组合相较于钢板开孔全混凝土截面销栓的抗剪性能提升很小。

其次，刚性的开孔钢板连接件（PBL），自身刚度大且与桥面混凝土的接触面积小，承受荷载后极易在钢与混凝土的交接界面出现裂缝。最后，采用开孔钢板连接件（PBL）+栓钉+纵向钢筋的新型组合抗剪连接件，仍然需要与栓钉共同抗剪才能满足抗剪设计要求，桥面结构构造繁琐，施工作业面大，并且增大了用钢量和桥面自重，经济性低，限制了其在更大跨径桥梁桥面板中的应用，也不符合桥梁的桥面系持续耐久、轻型化、便捷施工的发展方向。

因此，有必要设计一种结构受力合理、自重较轻、耐久性能优良、施工便捷、经济实用性强的钢-混凝土组合桥面板结构构造形式及其施工方法，要能有效解决当前钢-混凝土组合桥面板构造与施工复杂、作业面大、多病害、耐久性低等问题。

专利公告号为CN214328517U、公告日为2021.10.01的中国实用新型专利，公开了一种钢锭铣销型钢纤维混凝土组合桥面板U型连接结构，桥面板表面设置有倒置的U型加强筋，加强筋两侧开设有若干通孔，将原本的铆钉替换为带有通孔的倒置的U型加强筋，增加了钢板、混凝土、加强筋三者之间的接触面积，设置的通孔可以允许混凝土的流入，使得加强筋可以全部埋入混凝土中。

但是，该实用新型专利中的U型加强筋+强筋结构，就是上述的钢筋+混凝土的销栓组合，其相较于钢板开孔全混凝土截面销栓的抗剪性能提升很小，反而显著增大了桥重，增加了施工繁复程度。

发明内容

本发明提供一种采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其能通过在底钢板上浇筑形成桥面混凝土层，并在底钢板上设置倒U型开孔钢板单元、在倒U型开孔钢板单元上设置钢筋网的方式，使得该钢-混凝土组合桥面板的抗剪承载力得到进一步的提升。

此外，本发明还提供一种该组合桥面板的施工方法，其能通过先固定底钢板、再焊接倒U型开孔钢板单元、接着焊接钢筋网，最后浇筑形成桥面混凝土层的方式，相对简单、高效地完成该组合桥面板的整个施工过程。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，结构包括底钢板和桥面混凝土层，所述底钢板上表面上设有倒U型开孔钢板单元，所述倒U型开孔钢板单元上端设有钢筋网。

进一步优选的技术方案在于：所述倒U型开孔钢板单元的长度方向，为桥面板的横桥向，所述倒U型开孔钢板单元的两个长边，全部设置在所述底钢板上表面上。

进一步优选的技术方案在于：所述倒U型开孔钢板单元包括两个长边向下弯曲的倒U型钢板，设置在所述倒U型钢板长边向中轴线上，并用于形成混凝土抗剪栓钉的顶部开孔，以及分别设置在所述顶部开孔两侧位置处，并用于形成混凝土抗剪栓钉的两排侧边开孔。

进一步优选的技术方案在于：所述顶部开孔和侧边开孔的形状均为椭圆形，椭圆形的长轴向为所述倒U型钢板的长边方向。

进一步优选的技术方案在于：所述侧边开孔的短轴长度，大于所述倒U型开孔钢板单元高度的1/2；所述顶部开孔的短轴长度，大于所述倒U型开孔钢板单元宽度的1/2。

进一步优选的技术方案在于：所述倒U型钢板上还设有用于安装所述钢筋网的连接架体单元。

进一步优选的技术方案在于：所述连接架体单元包括竖向矩形板，设置在所述竖向矩形板底边上，并用于卡入所述倒U型钢板的弧形槽，以及设置在所述竖向矩形板上表面上，并用于安装所述钢筋网下方钢筋的半剖管。

进一步优选的技术方案在于：所述连接架体单元还包括设置在所述弧形槽和竖向矩形板竖向侧面之间的通孔，以及设置在两个所述通孔上，且穿过两个所述侧边开孔的插接柱。

进一步优选的技术方案在于：所述连接架体单元还包括分别设置在所述插接柱两端位置处，并用于夹紧所述竖向矩形板竖向侧面的两个紧固螺母。

采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板的施工方法，依次包括以下步骤：

S1、在桥梁钢主梁上固定所述底钢板；

S2、将所述倒U型开孔钢板单元的两个长边都焊接在所述底钢板上表面上；

S3、在所述倒U型开孔钢板单元上端焊接所述钢筋网；

S4、在所述底钢板上浇筑桥面混凝土，并在所述倒U型开孔钢板单元内外均浇捣密实，然后覆盖、养护，直至达到设计强度，最终形成完整的桥面板。

本发明具有以下优点。

第一，桥面混凝土层在倒U型开孔钢板单元上，形成了截面大、数量多的混凝土抗剪栓钉，显著增强了桥面板的抗剪能力。

第二，倒U型开孔钢板单元加上钢筋网的这个整体，组成桥面混凝土层的内部钢筋“骨架”，进一步提高桥面板的结构整体性。

第三，倒U型开孔钢板单元与钢筋网之间，还有一个连接架体单元，保证钢筋网具有充分的焊接面积，保证其与倒U型开孔钢板单元之间焊接牢固。

第四，连接架体单元还可以进一步调节钢筋网相较于底钢板的相对高度。

第五，连接架体单元还可以加固倒U型开孔钢板单元。

第六，整个组合桥面板的施工方法相对简单方便，自下而上、先钢结构再混凝土结构，施工操作合理有序。

附图说明

图1为本发明沿着纵桥向的剖面结构示意图。

图2为本发明中倒U型开孔钢板单元未弯曲时的结构形状示意图。

图3为本发明中连接架体单元的位置结构示意图。

图4为本发明中半剖管的使用方式示意图。

图5为本发明中插接柱的位置结构示意图。

图6为本发明中紧固螺母的位置结构示意图。

附图中，各标号所代表的含义如下：纵桥向A、底钢板a、桥面混凝土层b、倒U型开孔钢板单元1、钢筋网2、倒U型钢板101、顶部开孔102、侧边开孔103、连接架体单元3、竖向矩形板301、弧形槽302、半剖管303、通孔304、插接柱305、紧固螺母306。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

如附图1-6所示，采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，结构包括底钢板a和桥面混凝土层b，所述底钢板a上表面上设有倒U型开孔钢板单元1，所述倒U型开孔钢板单元1上端设有钢筋网2。

在本实施例中，若干个所述倒U型开孔钢板单元1的排列延伸方向，即为桥面板的纵桥向，即行车方向，所述倒U型开孔钢板单元1自身就是一个大型的抗剪连接件。

所述倒U型开孔钢板单元1的长度方向，为桥面板的横桥向，所述倒U型开孔钢板单元1的两个长边，全部设置在所述底钢板a上表面上。

在本实施例中，所述倒U型开孔钢板单元1与所述底钢板a上表面焊接。此外，所述底钢板a上表面上还可以再设置普通的抗剪栓钉。

所述倒U型开孔钢板单元1包括两个长边向下弯曲的倒U型钢板101，设置在所述倒U型钢板101长边向中轴线上，并用于形成混凝土抗剪栓钉的顶部开孔102，以及分别设置在所述顶部开孔102两侧位置处，并用于形成混凝土抗剪栓钉的两排侧边开孔103。

在本实施例中，所述倒U型钢板101由矩形直钢板弯折而成，弯折后就固定为倒U型样式了。此外，所述顶部开孔102、侧边开孔103也是在矩形直钢板期间开设的。

所述顶部开孔102和侧边开孔103的形状均为椭圆形，椭圆形的长轴向为所述倒U型钢板101的长边方向。

在本实施例中，所述顶部开孔102、侧边开孔103的形状不能是多边形，例如矩形、三角形等，因为多边形的端角处，其受力会过于集中，所述倒U型钢板101在开孔端角处容易裂开。此外，较为优选的是圆形孔，上述受力集中的问题可以适当缓解，但是对于长条状的所述倒U型钢板101而言，如果圆孔过小，则形成的混凝土抗剪栓钉不够大，抗剪性能一般，而如果圆孔过大，则所述倒U型钢板101处容易形成宽度过小区域，该区域同样容易断裂。

所以，最优选就是椭圆形，而且是长轴向为横向的椭圆，其可以缓解圆形孔带来的钢板侧边过薄问题。

所述侧边开孔103的短轴长度，大于所述倒U型开孔钢板单元1高度的1/2；所述顶部开孔102的短轴长度，大于所述倒U型开孔钢板单元1宽度的1/2。

在本实施例中，所述侧边开孔103的短轴长度、顶部开孔102的短轴长度，均为钢板未弯折前的平面尺寸，而两种椭圆形孔都尽量较大，为的就是在不会明显降低倒U型钢板101结构强度的前提下，尽量增大所述侧边开孔103、顶部开孔102处形成的混凝土抗剪栓钉的尺寸规格，以提高整个组合桥面板的抗剪力性能。

所述倒U型钢板101上还设有用于安装所述钢筋网2的连接架体单元3。

在本实施例中，如果没有所述连接架体单元3，则所述钢筋网2的使用效果，至少就存在以下2个不足之处：第一、所述倒U型钢板101顶部只有一点点区域，可以用来焊接所述钢筋网2，因此两者之间焊接不够牢固；第二，所述倒U型钢板101的高度一旦确定，所述钢筋网2也就无法进行适当的上下高度调节了。

所以说，上述两个问题的解决，恰恰就是所述连接架体单元3的设置目的。

所述连接架体单元3包括竖向矩形板301，设置在所述竖向矩形板301底边上，并用于卡入所述倒U型钢板101的弧形槽302，以及设置在所述竖向矩形板301上表面上，并用于安装所述钢筋网2下方钢筋的半剖管303。

在本实施例中，所述连接架体单元3的使用，对所述钢筋网2是有要求的，即：所述钢筋网2下方的钢筋，其必须与所述倒U型钢板101的长度方向相互垂直。

因此，所述弧形槽302焊接所述倒U型钢板101的上表面，所述半剖管303焊接所述钢筋网2的下方钢筋，保证两个焊接处都具有足够大的焊接面。当然，所述竖向矩形板301一开始与所述半剖管303就是一体成型或已经焊接牢固的。

最后，所述倒U型钢板101上方，无需和钢筋网2的每一个下方钢筋都通过所述连接架体单元3来连接，只要保证所述钢筋网2的固定强度达到设计要求即可。

所述连接架体单元3还包括设置在所述弧形槽302和竖向矩形板301竖向侧面之间的通孔304，以及设置在两个所述通孔304上，且穿过两个所述侧边开孔103的插接柱305。

在本实施例中，所述插接柱305依次穿过第一个通孔304、第一个侧边开孔103、第二个侧边开孔103，以及第二个通孔304，保证所述竖向矩形板301与倒U型钢板101之间，除了上述焊接位置，还有所述插接柱305处的这一个卡合固定作用，最终保证所述连接架体单元3得以在所述倒U型钢板101上安装牢固。

当然，需要注意的是，所述插接柱305不能过粗，不能大幅降低所述侧边开孔103处形成的混凝土抗剪栓钉的尺寸规格。

所述连接架体单元3还包括分别设置在所述插接柱305两端位置处，并用于夹紧所述竖向矩形板301竖向侧面的两个紧固螺母306。

在本实施例中，所述插接柱305的两端再设置螺纹段，配合所述紧固螺母306后，可以再进一步地固定牢固所述插接柱305。

采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板的施工方法，依次包括以下步骤：

S1、在桥梁钢主梁上固定所述底钢板a；

S2、将所述倒U型开孔钢板单元1的两个长边都焊接在所述底钢板a上表面上；

S3、在所述倒U型开孔钢板单元1上端焊接所述钢筋网2；

S4、在所述底钢板a上浇筑桥面混凝土，并在所述倒U型开孔钢板单元1内外均浇捣密实，然后覆盖、养护，直至达到设计强度，最终形成完整的桥面板。

在本实施例的S2中，此时所述底钢板a上表面上还可以再焊接普通栓钉，该普通栓钉也可以位于所述倒U型开孔钢板单元1内部。

最终，该钢-混凝土组合桥面板，具有突出的抗剪性能。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：结构包括底钢板（a）和桥面混凝土层（b），所述底钢板（a）上表面上设有倒U型开孔钢板单元（1），所述倒U型开孔钢板单元（1）上端设有钢筋网（2）。

2.根据权利要求1所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：所述倒U型开孔钢板单元（1）的长度方向，为桥面板的横桥向，所述倒U型开孔钢板单元（1）的两个长边，全部设置在所述底钢板（a）上表面上。

3.根据权利要求1所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：所述倒U型开孔钢板单元（1）包括两个长边向下弯曲的倒U型钢板（101），设置在所述倒U型钢板（101）长边向中轴线上，并用于形成混凝土抗剪栓钉的顶部开孔（102），以及分别设置在所述顶部开孔（102）两侧位置处，并用于形成混凝土抗剪栓钉的两排侧边开孔（103）。

4.根据权利要求3所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：所述顶部开孔（102）和侧边开孔（103）的形状均为椭圆形，椭圆形的长轴向为所述倒U型钢板（101）的长边方向。

5.根据权利要求4所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：所述侧边开孔（103）的短轴长度，大于所述倒U型开孔钢板单元（1）高度的1/2；所述顶部开孔（102）的短轴长度，大于所述倒U型开孔钢板单元（1）宽度的1/2。

6.根据权利要求3所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：所述倒U型钢板（101）上还设有用于安装所述钢筋网（2）的连接架体单元（3）。

7.根据权利要求6所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：所述连接架体单元（3）包括竖向矩形板（301），设置在所述竖向矩形板（301）底边上，并用于卡入所述倒U型钢板（101）的弧形槽（302），以及设置在所述竖向矩形板（301）上表面上，并用于安装所述钢筋网（2）下方钢筋的半剖管（303）。

8.根据权利要求7所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：所述连接架体单元（3）还包括设置在所述弧形槽（302）和竖向矩形板（301）竖向侧面之间的通孔（304），以及设置在两个所述通孔（304）上，且穿过两个所述侧边开孔（103）的插接柱（305）。

9.根据权利要求8所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板，其特征在于：所述连接架体单元（3）还包括分别设置在所述插接柱（305）两端位置处，并用于夹紧所述竖向矩形板（301）竖向侧面的两个紧固螺母（306）。

10.如权利要求1所述的采用倒U型抗剪连接件的钢-混凝土组合桥面板的施工方法，其特征在于依次包括以下步骤：

S1、在桥梁钢主梁上固定所述底钢板（a）；

S2、将所述倒U型开孔钢板单元（1）的两个长边都焊接在所述底钢板（a）上表面上；

S3、在所述倒U型开孔钢板单元（1）上端焊接所述钢筋网（2）；

S4、在所述底钢板（a）上浇筑桥面混凝土，并在所述倒U型开孔钢板单元（1）内外均浇捣密实，然后覆盖、养护，直至达到设计强度，最终形成完整的桥面板。

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