CN109868734B - 一种组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构及其施工方法，其改进了传统接缝处的结构形式，提高了桥梁工程中构件的预制拼装化程度，该新型接缝中的螺栓连接件同时起到连接和抗剪的作用。本发明新型接缝利用螺栓连接件、钢节点板和环氧砂浆将预制混凝土板和钢梁连成一体，施工步骤包括：1.预埋螺栓连接件套筒；2.在混凝土与钢梁结合处铺设塑料薄膜，灌注环氧砂浆；3.张拉混凝土板横向预应力；4.安装底部螺栓；5.安装顶部螺栓与钢节点板。本发明无需在钢梁上设置连接件，仅用螺栓实现连接和抗剪功能，能加快施工速度，改善结构受力；环氧砂浆的应用避免了现场浇筑混凝土，利于控制施工质量。

Description

一种组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构及其施工方法。

背景技术

钢—混组合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构型式，它通过在下部的钢梁和上部的混凝土翼缘板混凝土板之间设置剪力连接件以抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移，使两者成为一个整体而共同工作。

装配式钢—混组合梁桥由钢主梁和混凝土桥面板组成，充分发挥了钢材和混凝土材料各自的力学性能。钢主梁和混凝土桥面板均在工厂内集中预制，运输至施工现场进行拼装，然后浇筑结构接缝以形成整体结构及连续体系。为减小钢混组合梁预制件的吊装重量和便于运输，装配式钢混组合梁桥一般均在相邻两主梁中间处桥面板上设置纵向接缝，预制构件拼装完成后浇筑接缝混凝土形成整体。

目前，常用的桥面板纵缝连接构造多采用预制桥面板外伸钢筋加浇筑与预制桥面板同标号的混凝土的方式。预制桥面板外伸钢筋在接缝内一般为环形或直线形式，仅绑扎或无处理时，接缝连接可靠性不足，容易产生病害；若采用钢筋焊接，则现场焊接工作量大，且受现场施工环境影响较大。

在钢-混凝土组合梁装配化施工过程中，湿接缝是将装配化的预制桥面板和钢梁网格连接成整体的关键，而湿接缝界面的剪力钉更是传递界面剪力使二者整体受力的重要构件，然而湿接缝的界面缝隙以及混凝土开裂和新旧结合面不紧密使得界面的剪力钉很容易受到环境腐蚀的作用。

我国《钢-混凝土组合桥梁设计规范GB50917-2013》中明确规定“当桥面板使用预制钢筋混凝土桥面板时，应采用措施使预制板与钢梁间密贴，满足防水要求”，同时《公路钢混组合桥梁设计与施工规范JTG/T D64-01-2015》中关于钢混接触面耐久性设计中也规定“应从混凝土配置、构造要求以及施工工艺等方面防止接触面脱空”。因此可见，对于钢混凝土组合梁结合界面进行防腐蚀设计以保证结构的耐久性是必不可缺的一个设计环节。

湿接缝界面的剪力钉是保证组合梁组合效应的关键构件，在施工过程中是埋置于湿接缝混凝土中的，一旦施工后，不能轻易更换。在腐蚀环境下，保证剪力钉不被锈蚀是保证结构安全和耐久的关键，对于一些跨海跨江大桥来讲，实现结构100年的设计使用期限更是要求对于结构的关键部件要进行耐久性设计和防护，而目前仅采用一般的橡胶条密封钢混缝隙的方法并不能达到设计效果，对于组合梁湿接缝混凝土开裂以及新旧混凝土接触面不密实的情况没有防腐意义。

而传统的干接缝连接方法是先在接缝处的钢梁上焊接集束式焊钉，再在接缝处两块混凝土板之间灌注混凝土或环氧砂浆，从而将钢梁与混凝土板连接为整体，钢梁与混凝土板之间通过焊钉抵抗相互滑移。

这种接缝形式需焊接大量焊钉于钢梁上，接缝处混凝土板的钢筋需进行焊接，工序复杂，施工周期长，焊接处可能存在残余应力，且传力不够直接；现场浇筑混凝土不易控制施工质量，且混凝土的收缩对接缝的影响难以估算。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构及其施工方法，其改进了传统接缝处的结构形式，提高了桥梁工程中构件的预制拼装化程度，该新型接缝中的螺栓连接件同时起到连接和抗剪的作用。

一种组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构，包括钢梁、待拼接的两块混凝土板、钢节点板以及螺栓连接件，混凝土板、钢节点板和钢梁上翼缘板上均开有供螺栓连接件穿过的定位孔；所述螺栓连接件包括套筒、顶部螺栓和底部螺栓，套筒预埋于混凝土板的定位孔内，钢节点板和钢梁上翼缘板上的定位孔分左右两排且分别与两块混凝土板上的定位孔相对准，两块混凝土板之间的缝隙采用环氧砂浆灌注填充，顶部螺栓穿过钢节点板定位孔与混凝土板中的套筒螺纹连接，底部螺栓穿过钢梁上翼缘板定位孔与混凝土板中的套筒螺纹连接。

进一步地，所述混凝土板由工厂预制且内部开有横向预应力筋穿过的孔道。

进一步地，所述套筒长度与混凝土板厚保持一致，钢节点板的宽度大于等于钢梁上翼缘板的宽度。

进一步地，所述螺栓连接件将两块混凝土板与钢梁连为一体，同时起到抗剪连接件的作用。

进一步地，所述钢梁与混凝土板的结合处铺设塑料薄膜，其作用是避免环氧砂浆与钢梁粘结，导致钢梁受到横向预应力的影响。

本发明中钢梁上无需焊接集束式焊钉，混凝土板与钢梁通过螺栓连接件和环氧砂浆连成一体。

上述组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构的施工方法，包括如下步骤：

(1)预制混凝土板，制作过程中按设计的间距在混凝土板内预埋螺栓连接件的套筒；

(2)在混凝土板与钢梁结合处铺设塑料薄膜，同时在两块混凝土板之间预留的槽缝内灌注环氧砂浆；

(3)利用千斤顶张拉混凝土板中的横向预应力筋；

(4)将底部螺栓穿过钢梁上翼缘板定位孔与预埋在混凝土板内的套筒螺纹连接，拧紧螺栓，使钢梁与混凝土板连成一体；

(5)使钢节点板在混凝土板上完成定位，再将顶部螺栓穿过钢节点板定位孔与预埋在混凝土板内的套筒螺纹连接，拧紧螺栓，形成抗剪连接件。

进一步地，所述步骤(2)中灌注的环氧砂浆用以连接两块预制混凝土板，在灌注过程中尽量保证环氧砂浆灌注均匀密实，使整个桥面板接缝连为一体。

进一步地，所述钢节点板在制作过程时，将其对称放置于钢梁上翼缘板上，根据螺栓连接件的间距在钢节点板和钢梁上翼缘板上钻出定位孔。

本发明施工过程中组合梁斜拉桥桥面板存在横向预应力，为避免张拉横向预应力时由于钢梁与混凝土板的连接导致混凝土板开裂，在安装螺栓之前用千斤顶完成横向预应力的张拉。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

1.本发明的螺栓连接件制作、混凝土板的预制、套筒的预埋以及钢节点板的制作均可以在工厂完成，现场仅进行混凝土板与钢梁的连接和环氧砂浆的灌注，加快了施工进度。

2.本发明适用于组合梁斜拉桥，在新型接缝施工中，铺设塑料薄膜避免环氧砂浆与钢梁连接，故施加横向预应力时桥面板与钢梁未形成稳定连接，提高了混凝土板的横向预应力的施加效率。

3.本发明用螺栓连接件代替了焊钉，在实现混凝土板与钢梁的连接的同时起到抗剪连接件的作用，省去了在钢梁上焊接集束式焊钉的工序，减少了焊接工作量，简化施工工序。

4.本发明用环氧砂浆填充两块预制混凝土的槽缝，避免了现场浇筑混凝土，加快施工速度，减少环境污染，便于控制施工质量。

5.本发明采用螺栓连接件对混凝土板和钢梁进行连接，操作简单快速，可实现混凝土板与钢梁的可拆卸连接；作为抗剪作用的螺栓连接件均匀分布在两块混凝土板中，而不是集中在环氧砂浆接缝处，结构受力更明确、合理。

附图说明

图1为本发明组合梁斜拉桥桥面板新型接缝的结构示意图。

图2为本发明组合梁斜拉桥桥面板新型接缝的施工顺序图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构，包括钢梁1、待拼接的两块混凝土板2、钢节点板3以及螺栓连接件4，混凝土板2采用强度等级为C40～C60的混凝土或高性能混凝土，厚度在240mm～280mm之间。混凝土板之间的槽缝5端部宽1～2cm，中部宽3～4cm，钢节点板3厚度取决于混凝土板的配筋率，保证连接处钢节点板3截面总面积的不小于混凝土板该方向的钢筋截面积之和，螺栓孔间距取5倍螺栓直径。

混凝土板2、钢节点板3和钢梁1上翼缘板上均开有供螺栓连接件穿过的定位孔；螺栓连接件4包括顶部螺栓101、套筒102和底部螺栓103，套筒102预埋于混凝土板的定位孔内，钢节点板3和钢梁1上翼缘板上的定位孔分左右两排且分别与两块混凝土板2上的定位孔相对准。

混凝土板2由工厂预制，根据需要在内部开有横向预应力筋穿过的孔道，制作时按设计间距预埋螺栓连接件4的套筒102，套筒102长度与混凝土板2厚度保持一致。

钢节点板3为工厂批量加工，钢节点板3的宽度大于或等于钢梁上翼缘的宽度，定位孔数目及位置与螺栓连接件相同。定位孔的直径与到边缘距离应满足节点板强度大于螺栓连接件的抗剪强度。节点板3加工时，保证节点板各截面厚度相等。

螺栓连接件4将钢梁1与两块混凝土板2连为一体，同时起到抗剪连接件的作用，顶部螺栓101穿过钢节点板3的定位孔与混凝土板2中预埋的套筒螺纹连接，底部螺栓103穿过钢梁1上翼缘板定位孔与混凝土板2中预埋的套筒螺纹连接；两块混凝土板之间的槽缝5内灌注环氧砂浆使其共同工作，所选的环氧砂浆设计强度不低于桥面板混凝土设计强度，钢梁1上翼缘未设置集束式焊钉。

组合梁斜拉桥存在横向预应力，需避免张拉横向预应力时由于钢梁1与混凝土板2的连接导致混凝土板开裂；钢梁1与混凝土板2的结合处铺设塑料薄膜，塑料薄膜的作用是避免环氧砂浆与钢梁粘结，导致钢梁1受到横向预应力的影响，张拉横向预应力需在安装螺栓之前完成。

如图2所示，本发明组合梁斜拉桥桥面板新型接缝的施工方法，包括如下步骤：

A.制作节点板。

制作钢节点板3时，将钢节点板3对称放置于钢梁1上，定位孔根据螺栓连接件的间距确定。钢梁1和钢节点板3上的定位孔直径应比螺栓公称直径大1～1.5mm。钻孔时，应先将节点板置于钢梁1上翼缘相应位置处，用钻孔工具同步钻孔或以节点板3上的定位孔为参考钻取翼缘板上定位孔，以保证上下定位孔精确对准。

B.预埋螺栓连接件套筒。

螺栓连接件4由顶部螺栓101、套筒102和底部螺栓103组成，浇筑混凝土前按设计好的间距设置套筒102，采取必要密封措施避免混凝土浆液进入套筒102，并在模板上固定，避免浇筑过程中套筒102倾斜。

混凝土浇筑前，测试混凝土坍落度，坍落度值需满足在180～200mm范围内，且必须对混凝土的粘聚性和保水性进行观察，在确认混凝土和易性好之后，方能入模浇筑。

混凝土板2预制时需保证表面平整，尤其是预埋连接件套筒102处的表面，平整度误差不宜大于2mm，以保证混凝土板2和钢节点板3紧密相贴，增长使用寿命。

C.在混凝土与钢梁结合处铺设塑料薄膜，灌注环氧砂浆。

在钢梁1与混凝土板2交界处铺设塑料薄膜，并固定于钢梁上翼缘处，其作用是避免在环氧砂浆与钢梁1粘结，导致钢梁1受到横向预应力的影响。铺设塑料薄膜时，保证薄膜铺设平整，避免槽缝5处的薄膜产生褶皱而影响环氧砂浆施工质量。

在混凝土板之间预留的槽缝5内灌注环氧砂浆，连接两块预制混凝土板2，尽量保证环氧砂浆灌注均匀密实，使整个桥面板接缝连为一体。环氧砂浆灌注完成后，除去表面多余环氧砂浆，保证接缝表面平整，与混凝土板表面平齐，高度误差不得大于1mm。表面处理后，对环氧砂浆进行适当养护，等待环氧砂浆硬化达到设计强度。

D.张拉混凝土板横向预应力。

组合梁斜拉桥桥面板存在横向预应力，为避免张拉横向预应力时由于钢梁1与混凝土板2的连接导致混凝土板2开裂，在安装螺栓之前、环氧砂浆达到设计强度后用千斤顶完成横向预应力的张拉。施加预应力时应采用张拉力与引伸量双控，当预应力钢束张拉达到设计张拉力时，实际引伸量值与理论引伸量值的误差控制在±6％以内。安装锚垫板时，应特别注意其锚固面与预应力筋相垂直，并及时对锚固端进行封闭保护或防腐处理。

E.安装底部螺栓。

将底部螺栓103穿过钢梁上的螺栓孔与预埋在混凝土里的套筒102连接，拧紧螺栓，使钢梁1与混凝土板2连成一体。安装时应拧紧底部螺栓103，保证螺帽与钢梁上翼缘板紧贴，并及时做好防腐措施，表面清洗去污后喷漆处理，增强结构耐久性。

F.安装顶部螺栓与钢节点板。

将钢节点板3在混凝土板上完成定位，再将顶部螺栓101穿过钢节点板3与预埋在混凝土板里的套筒102连接，拧紧顶部螺栓101，保证螺帽与钢节点板3紧贴，完成螺栓连接件的安装，形成抗剪连接件后，清除表面杂物，进行喷漆处理以防腐蚀。

本发明中组合梁斜拉桥桥面板由上部预制的拆分式混凝土板及下部钢梁拼接组成，两块混凝土之间通过灌注环氧砂浆连接为一体，混凝土板与钢梁之间通过螺栓连接件拼接为一体，避免了在钢梁上翼缘设置集束式焊钉，工序简单，受力明确，施工速度快。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构，其特征在于：包括钢梁、待拼接的两块混凝土板、钢节点板以及螺栓连接件，混凝土板、钢节点板和钢梁上翼缘板上均开有供螺栓连接件穿过的定位孔；所述螺栓连接件包括套筒、顶部螺栓和底部螺栓，套筒预埋于混凝土板的定位孔内，钢节点板和钢梁上翼缘板上的定位孔分左右两排且分别与两块混凝土板上的定位孔相对准，两块混凝土板之间的缝隙采用环氧砂浆灌注填充，顶部螺栓穿过钢节点板定位孔与混凝土板中的套筒螺纹连接，底部螺栓穿过钢梁上翼缘板定位孔与混凝土板中的套筒螺纹连接；

所述混凝土板由工厂预制且内部开有横向预应力筋穿过的孔道；所述螺栓连接件将两块混凝土板与钢梁连为一体，同时起到抗剪连接件的作用；所述钢梁与混凝土板的结合处铺设塑料薄膜，其作用是避免环氧砂浆与钢梁粘结，导致钢梁受到横向预应力的影响。

2.根据权利要求1所述的组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构，其特征在于：所述套筒长度与混凝土板厚保持一致，钢节点板的宽度大于等于钢梁上翼缘板的宽度。

3.一种如权利要求1所述组合梁斜拉桥桥面板新型接缝结构的施工方法，包括如下步骤：

(1)预制混凝土板，制作过程中按设计的间距在混凝土板内预埋螺栓连接件的套筒；

(2)在混凝土板与钢梁结合处铺设塑料薄膜，同时在两块混凝土板之间预留的槽缝内灌注环氧砂浆，用以连接两块预制混凝土板，在灌注过程中尽量保证环氧砂浆灌注均匀密实，使整个桥面板接缝连为一体；

(3)利用千斤顶张拉混凝土板中的横向预应力筋；

(4)将底部螺栓穿过钢梁上翼缘板定位孔与预埋在混凝土板内的套筒螺纹连接，拧紧螺栓，使钢梁与混凝土板连成一体；

(5)使钢节点板在混凝土板上完成定位，再将顶部螺栓穿过钢节点板定位孔与预埋在混凝土板内的套筒螺纹连接，拧紧螺栓，形成抗剪连接件；

所述钢节点板在制作过程时，将其对称放置于钢梁上翼缘板上，根据螺栓连接件的间距在钢节点板和钢梁上翼缘板上钻出定位孔。

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