CN105839534B - 钢‑超高性能混凝土组合板连接接头及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢‑超高性能混凝土组合板连接接头及施工方法，其中，连接接头包括钢桥面板、连接于钢桥面板上方的连接板以及浇筑于钢桥面板上的超高性能混凝土层，连接板与钢桥面板之间用高强螺栓连接，连接板的上方设有多根纵向钢筋和横向钢筋，多根纵向钢筋中的至少部分与连接板焊接，超高性能混凝土层包覆连接板、纵向钢筋和横向钢筋，钢桥面板上固设有多个剪力钉，且剪力钉在靠近连接板的边缘处加密设置，超高性能混凝土层包覆剪力钉。该钢‑超高性能混凝土组合板连接接头内应力小、局部抗拉强度和刚度高、可提高桥梁结构耐久性。
Description
技术领域
本发明属于桥梁结构的建筑细部及其施工技术领域，特别涉及一种钢-超高性能混凝土组合板连接接头及施工方法。
背景技术
在现有的大跨钢箱梁桥梁中，不少采用了钢箱梁螺栓连接的技术，如图1所示，钢桥面板螺栓连接区域由于钢截面被削弱导致桥面铺装层8受力不利，尤其在螺栓连接区域与非螺栓连接区域的交界截面上，截面突变导致的应力集中更加剧了桥面铺装层的不利受力，使得桥面铺装层极易发生受拉开裂，这不仅大大减少了桥面铺装层的使用寿命，同时也引起桥面雨水渗透至钢桥面板1，大大减少了钢梁的使用寿命，最终影响全桥的耐久性。
随着材料科学的发展和进步，在桥梁建筑领域出现了超高性能混凝土。虽然超高性能混凝土具有抗拉强度高、刚度大、耐久性好等优点，将其应用于钢箱梁桥梁中形成钢-超高性能混凝土组合桥面板，能够一定程度改善螺栓连接区域的受力，但在螺栓连接区域与非螺栓连接区域交界的截面上依然未能解决由于截面突变导致刚度突变，进而引起应力集中的问题，这使得局部应力过大、开裂风险高、桥梁结构耐久性及抗疲劳性能难以满足正常使用要求等重大缺陷依然存在。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种内应力小、局部抗拉强度和刚度高、可提高桥梁结构耐久性的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，并且提供了该连接接头的施工方法，该施工方法对工艺设备要求低，操作简单、实用性强。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种钢-超高性能混凝土组合板连接接头，包括钢桥面板、连接于相邻两钢桥面板上方的连接板以及浇筑于所述钢桥面板上的超高性能混凝土层，所述连接板的上方设有多根纵向钢筋和横向钢筋组成的纵横向钢筋，超高性能混凝土层包覆所述连接板、纵向钢筋和横向钢筋，所述钢桥面板上沿纵横向固设有多个剪力钉，所述超高性能混凝土层包覆所述剪力钉，所述纵向钢筋通长设置在所述连接板的上方，多根纵向钢筋中的至少部分与连接板焊接，焊接位置设置在纵向钢筋与连接板两侧边缘的交汇处。
上述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，优选的，所述剪力钉呈多排布置，靠近连接板处的剪力钉加密设置，靠近连接板的剪力钉与连接板之间留有间隙，所述间隙的宽度不小于所述横向钢筋的直径，该间隙中布置至少一根所述横向钢筋(优选1根)。
上述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，优选的，所述多根纵向钢筋中的一半与连接板焊接。
上述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，优选的，所述连接板通过多个高强螺栓与钢桥面板连接，所述超高性能混凝土层包覆所述高强螺栓；所述剪力钉固设在连接板以外的钢桥面板上。
上述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，优选的，所述纵向钢筋布置在横向钢筋的下方。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工方法，包括以下步骤：
S1、将预制的钢桥面板和连接板进行现场拼接；
S2、在拼接好的钢桥面板上焊接多个剪力钉；
S3、在连接板上通长设置多根纵向钢筋，并在纵向钢筋上布置横向钢筋，将多根纵向钢筋中的至少部分在连接板两侧的边缘处与连接板进行焊接；
S4、在钢桥面板上浇筑超高性能混凝土层，将所述连接板、剪力钉纵向钢筋和横向钢筋包覆在浇筑超高性能混凝土层内，完成连接接头的施工。
上述的施工方法，优选的，所述步骤S2中，在靠近连接板处加密布置剪力钉，剪力钉与连接板之间留有间隙。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)通过在连接区域与非连接区域的交界处焊接剪力钉，并在靠近连接板处对剪力钉进行加密设置，使得超高性能混凝土层与钢桥面板紧密结合，共同受力，提高了局部抗拉强度和刚度，降低了由于截面突变带来的应力集中，减少了开裂风险，保证了桥梁结构的耐久性。
(2)通过将纵向钢筋焊接于连接板上，进一步提高了该连接接头的局部抗拉强度和刚度，确保桥梁结构的耐久性。
(3)本发明的连接接头在应用中仅需加密焊接剪力钉或焊接纵向钢筋于连接板上，无需复杂的施工工艺和特殊的施工设备，采用普通焊接技术即可完成，设备投入小，简单易操作，对劳动力素质和工艺要求较低，具有极大的使用价值和良好的经济效益，尤其在采用钢箱梁栓接技术的大跨桥梁桥面铺装及其维修中具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中正交异性钢箱梁整体刚性桥面螺栓连接区域剖面示意图。
图2为本发明实施例1的钢-超高性能混凝土组合板连接接头的俯视示意图。
图3为图2的A-A向剖视示意图。
图4为本发明实施例2的钢-超高性能混凝土组合板连接接头的俯视示意图。
图5为图4的B-B向剖视示意图。
图6为本发明实施例3的钢-超高性能混凝土组合板连接接头的俯视示意图。
图7为图6的C-C向剖视示意图。
图例说明：
1、钢桥面板；2、连接板；3、超高性能混凝土层；4、剪力钉；5、纵向钢筋；6、横向钢筋；7、高强螺栓；8、桥面铺装层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“连接于”另一元件上时，它可以是直接连接在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接连接在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
一种本发明的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，该连接接头主要应用于采用钢箱梁栓接技术的大跨桥梁桥面铺装及其维修过程中，该连接接头的结构示意图如图2和图3所示。由图2和图3可见，其主要由下部的两块钢桥面板1和位于两块钢桥面板1上方的连接板2组成，该连接板2通过多根高强螺栓7与两块钢桥面板1连接固定，连接板2的上方设有多根纵向钢筋5，纵向钢筋5的上方架设有多根横向钢筋6，钢桥面板1上焊接有多个剪力钉4，该剪力钉4呈多排布置，且在靠近连接板2处进行加密设置，大大提高了该连接接头的局部抗拉强度和刚度，降低了由于截面突变带来的应力集中，减少了开裂风险。最靠近连接板2的剪力钉4与连接板2之间留有间隙，该间隙的宽度不小于横向钢筋6的直径，以便在该间隙中放置横向钢筋6，减小螺栓连接区域与非螺栓连接区域交界的局部应力。钢桥面板1的上方整体浇筑有超高性能混凝土层3，该超高性能混凝土层3将上述连接板2、剪力钉4、纵向钢筋5、横向钢筋6和高强螺栓7包覆在内。该连接接头与现有的正交异性钢箱梁整体刚性桥面螺栓连接接头(参见图1)相比，在钢桥面板1上焊接了剪力钉4，并在靠近连接板2处对剪力钉4进行加密设置，使得超高性能混凝土层3与钢桥面板1紧密结合，共同受力，保证了桥梁结构的耐久性。
一种本实施例上述钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工方法，具体包括以下步骤：
(1)架设钢梁：按照常规钢桥桥梁施工方法依次进行钢梁的预制、现场拼接(栓接)工序，直至完成钢梁架设，将钢桥面板1和连接板2拼接好；
(2)钢桥面板上焊接剪力钉：对已架设连接的钢桥面板1进行喷砂除锈，以保证钢桥面板1的表面清洁，然后用焊枪将剪力钉4纵横向焊接于钢桥面板1上，在靠近螺栓连接区域(连接板2处)加密焊接剪力钉4，但保证剪力钉4与连接板2保持一定的间隙，间隙优选能布置一根横向钢筋6为宜，然后清除焊渣；
(3)施工布置纵、横向钢筋：在已经焊接剪力钉4的钢桥面板1上(于连接板2的上方)布置纵、横向钢筋，纵向钢筋5在下，横向钢筋6在上；
(4)浇注超高性能混凝土层：在经过步骤(2)和(3)施工后的钢桥面板1上浇注超高性能混凝土，并保证连接板2、剪力钉4、纵向钢筋5和横向钢筋6包埋于超高性能混凝土中，形成超高性能混凝土层3，即完成本实施例的钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工。
实施例2
一种本发明的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，该连接接头主要应用于采用钢箱梁栓接技术的大跨桥梁桥面铺装及其维修过程中，该连接接头的结构示意图如图4和图5所示。由图4和图5可见，其主要由下部的两块钢桥面板1和位于两块钢桥面板1上方的连接板2组成，该连接板2通过多根高强螺栓7与两块钢桥面板1连接固定，连接板2的上方设有多根纵向钢筋5，纵向钢筋5的上方架设有多根横向钢筋6，钢桥面板1上焊接有多个剪力钉4，该剪力钉4呈多排布置，且在靠近连接板2处进行加密设置，最靠近连接板2的剪力钉4与连接板2之间留有间隙，该间隙的宽度不小于横向钢筋6的直径，以便在该间隙中放置横向钢筋6，减小螺栓连接区域与非螺栓连接区域交界的局部应力。钢桥面板1的上方整体浇筑有超高性能混凝土层3，该超高性能混凝土层3将上述连接板2、剪力钉4、纵向钢筋5、横向钢筋6和高强螺栓7包覆在内。
本实施例中，多根纵向钢筋5通长设置在连接板2的上方，中间不断开，以提高抗拉强度和刚度，该多根纵向钢筋5中的至少部分在连接板2靠近非连接区域的边缘处与连接板2焊接固定，进一步降低该连接接头在螺栓连接区域与非连接区域交界处的应力集中，提高了局部抗拉强度和刚度，减少了开裂风险，保证了桥梁结构的耐久性。最好是将一半的纵向钢筋5在连接板2靠近非连接区域的边缘处与连接板2进行焊接。该连接接头与现有的正交异性钢箱梁整体刚性桥面螺栓连接接头(参见图1)相比，在钢桥面板1上焊接了剪力钉4，在靠近连接板2处对剪力钉4进行加密设置，并且将纵向钢筋5焊接于连接板2上，大大提高了该连接接头的局部抗拉强度和刚度，确保桥梁结构的耐久性。
一种本实施例上述钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工方法，具体包括以下步骤：
(1)架设钢梁：按照常规钢桥桥梁施工方法依次进行钢梁的预制、现场拼接(栓接)工序，直至完成钢梁架设，将钢桥面板1和连接板2拼接好；
(2)钢桥面板上焊接剪力钉：对已架设连接的钢桥面板1进行喷砂除锈，以保证钢桥面板1的表面清洁，然后用焊枪将剪力钉4纵横向焊接于钢桥面板1上，在靠近螺栓连接区域(连接板2处)加密焊接剪力钉4，但保证剪力钉4与连接板2保持一定的间隙，间隙优选能布置一根横向钢筋6为宜，然后清除焊渣；
(3)施工布置纵、横向钢筋：在已经焊接剪力钉4的钢桥面板1上(于连接板2的上方)布置纵、横向钢筋，纵向钢筋5在下，横向钢筋6在上，纵向钢筋5通长通过连接板2的上方，中间不间断；并将至少部分纵向钢筋5焊接于连接板2的边缘(连接区域与非连接区域交界处)，优选在连接板2上焊接一半数量的纵向钢筋5；
(4)浇注超高性能混凝土层：在经过步骤(2)和(3)施工后的钢桥面板1上浇注超高性能混凝土，并保证连接板2、剪力钉4、纵向钢筋5和横向钢筋6包埋于超高性能混凝土中，形成超高性能混凝土层3，即完成本实施例的钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工。
实施例3
一种本发明的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，该连接接头主要应用于采用钢箱梁栓接技术的大跨桥梁桥面铺装及其维修过程中，该连接接头的结构示意图如图6和图7所示。由图6和图7可见，其主要由下部的两块钢桥面板1和位于两块钢桥面板1上方的连接板2组成，该连接板2通过多根高强螺栓7与两块钢桥面板1连接固定，连接板2的上方设有多根纵向钢筋5，纵向钢筋5的上方架设有多根横向钢筋6，钢桥面板1上焊接有多个剪力钉4，钢桥面板1的上方整体浇筑有超高性能混凝土层3，该超高性能混凝土层3将上述连接板2、剪力钉4、纵向钢筋5、横向钢筋6和高强螺栓7包覆在内。多根纵向钢筋5通长设置在连接板2的上方，中间不断开，以提高抗拉强度和刚度，该多根纵向钢筋5中的至少部分在连接板2靠近非连接区域的边缘处与连接板2焊接固定，进一步降低该连接接头在螺栓连接区域与非连接区域交界处的应力集中，提高了局部抗拉强度和刚度，减少了开裂风险，保证了桥梁结构的耐久性。最好是将一半的纵向钢筋5在连接板2靠近非连接区域的边缘处与连接板2进行焊接。通过将纵向钢筋5焊接在连接板2上，有效地提高了该连接接头的局部抗拉强度和刚度，确保桥梁结构的耐久性，并且该连接接头无需复杂的施工工艺和特殊的施工设备，采用普通焊接技术即可完成，设备投入小，简单易操作，对劳动力素质和工艺要求较低，具有极大的使用价值和良好的经济效益，尤其在采用钢箱梁栓接技术的大跨桥梁桥面铺装及其维修中具有广阔的应用前景。
一种本实施例上述钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工方法，具体包括以下步骤：
(1)架设钢梁：按照常规钢桥桥梁施工方法依次进行钢梁的预制、现场拼接(栓接)工序，直至完成钢梁架设，将钢桥面板1和连接板2拼接好；
(2)钢桥面板上焊接剪力钉：对已架设连接的钢桥面板1进行喷砂除锈，以保证钢桥面板1的表面清洁，然后用焊枪将剪力钉4纵横向焊接于钢桥面板1上，然后清除焊渣；
(3)施工布置纵、横向钢筋：在已经焊接剪力钉4的钢桥面板1上(于连接板2的上方)布置纵、横向钢筋，纵向钢筋5在下，横向钢筋6在上，纵向钢筋5通长通过连接板2的上方，中间不间断；并将至少部分纵向钢筋5焊接于连接板2的边缘(连接区域与非连接区域交界处)，优选在连接板2上焊接一半数量的纵向钢筋5；
(4)浇注超高性能混凝土层：在经过步骤(2)和(3)施工后的钢桥面板1上浇注超高性能混凝土，并保证连接板2、剪力钉4、纵向钢筋5和横向钢筋6包埋于超高性能混凝土中，形成超高性能混凝土层3，即完成本实施例的钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种钢-超高性能混凝土组合板连接接头，包括钢桥面板(1)、连接于相邻两钢桥面板(1)上方的连接板(2)以及浇筑于所述钢桥面板(1)上的超高性能混凝土层(3)，所述连接板(2)的上方设有多根纵向钢筋(5)和横向钢筋(6)，所述超高性能混凝土层(3)包覆所述连接板(2)、纵向钢筋(5)和横向钢筋(6)，其特征在于：所述钢桥面板(1)上沿纵横向固设有多个剪力钉(4)，所述超高性能混凝土层(3)包覆所述剪力钉(4)，所述纵向钢筋(5)通长设置在所述连接板(2)的上方，多根纵向钢筋(5)中的至少部分与连接板(2)焊接，焊接位置设置在纵向钢筋(5)与连接板(2)两侧边缘的交汇处。
2.根据权利要求1所述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，其特征在于：所述剪力钉(4)呈多排布置，靠近连接板(2)处的剪力钉(4)加密设置，靠近连接板(2)的剪力钉(4)与连接板(2)之间留有间隙，该间隙中布置至少一根所述横向钢筋(6)。
3.根据权利要求1所述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，其特征在于：所述多根纵向钢筋(5)中的一半与连接板(2)焊接。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，其特征在于：所述连接板(2)通过多个高强螺栓(7)与钢桥面板(1)连接，所述超高性能混凝土层(3)包覆所述高强螺栓(7)；所述剪力钉(4)固设在连接板(2)以外的钢桥面板(1)上。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头，其特征在于：所述纵向钢筋(5)布置在横向钢筋(6)的下方。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工方法，包括以下步骤：
S1、将预制的钢桥面板(1)和连接板(2)进行现场拼接；
S2、在拼接好的钢桥面板(1)上焊接多个剪力钉(4)；
S3、在连接板(2)上通长设置多根纵向钢筋(5)，并在纵向钢筋(5)上布置横向钢筋(6)，将多根纵向钢筋(5)中的至少部分在连接板(2)两侧的边缘处与连接板(2)进行焊接；
S4、在钢桥面板(1)上浇筑超高性能混凝土层(3)，将所述连接板(2)、剪力钉(4)纵向钢筋(5)和横向钢筋(6)包覆在浇筑超高性能混凝土层(3)内，完成连接接头的施工。
7.一种如权利要求6所述的钢-超高性能混凝土组合板连接接头的施工方法，其特征在于：所述步骤S2中，在靠近连接板(2)处加密布置剪力钉(4)，剪力钉(4)与连接板(2)之间留有间隙。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |