CN108660921A - 正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了正交异性钢‑超高性能混凝土桥面结构及其施工方法,其中,正交异性钢‑超高性能混凝土桥面包括纵肋板、横隔板和超高性能混凝土桥面板,纵肋板上设有多个沿自身长度方排布的U形槽,横隔板焊接在纵肋板的底部,并间隔设置为多个,超高性能混凝土桥面板通过剪力连接件设置在纵肋板的顶部,其包括预制超高性能混凝土层和现浇超高性能混凝土层。本发明取消了钢顶板以及纵肋板上用于与横隔板连接的切口,通过纵肋板上的U形槽开口,具有抗扭刚度大、扭转变形小的特点,可有效降低纵肋板与横隔板焊接处的疲劳开裂风险。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领,具体涉及正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构及其施工方法。
背景技术
正交异性钢桥面板具有轻质、高强、适用性广、施工速度快等诸多优点,因而在大跨度桥梁上大量使用。但其构造复杂,焊缝较多,因直接承受局部车辆轮载的反复作用,在本领域内,其疲劳破坏问题十分突出。
日本曾对约7000座桥梁工程实例进行了调研,发现采用U肋的正交异性钢桥面板中,纵肋和横隔板的切口部分的环形焊缝损伤最多,占整体的38.2%。顶板和竖向加强肋的焊接部分次之,占整体的31.5%。顶板和纵肋的焊接部分损伤第三,占整体的18.9%,这三种损伤类型约占总和的88%。其中,顶板与竖向加强肋的焊缝损伤可通过更好的构造细节避免,而对于顶板与纵肋角焊缝及纵肋与横隔板切口位置的疲劳开裂问题一直未得到有效的解决。顶板与纵肋的角焊缝疲劳开裂是由受载的局部作用引起顶板面外弯曲,从而产生较大的疲劳应力幅所导致,它与顶板的面外弯曲刚度直接相关。纵肋与横隔板切口处疲劳开裂主要由轮载引起,其导致U肋扭曲,使U肋在横隔板上的切口位置产生较大的弯曲应力,发生与扭曲变形。
中国发明专利CN102943436A和中国实用新型专利CN206486812U分别提供一种含抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构及其施工方法和一种正交异性钢板-混凝土组合桥面板,通过在传统正交异性板上浇筑超高性能混凝土层实现提高桥面板的刚度,其本质上仍属于传统的正交异性钢桥面系范畴,依然由钢顶板、U肋、横隔板三个部分组成传统的正交异性钢桥面系,顶板和U肋的焊缝、横隔板上用于与U肋连接的切口依然存在,难以解决顶板与纵肋、纵肋与横隔板这两处的疲劳开裂问题。
有鉴于此,急需对现有的正交异性钢-超高性能混凝土桥面及其施工方法改进,以解决顶板与纵肋、纵肋与横隔板处疲劳开裂的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构及其施工方法存在的顶板与纵肋、纵肋与横隔板处疲劳开裂的问题。
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构,包括:
纵肋板,其上设有多个沿自身长度方向排布的U形槽;
横隔板,焊接在所述纵肋板的底部,并间隔设置为多个;
超高性能混凝土桥面板,通过剪力连接件设置在所述纵肋板的顶部,其包括预制超高性能混凝土层和现浇超高性能混凝土层。
在上述方案中,所述预制超高性能混凝土层设置在所述U形槽的上部的槽口内,所述现浇超高性能混凝土层设置在所述预制超高性能混凝土层的上方,并覆盖在所述纵肋板的顶面上。
在上述方案中,预制超高性能混凝土层设置在所述U形槽槽口的顶部,所述现浇超高性能混凝土层设置在所述预制超高性能混凝土层的两侧,且其顶面与所述预制超高性能混凝土层的顶面平齐。
在上述方案中,所述超高性能混凝土桥面板内埋设有钢筋,并形成网状的钢筋结构。
本发明还提供了正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构的施工方法,包括以下步骤:
步骤一、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤二、通过焊接或者栓接连接钢梁节段,形成钢梁;
步骤三、在钢梁的纵肋上水平段的设计位置处焊接剪力连接件;
步骤四、在钢梁的纵肋板上U形槽的槽口处搭建预制超高性能混凝土层,在钢梁的纵肋板上现浇超高性能混凝土,形成现浇超高性能混凝土层。
在上述方案中,包括以下步骤:
步骤一、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤二、在钢梁节段的纵肋板上水平段的设计位置处焊接剪力连接件;
步骤三、在钢梁节段的纵肋板上U形槽的槽口处搭建预制超高性能混凝土层,在钢梁节段的纵肋板上现浇超高性能混凝土,并形成钢-超高性能混凝土组合节段,制作多个钢-超高性能混凝土组合节段;
步骤四、连接钢-超高性能混凝土组合节段,首先通过焊接或者栓接连接钢梁节段,再使用超高性能混凝土浇筑纵肋板上预制超高性能混凝土层之间的湿接缝。
在上述方案中,包括以下步骤:
步骤一、预制超高性能混凝土板块,在超高性能混凝土板块上设置与纵肋板上剪力连接件适配的预留孔洞;
步骤二、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤三、通过焊接或者栓接连接钢梁节段,形成钢梁;
步骤四、在钢梁的纵肋板水平段上的设计位置处焊接剪力连接件;
步骤五、将预制的超高性能混凝土板块放置在钢梁的纵肋板顶面上,使用超高性能混凝土浇筑超高性能混凝土板块上的孔洞和超高性能混凝土板块之间的湿接缝。
在上述方案中,所述剪力连接件包括PBL连接件(开孔钢板连接件)和分布式布置的剪力钉。
在上述方案中,所述剪力连接件为集束式布置的剪力钉。
在上述方案中,现浇超高性能混凝土后进行蒸汽护养。
与现有技术相比,本发明取消了钢顶板,避免了钢顶板与纵肋板的焊缝,解决了顶板与U肋焊缝处易出现的疲劳开裂问题,此外,采用带有U形槽的纵肋板纵肋代替传统的U肋,且U形槽弯折处均用圆弧过渡,并在纵肋板的水平段布置剪力连接件,结构简单,连接可靠。
附图说明
图1是本发明中超高性能混凝土桥面板的结构示意图;
图2是本发明中具体实施例一的结构示意图;
图3是本发明中具体实施例二的结构示意图;
图4是本发明中具体实施例三的结构示意图;
图5是本发明的结构示意图;
图6现有技术中正交异性钢桥面结构的示意图。
具体实施方式
本发明提供了正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构及其施工方法,避免了钢顶板与纵肋板的焊缝,解决了现有技术中正交异性钢桥面结构中顶板与U肋、U肋与横隔板之间的焊缝处易出现的疲劳开裂问题。
如图6所示,现有的正交异性钢桥面结构中,横隔板和U肋之间设有切口,横隔板与U肋焊接,U肋与顶板焊接,此两处焊接位置易出现疲劳开焊的问题。为解决该问题,本发明提供了一种正交异性钢-超高性能混凝土组合桥面结构,如图1、图5所示,本发明包括超高性能混凝土桥面板1、纵肋板2、横隔板3和剪力连接件4。超高性能混凝土桥面板1由预制超高性能混凝土层5和现浇超高性能混凝土层6两部分组成。纵肋板2上设有多个沿自身长度方排布的U形槽,横隔板3与纵肋板2焊接,并间隔设置为多个,超高性能混凝土桥面板1通过剪力连接件4设置在纵肋板2的顶部,剪力连接件4焊接在纵肋板4的水平部分,超高性能混凝土桥面板1包括预制超高性能混凝土层5和现浇超高性能混凝土层6。本发明具有多种形式,下面结合具体实施例分别说明。
具体实施例一:
如图2所示,预制超高性能混凝土层5设置在U形槽的上部的槽口内,现浇超高性能混凝土层6设置在预制超高性能混凝土层5的上方,并覆盖在纵肋板2的顶面上。在施工过程中,首先在U形槽口内放置预制超高性能混凝土层5作为底模,再现浇形成超高性能混凝土层6。
具体实施例二:
如图3所示,其超高性能混凝土桥面板1、纵肋板2、横隔板3和剪力连接件4的结构与具体实施例一相同,不同之处在于,预制超高性能混凝土层5为板状,且其底面与U形槽槽口的上端面平齐。
具体实施例三:
如图4所示,预制超高性能混凝土层5设置在U形槽槽口的顶部,现浇超高性能混凝土层6设置在预制超高性能混凝土层5的两侧,且其顶面与预制超高性能混凝土层5的顶面平齐。
在本发明中,为了增加强度,超高性能混凝土桥面板1内埋设有若干根钢筋,且呈网状布置。优选的,超高性能混凝土桥面板1厚度H=8~15cm。纵肋板2上U形槽之间为水平部分,U形槽的底部呈圆弧状,其槽口通过圆弧倒角与纵肋板2的水平部分连接。优选的,U形槽的槽口宽度a=400~500mm,纵肋板2水平部分的长度e≥a,可取为400~600mm,纵肋板2底部圆弧的圆心至顶面水平部分的垂直距离h=280~320mm,纵肋板2底部的圆弧半径R=130~170mm,U形槽与水平部分连接的圆角半径r=40~60mm,纵肋板2的板厚t=8~12mm。横隔板3间隔设置为多个,并通过连续焊接设置在纵肋板2的底部,横隔板3的间距可为4~8m。优选的,本发明中的剪力连接件包括剪力钉和PBL连接件(开孔钢板连接件)。
在本正交异性钢-超高性能混凝土组合桥面结构中,超高性能混凝土,具有超高强度、高延性、高韧性、高和易性、耐久性,混凝土厚度根据受力需要计算确定,约为8~15cm。纵肋板2设于横隔板3上,且其与横隔板3之间不预留切口。
与现有技术相比,本发明提供的正交异性钢-超高性能混凝土组合桥面结构具有以下优点:
(1)取消钢顶板,避免了顶板与U肋的焊缝。避免了顶板与U肋焊缝处易出现的疲劳开裂问题;
(2)采用具有U形槽的纵肋板2代替传统U肋,且弯折处均用圆弧过渡,纵肋板2的水平部分方便布置剪力连接件,构造简单;
(3)充分利用了超高性能混凝土弯折强度高的特点,用超高性能混凝土代替钢桥面作为顶板后,增加结构的承载能力,面外弯曲刚度大幅提高,因而可采U形槽上部开口尺寸更大的纵肋板2。开口尺寸更大的纵肋板2抗扭刚度大、扭转变形小,且纵肋板2上U形槽的两侧通过大半径圆弧过渡,可降低应力集中,因而可取消纵肋板2与横隔板3的切口,通过取消该切口,可有效降低纵肋板2与横隔板3焊接处的疲劳开裂风险;
(4)采用大纵肋板2,并取消纵肋板2用于与横隔板3连接的切口后,纵肋板2的扭转变形得到有效约束,相应的横隔板3的间距可以增大至6m左右,抗疲劳开裂能力提升,又节约了用料,降低了成本;
(5)本发明的焊接形式简单,焊缝成型质量好,且焊接长度较传统正交异性板结构减少约83%,极大地提高了制造质量和效率;
(6)本发明,由于取消了钢顶板,可根据在纵肋板2上的U形槽布置蒸汽养护装置,从而可实现对超高性能混凝土桥面板1的双面蒸养,可有效降低超高性能混凝土的收缩及徐变效应。
本发明还提供了上述正交异性钢-超高性能混凝土组合桥面结构的几种施工方法,下面结合具体实施方式分别说明。
具体实施例四:
步骤一、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤二、通过焊接或者栓接连接钢梁节段,形成钢梁;
步骤三、在钢梁的纵肋上水平段的设计位置处焊接剪力连接件,剪力连接件选取分布式布置的剪力钉;
步骤四、在钢梁的纵肋板上U形槽的槽口处搭建预制超高性能混凝土层,在钢梁的纵肋板上现浇超高性能混凝土,形成现浇超高性能混凝土层。
具体实施例五:
步骤一、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤二、在钢梁节段的纵肋板上水平段的设计位置处焊接剪力连接件,剪力连接件选取分布式布置的剪力钉;
步骤三、在钢梁节段的纵肋板上U形槽的槽口处搭建预制超高性能混凝土层,在钢梁节段的纵肋板上现浇超高性能混凝土,并形成钢-超高性能混凝土组合节段,制作多个钢-超高性能混凝土组合节段;
步骤四、连接钢-超高性能混凝土组合节段,首先通过焊接或者栓接连接钢梁节段,再使用超高性能混凝土浇筑纵肋板上预制超高性能混凝土层之间的湿接缝。
具体实施例六:
步骤一、预制超高性能混凝土板块,在超高性能混凝土板块上设置与纵肋板上剪力连接件适配的预留孔洞;
步骤二、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤三、通过焊接或者栓接连接钢梁节段,形成钢梁;
步骤四、在钢梁的纵肋板水平段上的设计位置处焊接剪力连接件,剪力连接件选取集束式布置的剪力钉;
步骤五、将预制的超高性能混凝土板块放置在钢梁的纵肋板顶面上,使用超高性能混凝土浇筑超高性能混凝土板块上的孔洞和超高性能混凝土板块之间的湿接缝。
具体实施例七:
步骤一、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤二、通过焊接或者栓接连接钢梁节段,形成钢梁;
步骤三、在钢梁的纵肋上水平段的设计位置处焊接剪力连接件,剪力连接件选取PBL连接件;
步骤四、在钢梁的纵肋板上U形槽的槽口处搭建预制超高性能混凝土层,在钢梁的纵肋板上现浇超高性能混凝土,形成现浇超高性能混凝土层。
具体实施例八:
步骤一、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤二、在钢梁节段的纵肋板上水平段的设计位置处焊接剪力连接件,剪力连接件选取PBL连接件;
步骤三、在钢梁节段的纵肋板上U形槽的槽口处搭建预制超高性能混凝土层,在钢梁节段的纵肋板上现浇超高性能混凝土,并形成钢-超高性能混凝土组合节段,制作多个钢-超高性能混凝土组合节段;
步骤四、连接钢-超高性能混凝土组合节段,首先通过焊接或者栓接连接钢梁节段,再使用超高性能混凝土浇筑纵肋板上预制超高性能混凝土层之间的湿接缝。
优选的,在上述实施例中,现浇超高性能混凝土后进行蒸汽护养。
与现有技术相比,本发明取消了钢顶板,避免了钢顶板与纵肋板的焊缝,解决了顶板与U肋焊缝处易出现的疲劳开裂问题,此外,采用带有U形槽的纵肋板纵肋代替传统的U肋,且U形槽弯折处均用圆弧过渡,并在纵肋板的水平段布置剪力连接件,结构简单,连接可靠。
本发明并不局限于上述最佳实施方式,任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化,凡是与本发明具有相同或相近的技术方案,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构,其特征在于,包括:
纵肋板,其上设有多个沿自身长度方向排布的U形槽;
横隔板,焊接在所述纵肋板的底部,并间隔设置为多个;
超高性能混凝土桥面板,通过剪力连接件设置在所述纵肋板的顶部,其包括预制超高性能混凝土层和现浇超高性能混凝土层。
2.根据权利要求1所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构,其特征在于,所述预制超高性能混凝土层设置在所述U形槽的上部的槽口内,所述现浇超高性能混凝土层设置在所述预制超高性能混凝土层的上方,并覆盖在所述纵肋板的顶面上。
3.根据权利要求1所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构,其特征在于,预制超高性能混凝土层设置在所述U形槽槽口的顶部,所述现浇超高性能混凝土层设置在所述预制超高性能混凝土层的两侧,且其顶面与所述预制超高性能混凝土层的顶面平齐。
4.根据权利要求1所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构,其特征在于,所述超高性能混凝土桥面板内埋设有钢筋,并形成网状的钢筋结构。
5.如权利要求1所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤二、通过焊接或者栓接连接钢梁节段,形成钢梁;
步骤三、在钢梁的纵肋上水平段的设计位置处焊接剪力连接件;
步骤四、在钢梁的纵肋板上U形槽的槽口处搭建预制超高性能混凝土层,在钢梁的纵肋板上现浇超高性能混凝土,形成现浇超高性能混凝土层。
6.根据权利要求5所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤二、在钢梁节段的纵肋板上水平段的设计位置处焊接剪力连接件;
步骤三、在钢梁节段的纵肋板上U形槽的槽口处搭建预制超高性能混凝土层,在钢梁节段的纵肋板上现浇超高性能混凝土,并形成钢-超高性能混凝土组合节段,制作多个钢-超高性能混凝土组合节段;
步骤四、连接钢-超高性能混凝土组合节段,首先通过焊接或者栓接连接钢梁节段,再使用超高性能混凝土浇筑纵肋板上预制超高性能混凝土层之间的湿接缝。
7.根据权利要求5所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、预制超高性能混凝土板块,在超高性能混凝土板块上设置与纵肋板上剪力连接件适配的预留孔洞;
步骤二、使用双面贴角焊法焊接纵肋板和横隔板,形成钢梁节段,制作多个钢梁节段;
步骤三、通过焊接或者栓接连接钢梁节段,形成钢梁;
步骤四、在钢梁的纵肋板水平段上的设计位置处焊接剪力连接件;
步骤五、将预制的超高性能混凝土板块放置在钢梁的纵肋板顶面上,使用超高性能混凝土浇筑超高性能混凝土板块上的孔洞和超高性能混凝土板块之间的湿接缝。
8.根据权利要求5所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构的施工方法,其特征在于,所述剪力连接件包括PBL连接件(开孔钢板连接件)和分布式布置的剪力钉。
9.根据权利要求7所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构的施工方法,其特征在于,所述剪力连接件为集束式布置的剪力钉。
10.根据权利要求5所述的正交异性钢-超高性能混凝土桥面结构的施工方法,其特征在于,现浇超高性能混凝土后进行蒸汽护养。
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