CN116463961A - 一种在拼接缝处加强的无腹筋uhpc节段拼装梁结构及其建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构及其建造方法,将多段没有配置抗剪钢筋的UHPC节段梁依次拼装,预应力钢绞线将各UHPC节段梁连接,相邻UHPC节段梁之间形成拼接缝;在拼接缝两侧,相邻两段UHPC节段梁上设置成组的高强螺栓;对于每段UHPC节段梁,多根高强螺栓预埋在UHPC节段梁的底部和侧面下部;加强钢板上设置螺栓孔,一组高强螺栓穿过一块加强钢板的螺栓孔,高强螺栓的端部通过螺帽锁紧;UHPC节段梁的侧面上部粘贴纤维增强复合材料层将拼接缝覆盖。本发明加强接缝受力,使各UHPC节段梁能形成整体受力,提高无腹筋UHPC节段拼装梁的承载能力,属于预制桥梁结构领域。
Description
技术领域
本发明涉及预制桥梁结构领域,具体涉及一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构及其建造方法。
背景技术
超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)是一种新型的纤维增强水泥基材料,具有高强(抗压强度≥150MPa)、高韧(抗折强度12~60MPa)、超长耐久性的独特优势,在土木工程中具有广阔的应用前景。UHPC材料中由于掺入了钢纤维,其“桥接”作用抑制了裂缝的开展,本身具有一定的抗剪性能,近年来国内外学者提出不配置抗剪钢筋,仅依靠预应力钢绞线进行连接的无腹筋UHPC预制节段拼接梁,并在桥梁工程中进行了初步的应用。由于减少了普通钢筋的绑扎工作、构件轻型化、节段拼装施工快,对地面交通影响小,无腹筋UHPC节段拼装梁成为桥梁快速化建设关注的热点。
目前相关规范关于节段拼装梁的设计不考虑拼接缝的作用,将其等同于整体梁。然而,研究表明接缝是无腹筋UHPC节段梁受力最薄弱的位置,随着荷载的增大,梁段之间的接缝在底部会逐渐张开,梁段绕着接缝顶部转动,最终在接缝顶部受压区形成塑性铰,如图1所示,该处混凝土挤压破碎导致梁破坏。可见,由于接缝的存在,各个梁段并不能形成一个整体受力,节段拼装梁的承载能力和刚度均比同规格的整体梁低,而不考虑接缝的削弱作用,将节段梁当作整体梁计算,存在一定的安全隐患。
因此,为了提高节段拼装梁的整体承载能力,避免接缝成为薄弱位置先发生破坏,充分发挥UHPC材料的高强度优势,本发明提出一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构及其建造方法。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明的目的是:提供一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构及其建造方法,能提高拼接梁的承载力。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,将多段没有配置抗剪钢筋的UHPC节段梁依次拼装,预应力钢绞线将各UHPC节段梁连接,相邻UHPC节段梁之间形成拼接缝;在拼接缝两侧,相邻两段UHPC节段梁上设置成组的高强螺栓;对于每段UHPC节段梁,多根高强螺栓预埋在UHPC节段梁的底部和侧面下部;加强钢板上设置螺栓孔,一组高强螺栓穿过一块加强钢板的螺栓孔,高强螺栓的端部通过螺帽锁紧;UHPC节段梁的侧面上部粘贴纤维增强复合材料层将拼接缝覆盖。
作为一种优选,UHPC节段梁包括从上往下依次设置的顶板、梁肋、底板,高强螺栓设置在底板的底部和梁肋的侧面下部,纤维增强复合材料层粘贴在梁肋的侧面上部。
作为一种优选,纤维增强复合材料层为双向纤维增强复合材料层,其中一个方向的纤维与拼接缝方向平行,另一方向的纤维与拼接缝方向垂直。
作为一种优选,纤维增强复合材料层为碳纤维布或芳纶纤维;粘贴宽度以拼接缝为对称线,两边各宽100~200mm。
作为一种优选,在UHPC节段梁拼接缝处的截面,梁肋的端部设置齿形剪力键,两边截面的剪力键凹凸对应,相互拼合;UHPC节段梁内对应剪力键的位置设有局部加强钢筋。
作为一种优选,在UHPC节段梁拼接缝处的截面涂抹环氧树脂胶结剂将相邻UHPC节段梁粘接。
作为一种优选,UHPC节段梁中,顶板和底板内均预埋贯穿长度方向的波纹管,波纹管供预应力钢绞线穿过;预应力钢绞线的两端通过锚头固定在最外侧UHPC节段梁的端部。
作为一种优选,顶板中,预应力钢绞线的数量为多根,沿着UHPC节段梁的宽度方向依次排列;底板中,预应力钢绞线的数量为多根,沿着UHPC节段梁的宽度、高度方向依次排列;每个拼接缝处,底板的底部设置多块加强钢板,梁肋的两侧下部各设置至少一块加强钢板。
作为一种优选,UHPC节段梁为矩形梁、T形梁或箱型梁。
一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构的建造方法,包括如下步骤:(1)在工厂内预制UHPC节段梁,预埋波纹管和高强螺栓;(2)UHPC节段梁拼接时,在连接界面抹上环氧树脂胶结剂,将两边剪力键对接拼装,将钢绞线穿入每段UHPC节段梁的波纹管内,逐步张拉钢绞线,达到设计张拉力,在最外侧UHPC节段梁的端部将钢绞线锚固;(3)在拼接缝处安装加强钢板,拧紧螺帽固定;(4)在拼接缝处梁肋侧面加强钢板以上部分,粘贴纤维增强复合材料层。
本发明的原理是:采用加强钢板和纤维增强复合材料(FRP),对无腹筋UHPC(超高性能混凝土)节段梁的拼接缝进行加强,防止拼接缝处先张开而破坏,使UHPC节段梁整体受力,提高无腹筋UHPC节段梁的承载能力。
本发明具有如下优点:
1.对比现有的无腹筋预应力UHPC节段拼接梁,通过在梁底采用加强钢板,抵抗拼接缝张拉时的拉应力,能有效防止节段梁在拼接缝处张开,防止受压区顶部形成塑性铰而破坏,使各UHPC节段梁能形成整体受力,提高无腹筋UHPC节段拼装梁的承载能力。
2.在梁肋拼接缝处粘贴双向纤维增强复合材料(FRP),抵抗拼接缝张开的拉应力和剪应力,防止拼接缝处先破坏。
3.采用剪力键,可增加拼接缝的抗剪能力。
4.采用环氧树脂胶结剂,可增强拼接缝界面的粘结力,以提高拼接缝的抗剪能力。
附图说明
图1是现有技术拼接梁整体受力示意图。
图2是无腹筋UHPC节段拼装梁结构的示意图(以T型截面为例)。
图3是拼接缝处的结构示意图。
图4是相邻UHPC节段梁拼接前的示意图。
图5是几种梁的荷载-位移曲线对比图。
图6是实施例二中UHPC节段梁的结构示意图。
其中,1为UHPC节段梁,2为拼接缝,3为剪力键,4为预应力钢绞线,5为锚头,6为高强螺栓,7为螺帽,8为加强钢板,9为纤维增强复合材料层,10为波纹管。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,将多段没有配置抗剪钢筋的UHPC节段梁依次拼装,预应力钢绞线将各UHPC节段梁连接,相邻UHPC节段梁之间形成拼接缝;在拼接缝两侧,相邻两段UHPC节段梁上设置成组的高强螺栓;对于每段UHPC节段梁,多根高强螺栓预埋在UHPC节段梁的底部和侧面下部;加强钢板上设置螺栓孔,一组高强螺栓穿过一块加强钢板的螺栓孔,高强螺栓的端部通过螺帽锁紧;UHPC节段梁的侧面上部粘贴纤维增强复合材料层将拼接缝覆盖。
本实施例中,UHPC节段梁的横截面形状为T形。
UHPC节段梁包括从上往下依次设置的顶板、梁肋、底板,高强螺栓设置在底板的底部和梁肋的侧面下部,纤维增强复合材料层粘贴在梁肋的侧面上部。
纤维增强复合材料层为双向纤维增强复合材料层,其中一个方向的纤维与拼接缝方向平行,另一方向的纤维与拼接缝方向垂直。
为了增强拼接缝的抗剪能力,在拼接缝的上半部,粘贴的纤维增强复合材料层为碳纤维布或芳纶纤维;粘贴宽度以拼接缝为对称线,两边各宽100~200mm。
为了增加拼接缝的抗剪能力,在UHPC节段梁拼接缝处的截面,梁肋的端部设置齿形剪力键,两边截面的剪力键凹凸对应,相互拼合;UHPC节段梁内对应剪力键的位置设有局部加强钢筋。
为了增强拼接缝界面的粘结力,在UHPC节段梁拼接缝处的截面涂抹环氧树脂胶结剂将相邻UHPC节段梁粘接,以提高拼接缝的抗剪能力。
UHPC节段梁中,顶板和底板内均预埋贯穿长度方向的波纹管,波纹管供预应力钢绞线穿过;预应力钢绞线的两端通过锚头固定在最外侧UHPC节段梁的端部。
顶板中,预应力钢绞线的数量为多根,沿着UHPC节段梁的宽度方向依次排列;底板中,预应力钢绞线的数量为多根,沿着UHPC节段梁的宽度、高度方向依次排列;每个拼接缝处,底板的底部设置多块加强钢板,梁肋的两侧下部各设置至少一块加强钢板。
一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构的建造方法,包括如下步骤:
(1)在工厂内预制UHPC节段梁,预埋波纹管和高强螺栓。
UHPC节段梁的特点是:UHPC节段梁内只配置预应力钢绞线,纵向钢筋抗拉,以及一些必要的构造钢筋,不配置抗剪钢筋。UHPC节段梁的长度可根据吊装设备能力确定,为了节约模板,UHPC节段梁尺寸尽量选用标准段,拼接缝划分应避免在跨中受力最不利位置。
UHPC节段梁制作:UHPC节段梁在工厂内进行预制。根据设计资料,立模板、绑扎梁段内的钢筋;按照预应力筋的位置预埋波纹管;浇筑UHPC,采用蒸汽养护48小时以上。
预埋高强螺栓:UHPC节段梁预制时,在底部和靠近底部的侧面预埋高强螺栓;高强螺栓伸出UHPC节段梁表面一定长度,采用塑料保鲜膜或胶带包住,保持螺纹干净。
(2)UHPC节段梁拼接时,在连接界面抹上环氧树脂胶结剂,将两边剪力键对接拼装,增加拼接缝的粘结力,将钢绞线穿入每段UHPC节段梁的波纹管内,逐步张拉钢绞线,达到设计张拉力,在最外侧UHPC节段梁的端部将钢绞线锚固。
(3)在拼接缝处安装加强钢板,采用螺帽进行固定。
根据拼接缝底部和侧面两边预埋的高强螺栓位置,在加强钢板上钻孔。先安装侧面靠近底板的加强钢板,再安装底板的加强钢板。安装时,将加强钢板套上对应的高强螺栓,拧紧螺帽。全部加强钢板安装完后,切割多余的高强螺栓,使之长度适中。
(4)在拼接缝处粘贴双向纤维增强复合材料层。
实施例二
一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,将多段没有配置抗剪钢筋的UHPC节段梁依次拼装,预应力钢绞线将各UHPC节段梁连接,相邻UHPC节段梁之间形成拼接缝;在拼接缝两侧,相邻两段UHPC节段梁上设置成组的高强螺栓;对于每段UHPC节段梁,多根高强螺栓预埋在UHPC节段梁的底部和侧面下部;加强钢板上设置螺栓孔,一组高强螺栓穿过一块加强钢板的螺栓孔,高强螺栓的端部通过螺帽锁紧;UHPC节段梁的侧面上部粘贴纤维增强复合材料层将拼接缝覆盖。
本实施例中,UHPC节段梁的横截面形状为矩形。
图5所示,设计并制作了三条不配箍筋的无腹筋UHPC矩形梁,分别为用来对比的整体梁,拼接缝处未加强的节段拼接梁,接缝处按照本发明进行加强的节段拼接梁,进行四点弯曲试验,从荷载-位移曲线可见:经过加强后的拼接梁,刚度和承载力与整体梁基本一致。
除了上述实施例提及的方式外,每组高强螺栓的数量可为两根、四根、六根等,一组高强螺栓对应一块加强钢板安装。加强钢板的尺寸和数量,根据受力计算确定。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,将多段没有配置抗剪钢筋的UHPC节段梁依次拼装,预应力钢绞线将各UHPC节段梁连接,相邻UHPC节段梁之间形成拼接缝,其特征在于:在拼接缝两侧,相邻两段UHPC节段梁上设置成组的高强螺栓;对于每段UHPC节段梁,多根高强螺栓预埋在UHPC节段梁的底部和侧面下部;加强钢板上设置螺栓孔,一组高强螺栓穿过一块加强钢板的螺栓孔,高强螺栓的端部通过螺帽锁紧;UHPC节段梁的侧面上部粘贴纤维增强复合材料层将拼接缝覆盖。
2.按照权利要求1所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,其特征在于:UHPC节段梁包括从上往下依次设置的顶板、梁肋、底板,高强螺栓设置在底板的底部和梁肋的侧面下部,纤维增强复合材料层粘贴在梁肋的侧面上部。
3.按照权利要求2所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,其特征在于:纤维增强复合材料层为双向纤维增强复合材料层,其中一个方向的纤维与拼接缝方向平行,另一方向的纤维与拼接缝方向垂直。
4.按照权利要求2所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,其特征在于:纤维增强复合材料层为碳纤维布或芳纶纤维;粘贴宽度以拼接缝为对称线,两边各宽100~200mm。
5.按照权利要求2所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,其特征在于:在UHPC节段梁拼接缝处的截面,梁肋的端部设置齿形剪力键,两边截面的剪力键凹凸对应,相互拼合;UHPC节段梁内对应剪力键的位置设有局部加强钢筋。
6.按照权利要求5所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,其特征在于:在UHPC节段梁拼接缝处的截面涂抹环氧树脂胶结剂将相邻UHPC节段梁粘接。
7.按照权利要求2所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,其特征在于:UHPC节段梁中,顶板和底板内均预埋贯穿长度方向的波纹管,波纹管供预应力钢绞线穿过;预应力钢绞线的两端通过锚头固定在最外侧UHPC节段梁的端部。
8.按照权利要求7所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,其特征在于:顶板中,预应力钢绞线的数量为多根,沿着UHPC节段梁的宽度方向依次排列;底板中,预应力钢绞线的数量为多根,沿着UHPC节段梁的宽度、高度方向依次排列;每个拼接缝处,底板的底部设置多块加强钢板,梁肋的两侧下部各设置至少一块加强钢板。
9.按照权利要求1所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构,其特征在于:UHPC节段梁为矩形梁、T形梁或箱型梁。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的一种在拼接缝处加强的无腹筋UHPC节段拼装梁结构的建造方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在工厂内预制UHPC节段梁,预埋波纹管和高强螺栓;
(2)UHPC节段梁拼接时,在连接界面抹上环氧树脂胶结剂,将两边剪力键对接拼装,将钢绞线穿入每段UHPC节段梁的波纹管内,逐步张拉钢绞线,达到设计张拉力,在最外侧UHPC节段梁的端部将钢绞线锚固;
(3)在拼接缝处安装加强钢板,拧紧螺帽固定;
(4)在拼接缝处梁肋侧面加强钢板以上部分,粘贴纤维增强复合材料层。
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