CN117107634A - 装配式无配筋uhpc预制桥面板及快速拼装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式无配筋UHPC预制桥面板及快速拼装方法，该桥面板以UHPC作为预制桥面板主要材料，约束壳体充当UHPC成型模板，约束壳体与UHPC通过连接栓钉和小直径钢套筒连接，约束壳体通过钣金裁切、折弯、焊接的成型的约束壳体，并在壳体内放置隔板或者焊接钢套筒，该安装穿孔所在的钢套筒以垂直的方式固定在自围合板材延伸而来的底面或者隔板上；超高性能混凝土以浇筑的方式与约束壳体形成预制桥面板。本预制桥面板在工厂预制完成，充分发挥UHPC的材料特性，优化UHPC面板结构形式，省去了现场蒸汽养护环节，解决了传统UHPC桥面板现场施工质量难控制、易开裂、钢筋影响纤维分布导致UHPC面板性能不稳定等问题。

Description

装配式无配筋UHPC预制桥面板及快速拼装方法

技术领域

本发明涉及一种装配式无配筋UHPC预制桥面板及其快速拼装，属于桥梁工程领域。

背景技术

对于钢桥面传统采用环氧沥青铺装，即，直接在钢桥面上进行沥青的摊铺，这种铺装结构在车轮作用下局部应力水平高，钢箱梁正交异性钢桥面板容易出现局部开裂，导致使用寿命过短的问题。

UHPC材料具有超高的抗压、抗压强度和优异的耐久性能，为充分发挥UHPC材料的力学性能，有人提出在钢桥面上方做一层UHPC铺装层，通常的做法是先在钢箱梁顶面焊接栓钉连接键，然后绑扎钢筋浇筑UHPC,最后进行现场蒸养，这种做法较传统的环氧沥青桥面铺装虽然可以较大的降低局部的应力水平，但是现场浇筑UHPC导致施工周期长，施工效率较低，现场蒸汽养护成本高；在UHPC铺装板中布置钢筋和栓钉，钢筋和栓钉会影响钢纤维的扩散路径，导致钢纤维难分散，分布不均匀，这会自己影响UHPC桥面铺装层的力学性能。此外，这种现场浇筑，密布钢筋的UHPC铺装成本还较高。

因此，必须要发展新型装配式带约束壳体的无配筋UHPC桥面板及其快速拼装技术。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种装配式无配筋UHPC预制桥面板，该桥面板以UHPC作为预制桥面板主要材料，约束壳体充当UHPC成型模板，约束壳体与UHPC通过连接栓钉和小直径钢套筒连接，约束壳体标准化、模块化，内部无需配置传统的钢筋。本预制桥面板在工厂预制完成，充分发挥UHPC的材料特性，优化UHPC面板结构形式，省去了现场蒸汽养护环节，解决了传统UHPC桥面板现场施工质量难控制、易开裂、钢筋影响纤维分布导致UHPC面板性能不稳定等问题；本发明还提供一种快速拼装技术，该技术可以该技术拼装精度高，解决传统的现场浇筑方法施工工艺复杂、施工效率低下等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

装配式无配筋UHPC预制桥面板，为钢混结构，其特征在于，

约束壳体，通过钣金裁切、折弯、焊接的成型的约束壳体，并在壳体内放置隔板或者焊接钢套筒，该约束壳体至少具有周向围合而成的框状结构，围合板材为高强度钢板焊接成型，成型阶段为超高性能混凝土的成型提供约束，安装阶段为内部超高性能混凝土受到挤压、拉伸时提供约束，至少在约束壳体的内部设置有安装穿孔，该安装穿孔所在的钢套筒以垂直的方式固定在自围合板材延伸而来的底面或者隔板上；

超高性能混凝土以浇筑的方式与约束壳体形成预制桥面板，且，该一体成型的桥面板上下表面具有平整的平面。

钢纤维以顺桥向方向规则的设置，且钢纤维两端焊接在约束壳体侧面。

纵向和横向设置的所述隔板将约束壳体内部分割为多个独立浇筑空间，以及在该独立浇筑空间内放置十字支撑架。

底面位于约束壳体的下表面，以及，所述安装穿孔与所述底板贯穿。

还包括设置在底板或者隔板上的栓钉。

所述安装穿孔为阶梯孔，具有容纳螺母的空间。

该约束壳体在顶板和底板的围合下形成一个封闭的腔体，该腔体内为超高性能混凝土以灌浆的方式填充。

装配式无配筋UHPC预制桥面板快速拼装方法，其特征在于，大量使用权利要求1至权利要求7中任意一项所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，进行如下步骤操作：

S1，根据预制桥面板的尺寸在钢桥安装面上进行画线，画线包括顺桥向和横桥向画线，画线后形成方形的安装区域，在该安装区域内通过专用模板确定并画出连接栓钉的安装点，将连接栓钉焊接在对应的安装点；

S2，将T形连接钢板沿着画线位置进行安装，

S3，在安装区域内涂抹粘结砂浆或者其他具有粘结作用的粘结剂、粘结料，将预制桥面板自上而下放置于安装区域使得连接栓钉与钢套筒一一对应，使用紧固螺母紧固，再进行下一片预制桥面板的安装；待所有预制桥面板安装完毕，在拼接缝处进行焊接，并对桥面板上的预埋钢吊环外露部分进行切割去除；

S4，最后在桥面上进行沥青摊铺形成沥青路面。

装配式无配筋UHPC预制桥面板快速拼装方法，其特征在于，大量使用权利要求1至权利要求7中任意一项所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，进行如下步骤操作：

S1根据无配筋UHPC桥面板的尺寸在钢桥安装面上进行画线，画线包括顺桥向和横桥向画线，画线后形成方形的安装区域，在该安装区域内确定并画出连接栓钉的安装点，将连接栓钉焊接在对应的安装点；

S2然后将T形连接钢板沿着画线位置进行安装，

S3在安装区域内涂抹粘结砂浆或者其他具有粘结作用的粘结剂、粘结料，然后将预制桥面板反向扣合并沿着连接栓钉安装，连接栓钉与钢套筒一一对应，并使用紧固螺母紧固，再进行下一片预制桥面板的安装，待所有预制桥面板安装完毕后，在拼接缝处进行焊接，

S4，在桥面上进行沥青摊铺。

有益效果：

(1)本发明将钢-UHPC结构作为钢桥的桥面板，充分发挥UHPC耐久性高的优势，解决了传统混凝土梁结构耐久性不足和纯UHPC梁结构造价高昂的问题；

(2)本发明采取在工厂预制部件的方式，产品一致性好，质量有保障，充分发挥UHPC的材料特性，优化UHPC面板结构形式，省去了现场蒸汽养护环节，解决了传统UHPC桥面板现场施工质量难控制、易开裂等问题；

(3)模块化设计，本发明无需配置传统的钢筋，在工厂预制完成，充分发挥UHPC的材料特性，省去了传统的钢筋加固方式，解决了配置钢筋影响纤维分布导致UHPC面板性能不稳定等问题,同时提高施工效率和施工精度；

(4)本发明将带约束壳体的无配筋UHPC桥面板用作梁结构的受压区，充分发挥了UHPC强度高的优势，解决了传统预应力混凝土梁底板易开裂的问题；

(5)本发明通过在桥面板上焊接螺纹连接栓钉，并通过螺纹连接栓钉螺栓将各结构整体连接，提高了桥面总体结构的稳定性、契合度和施工速度；

(6)本发明通过T型板通过焊接完成带约束壳体的无配筋超高性能混凝土预制板之间的固定拼接解决了UHPC浇筑后长期使用侧面材料间可能会产生裂缝的问题，提高了施工质量；

(7)本发明采用装配式施工，拼装精度高，解决传统的现场浇筑方法施工工艺复杂、施工效率低下等问题。

附图说明

图1为实施例一中桥面板的立体图。

图2为图1的另一种角度示意图。

图3为图2做混凝土省略式示意图。

图4为实施例二中约束壳体的样式一。

图5为实施例二中约束壳体的样式二。

图6为T形连接钢板的立体图。

图7为实施例三中约束壳体的样式一。

图8为实施例三中约束壳体的样式二。

图9为拼装施工步骤一示意图。

图10为拼装施工步骤二示意图。

图11为拼装施工步骤三示意图。

图12为拼装施工步骤四示意图。

图13为普通设计中明装节点的示意图。

图14为摊铺沥青后的示意图。

图15为安装节点隐藏式安装结构视图。

图中：

约束壳体10，底面11，钢套筒111，栓钉112，侧面12，凹凸结构13，钢吊环14，

超高性能混凝土00，

桥面板20，画线21，桥面板安装单元22，连接栓钉221，锚固头2211，十字伸缩缝2212，T型连接钢板30，螺栓孔31，

沥青路面40。

具体实施方式

实施例一

本发明公开了一种装配式无配筋UHPC桥面板及其快速拼装技术。

无配筋UHPC桥面板，该桥面板是由钢制的约束壳体10和超高性能混凝土00填充预制成型的一体板。其中，约束壳体至少具有侧面，也可以具有底面，其中侧面对内部的超高性能混凝土进行约束。本实施例中，约束壳体10是由底面11和四个侧面12组成的，上端敞口的槽状结构。本实施例仅仅示意了一种方形的槽状结构。在适当变形的情况下，也可以为矩形的槽状结构。

本发明中，约束，是指壳体对内部的超高性能混凝土具有约束，尤其是在桥面板收到压应力或者拉应力的情况下，这种约束对于提高桥面板的力学指标具有积极的改进意义。

该约束壳体10的底面上，具体来说是焊接有钢套筒111和栓钉112，也就是说底面11提供了钢套筒和栓钉的安装载体。其中，钢套筒111是指垂直焊接在约束壳体底板上的套筒，该钢套筒中具有竖直贯通的通孔，该通孔贯穿约束壳体，并实现上下方向上的贯穿，其功能位为插接连接提供贯穿的通道。栓钉112为垂直焊接在约束壳体底板上的，为实心结构，用于增强超高性能混凝土(UHPC)与壳体的结合强度，防止出现剥离现象。本实施例中，栓钉和钢套筒彼此交叉设置，并分散开来。

本实施例中，底面11作为安装面，该底面具有明显冲压的凹凸结构13，该凹凸结构13的存在，在安装施工阶段，为T型连接钢板30提供避让空间，且底面11可以保证与钢桥面20具有足够大的配合接触面。

安装时，在底面和钢桥面20之间使用粘结砂浆或粘结剂进行辅助的粘结，并兼有防腐、防渗的效果。

在焊接有栓钉和钢套筒的约束壳体10中浇筑超高性能混凝凝土，并在超高性能混凝凝土中预埋钢吊环14，经过蒸汽养护后超高性能混凝土凝固在该约束壳体中，形成无钢筋UHPC桥面板。

本实施例中，超高性能混凝土的强度为120～150MPa，钢纤维掺量为2％～4％。

进一步的，所述约束壳体、超高性能混凝土预制的桥面板采用装配式快速拼装和施工，通过螺栓对钢套和超高性能混凝土结构进行加固，布置满足局部区承载力和总体区抗裂设计的要求。

上述的无钢筋UHPC桥面板尺寸根据设计要求进行设定，例如5米*5米大板。

钢桥面20，钢桥面可以为钢箱梁、钢T形梁等形式。本实施例以钢箱梁的钢桥为例，参考图9至图12，在钢桥上进行画线，具体来说，根据无钢筋UHPC桥面板尺寸在钢桥面的安装面上画线21，画线形成若干田字形安装区域，每一个安装区域对应一个无钢筋UHPC桥面板安装单元22。在每一安装单元分别焊接带螺纹的连接栓钉221，该连接栓钉垂直位于焊接位置，所谓的带螺纹是指，在连接栓钉221的上半段为螺纹段，该连接栓钉与对应桥面板上的钢套筒对应，即，安装过程中，连接栓钉自下而上的穿过钢套筒，并使用紧固螺母进行紧固，紧固后形成一体。也就是说，无钢筋UHPC桥面板通过螺栓紧固的方式被机械的固定在钢桥上。

进一步地，图13和图14示意的给出另一种明装的结构，该明装结构中，在安装后，可以看到锁紧螺母。本实施例中的连接栓钉221上端与紧固螺母进行配合，

图15给出了一种暗装的结构，该安装结构中，钢套筒的长度小于桥面板的厚度，也就是说该钢套筒是缩在桥面板中的，形成一种与连接栓钉配合的盲孔插槽，用于和连接栓钉进行插接快速配合。具体来说，对应的，将连接栓钉顶部做成锥状或者锥台状的锚固头2211，并割十字伸缩缝2212，该十字伸缩缝使得锚固头具有弹性，并具有单向锁紧性能，具体来说，可锁紧在上述的钢套筒中，参考图15。

在两两无钢筋UHPC桥面板之间的拼接缝处设置T型连接钢板30，所谓的T型连接钢板是指壁厚为1毫米或者2毫米的断面为T字形的钢构件，参考图6，具有竖直部和水平部，该竖直部用于填充两个相邻桥面板之间的间隙，并通过安装时的焊接连接对拼接缝进行无缝化处理，可以有效避免渗水，避免腐蚀的发生，在水平部上设置螺栓孔31，该T型连接钢板通过螺栓孔穿入对应的连接栓钉221，并在该T形连接钢板的的作用下，实现对拼接缝隙的处理。

装配式无配筋UHPC桥面板的预制成型过程：

步骤1、冲压成型或者焊接成型所需要的约束壳体,并在该约束壳体中焊接钢套筒和栓钉，焊接后，对钢套筒所在的底板上钻孔形成上下贯通的通孔。

步骤2、超高性能混凝土(UHPC)浇筑在焊有小口径的钢套筒和栓钉的约束壳体中，并预埋钢吊环，送入蒸汽养护窑中进行蒸汽养护至UHPC硬化，形成无钢筋预制UHPC铺装面板(2)；本实施例中的UHPC中拌和有镀锌钢纤维丝。

上述的预埋钢吊环的作用是为吊装提供吊装点，设计中还可以采用其他方式进行替代，不在赘述。

具体施工过程为：

参考图9至图12所显示的系列步骤，介绍一种正向安装法：该快速拼装方法步骤如下，

S1，根据预制桥面板的尺寸在钢桥安装面上进行画线21，画线包括顺桥向和横桥向画线，画线后形成方形的安装区域(安装单元)，在该安装区域内通过专用模板确定并画出连接栓钉的安装点，使用专用焊枪将连接栓钉221焊接在对应的安装点。

S2,将T形连接钢板沿着画线位置进行安装，具体来说，每一个T形连接钢板30横跨两个无配筋UHPC桥面板，即在每一个安装区域的四周形成对应的边界，

S3，在钢桥面20上的安装区域内涂抹粘结砂浆或者其他具有粘结作用的粘结剂、粘结料，将预制桥面板沿着连接栓钉221安装，具体来说使得连接栓钉与钢套筒一一对应，并使用紧固螺母紧固，紧固后完成一片无配筋UHPC桥面板的安装，再进行下一片的安装。待所有无配筋UHPC桥面板安装完毕后，在拼接缝处进行焊接，并对桥面板上的预埋钢吊环外露部分进行切割去除；

S4,上述的拼接缝处焊接完成后，无配筋UHPC桥面板和T形连接钢板形成一体，图13。最后在桥面上进行沥青摊铺形成沥青路面40，图14。

作为另一种实施方式，一种反向安装法，

S1根据无配筋UHPC桥面板的尺寸在钢桥安装面上进行画线，画线包括顺桥向和横桥向画线，画线后形成方形的安装区域，在该安装区域内通过专用模板确定并画出连接栓钉的安装点，使用专用焊枪将连接栓钉焊接在对应的安装点。

S2然后将T形连接钢板沿着画线位置进行安装，具体来说，每一个T形连接钢板横跨两个无配筋UHPC桥面板，即在每一个安装区域的四周形成对应的边界，

S3在钢桥面上的安装区域内涂抹粘结砂浆或者其他具有粘结作用的粘结剂、粘结料，然后将无配筋UHPC桥面板反向扣合并沿着连接栓钉安装，即将约束壳体的底板朝上扣合在钢桥上，并在扣合之前喷洒少量粘结砂浆，具体来说使得连接栓钉与钢套筒一一对应，并使用紧固螺母紧固，紧固后完成一片无配筋UHPC桥面板的安装，再进行下一片的安装。待所有无配筋UHPC桥面板安装完毕后，在拼接缝处进行焊接，

S4，上述的拼接缝处焊接完成后，无配筋UHPC桥面板和T形连接钢板形成一体。最后在桥面上进行沥青摊铺即可。

该拼装过程省去了现场浇筑UHPC并省去了现场蒸汽养护的施工工艺，充分发挥UHPC材料的优势，减少施工难度和材料用量。

在无钢筋UHPC桥面板拼装缝处，连接栓钉同时穿过无钢筋UHPC桥面板和T形连接钢板，在此处，T形连接钢板起到对拼接缝定位和矫正的作用，使得拼接缝整齐划一。

将无钢筋UHPC桥面板与钢桥之间进行机械紧固连接，并将T型连接钢板与约束壳体侧面焊接为整体，省去了传统浇筑连接方式，且连接强度和拼接质量更高，不仅可以承受桥梁的正向弯矩，也可以承受负向弯矩，且可以预防后期出现开裂等问题，更加充分发挥发挥UHPC耐久性高的优势。

本技术中，UHPC被预制在约束壳体中，且在工厂内进行蒸汽养护，产品一致性好，不易开裂。

本发明避免了传统梁施工过程中现场浇筑的复杂工艺，充分发挥UHPC耐久性高的优势，解决了传统钢-UHPC桥梁结构施工效率低且结构精度差的问题，解决了传统浇筑工艺后期UHPC板侧面开裂的问题，简化了工艺，提高了效率，增加了结构可靠性。

实施例二

参考图4和图5，本实施例中，对预制桥面板进行了改型。该实施例中，约束壳体10’为矩形，并在该约束壳体内部放置并焊接纵向和横向的隔板11’，隔板将约束壳体内部空间分隔为若干田字形的空格12’，每一个空格处放置一个十字支撑架13’，该十字支撑架和隔板提高预制桥面板的整体强度，尤其是在填充超高性能混凝土后以整体抗拉和抗压性能的提升。图中实例性质的空格显得密集，实际中，由于预制墙板整体尺寸较大，长宽各数米，因此每一个空格的尺寸高达数十厘米，因此，十字支撑架的存在尤为必要。

上述的十字支撑架可以焊接的方式与隔板或者约束壳体进行固定。

本实施例中，钢套筒111’被设置在纵向和横向的隔板的交叉处，这对于保证安装强度具有积极的意义。

本实施例中，约束壳体没有设置底面，即，不存在底面。也就是说，本实施例中的钢套筒的安装不是基于底面的，而是基于隔板的。

实施例三

一种新型的预制桥面板，参考图7和图8，该桥面板中的隔板上预先焊接有同一方向设置的钢纤维14’，该钢纤维以同一方向设置，且横向的贯穿每一个空格，钢纤维的两端以激光点焊的方式固定在隔板或者约束壳体侧壁上，浇筑超高性能混凝土后，混凝土与钢纤维混合形成更加耐冲击和耐拉伸的预制桥面板。这种结构可以方便成型更大尺寸的桥面板，例如长度超过10米的桥面板。

其中图7是在实施例一的基础进行的改进。

图8是在实施例二的基础上的改进，并对十字支撑架做了省略设计。

超长的桥面板在约束壳体和内部混凝土、钢纤维的联合约束下，具有不易开裂，耐压、耐拉的综合性能。

为便于表达清晰，图7和图8中仅仅对钢纤维进行了稀疏的表达，实际中，钢纤维的设置密度远大于图中所示意的。

一种最佳的，钢纤维之间的间距保持在10-30毫米之间，过稀疏则不利于抗拉性能的提高，过于密集则不利于超高性能混凝土的填充。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.装配式无配筋UHPC预制桥面板，为钢混结构，其特征在于，

约束壳体，通过钣金裁切、折弯、焊接的成型的约束壳体，并在壳体内放置隔板或者焊接钢套筒，该约束壳体至少具有周向围合而成的框状结构，围合板材为高强度钢板焊接成型，成型阶段为超高性能混凝土的成型提供约束，安装阶段为内部超高性能混凝土受到挤压、拉伸时提供约束，至少在约束壳体的内部设置有安装穿孔，该安装穿孔所在的钢套筒以垂直的方式固定在自围合板材延伸而来的底面或者隔板上；

超高性能混凝土以浇筑的方式与约束壳体形成预制桥面板，且，该一体成型的桥面板上下表面具有平整的平面。

2.根据权利要求1所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，其特征在于，钢纤维以顺桥向方向规则的设置，且钢纤维两端焊接在约束壳体侧面。

3.根据权利要求1所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，其特征在于，纵向和横向设置的所述隔板将约束壳体内部分割为多个独立浇筑空间，以及在该独立浇筑空间内放置十字支撑架。

4.根据权利要求1所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，其特征在于，底面位于约束壳体的下表面，以及，所述安装穿孔与所述底板贯穿。

5.根据权利要求1所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，其特征在于，还包括设置在底板或者隔板上的栓钉。

6.根据权利要求1所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，其特征在于，所述安装穿孔为阶梯孔，具有容纳螺母的空间。

7.根据权利要求1所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，其特征在于，该约束壳体在顶板和底板的围合下形成一个封闭的腔体，该腔体内为超高性能混凝土以灌浆的方式填充。

8.装配式无配筋UHPC预制桥面板快速拼装方法，其特征在于，大量使用权利要求1至权利要求7中任意一项所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，进行如下步骤操作：

S1，根据预制桥面板的尺寸在钢桥安装面上进行画线，画线包括顺桥向和横桥向画线，画线后形成方形的安装区域，在该安装区域内通过专用模板确定并画出连接栓钉的安装点，将连接栓钉焊接在对应的安装点；

S2，将T形连接钢板沿着画线位置进行安装，

S3，在安装区域内涂抹粘结砂浆或者其他具有粘结作用的粘结剂、粘结料，将预制桥面板自上而下放置于安装区域使得连接栓钉与钢套筒一一对应，使用紧固螺母紧固，再进行下一片预制桥面板的安装；待所有预制桥面板安装完毕，在拼接缝处进行焊接，并对桥面板上的预埋钢吊环外露部分进行切割去除；

S4，最后在桥面上进行沥青摊铺形成沥青路面。

9.装配式无配筋UHPC预制桥面板快速拼装方法，其特征在于，大量使用权利要求1至权利要求7中任意一项所述的装配式无配筋UHPC预制桥面板，进行如下步骤操作：

S1，根据无配筋UHPC桥面板的尺寸在钢桥安装面上进行画线，画线包括顺桥向和横桥向画线，画线后形成方形的安装区域，在该安装区域内确定并画出连接栓钉的安装点，将连接栓钉焊接在对应的安装点；

S2，然后将T形连接钢板沿着画线位置进行安装，

S3，在安装区域内涂抹粘结砂浆或者其他具有粘结作用的粘结剂、粘结料，然后将预制桥面板反向扣合并沿着连接栓钉安装，连接栓钉与钢套筒一一对应，并使用紧固螺母紧固，再进行下一片预制桥面板的安装，待所有预制桥面板安装完毕后，在拼接缝处进行焊接，

S4，在桥面上进行沥青摊铺。