CN217810470U - 一种轻型装配式钢-uhpc组合梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻型装配式钢‑UHPC组合梁，包括UHPC桥面板和钢主梁，UHPC桥面板下方设有钢底板，钢主梁上方设有上翼缘板，钢底板和上翼缘板在相同位置开设中间矩形、两侧半圆形的圆角矩形通孔，T形螺栓穿过钢底板通孔和上翼缘板通孔使桥面板和钢主梁连接在一起形成钢‑UHPC组合梁。本实用新型避免了采用现浇接缝混凝土连接钢梁与预制桥面板，减少了现场混凝土现浇和钢筋板扎焊接工作，提高了施工效率，同时避免了出现预制混凝土与现浇混凝土之间受力薄弱的交界面，整体受力性能更好；在桥梁运营中对局部破损桥面能快速更换，提高了桥梁的使用性能和寿命；结构各构件均可无损伤拆除，实现桥梁各构造的回收和循环利用，低碳环保的同时降低了整体成本。

Description

一种轻型装配式钢-UHPC组合梁

技术领域

本实用新型涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种轻型装配式钢-UHPC组合梁。

背景技术

钢-混凝土组合梁是桥面板采用混凝土，下部主梁采用钢结构的一种桥梁主梁形式。组合梁截面中混凝土桥面板主要承受压力、钢梁主要承受拉力，其能充分发挥两种材料受力特性，具有承载力高、抗震性能好、经济性好等优点，随着我国交通基础建设的迅猛发展，在各地桥梁建设中大量应用。

常规的钢-混凝土组合梁存在以下问题尚需解决。钢-混组合梁桥面一般采用普通混凝土，混凝土的受拉性能较差，因此需要增加桥面厚度，导致桥面板重量较大，桥面板占主梁重量的30％以上，对于中小跨径桥梁，甚至达到50％以上。自重的增加加大了主梁结构的受力，导致结构的用钢梁增大，降低了结构的经济性。在空间和吊重受限制的城市桥梁建设中，限制了其使用范围。

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，UHPC，以下简称UHPC)具有高弹性模量、高抗拉强度、良好的收缩徐变特性和优良耐久性等优点，通过UHPC制造桥面板可以减少结构尺寸，降低结构自重，增大桥梁结构的跨越能力，具有广泛的应用前景。通过高温养护可以显著降低UHPC的徐变系数和后期收缩；通过工厂预制可以进一步确保结构质量，减少现场施工作业量，加快施工速度；且UHPC截面尺寸小，方便运输与吊装，因此钢-UHPC组合梁适用于城市桥梁建设可以解决常规的钢-混凝土组合梁存在的问题。

然而，目前常规的钢-UHPC组合梁的一般采用工厂预制+现场架设的方式施工。通过先架设钢梁，安装预制UHPC桥面板来缩短施工周期，最后通过现浇混凝土接缝来连接钢梁与UHPC桥面板。为了保证钢梁与UHPC连接处的受力性能，一般采用复杂的接缝构造，接缝处需要布置连接件，板扎和焊接大量的钢筋，增加了现场施工工作量，同时UHPC需要现场浇筑和养护，增加了施工周期。对于需要快速化施工的城市桥梁中，工期的延长意味着交通的管控时间的延长，带来不利的社会经济影响。由于预制和现浇UHPC的浇筑时间不同，UHPC存在不连续交界面，是受力的薄弱环节，在使用过程中易开裂，结构开裂容易导致混凝土内部钢筋锈蚀，裂缝贯通后容易导致雨水渗透到下部钢梁，引起钢结构的锈蚀，降低了结构的安全性和耐久性。

且在运营过程中，UHPC桥面板直接承受各类桥面荷载，直接承受车辆重载、雨水、高温、冻融等各类恶劣工况的作用，局部难免产生开裂、锈蚀等各类病害。由于UHPC桥面板是永久结构层，钢梁上剪力连接件嵌入UHPC桥面板中，难以无损拆分桥面板和钢梁。导致桥面出现病害后，后期难以更换，增加了后期的运营与维护的难度，且主梁到达使用寿命后，需要破碎桥面板来与钢梁分离，桥面板拆破碎的工作量大，拆除后，破损桥面成为建筑垃圾，且钢梁在拆除过程中必然受到一定损伤而无法直接重复利用，造成了资源的浪费。

实用新型内容

本实用新型提供了一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，用以解决上述背景技术中存在的全部或部分技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，包括UHPC桥面板和钢主梁，所述钢主梁安装于桥墩上，所述UHPC桥面板下方设有钢底板，所述钢主梁上方设有上翼缘板，所述钢底板上设有多个钢底板通孔，所述上翼缘板上开设有多个与所述钢底板通孔对应的上翼缘板通孔，所述钢底板通孔和所述上翼缘板通孔的横截面为中间矩形、两侧半圆形的圆角矩形通孔，T形螺栓穿过所述钢底板通孔和所述上翼缘板通孔使所述钢底板和所述上翼缘板连接在一起。

进一步地，所述UHPC桥面板包括面板、纵肋和横肋，所述纵肋和横肋设于所述面板的下方，所述面板、纵肋和横肋组成UHPC纵横肋板，所述钢底板设于所述纵肋的下方。

进一步地，所述钢主梁包含腹板、底板和钢梁横隔板，所述上翼缘板安装于所述腹板的上方，所述腹板安装于所述底板上，所述钢梁横隔板连接所述腹板。

进一步地，所述钢底板的顶面连接有剪力连接件，所述剪力连接件埋入面板中。

进一步地，所述钢底板的宽度大于所述纵肋的底宽度，当所述钢底板安装于所述纵肋上时，所述钢底板和所述纵肋的中心线对齐，所述钢底板通孔设于所述钢底板在超出所述纵肋的位置。

进一步地，所述剪力连接件为圆柱头焊钉、角钢、短钢筋或开孔钢板中的任一种。

进一步地，多个所述钢底板通孔和所述上翼缘板通孔沿所述钢主梁长度纵向排列，所述钢底板通孔和所述上翼缘板通孔的最小孔径宽度比所述T形螺栓的螺杆直径大1.5mm～2.0mm。

进一步地，所述T形螺栓为高强螺栓，包括高强度T型头螺杆、高强度螺母和高强度垫圈，所述高强度T型头螺杆的端部扩大头和所述高强度螺母为长方形，所述T形螺栓的性能等级不低于8.8级。

本实用新型至少具有以下有益效果：

(1)本实用新型的一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，通过T形螺栓使钢底板和上翼缘板连接在一起，从而使预制UHPC桥面板和钢主梁连接在一起，避免了采用现浇接缝混凝土连接钢梁与预制桥面板，大大减少了现场混凝土现浇和钢筋板扎焊接工作，简化了施工，提高了施工效率，同时避免了预制混凝土与现浇混凝土之间出现受力薄弱的交界面，组合梁的整体受力性能更好；

(2)通过在UHPC桥面板的钢底板和钢主梁的上翼缘板上开设圆角矩形通孔的方式，进行T形螺栓连接，相比于常规螺栓连接钢板开设的圆形孔，采用特殊设计的长条形孔，本实用新型能够容许钢主梁和桥面板存在一定的制造和安装误差，更方便将螺杆穿过上下钢板对接孔，完成安装紧固。采用特定T型螺栓相比于常规六角螺栓，能够加大螺栓头与钢板的接触连接面积，从而提供更高强度的抗剪连接强度，保证UHPC桥面板与钢主梁的有效连接与共同受力。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁的结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁的剖面示意图；

图3是本实用新型优选实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁的UHPC桥面板的结构示意图；

图4是本实用新型优选实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁的钢底板的结构示意图；

图5是本实用新型优选实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁的钢主梁的结构示意图；

图6是本实用新型优选实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁的T形螺栓的结构示意图。

图中各标号表示：

1、UHPC桥面板；11、面板；12、纵肋；13、横肋；14、钢底板；15、剪力连接件；16、钢底板通孔；2、钢主梁；21、上翼缘板；22、腹板；23、底板；24、上翼缘板通孔25、钢梁横隔板；3、T形螺栓；31、高强度T型头螺杆；32、高强度螺母；33、高强度垫圈。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

实施例1，一种轻型装配式钢-UHPC组合梁。

如图1和图2所示，本实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁，包括UHPC桥面板1和钢主梁2，钢主梁2安装于桥墩上，UHPC桥面板1下方设有钢底板14，钢主梁2上方设有上翼缘板21，钢底板14上设有多个钢底板通孔16，上翼缘板21上开设有多个与钢底板通孔16对应的上翼缘板通孔24，钢底板通孔16和上翼缘板通孔24的横截面为中间矩形、两侧半圆形的圆角矩形通孔，T形螺栓3穿过钢底板通孔16和上翼缘板通孔24使钢底板14和上翼缘板21连接在一起。

如图3和图4所示，在本实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁，UHPC桥面板1包括面板11、纵肋12和横肋13，纵肋12和横肋13设于面板11的下方，面板11、纵肋12和横肋13组成UHPC纵横肋板，钢底板14设于纵肋12的下方，UHPC桥面板1是由UHPC(超高性能混凝土)浇筑而成，UHPC的组分中含钢纤维，其抗压强度不低于100MPa、轴拉强度不低于7MPa。

其中，本实施例中的面板11的厚度为50mm-200mm，UHPC桥面板1为纵横肋体系井字形面板，常规的混凝土桥面板一般为等厚度板，桥面板厚度较大导致主梁自重增加，桥面板重量一般占主梁重量超过30％，本实施例利用UHPC的超强材料特性，其受压和受拉强度远超普通混凝土，板厚度可以大大降低，采用面板+纵横肋+钢底板的桥面板构造，相比于常规的等厚桥面板，利用纵肋12和横肋13作为面板11的加劲，可以进一步提高UHPC桥面板1的抗弯能力，能够大大减小UHPC桥面板1的厚度，以减轻UHPC桥面板1的重量，达到轻型化的目的。

面板11内设有纵横向钢筋组成的钢筋网，纵肋12和横肋13为矩形或倒梯形，本实施例中具体为矩形，纵肋12和横肋13的高度为50mm-200mm，横肋13底面布置横向贯穿钢筋，提高UHPC桥面板1的横向抗弯水平；纵肋12底面利用底部钢板取代普通钢筋，无纵向贯穿钢筋，能够大大提高UHPC桥面板1的抗弯拉强度，无需额外在配置纵向贯穿钢筋；横肋13的纵向布置间距可根据桥梁横向跨度的不同，间距设置为500mm-1500mm，具体根据受力要求拟定。

预制的UHPC桥面板1的纵肋12底面密贴钢底板14，钢底板14焊接剪力连接件15，剪力连接件15为圆柱头焊钉、角钢、短钢筋或开孔钢板中的任一种，本实施例中的剪力连接件15具体为圆柱头焊钉，圆柱头焊钉埋入纵肋12混凝土中，通过圆柱头焊钉连接UHPC桥面板1和钢底板14。

如图5所示，在本实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁中，钢主梁2包含腹板22、底板23和钢梁横隔板25，上翼缘板21安装于腹板22的上方，腹板22安装于底板23上，钢梁横隔板25连接腹板22，腹板22、底板23和钢梁横隔板25构成工字梁、H型梁或槽型梁，本实施例的腹板22和底板23具体构成槽型梁，纵肋12横向布置位置与钢主梁2的腹板22位置对应，使腹板22承受UHPC桥面板1的重力。

在本实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁中，钢底板14的宽度大于纵肋12的底宽度，当钢底板14安装于纵肋12上时，钢底板14和纵肋12的中心线对齐，从而使钢底板14超出纵肋12的底边缘宽度不少于100mm，纵肋钢底板14厚度不小于12mm，钢底板通孔16设于钢底板14在超出纵肋12的位置。

在本实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁中，多个钢底板通孔16和上翼缘板通孔24沿主梁长度纵向排列，钢底板通孔16和上翼缘板通孔24的孔径宽度比高强度T形螺栓3的螺杆直径大1.5mm～2.0mm。

钢底板通孔16和上翼缘板通孔24的总长度大于孔洞的宽度，采用特殊设计的长条形孔取代圆形孔，是为UHPC桥面板1和钢主梁2的制造和安装提供一定的误差宽容度，通孔长度可根据主梁制造安装精度误差要求来确定。UHPC桥面板1和钢主梁2分开预制，在沿着主梁长度方向纵向排布孔洞难以全部精确一一对齐，且在吊装安装过程中，UHPC桥面板1和钢主梁2也存在一定安装误差，采用长条形孔，能够保证实际的制造和安装存在一定误差的前提下，保证T形螺栓3能比较简便的穿过上下孔洞，完成安装紧固。

如图6所示，在本实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁中，T形螺栓3为高强螺栓，包括高强度T型头螺杆31、高强度螺母32和高强度垫圈33，在其它实施例中，高强度T型头螺杆31还可以为常规高强度大六角头螺栓或者其他形式的带扩头螺栓。高强度T型头螺杆31的端部扩大头和高强度螺母32为长方形，且T形螺栓3直径不小于16mm，T形螺栓3的性能等级不低于8.8级，将高强度T型头螺杆31穿过钢底板通孔16和上翼缘板通孔后，再依次穿过另一面的高强度垫圈33和高强度螺母32，通过扳手将高强度T型头螺杆31拧紧，即可实现钢底板14和上翼缘板21的连接。

在实际安装中，保证高强度T型头螺杆31的长度方向与钢底板通孔16和上翼缘板通孔24的长度方向垂直，高强螺栓的抗剪强度主要由高强度T型头螺杆31与钢底板14和上翼缘板21的摩擦力提供，采用T型螺栓头，相比于常规的大六角头螺栓和其他形式的带扩头螺栓，能够最有效且最大程度的加大螺栓头与钢底板1的接触连接面积，从而提供更高强度的抗剪强度，保证UHPC桥面板1和钢主梁2的有效连接与共同受力。

本实施例的轻型装配式钢-UHPC组合梁，通过高强T形螺栓3连接预制UHPC桥面板1和钢主梁2，避免了采用现浇接缝混凝土连接钢梁与预制桥面板，大大减少了现场混凝土现浇和钢筋板扎焊接工作，简化了施工，提高了施工效率，避免了出现预制混凝土与现浇混凝土之间受力薄弱的交界面，整体受力性能更好；采用UHPC制成的UHPC桥面板1取代预制+现浇普通混凝土桥面板，由于UHPC的超强材料特性，混凝土抗压强度，抗拉强度以耐久性均远超普通混凝土，桥面板更轻薄，自重大大减少，方便运输与吊装，UHPC桥面板1的耐久性好，后期开裂风险低，运营维持简便；通过在钢底板14和上翼缘板21上开设长条形通孔的方式，进行螺栓连接，相比于常规螺栓连接钢板开设的圆形孔，能够容许钢主梁2存在一定的制造和安装误差，更方便将螺杆穿过上下钢板对接孔，通过特制的高强度T型头螺杆31，相比于常规六角螺栓头，能够加大螺栓头与钢底板14的接触连接面积，从而提供更高强度的抗剪连接强度，保证UHPC桥面板1和钢主梁2的有效连接与共同受力；采用的新型钢-UHPC组合梁，运营中对局部破损桥面能快速更换，提高了桥梁的使用性能和寿命；结构各构件均可无损伤拆除，实现主梁各构造的回收和循环利用，低碳环保。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，其特征在于，包括UHPC桥面板(1)和钢主梁(2)，所述钢主梁(2)安装于桥墩上，所述UHPC桥面板(1)下方设有钢底板(14)，所述钢主梁(2)上方设有上翼缘板(21)，所述钢底板(14)上设有多个钢底板通孔(16)，所述上翼缘板(21)上开设有多个与所述钢底板通孔(16)对应的上翼缘板通孔(24)，所述钢底板通孔(16)和所述上翼缘板通孔(24)的横截面为中间矩形、两侧半圆形的圆角矩形，T形螺栓(3)穿过所述钢底板通孔(16)和所述上翼缘板通孔(24)使所述钢底板(14)和所述上翼缘板(21)连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，其特征在于，所述UHPC桥面板(1)包括面板(11)、纵肋(12)和横肋(13)，所述纵肋(12)和横肋(13)设于所述面板(11)的下方，所述面板(11)、纵肋(12)和横肋(13)组成UHPC纵横肋板，所述钢底板(14)设于所述纵肋(12)的下方。

3.根据权利要求1所述的一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，其特征在于，所述钢主梁(2)包含腹板(22)、底板(23)和钢梁横隔板(25)，所述上翼缘板(21)安装于所述腹板(22)的上方，所述腹板(22)安装于所述底板(23)上，所述钢梁横隔板(25)连接所述腹板(22)。

4.根据权利要求2所述的一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，其特征在于，所述钢底板(14)的顶面连接有剪力连接件(15)，所述剪力连接件(15)埋入面板(11)中。

5.根据权利要求2所述的一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，其特征在于，所述钢底板(14)的宽度大于所述纵肋(12)的底宽度，当所述钢底板(14)安装于所述纵肋(12)上时，所述钢底板(14)和所述纵肋(12)的中心线对齐，所述钢底板通孔(16)设于所述钢底板(14)在超出所述纵肋(12)的位置。

6.根据权利要求4所述的一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，其特征在于，所述剪力连接件(15)为圆柱头焊钉、角钢、短钢筋或开孔钢板中的任一种。

7.根据权利要求1所述的一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，其特征在于，多个所述钢底板通孔(16)和所述上翼缘板通孔(24)沿所述钢主梁(2)长度纵向排列，所述钢底板通孔(16)和所述上翼缘板通孔(24)的最小孔径宽度比所述T形螺栓(3)的螺杆直径大1.5mm～2.0mm。

8.根据权利要求1所述的一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，其特征在于，所述T形螺栓(3)为高强螺栓，包括高强度T型头螺杆(31)、高强度螺母(32)和高强度垫圈(33)，所述高强度T型头螺杆(31)的端部扩大头和所述高强度螺母(32)为长方形，所述T形螺栓(3)的性能等级不低于8.8级。

Images