CN216947867U - 一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其包括从下而上依次铺设的支撑梁、桥面板和桥面铺装层，桥面板内固定设置有若干个立柱，立柱的顶端穿过桥面板伸入桥面铺装层内，立柱的顶端固定设置有压电自发电组件，压电自发电组件位于桥面铺装层内，用于将车辆轮胎作用于桥面铺装层的机械能转化为电能储存或使用。当桥面铺装层顶部受到车辆荷载时，车辆荷载通过桥面铺装层传递至压电自发电组件，一方面压电自发电组件能够根据压电效应将受到的压力能转换为电能进行储存或使用，实现俘能功能，另一方面根据能量守恒定律，桥面铺装层受到的压力一部分转换为电能，相应地立柱受到的压力自然减小，避免立柱长期受较大压力而发生疲劳破坏。

Description

一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面

技术领域

本实用新型涉及桥面铺装减振技术领域，尤其涉及一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面。

背景技术

桥面铺装层作为桥梁结构的重要组成部分，其主要作用是防止车轮或履带直接磨耗桥面板，保护主梁免受雨水侵蚀，并借以分散车辆的轮载，对桥梁主体结构具有保护作用，延长桥梁的使用寿命。其质量的好坏对于桥梁建成后在营运期间行车的安全性、舒适性和美观性都起着非常重要的作用。而在近些年交通轴载的加大以及交通流的猛增致使桥梁整体结构及桥面局部结构均发生了大量的病害，甚至导致了一些灾难性的破坏。研究发现，桥面铺装病害类型分为显性病害和隐性病害，隐性病害由于发生在铺装层内部，初期难以被人工和仪器识别，将会逐渐发展成显性病害，加剧结构性病害。而隐性病害的主要类型之一是由于铺装层与桥面之间的粘结力不足，在荷载作用下沥青混凝土铺装层与水泥混凝土板之间出现滑移和脱层的破坏现象。这种破坏如果不及时处理，将进一步发展引发推移、拥包、波浪等多种病害，不仅影响行车的安全和舒适性，还会对桥梁主体结构造成影响，使其承载能力降低和使用寿命减少。因此，如果能保证层间不脱粘，就能从源头上避免病害的产生。

专利(申请号：201210222955.2)公开了一种设剪力键的钢木组合桥面铺装结构，包括呈水平向布设的底部支撑结构、水平铺设在所述底部支撑结构上的木质桥面板和水平铺设于木质桥面板上的桥面铺装层，所述底部支撑结构上布设有多个剪力键，且多个所述剪力键均呈竖直向布设；所述剪力键的顶部高度高于木质桥面板的顶面高度，且剪力键的顶部高度低于混凝土桥面铺装层的顶面高度；所述木质桥面板上对应设置有多个分别供多个所述剪力键穿过的预留孔，所述剪力键通过在预留孔内灌注成型的环氧树脂砂浆紧固层紧固固定于木质桥面板内，且剪力键与环氧树脂砂浆紧固层组成桥面剪力结构；所述桥面铺装层为在木质桥面板和所述桥面剪力结构上浇筑成型的沥青混凝土铺装层；多个所述剪力键的结构和尺寸均相同，且多个所述预留孔的结构和尺寸均相同；多个所述剪力键呈均匀布设；所述剪力键为一根布设于预留孔内侧中部的钢钉，或为由布设于预留孔内侧中部且结构和尺寸均相同的多根钢钉组成的钢钉组。

上述方案中，车辆车轮对桥面铺装层产生的压力荷载直接作用在剪力键上，长期受压力作用会导致剪力键疲劳破坏。另一方面，当车辆在桥面上行驶时，由于车辆的动力作用会引发桥梁的振动，而桥梁的振动会反过来影响行车安全以及舒适性。桥面铺装作为首层与车辆接触的结构，如果能在初始位置控制车辆造成的振动，减振的效率会大幅提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提出一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，解决现有技术中采用在桥面铺装结构中设置剪力键解决桥面滑移现象时，车辆车轮对桥面铺装层产生的压力荷载直接作用在剪力键上，长期受压力作用会导致剪力键疲劳破坏的技术问题。

为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案提供一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面,包括从下而上依次铺设的支撑梁、桥面板和桥面铺装层，所述桥面板内固定设置有若干个立柱，所述立柱的顶端穿过所述桥面板伸入所述桥面铺装层内，用于提升所述桥面板和所述桥面铺装层的层间抗剪切能力，所述立柱的顶端固定设置有压电自发电组件，所述压电自发电组件位于所述桥面铺装层内，所述压电自发电组件用于将车辆轮胎作用于所述桥面铺装层的机械能转化为电能进行储存或使用。

进一步的，所述立柱的顶部固定设置有柱帽，所述压电自发电组件固定设置在所述柱帽的顶部，并且所述柱帽上表面的面积不小于所述压电自发电组件底面的面积。

进一步的，所述立柱和所述柱帽一体成型而成。

进一步的，所述立柱由环氧树脂作为基体，玻璃纤维作为增强材料，通过拉挤成型工艺制成。

进一步的，所述压电自发电组件包括：

两个上下相对设置的铜板，位于下方的所述铜板固定设置在所述立柱上，所述铜板均外接有电线，所述电线的远端与外部的储电设备或供电设备电性连接；

两个上下相对设置的聚苯乙烯板，固定设置在两个所述铜板之间，所述聚苯乙烯板和与其相邻的所述铜板固定连接；

若干个压电陶瓷柱，固定设置在两个所述聚苯乙烯板之间，所述压电陶瓷柱的两端分别穿过两个所述聚苯乙烯板并与对应的所述铜板固定连接。

进一步的，两个所述聚苯乙烯板之间固定设置有8个所述压电陶瓷柱。

进一步的，所述铜板和与其相邻的所述聚苯乙烯板上均开设有若干个一一对应的连接孔，所述连接孔内安装有螺栓，用于实现所述铜板和所述聚苯乙烯板固定连接；

两个所述聚苯乙烯板上还均开设有若干个与所述压电陶瓷柱一一对应的安装通孔，所述压电陶瓷柱固定安装在所述安装通孔内。

进一步的，所述桥面包括若干个车道，所述车道的中心线的两侧对称设置有两组所述压电自发电组件，每一组均包括沿所述车道横向布置的若干排所述压电自发电组件，每一排均包括若干个沿所述车道纵向布置的若干个所述压电自发电组件。

进一步的，所述压电自发电组件设置在距所述车道中心线的横向距离为0.625～1.125m的位置处。

进一步的，每一排所述压电自发电组件中两个相邻的所述压电自发电组件之间的纵向距离为0.3～0.5m。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：

所述带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面中，所述立柱设置在所述桥面板和所述桥面铺装层之间，所述立柱的顶端固定设置有所述压电自发电组件，当所述桥面铺装层顶部受到车辆荷载时，车辆荷载首先通过所述桥面铺装层传递至所述压电自发电组件，一方面所述压电自发电组件能够根据压电效应将受到的压力能转换为电能进行储存或使用，实现俘能功能，另一方面根据能量守恒定律，所述桥面铺装层受到的压力一部分转换为电能，相应地所述立柱受到的压力自然减小，避免所述立柱长期受较大压力而发生疲劳破坏；同时也能够减少行驶车辆对所述桥面产生的机械能，最终实现了对桥面减振的目的。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面的横断面结构示意图；

图2是本实用新型实施例中立柱和压电自发电组件的位置关系示意图；

图3是本实用新型实施例中压电自发电组件的爆炸图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其结构如图1所示,包括从下而上依次铺设的支撑梁1、桥面板2和桥面铺装层3，所述桥面板2内固定设置有若干个立柱4，所述立柱4的顶端穿过所述桥面板2伸入所述桥面铺装层3内，用于提升所述桥面板2和所述桥面铺装层3的层间抗剪切能力，限制层间的侧向滑移，并善层间的粘结性能，所述立柱4的顶端固定设置有压电自发电组件5，所述压电自发电组件5位于所述桥面铺装层3内，所述压电自发电组件5用于将车辆轮胎作用于所述桥面铺装层的机械能转化为电能进行储存或使用。

所述带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面中，所述立柱4设置在所述桥面板2和所述桥面铺装层3之间，所述立柱4的顶端固定设置有所述压电自发电组件5，当所述桥面铺装层3顶部受到车辆荷载时，车辆荷载首先通过所述桥面铺装层3传递至所述压电自发电组件5，一方面所述压电自发电组件5能够根据压电效应将受到的压力能转换为电能进行储存或使用，实现俘能功能，另一方面根据能量守恒定律，所述桥面铺装层3受到的压力一部分转换为电能，相应地所述立柱4受到的压力自然减小，避免所述立柱4长期受较大压力而发生疲劳破坏；同时也能够减少行驶车辆对所述桥面产生的机械能，最终实现了对桥面减振的目的。

作为优选的实施例，所述支撑梁1为混凝土箱梁，所述桥面板2为混凝土桥面板，所述桥面铺装层3为沥青铺装层。

作为优选的实施例，如图2所示是本实用新型实施例中立柱4和压电自发电组件5的位置关系示意图，所述立柱4的顶部固定设置有柱帽41，使得所述立柱4和所述柱帽41共同呈一“钉子”状构件，“钉”在所述桥面板2和所述桥面铺装层3之间，所述压电自发电组件5固定设置在所述柱帽41的顶部，并且所述柱帽41上表面的面积不小于所述压电自发电组件5底面的面积。

作为优选的实施例，所述立柱4和所述柱帽41一体成型而成，因此所述“钉子”状构件可以批量生产，再运送至施工现场进行安装。在车辆车轮的压力作用下，所述桥面会处于应力重复循环变化的状态，而所述立柱4设置在车轮作用频率最高的位置，这就对其疲劳性能提出了较高的要求，因此，在该实施例中，所述立柱4由环氧树脂(EP)作为基体，玻璃纤维作为增强材料，通过拉挤成型工艺制成，其具有较好的抗剪能力，经实验验证，其抗剪性能可以达到80MPa。

作为优选的实施例，如图3所示是本实用新型实施例中压电自发电组件5的爆炸图，所述压电自发电组件5包括两个上下相对设置的铜板51、两个上下相对设置的聚苯乙烯板52和若干个压电陶瓷柱53，其中，位于下方的所述铜板51固定设置在所述立柱4上，所述铜板51均外接有电线，所述电线的远端与外部的储电设备或供电设备电性连接，作为具体的实施例，由于环氧树脂具有极佳的粘结性能，因此所述铜板51与所述立柱4的固定方式为先用火焰枪将所述立柱4的顶端融化成胶状，再将所述铜板51粘结在所述立柱4的顶端；两个所述聚苯乙烯板52固定设置在两个所述铜板51之间，所述聚苯乙烯板52和与其相邻的所述铜板51固定连接，所述铜板51硬度高，可以保护所述聚苯乙烯板52避免被沥青尖锐骨料刺破的危险，同时也能够将荷载有效传递至所述压电陶瓷柱53上；所述压电陶瓷柱53并排地固定设置在两个所述聚苯乙烯板52之间，所述压电陶瓷柱53的两端分别穿过两个所述聚苯乙烯板52并与对应的所述铜板51固定连接。所述压电自发电组件5可提前在工厂生产并封装，运送到现场后直接安装，施工方便，具有很好的实用性。

所述铜板51能够将其受到的压力传递给所述聚苯乙烯板52和所述压电陶瓷柱53，使所述压电陶瓷柱53发生变形从而产生电流，电流再通过所述铜板51外接的导线传输至外部的用电设备，从而起到俘能的作用。根据能量守恒，当所述桥面铺装层3受到的一部分压力转化为电能，所述支撑梁1和所述桥面板2受到的压力就将减小，从而所述桥面本身的振动也将减小，起到俘能减振的作用。

作为优选的实施例，所述铜板51和与其相邻的所述聚苯乙烯板52上均开设有若干个一一对应的连接孔54，所述连接孔54内安装有螺栓(图中未示出)，用于实现所述铜板51和所述聚苯乙烯板52固定连接；两个所述聚苯乙烯板52上还均开设有若干个与所述压电陶瓷柱53一一对应的安装通孔55，所述压电陶瓷柱53固定安装在所述安装通孔55内，避免所述压电自发电组件5因受到横向剪切力而导致所述压电陶瓷柱53发生侧向滑动。作为优选的实施例，所述铜板51和所述聚苯乙烯板52上均开设有4个所述连接孔54。

作为优选的实施例，两个所述聚苯乙烯板52之间沿周向均匀地固定设置有8个所述压电陶瓷柱53，对应地两个所述聚苯乙烯板52上均开设有8个与所述压电陶瓷柱53一一对应的安装通孔55，8个所述压电陶瓷柱53在保证发电效率的同时，也能够避免所述聚苯乙烯板52由于孔距太小而发生撕裂破坏。

作为优选的实施例，请继续参照图1，所述桥面包括若干个车道，所述车道的中心线的两侧对称设置有两组所述压电自发电组件5，每一组均包括沿所述车道横向布置的若干排所述压电自发电组件5，每一排均包括若干个沿所述车道纵向布置的若干个所述压电自发电组件5。

由于车辆在道路上行驶时，车轮的位置总是在车道中心线附近一定范围内左右摆动，因此对于所述压电自发电组件5的布置位置需要根据车道的划分来确定。在该实施例中，所述桥面为双向四车道，每个车道的宽度为3.75m，根据3.75m车道的轮迹分布频率曲线可知，在距车道中心线0.625～1.125m位置处的车轮分布频率最高，占了整个车道车轮分布频率的50％以上，可以判断此位置区域受压次数最多且桥面铺装发生层间剪切破坏的风险最大，因此所述压电自发电组件5设置在距所述车道中心线的横向距离为0.625～1.125m的位置处。

作为优选的实施例，考虑到所述压电自发电组件5的作用效率以及为了避免所述压电自发电组件5布置过于密集而造成应力集中，每一排所述压电自发电组件5中两个相邻的所述压电自发电组件5之间的纵向距离为0.3～0.5m。

作为优选的实施例，所述桥面上还设置有车道分隔线6和中央分隔带7，所述桥面的两侧还依次设置有泄水口8以及护栏9。

所述桥面的施工过程如下：

首先，浇筑所述支撑梁1，待其结硬并养护28天后再浇筑所述中央分隔带7，开设所述泄水口8以及安装所述护栏9，然后在所述支撑梁1顶部布置钢筋网；

其次，将固定有所述压电自发电组件5的所述立柱4绑扎在所述支撑梁1顶面；

接着，在所述支撑梁1上浇筑所述桥面板2，待其结硬并养护28天后，在其表面涂刷SBS改性乳化沥青粘结剂；

最后，在所述桥面板2上铺设所述桥面铺装层3。

为了防止一次性涂刷SBS改性乳化沥青粘结剂后再铺设所述桥面铺装层3在未粘合之前风干，本实施例中的所述桥面采用分段施工的方式，每涂刷一段所述SBS改性乳化沥青粘结剂便在该段桥面板2上铺设所述桥面铺装层3并压实。

为了方便地了解本实用新型，以下结合图1-图3对本实用新型的工作原理进行详细说明：

当所述桥面铺装层3受到车辆荷载时，横向的剪切荷载由所述立柱4承担，从而提升所述桥面板2和所述桥面铺装层3的层间抗剪切能力，限制层间的侧向滑移，并改善层间的粘结性能；竖向的压力荷载通过所述桥面铺装层3传递至所述铜板51，所述铜板51又将压力传递至所述压电陶瓷柱53，所述压电陶瓷柱53在压力作用下产生压缩变形并根据压电效应在其两端产生相反的电荷，电荷通过所述铜板51传递至外接的电线形成电流，用于照明或其他用途，节能环保；同时也能够消耗车辆传递至桥面的机械能，达到桥面减振的目的。

由于所述压电自发电组件5固定设置在所述立柱4的顶端，通过所述压电自发电组件5的俘能作用能够使得所述立柱4的振动幅度降低以及振动时长缩短，从而减小应力幅和应力循环次数，延缓其疲劳破坏，使得所述立柱4的使用寿命得以延长。在车辆刹车时，会对桥面作用较大的剪力，剪力由所述桥面铺装层3向下传递，当传递到所述桥面铺装层3和所述桥面板2之间时，大部分的剪力由所述立柱4分担，能够避免所述桥面铺装层3和所述桥面板2之间发生剪切破坏而脱粘实效。同时所述立柱4的两端分别固定设置在所述桥面铺装层3和所述桥面板2内部，能够避免所述桥面铺装层3和所述桥面板2层间拉应力过大而发生拉拔破坏。

以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，包括从下而上依次铺设的支撑梁、桥面板和桥面铺装层，其特征在于，所述桥面板内固定设置有若干个立柱，所述立柱的顶端穿过所述桥面板伸入所述桥面铺装层内，用于提升所述桥面板和所述桥面铺装层的层间抗剪切能力，所述立柱的顶端固定设置有压电自发电组件，所述压电自发电组件位于所述桥面铺装层内，所述压电自发电组件用于将车辆轮胎作用于所述桥面铺装层的机械能转化为电能进行储存或使用。

2.根据权利要求1所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，所述立柱的顶部固定设置有柱帽，所述压电自发电组件固定设置在所述柱帽的顶部，并且所述柱帽上表面的面积不小于所述压电自发电组件底面的面积。

3.根据权利要求2所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，所述立柱和所述柱帽一体成型而成。

4.根据权利要求3所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，所述立柱由环氧树脂作为基体，玻璃纤维作为增强材料，通过拉挤成型工艺制成。

5.根据权利要求1所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，所述压电自发电组件包括：

两个上下相对设置的铜板，位于下方的所述铜板固定设置在所述立柱上，所述铜板均外接有电线，所述电线的远端与外部的储电设备或供电设备电性连接；

两个上下相对设置的聚苯乙烯板，固定设置在两个所述铜板之间，所述聚苯乙烯板和与其相邻的所述铜板固定连接；

若干个压电陶瓷柱，固定设置在两个所述聚苯乙烯板之间，所述压电陶瓷柱的两端分别穿过两个所述聚苯乙烯板并与对应的所述铜板固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，两个所述聚苯乙烯板之间固定设置有8个所述压电陶瓷柱。

7.根据权利要求5所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，所述铜板和与其相邻的所述聚苯乙烯板上均开设有若干个一一对应的连接孔，所述连接孔内安装有螺栓，用于实现所述铜板和所述聚苯乙烯板固定连接；

两个所述聚苯乙烯板上还均开设有若干个与所述压电陶瓷柱一一对应的安装通孔，所述压电陶瓷柱固定安装在所述安装通孔内。

8.根据权利要求1所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，所述桥面包括若干个车道，所述车道的中心线的两侧对称设置有两组所述压电自发电组件，每一组均包括沿所述车道横向布置的若干排所述压电自发电组件，每一排均包括若干个沿所述车道纵向布置的若干个所述压电自发电组件。

9.根据权利要求8所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，所述压电自发电组件设置在距所述车道中心线的横向距离为0.625～1.125m的位置处。

10.根据权利要求8所述的一种带有抗剪俘能型铺装层结构的桥面，其特征在于，每一排所述压电自发电组件中两个相邻的所述压电自发电组件之间的纵向距离为0.3～0.5m。

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