CN210712557U - 一种负弯矩区uhpc处理钢-混组合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种负弯矩区UHPC处理钢‑混组合结构，在钢‑混组合结构负弯矩区节段长度内采用UHPC桥面板，并在墩顶处焊接(栓接)相邻钢梁的上翼缘。对于钢‑混简支桥面连续组合结构梁，本实用新型能明显提高负弯矩区组合梁的开裂荷载，且裂缝间距较小，明显抑制混凝土裂缝的发展，其优异的抗裂性能可有效解决负弯矩区的开裂问题。

Description

一种负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构

技术领域

本实用新型属于钢-混组合结构技术领域，具体涉及一种负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构。

背景技术

随着我国公路及城市建设的不断发展，钢-混组合梁桥由于跨越能力大、建筑高度小、抗震性能好及施工快等优点，得到了广泛的应用。钢-混组合梁已经成为市政工程，公路工程、建筑工程中比较常见的一种结构形式。随着桥梁向轻型化及和大跨度方向的发展，钢- 混组合梁也由简支结构向多跨连续结构发展。但如郑和辉等人的论文“钢-混组合连续梁负弯矩区桥面板抗裂措施”介绍的在负弯矩区，上部混凝土桥面板受拉、下部钢梁受压，混凝土板易开裂、钢主梁易局部失稳，导致组合梁刚度降低和耐久性下降。普通钢-混组合梁为了控制负弯矩区混凝土桥面板的开裂，常在混凝土浇筑之前施加一定承受的预应力或直接在负弯矩区张拉预应力钢束，增大桥面板压应力储备来防止其开裂，或采用高配筋率来限制桥面板的裂缝宽度。但是对于混凝土桥面板来说，施加预应力难度较大、施加效率低，而且易损失，如张方坤在《中国高新技术企业》上发表的论文“预应力混凝土桥面板施工技术”介绍了预应力混凝土桥面板施工中对波纹管、锚垫板、钢绞线的安装有苛刻要求。

超高性能混凝土，简称UHPC，也称作活性粉末混凝土，是继高强度、高性能混凝土之后研究成功的一种超高强度、低脆性、耐久性优异并具有广阔应用前景的新型超高强混凝土，同普通混凝土相比，UHPC具有极高的抗压和抗折强度、超高的抗渗性及良好的耐磨性、较好的延性和较高的抗拉强度。UHPC每立方约10000元、而普通混凝土约1000元，差别巨大，因此经济对比十分明显。

近年来，国内有学者开展了一系列采用高性能混凝土材料代替负弯矩区普通混凝土的研究，取得的一些成果，如邓舒文等2017年在中国公路学报发表的论文“全预制快速架设钢-UHPC轻型组合城市桥梁[J]”提出了一种可与梁段整体预制的简支变连续结构来解决传统钢 -混组合梁负弯矩区应力过大的问题；如李文光等人在土木工程学报上发表的论文“钢-UHPC组合板受弯性能的试验研究”研究了钢 -UHPC轻型组合桥面系的横向受弯性能，在负弯矩作用下能承受 18MPa以上的拉应力，但该技术方案中纵向单位长度UHPC用量达到0.05m³/m,成本偏高；研究了截面配筋率对钢-UHPC组合桥面板抗裂性能的影响。但其中研究的多是正交异性钢桥面与UHPC的结合，并未涉及工字钢-混组合梁的负弯矩区研究。即对30～60m的中小跨径梁桥克服负弯矩区混凝土桥面板的开裂的问题没有解决方案。

在达到抗开裂的同时最大程度降低纵向单位长度UHPC用量是本领域的急迫需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构，能够降低纵向单位长度UHPC用量，其设计新颖合理，在钢-混组合结构负弯矩区节段长度内采用UHPC桥面板使桥面连续，并将相邻钢梁的上翼缘焊接(栓接)进一步限制裂缝的出现和发展。UHPC能提高负弯矩区组合梁的开裂荷载,在负弯矩作用下，钢-UHPC连续组合梁的开裂强度远高于普通钢-混组合梁的开裂强度，且裂缝间距较小，明显抑制混凝土裂缝的发展，能有效解决钢-混桥面连续组合梁负弯矩区的开裂问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构,包括：在每两节桥墩组成的一段跨径L内架设的钢梁，所述钢梁为工字钢梁，所述桥墩按跨径L为30～60m布置，相邻段跨径L上，所述钢梁上翼缘在桥墩上的负弯矩区带处采用钢板栓接或焊接连接，所述钢板和所述钢梁上翼缘上表面均匀焊接剪切钉，所述钢板和所述钢梁上翼缘在桥墩上的负弯矩区带覆盖一层连续的普通混凝土桥面板，所述普通混凝土桥面板在负弯矩区带形成内凹腔，内凹腔内浇筑有UHPC桥面板，所述钢梁腹板沿长度方向等距设置钢梁加劲肋。

进一步地，所述内凹腔沿钢梁方向分布地长度为0.08～0.15倍的跨径L；

所述UHPC桥面板铺设厚度为140～160mm，所述普通混凝土桥面板铺设厚度为110～130mm。

所述钢梁上翼缘厚16～20mm，宽400～500mm；腹板高1000～ 1800mm，厚16～20mm；钢梁下翼缘厚20～36mm，宽650～750mm。

所述钢梁腹板沿长度方向等距设置钢梁加劲肋。

进一步地，所述UHPC桥面板由弯曲抗拉强度7～10MPa、抗压强度150～200MPa的超高性能混凝土制成。

进一步地，所述钢梁采用Q345钢。

本实用新型的构思如下：采用工字钢梁，先将钢梁在各跨内简支，在墩顶处将相邻跨的钢梁上翼缘采用栓接或焊接连接在一起，然后在其上浇筑混凝土、或将预制的混凝土桥面板架设在钢梁上，桥面板在相邻跨的墩顶上是连续的，以保证车辆顺利通过。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型采用的UHPC处理钢-混组合结构负弯矩区的方法，在钢-混组合结构负弯矩区跨径段长度内采用UHPC桥面板使桥面连续，并将相邻钢梁的上翼缘焊接(栓接)，进一步限制裂缝的出现和发展。超高性能混凝土(简称UHPC)是目前最先进的水泥基工程材料，具有超高抗压、抗拉、耐久性能，其抗压强度可达150～200MPa，抗拉强度达到7～10MPa以上。UHPC能提高负弯矩区组合梁的开裂荷载,在负弯矩作用下，钢-UHPC连续组合梁的开裂强度远高于普通钢- 混组合梁的开裂强度，且裂缝间距较小，明显抑制混凝土裂缝的发展，能有效解决钢-混连续组合梁负弯矩区的开裂问题，便于推广使用。

将不同跨径段的相邻的钢梁在墩顶处焊接或栓接以增强结构的整体性，结构刚度增大，有利于减少裂缝的出现，并使裂缝较为分散。剪力钉将钢梁与混凝土桥面板连接在一起，形成整体以共同作用，结构刚度增大。

本实用新型的UHPC桥面板，在负弯矩加载时，UHPC桥面板最大裂缝宽度为0.05mm，此时对应的荷载定义为组合结构的开裂荷载，开裂荷载实测值为90.2kN，UHPC桥面板的开裂应变为1453με，对应的钢板应变为269με，本实用新型的组合结构适用跨径为30～60m。

本实用新型中桥面板厚度约在300mm左右。本实用新型先铺一层普通混凝土桥面板约200mm厚，再于台阶上铺设UHPC桥面板，这样处理，既能把抗裂性能强的UHPC桥面板布置在最上面以抵抗拉应力、满足负弯矩区的受力要求，同时大大减少UHPC的用量，本实用新型的组合结构纵向长度UHPC单位长度用量为 0.005～0.006m³/m相对于现有技术降低10倍。UHPC每立方约10000 元、而普通混凝土约1000元，差别巨大，因此经济对比十分明显，本实用新型更为合适。本实用新型的施工方法无需对UHPC桥面板或普通混凝土桥面板配筋，或在UHPC桥面板与普通混凝土桥面板的接合面预锚固U型钢筋，使UHPC桥面板的普通混凝土桥面板U 型钢筋互相交叠在浇筑，本实用新型的施工方法简便易行，减少了现有技术中在UHPC桥面板与普通混凝土桥面板内配筋的程序。

下面通过附图，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型UHPC处理钢-混组合结构负弯矩区示意图；

图2为本实用新型钢梁断面图；

图3为本实用新型负弯矩区栓接细节图；

图4为本实用新型负弯矩区焊接细节图；

图5为试验梁纵向布置及加载图示；

图6为试验梁纵向布置位移计的侧视图；

图7为试验梁纵向布置位移计的俯视图。

附图标记说明

1—普通混凝土桥面板； 2—UHPC桥面板； 3—钢板；

4—剪力钉； 5—钢梁； 6—钢梁加劲肋；

7—桥墩； 8—钢梁上翼缘； 9—钢梁腹板；

10—钢梁下翼缘； 11—螺栓； 12—焊缝。

具体实施方式

超高性能混凝土(UHPC)作为一种新型、具有创新性材料之一，具有超高抗压强度(150～200MPa)、超高抗压强度(7～10MPa)及良好的耐久性能。UHPC能提高负弯矩区组合梁的开裂荷载,试验证明，在负弯矩作用下，钢-UHPC连续组合梁的开裂强度远高于普通钢-混组合梁的开裂强度，且裂缝间距较小，明显抑制混凝土裂缝的发展，能有效解决钢-混连续组合梁负弯矩区的开裂问题，便于推广使用。

实施例1

如图1～4，一种负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构,包括：在每两节桥墩组成的一段跨径L内架设的钢梁，所述钢梁为工字钢梁5，所述桥墩7按跨径L为30～60m布置，相邻段跨径L上，所述钢梁上翼缘8在桥墩上的负弯矩区带处采用钢板3栓接或焊接连接，所述钢板3和所述钢梁上翼缘8上表面均匀焊接剪切钉4，所述钢板3和所述钢梁上翼缘8在桥墩7上的负弯矩区带覆盖一层连续的普通混凝土桥面板`，所述普通混凝土桥面板`在负弯矩区带形成内凹腔，内凹腔内浇筑有UHPC桥面板1，所述钢梁腹板9沿长度方向等距设置钢梁加劲肋6。

本实施例制备的组合结构中，在钢-混组合结构负弯矩区节段长度内桥面板采用UHPC材料，并在墩顶处将相邻钢梁的上翼缘焊接 (栓接)。本实施例适用于单跨跨径L为30～60m的钢-混组合连续梁。由于目前UHPC材料造价较高，在保证结构受力满足要求的前提下，尽量减少UHPC用量，因此本实施例中负弯矩区超高性能混凝土桥面板铺设长度为0.08～0.15L。负弯矩区超高性能混凝土桥面板由弯曲抗拉强度7～10MPa、抗压强度150～200MPa的超高性能混凝土制成，跨内采用工字钢梁5和桥墩7顶处钢梁上翼缘8均采用 Q345钢。其中，负弯矩区铺设UHPC桥面板2的0.08～0.15L长度范围内，上层的超高性能混凝土UHPC桥面板2铺设厚度为140～160mm，下层的普通混凝土桥面板1铺设厚度为110～130mm。钢梁上翼缘8厚16～20mm，宽400～500mm；钢梁腹板9高1000～ 1800mm，厚16～24mm；钢梁下翼缘10厚20～36mm，宽650～ 750mm。

取规格为长1500mm,下翼缘宽750mm，上翼缘宽500m的工字钢梁两根，按本实施例的组合结构制备试件，负弯矩区UHPC桥面板2 长度为120mm，厚120mm，用量0.008.4m³，纵向单位长度UHPC 用量0.0056m³/m，再按标准试验程序，测试UHPC的基本力学性能，本试验设计了一种比较独特的转角加载方式，即在组合结构的两端支撑处各放置一个弹簧、在弹簧上进行加载(见图5)，保证结构稳定且实现较大转角位移，以加载点处弹簧支座位移为控制模式进行加载。同时，为保证连续梁两个端部支座和中间2个支座共线，在试验梁制作、吊装就位过程中，用型钢固定整个结构，落梁时调整各支座高度使之处于同一个高度、保证结构均衡受力。测试内容包括试验荷载、纵向应变、竖向位移、以及桥面板的裂缝等，相应测点布置位移计12，如图6～7。为便于负弯矩加载时量测UHPC层顶面裂缝宽度，采用千斤顶从上往下施加荷载，结果如表1。

实施例2

如图1～5，本实施例中铺设过程如下：

在每两节桥墩7组成的一段跨径L内等距间隔架设钢梁5，所述钢梁5为工字钢梁，在桥墩7上的负弯矩区带处采用钢板3栓接或焊接相邻跨径L内的钢梁上翼缘8，所述桥墩7按跨径L为30～60m布置；

然后在钢板3和钢梁上翼缘8上表面焊接剪切钉4；

沿所述钢梁腹板长度方向等距焊接固定钢梁加劲肋6，在钢板3 及钢梁上翼缘8上表面采用模板法现浇铺设连续的普通混凝土桥面板1，所述普通混凝土桥面板1在桥墩7上的负弯矩区带具有内凹腔，在所述内凹腔内采用现浇方式铺设UHPC桥面板2；

自然养护后得到UHPC处理钢-混组合结构。

在采用本实施例的方法制备的UHPC处理钢-混组合结构制作组合梁时，同一个桥墩7上并排平行支列工字钢梁5，沿所述钢梁腹板 9长度方向等距焊接固定钢梁加劲肋6，在模板法现浇筑或铺装预制的普通混凝土桥面板1前，在并列的相邻钢梁5之间模板法现浇筑普通混凝土，使普通混凝土填充至并列的相邻钢梁5之间浇筑高度与钢梁上翼缘8平面等高。

本实用新型的采用UHPC处理钢-混组合结构负弯矩区的方法能够提高组合梁的开裂强度，且裂缝间距较小，明显抑制混凝土裂缝的发展；在负弯矩区只栓接(焊接)钢梁上翼缘，易于现场施工。综上，该法能够有效解决钢-混桥面连续组合梁负弯矩区的开裂问题，经济性好，便于推广。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构,其特征在于，包括：在每两节桥墩组成的一段跨径L内架设的钢梁，所述钢梁为工字钢梁，所述桥墩按跨径L为30～60m布置，相邻段跨径L上，所述钢梁上翼缘在桥墩上的负弯矩区带处采用钢板栓接或焊接连接，所述钢板和所述钢梁上翼缘上表面均匀焊接剪切钉，所述钢板和所述钢梁上翼缘在桥墩上的负弯矩区带覆盖一层连续的普通混凝土桥面板，所述普通混凝土桥面板在负弯矩区带形成内凹腔，内凹腔内浇筑有UHPC桥面板，所述钢梁腹板沿长度方向等距设置钢梁加劲肋。

2.根据权利要求1所述的负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构，其特征在于：所述内凹腔沿钢梁方向分布地长度为0.08～0.15倍的跨径L；

所述UHPC桥面板铺设厚度为140～160mm，所述普通混凝土桥面板铺设厚度为110～130mm；

所述钢梁上翼缘厚16～20mm，宽400～500mm；腹板高1000～1800mm，厚16～20mm；钢梁下翼缘厚20～36mm，宽650～750mm。

3.根据权利要求1所述的负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构，其特征在于：所述UHPC桥面板由弯曲抗拉强度7～10MPa、抗压强度150～200MPa的超高性能混凝土制成。

4.根据权利要求1所述的负弯矩区UHPC处理钢-混组合结构，其特征在于：所述钢梁采用Q345钢。

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