CN204185768U - 基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，包括钢桥面板和覆盖在钢桥面板上的超高性能混凝土层，所述超高性能混凝土层内设置有由钢筋纵横交错组成的钢筋网，所述钢桥面板上均布焊接有若干个同时提供抗剪力和抗掀起力的钢管连接件，所述所有钢管连接件被超高性能混凝土层所覆盖。该结构不仅受力合理，强度高，刚度大，有效避免钢桥面系病害的产生，而且结构简单，易于工厂批量生产。

Description

基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构

技术领域

本实用新型涉及桥面结构技术领域，特别是一种基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构。

背景技术

公路钢桥的桥面结构主要由桥面板和桥面铺装组成，是直接承受桥上车轮荷载并且把它传递到主梁上的主要结构，也是桥梁结构中最易损的部位之一。主要表现在钢桥面板开裂和桥面铺装易损坏病害。尽管国内外桥梁、道路界人士对钢桥面板和钢桥面铺装做了大量的理论和试验研究，尝试了改进铺装混合料的材料性能、优化铺装层厚度、改进钢桥面构造、提高焊接施工工艺等方法。但从基本原理来看，钢桥面板自身刚度低，而柔性铺装层由于模量低（特别是夏季），不能有效提高桥面系刚度和降低各层中的应力，其变形较难与变形较大的钢桥面板协调，因此还是未从根本上解决桥面结构病害的出现。

在现有技术中，受高层建筑钢-混凝土组合楼板研究与应用的启发，一些学者尝试着将组合板应用于桥面板来提高桥面刚度，避免钢桥面系病害的产生。桥面刚度的提高可降低结构对沥青铺装的受力性能要求，并可减少沥青铺装的厚度。由于桥梁具有跨度大、荷载大等特点，一些学者尝试用轻质混凝土、钢纤维混凝土、高性能混凝土来代替普通混凝土。但在车辆荷载作用下，位于加劲肋、横隔板和纵隔板处的桥面板由于支承作用会形成负弯矩区，使得这些材料自身的抗拉强度仍然不能满足要求，在工程实践中仍出现桥面铺装开裂现象。另一方面，桥面结构直接暴露在环境下，承受行车、人行、风力和温度等外荷载，以及湿度、空气所含氯离子等环境因素的作用，所以桥面结构必须除具备足够的强度、刚度和良好的整体性能，还应有足够的抗裂、抗冲击、耐磨等性能。

超高性能混凝土（UHPC）是一种高强度、高模量、高延性的超高性能纤维增强水泥复合材料，特别对于超高性能混凝土中的活性粉末混凝土（RPC），是众多超高性能混凝土中应用最多也是最具发展前景的一种新型建筑材料。并可通过在UHPC层内掺入一定体积含量的钢纤维和布置钢筋网进一步增强结构的抗拉能力。因为沥青铺装层下层是水泥基材料，极大的改善了与沥青面层界面的力学性能，同时可减小对沥青铺装层厚度的要求。UHPC具有相当高的致密性，抗渗系数很高，水分基本不易透过UHPC进入粘结层，UHPC能使钢桥面板处于良好的耐腐蚀状态。因此， UHPC是较为理想的组合桥面板材料，有望通过UHPC组合桥面板解决钢桥面病害的难题。

在现有技术中，有一种钢超高性能混凝土组合桥面结构，其抗剪构造采用焊钉和PBL连接件常规剪力键，如图1所示（以焊钉作为常规剪力键4的示例）。常规剪力键4如需提供有效地抗掀起力，因此需要较大的高度，导致超高性能混凝土层增大，引起钢桥面板1恒载重量增加、降低经济性。超高性能混凝土层2一般做得比较薄，厚度一般为4cm~6cm，去掉保护层后极短的常规剪力键4较难提供足够的拉拔力，从而会降低该组合桥面板的使用效率和耐久性。可以看出，将常规剪力键应用于超薄UHPC层中，有其局限性。

抗剪连接件是影响组合桥面结构中钢桥面板与超高性能混凝土充分协调工作的关键因素。抗剪连接件不仅用来承受钢桥面板与混凝土板之间的剪力，还用来抵抗钢桥面板与混凝土板之间的掀起力，使钢板与混凝土紧密结合起来，共同受力。因此，对于超高性能混凝土（UHPC）应用于组合桥面板情况，选择常规剪力连接件难以满足钢桥面板与超薄UHPC层的连接。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，该结构不仅受力合理，强度高，刚度大，有效避免钢桥面系病害的产生，而且结构简单，易于工厂批量生产。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，包括钢桥面板和覆盖在钢桥面板上的超高性能混凝土层，所述超高性能混凝土层内设置有由钢筋纵横交错组成的钢筋网，所述钢桥面板上均布焊接有若干个同时提供抗剪力和抗掀起力的钢管连接件，所述所有钢管连接件被超高性能混凝土层所覆盖。

进一步的，所述超高性能混凝土层是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土是指组分中含钢纤维且无粗骨料、抗压强度不低于100MPa、轴拉强度不低于8MPa的水泥混凝土，该水泥混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或注浆纤维混凝土。

进一步的，所述钢管连接件的外侧壁焊接在钢桥面板上，或将钢管连接件一端部焊接在钢桥面板上，所述钢管连接件为完整钢管结构或部分截面钢管结构，所述部分截面钢管结构即沿钢管轴向去除部分侧壁，该去除部分侧壁的横截面弦长小于钢管直径，所述部分截面钢管结构采用外侧壁焊接在钢桥面板上的方式时，将其侧壁开口焊接在钢板面桥上或将其开口正对的外侧壁焊接在钢桥面板上。

进一步的，所述钢管连接件侧壁开设有通孔。

进一步的，所述超高性能混凝土层的厚度为40mm~80mm。

进一步的，所述超高性能混凝土层内添加的钢纤维含量为1%~4%。

进一步的，所述钢管连接件的混凝土净保护层厚度大于或等于10mm，所述混凝土净保护层即是钢管连接件最顶端上方覆盖的超高性能混凝土层的厚度。

进一步的，所述钢筋网的混凝土净保护层厚度为10mm~25mm，所述混凝土净保护层即是钢筋网最顶端上方覆盖的超高性能混凝土层的厚度；在保证混凝土净保护层厚度情况下，钢筋网临近超高性能混凝土层上表面布置。

进一步的，所述钢管连接件长度为30mm~200mm，以使钢管连接件内超高性能混凝土密实。

进一步的，所述超高性能混凝土层上铺设有桥面铺装层。

相较于现有技术，本实用新型利用钢管连接件使钢桥面板和超高性能混凝土层组合在一起形成钢-超高性能混凝土组合桥面板，利用钢管内超高性能混凝土和贯通钢筋所起的销栓作用在界面提拱有效地抗剪力和抗拉拨力。同时钢管侧壁薄，贯穿钢管连接件的钢筋能最大限度的布置在超高性能混凝土层的顶部，充分发挥钢筋网在超高性能混凝土层中作用。钢管连接件适用于组合板中钢桥面板与超薄混凝土层的连接，可以采用完整钢管结构也可以采用部分截面钢管结构，将国标钢管按一定长度径向切割即可得到完整钢管结构。而部分截面钢管结构，是沿着钢管的轴向切开，再按一定长度径向切割，即可得到部分截面钢管结构。

钢-超高性能混凝土组合桥面板与常规钢桥面板相比，结构刚度有较大提高，从根本上减小了钢桥面板在车辆轮载作用下的应力，同时超高性能混凝土自身的应力、变形等指标均能满足与钢结构协同工作的要求；另一方面，改善了沥青混凝土桥面铺装层与桥面板的粘结性能，提高了桥面铺装层的抗裂性能和耐久性能。超高性能混凝土有较高的密实性，提高了桥面结构抗渗能力，增强了钢桥面板的耐久性，并且其结构层较薄，整体上并不明显增加桥面恒载的重量。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本发明的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构具有建筑高度小、刚度大、各组合间粘结性能好、耐久性好、抗疲劳性能好、车辆冲击作用小等优点，具有重大的实用价值和良好的经济效益，尤其是在大型、特大型钢桥的建造上具有广阔的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

附图说明

图1为现有技术中组合钢桥面板构造示意图。

图2为本实用新型实施例一的构造示意俯视图。

图3为图2中A-A剖视图。

图4为图2中B-B剖视图。

图5为本实用新型实施例二的构造示意图。

图6为本实用新型实施例三的构造示意图。

图中：1-钢桥面板，2-超高性能混凝土层，3-钢筋网，4-常规剪力键，5-完整钢管连接件，51-通孔，6-部分钢管连接件。

具体实施方式

实施例一：如图2~4所示，一种基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，包括钢桥面板1和覆盖在钢桥面板1上的超高性能混凝土层2，所述超高性能混凝土层2内设置有由钢筋纵横交错组成的钢筋网3，所述钢桥面板1上均布焊接有若干个同时提供抗剪力和抗掀起力的完整钢管连接件5，所述所有完整钢管连接件5被超高性能混凝土层2所覆盖，所述钢筋沿钢管的轴向贯穿完整钢管连接件5。

本实施例中，所述超高性能混凝土层是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土是指组分中含钢纤维且无粗骨料、抗压强度不低于100MPa、轴拉强度不低于8MPa的水泥混凝土，该水泥混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或注浆纤维混凝土。

本实施例中，所述完整钢管连接件5的外侧壁焊接在钢桥面板1上。

本实施例中，所述完整钢管连接件5在钢桥面板1上呈矩阵式排列。

本实施例中，所述完整钢管连接件5的侧壁上开设有若干个通孔51，便于增强完整钢管连接件5管内外超高性能混凝土层2的连贯性和连接性能。

本实施例中，所述超高性能混凝土层2的厚度为40mm~80mm。

本实施例中，所述超高性能混凝土层2内添加的钢纤维含量为1%~4%。

本实施例中，所述完整钢管连接件5的净混凝土净保护层厚度大于或等于10mm，所述净混凝土净保护层即是完整钢管连接件5最顶端上方覆盖的超高性能混凝土层2的厚度。

本实施例中，所述钢筋网3的净混凝土净保护层厚度为10mm~25mm，所述净混凝土净保护层即是钢筋网3最顶端上方覆盖的超高性能混凝土层2的厚度。

本实施例中，在保证混凝土净保护层厚度情况下，钢筋网3临近超高性能混凝土层2上表面布置，即钢筋网3应尽量靠超高性能混凝土层2上表面布置。。

本实施例中，所述完整钢管连接件5长度为30mm~200mm，以使完整钢管连接件5内超高性能混凝土密实。

本实施例中，所述超高性能混凝土层2上铺设有桥面铺装层。

实施例二：如图5所示，本实施例结构与实施例一相同，区别在于钢管连接件采用部分钢管连接件6，并将其侧壁开口正对的外侧壁焊接在钢桥面板1上。与实施例一相比，本实施例的钢筋网铺设更方便快捷，并适用于更薄的PRC层中。

实施例三：如图6所示，本实施例结构与实施例一相同，区别在于钢管连接件采用部分钢管连接件6，并将其侧壁开口焊接在钢桥面板1上。与实施例一相比，本实施例的钢管连接件焊接更稳固。

当然，也可将钢管连接件的一端焊接在钢桥面板1。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，包括钢桥面板和覆盖在钢桥面板上的超高性能混凝土层，所述超高性能混凝土层内设置有由钢筋纵横交错组成的钢筋网，其特征在于：所述钢桥面板上均布焊接有若干个同时提供抗剪力和抗掀起力的钢管连接件，所述所有钢管连接件被超高性能混凝土层所覆盖。

2.根据权利要求1所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述超高性能混凝土层是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土是指组分中含钢纤维且无粗骨料、抗压强度不低于100MPa、轴拉强度不低于8MPa的水泥混凝土，该水泥混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或注浆纤维混凝土。

3.根据权利要求1所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述钢管连接件的外侧壁焊接在钢桥面板上，或将钢管连接件一端部焊接在钢桥面板上，所述钢管连接件为完整钢管结构或部分截面钢管结构，所述部分截面钢管结构即沿钢管轴向去除部分侧壁，该去除部分侧壁的横截面弦长小于钢管直径，所述部分截面钢管结构采用外侧壁焊接在钢桥面板上的方式时，将其侧壁开口焊接在钢板面桥上或将其开口正对的外侧壁焊接在钢桥面板上。

4.根据权利要求1所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述钢管连接件侧壁开设有通孔。

5.根据权利要求1所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述超高性能混凝土层的厚度为40mm~80mm。

6.根据权利要求2所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述超高性能混凝土层内添加的钢纤维含量为1%~4%。

7.根据权利要求1所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述钢管连接件的混凝土净保护层厚度大于或等于10mm，所述混凝土净保护层即是钢管连接件最顶端上方覆盖的超高性能混凝土层的厚度。

8.根据权利要求1所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述钢筋网的混凝土净保护层厚度为10mm~25mm，所述混凝土净保护层即是钢筋网最顶端上方覆盖的超高性能混凝土层的厚度；在保证混凝土净保护层厚度情况下，钢筋网临近超高性能混凝土层上表面布置。

9.根据权利要求1所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述钢管连接件长度为30mm~200mm，以使钢管连接件内超高性能混凝土密实。

10.根据权利要求1所述的基于钢管连接件的钢-超高性能混凝土组合桥面板结构，其特征在于：所述超高性能混凝土层上铺设有桥面铺装层。