CN111472258A - 大跨悬索桥gfrp筋预制板组合梁桥面系及其施工方法 - Google Patents

大跨悬索桥gfrp筋预制板组合梁桥面系及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，包括钢纵梁、横系梁、预制桥面板以及现浇混凝土接缝，多条钢纵梁平行间隔设置，多条钢纵梁的两端均通过横系梁固定连接，钢纵梁的顶端布置有栓钉剪力键，预制桥面板架设于相邻两钢纵梁上方，相邻两预制桥面板之间通过现浇混凝土接缝连接，预制桥面板内部设置有GFRP筋且GFRP筋的端部凸伸于预制桥面板外，预制桥面板板端预留GFRP筋嵌于栓钉剪力键之间且与现浇混凝土接缝中的GFRP筋绑扎搭接。本大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系及其施工方法，既能有效减少混凝土板裂缝产生，又能解决开裂后钢筋暴露在氯盐环境中的桥面系耐久性问题。

Description

大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系及其施工方法
技术领域
本发明涉及桥梁结构技术领域，尤其涉及大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系及其施工方法。
背景技术
悬索桥以其跨越能力大、轻型美观、能充分利用材料强度等优点，成为大跨度桥梁优先考虑的桥型之一。悬索桥加劲梁的形式主要有钢桁梁和扁平钢箱梁两种，当采用钢桁梁作为加劲梁时，其桥面系可分为钢筋混凝土板桥面系、钢桥面系和钢混组合桥面系。在大跨径悬索桥中，一般不采用钢筋混凝土板桥面系；正交异性钢桥面系运用广泛，但易于疲劳开裂；钢混凝土组合桥面系是通过剪力键将钢筋混凝土板和钢梁组合在一起，在正弯矩作用下，混凝土板以受压为主，钢梁以受拉为主，能够充分发挥混凝土和钢材两种材料的受力性能。但是在连续组合梁桥面系中，支点附近的混凝土板在荷载、温差等因素作用下拉应力较大，负弯矩区的混凝土受拉易开裂，加上冬季经常撒盐除冰，钢筋暴露于氯盐环境中会加速腐蚀，从而降低整体结构的承载力和耐久性，产生安全隐患。
通常，解决办法是对结构施加作用，产生纵桥向的预压应力来控制组合梁负弯矩区的裂缝，包括钢梁起顶、预加静载和配置预应力筋等，可以有效缓解负弯矩区混凝土板的开裂，但施工不便且存在预应力损失；或者是减弱连接刚度，在负弯矩区采用柔性连接件以缓和混凝土板的开裂，但会使桥梁截面刚度减小，结构挠度增大。
这些传统的措施都是在控制裂缝的产生，而没有考虑混凝土板开裂后，钢筋暴露于不良环境尤其是冬季撒盐除冰产生的氯盐环境中，钢筋加速锈蚀导致的耐久性问题。针对大跨径悬索桥组合梁桥面系，目前还没有一种既能有效减少混凝土板裂缝产生，又能解决开裂后钢筋暴露在氯盐环境中的桥面系耐久性问题的方法。尽管所提出的大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系不参与整体结构一起受力，造成一些浪费，但避免了其它类型桥面系沥青混凝土铺装层容易发生损坏的世界性技术难题，从而大大提高桥梁使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系及其施工方法，旨在既能有效减少混凝土板裂缝产生，又能解决开裂后钢筋暴露在氯盐环境中的桥面系耐久性问题。
为实现上述目的，本发明提供一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，其特征在于，包括钢纵梁、横系梁、预制桥面板以及现浇混凝土接缝，其中，
多条所述钢纵梁平行间隔设置，多条所述钢纵梁的两端均通过横系梁固定连接，钢纵梁的顶端布置有栓钉剪力键，预制桥面板架设于相邻两钢纵梁上方，相邻两预制桥面板之间通过现浇混凝土接缝连接，预制桥面板内部设置有GFRP筋且GFRP筋的端部凸伸于预制桥面板外，预制桥面板板端预留GFRP筋嵌于栓钉剪力键之间且与现浇混凝土接缝中的GFRP筋绑扎搭接，预制桥面板和现浇混凝土接缝通过板端预留GFRP筋、现浇混凝土接缝中的GFRP筋、钢纵梁上的栓钉剪力键与钢主梁连接成整体。
优选地，所述钢纵梁与横系梁连接的两端面上均固定有加劲隔板，横系梁通过螺栓与端部的加劲隔板栓接以形成节段钢主梁，若干节段钢主梁连接成钢主梁。
优选地，所述预制桥面板内部设置有横向受力GFRP筋和纵向分布GFRP筋绑扎形成的GFRP筋网。
优选地，所述横向受力GFRP筋至少设置两层，顶层的横向受力GFRP筋末端设置弯钩，弯钩绕过底层横向受力GFRP筋底端且***预制桥面板内部。
优选地，纵向分布GFRP筋至少设置有三层，顶层的纵向分布GFRP筋位于顶层的横向受力GFRP筋下方，中部的纵向分布GFRP筋位于顶层的横向受力GFRP筋和底层的横向受力GFRP筋之间，底层的纵向分布GFRP筋位于弯钩和底层的横向受力GFRP筋之间。
优选地，底层的纵向分布GFRP筋位于弯钩内侧。
优选地，现浇混凝土接缝中布置有GFRP筋，采用钢纤维混凝土灌注并掺入膨胀剂形成。
本发明进一步提出一种基于上述大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系的施工方法，包括以下步骤：
通过横系梁将平行间隔设置的多条钢纵梁连接成整体以形成节段钢主梁，若干节段钢主梁连接成钢主梁；
在相邻两条钢纵梁上方架设预制桥面板，使预制桥面板板端预留GFRP筋嵌于栓钉剪力键之间，安装现浇混凝土接缝中的GFRP筋使其与预制桥面板板端预留GFRP筋绑扎搭接，现浇混凝土形成现浇混凝土接缝，保湿养护后，形成钢混组合梁桥面系。
优选地，所述现浇混凝土形成现浇混凝土接缝的施工过程如下：
将预制桥面板侧面的接触面凿毛、垂直并冲洗湿润，整齐搭接GFRP筋，安装接缝模板后灌注钢纤维混凝土，整平拉毛，形成纵向现浇混凝土接缝；
在横桥向采用相同工艺，吊模浇筑形成横向现浇混凝土接缝，保湿养护后拆除接缝模板。
优选地，在现浇混凝土接缝的钢纤维混凝土中掺入膨胀剂，以补偿混凝土收缩。
本发明提出的大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，相比于传统钢混组合桥面系，通过采用GFRP筋预制桥面板，在无其它明显影响的前提下，能减少负弯矩区裂缝的产生，从而提高桥面系的耐久性；混凝土板开裂后，预制桥面板和现浇混凝土接缝中的GFRP筋也能凭借其优良的耐腐蚀性，在不良环境尤其是冬季撒盐除冰形成的氯盐环境中抵抗腐蚀，从而减缓裂缝的继续发展，延长桥面板的使用寿命；在全寿命周期内，由于桥面系耐久性提高，维修和养护成本下降，总的经济性好。相比于传统桥面系，本发明提供的组合梁桥面系，由于GFRP筋预制桥面板和GFRP筋混凝土接缝重量的减轻，桥面系在减轻自重的同时可以承受更多的荷载，从而使大跨悬索桥的跨度进一步增大。
附图说明
图1为本发明大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系中节段钢主梁的结构示意图；
图2为本发明大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系中预制桥面板的结构示意图；
图3为本发明大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系中预制桥面板横断面的结构示意图；
图4为本发明大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系中预制桥面板纵断面的结构示意图；
图5为本发明大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系中预制桥面板铺设完毕后的结构示意图；
图6为本发明大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系中浇混凝土接缝施工完毕后的示意图。
图中，1-钢纵梁；2-横系梁；3-加劲隔板；4-节段钢主梁；5-栓钉剪力键；6-预制桥面板；61-顶层横向受力GFRP筋；62-底层横向受力GFRP筋；63-顶层纵向分布GFRP筋；64-中层纵向分布GFRP筋；65-底层纵向分布GFRP筋；66-板端预留GFRP筋；7-现浇混凝土接缝；71-现浇混凝土接缝中的GFRP筋。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系。
参照图1至图6，本优选实施例中，一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，包括钢纵梁1、横系梁2、预制桥面板6以及现浇混凝土接缝7，其中，
多条（多条指两条或两条以上）钢纵梁1平行间隔设置，多条钢纵梁1的两端均通过两条横系梁2固定连接，钢纵梁1的顶端布置有栓钉剪力键5，预制桥面板6架设于相邻两钢纵梁1上方，相邻两预制桥面板6之间通过现浇混凝土接缝7连接，预制桥面板6内部设置有GFRP筋且GFRP筋的端部凸伸于预制桥面板6外，预制桥面板6板端预留GFRP筋66嵌于栓钉剪力键5之间且与现浇混凝土接缝7中的GFRP筋71绑扎搭接，预制桥面板6和现浇混凝土接缝7通过板端预留GFRP筋66、现浇混凝土接缝7中的GFRP筋71、钢纵梁1上的栓钉剪力键5与钢主梁（钢纵梁1和横系梁2组成节段钢主梁，若干节段钢主梁4连接成钢主梁）连接成整体，若干指两个以上。
具体地，参照图1，钢纵梁1与横系梁2连接的两端面上均固定有加劲隔板3（可通过焊接固定），横系梁2通过螺栓（可采用高强螺栓）与端部的加劲隔板3栓接以形成节段钢主梁4，若干节段钢主梁连接成钢主梁。
进一步地，结合参照图2至图4，预制桥面板6内部设置有横向受力GFRP筋和纵向分布GFRP筋绑扎形成的GFRP筋网。
结合参照图2至图4，本实施例中，横向受力GFRP筋至少设置两层（图中以设置两层为例具体说明），顶层的横向受力GFRP筋61末端设置弯钩，弯钩绕过底层横向受力GFRP筋62底端且***预制桥面板6内部。即弯钩的下半段位于底层横向受力GFRP筋62下方。
本实施例中，纵向分布GFRP筋至少设置有三层（图中以设置三层为例具体说明），顶层的纵向分布GFRP筋63位于顶层的横向受力GFRP筋61下方，中层的纵向分布GFRP筋64位于顶层的横向受力GFRP筋61和底层的横向受力GFRP筋62之间，底层的纵向分布GFRP筋65位于弯钩和底层的横向受力GFRP筋62之间。
参照图3，底层的纵向分布GFRP筋65位于弯钩内侧。底层的纵向分布GFRP筋65图中设置有四根，每两根为一组，两组分别位于预制桥面板6的两端。
进一步地，现浇混凝土接缝7中布置有GFRP筋，采用钢纤维混凝土灌注并掺入膨胀剂形成，以补偿混凝土收缩。
以下具体说明本大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系的施工过程。
S1、钢纵梁1纵向通过高强螺栓栓接，形成连续结构，在钢纵梁1横向设置横系梁2，通过高强螺栓与焊接在钢纵梁1端部的加劲隔板3栓接，形成节段钢主梁4，若干节段钢主梁4连接成钢主梁，具体连接方式如下：
S11、钢纵梁1的截面采用工字型，其上翼缘焊接有栓钉剪力键5，纵向相邻钢纵梁1通过高强螺栓拼接形成连续结构；
S12、钢纵梁1间设置钢横系梁2，横系梁2采用非等边角钢制成，通过高强螺栓与钢纵梁1端部焊接的加劲隔板3连接，形成节段钢主梁4；
S13、相邻节段的钢主梁4通过钢纵梁1接头连接成钢主梁，钢纵梁1的接头处，腹板和下翼缘板采用高强螺栓连接，上翼缘板采用工地埋弧对接焊缝焊接。
S2、在节段钢主梁4上面架设预制桥面板6（预制桥面板6和现浇混凝土接缝7均布置有GFRP筋，GFRP筋采用环氧树脂基体，外表面为螺纹形，所有GFRP筋弯曲在工厂按照要求制作，出厂后不可弯折），其中，预制桥面板6中GFRP筋网具体布置方式如下：
S21、预制桥面板6中布置两层横向受力GFRP筋，顶层横向受力GFRP筋61末端设置弯钩，保证其与混凝土之间具有足够的粘结力；
S22、底层的横向受力GFRP筋62和上层、中层和下层的纵向分布GFRP筋均不设弯钩，并依次布置；
S23、顶层和中层的纵向分布GFRP筋布置于横向受力GFRP筋内侧，底层的纵向分布GFRP筋65布置于底层横向受力GFRP筋62外侧与顶层横向受力GFRP筋61弯钩内侧；
S24、横向受力GFRP筋和纵向分布GFRP筋通过绑扎形成GFRP筋网，共同受力。
S3、绑扎现浇混凝土接缝7的GFRP筋71，预制桥面板6和现浇混凝土接缝7的GFRP筋71与钢主梁通过栓钉剪力键5形成组合梁，具体连接方式如下：
S31、预制桥面板6通过板端预留GFRP筋66和现浇混凝土接缝7中的GFRP筋71与现浇混凝土接缝7连接成整体；
S32、在钢纵梁1上布置栓钉剪力键5，预制桥面板6和现浇混凝土接缝7通过板端预留GFRP筋66、现浇混凝土接缝7中的GFRP筋71、栓钉剪力键5与钢主梁连接成整体。
S4、现浇混凝土接缝7，使钢纵梁1、横系梁2和预制桥面板6形成一个整体（在现浇混凝土接缝7的钢纤维混凝土中掺入适量微膨胀剂，以补偿混凝土收缩）。
本发明提出的大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，相比于传统钢混组合桥面系，通过采用GFRP筋预制桥面板6，在无其它明显影响的前提下，能减少负弯矩区裂缝的产生，从而提高桥面系的耐久性；混凝土板开裂后，预制桥面板6和现浇混凝土接缝7中的GFRP筋71也能凭借其优良的耐腐蚀性，在不良环境尤其是冬季撒盐除冰形成的氯盐环境中抵抗腐蚀，从而减缓裂缝的继续发展，延长桥面板的使用寿命；在全寿命周期内，由于桥面系耐久性提高，维修和养护成本下降，总的经济性好。相比于传统桥面系，本发明提供的组合梁桥面系，由于GFRP筋预制桥面板6和GFRP筋混凝土接缝7重量的减轻，桥面系在减轻自重的同时可以承受更多的荷载，从而使大跨悬索桥的跨度进一步增大。
本发明进一步提出一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系的施工方法。
本优选实施例中，一种基于上述大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系的施工方法，包括以下步骤：
步骤S10，通过横系梁2将平行间隔设置的多条钢纵梁1连接成整体以形成节段钢主梁4；
步骤S20，在相邻两条钢纵梁1上方架设预制桥面板6，使预制桥面板6板端板端预留GFRP筋66嵌于栓钉剪力键5之间，安装现浇混凝土接缝7中的GFRP筋71使其与预制桥面板6板端预留GFRP筋66绑扎搭接现浇混凝土形成现浇混凝土接缝7，保湿养护后，形成钢混组合梁桥面系。
步骤S20中，现浇混凝土形成现浇混凝土接缝7的施工过程如下：
将预制桥面板6侧面的接触面凿毛、垂直并冲洗湿润，整齐搭接GFRP筋，安装接缝模板后灌注钢纤维混凝土，整平拉毛，形成纵向现浇混凝土接缝7；
在横桥向采用相同工艺，吊模浇筑形成横向现浇混凝土接缝7，保湿养护后拆除接缝模板。
进一步地，在现浇混凝土接缝7的钢纤维混凝土中掺入膨胀剂，以补偿混凝土收缩。
以下具体说明本大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系的施工方法。
S1、节段钢主梁4由工厂预制并拼装，运至桥位后随加劲桁梁从跨中向两侧逐孔对称吊装拼装；预制桥面板6由工厂分块预制，其中的GFRP筋网按要求布设，一次浇筑形成；预制桥面板6存放时间不少于半年，使混凝土收缩在架设前基本完成，再运至现场吊装；
S2、利用桥面吊机配合运梁小车由两侧向跨中铺设行车道断面中间4块预制桥面板6，形成铺设通道；
S3、铺设通道形成后，利用桥面吊机配合运梁小车按由跨中向两侧、由中间向两边的顺序依次铺设预制桥面板6，同时调整桥面板板端GFRP筋；
S4、预制桥面板6铺设完成后，布置现浇混凝土接缝7中的GFRP筋71并浇筑现浇混凝土接缝7，保湿养护，形成钢混组合梁桥面系。
本发明提出的施工方法，钢纵梁1、横系梁2和预制桥面板6均可由工厂分节段预制，运输至现场吊装拼装，施工简便，且施工质量容易保证。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，其特征在于，包括钢纵梁、横系梁、预制桥面板以及现浇混凝土接缝，其中，
多条所述钢纵梁平行间隔设置，多条所述钢纵梁的两端均通过横系梁固定连接，钢纵梁的顶端布置有栓钉剪力键，预制桥面板架设于相邻两钢纵梁上方，相邻两预制桥面板之间通过现浇混凝土接缝连接，预制桥面板内部设置有GFRP筋且GFRP筋的端部凸伸于预制桥面板外，预制桥面板板端预留GFRP筋嵌于栓钉剪力键之间且与现浇混凝土接缝中的GFRP筋绑扎搭接，预制桥面板和现浇混凝土接缝通过板端预留GFRP筋、现浇混凝土接缝中的GFRP筋、钢纵梁上的栓钉剪力键与钢主梁连接成整体。
2.如权利要求1所述的一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，其特征在于，所述钢纵梁与横系梁连接的两端面上均固定有加劲隔板，横系梁通过螺栓与端部的加劲隔板栓接以形成节段钢主梁，若干节段钢主梁连接成钢主梁。
3.如权利要求1所述的一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，其特征在于，所述预制桥面板内部设置有横向受力GFRP筋和纵向分布GFRP筋绑扎形成的GFRP筋网。
4.如权利要求3所述的一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，其特征在于，所述横向受力GFRP筋至少设置两层，顶层的横向受力GFRP筋末端设置弯钩，弯钩绕过底层横向受力GFRP筋底端且***预制桥面板内部。
5.如权利要求3所述的一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，其特征在于，纵向分布GFRP筋至少设置有三层，顶层的纵向分布GFRP筋位于顶层的横向受力GFRP筋下方，中部的纵向分布GFRP筋位于顶层的横向受力GFRP筋和底层的横向受力GFRP筋之间，底层的纵向分布GFRP筋位于弯钩和底层的横向受力GFRP筋之间。
6.如权利要求5所述的一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，其特征在于，底层的纵向分布GFRP筋位于弯钩内侧。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的一种大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系，其特征在于，现浇混凝土接缝中布置有GFRP筋，采用钢纤维混凝土灌注并掺入膨胀剂形成。
8.一种基于权利要求1至7中任意一项所述的大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过横系梁将平行间隔设置的多条钢纵梁连接成整体以形成节段钢主梁，若干节段钢主梁连接成钢主梁；
在相邻两条钢纵梁上方架设预制桥面板，使预制桥面板板端预留GFRP筋嵌于栓钉剪力键之间，安装现浇混凝土接缝中的GFRP筋使其与预制桥面板板端预留GFRP筋绑扎搭接，现浇混凝土形成现浇混凝土接缝，保湿养护后，形成钢混组合梁桥面系。
9.如权利要求8所述的大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系的施工方法，其特征在于，所述现浇混凝土形成现浇混凝土接缝的施工过程如下：
将预制桥面板侧面的接触面凿毛、垂直并冲洗湿润，整齐搭接GFRP筋，安装接缝模板后灌注钢纤维混凝土，整平拉毛，形成纵向现浇混凝土接缝；
在横桥向采用相同工艺，吊模浇筑形成横向现浇混凝土接缝，保湿养护后拆除接缝模板。
10.如权利要求8所述的大跨悬索桥GFRP筋预制板组合梁桥面系的施工方法，其特征在于，在现浇混凝土接缝的钢纤维混凝土中掺入膨胀剂，以补偿混凝土收缩。
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