一种可分区约束UHPC的桥面结构的制作方法

2021-01-18 13:01:18|

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本实用新型属于桥梁结构领域，具体是涉及到一种可分区约束uhpc的桥面结构。

背景技术：

目前钢桥面板一般采用沥青铺装。大量工程实践表明，这种“钢桥面+沥青铺装”桥面体系在运营中容易出现如下两类病害问题：(1)在高频重载行车作用下，钢桥面板的焊缝位置容易出现疲劳开裂，增加了钢桥面的检测与加固成本，当开裂严重时甚至可能危及桥梁的安全性；(2)在重载车、温度、雨水等因素的耦合作用下，钢桥面沥青铺装层频繁破损，国内个别钢桥的沥青铺装层甚至常年处于破损与修复状态，这类病害増加了钢桥面铺装的维护成本，且不利于行车的安全性和舒适性。

为解决钢桥面板疲劳病害与桥面铺装层易损等问题，国内外研究人员尝试采用力学性能优越的超高性能混凝土(ultrahighperformanceconcrete,uhpc)层替代沥青铺装层，以提高钢桥面的刚度，改善其受力状态，如：邵旭东、曹君辉、易笃韬等人提出的一种钢-uhpc轻型组合桥面板结构，该组合桥面板结构可有效提高钢桥面局部刚度、有效降低钢桥面应力水平，可在一定程度缓解桥面系疲劳开裂难题。然而，该组合桥面板结构的正交异性钢板上需焊接大量密集的栓钉，栓钉焊趾处易成为新的疲劳细节，高度较大的栓钉剪力键限制了uhpc层厚度的进一步减小。密集的栓钉群增加了施工难度，对uhpc层缺乏足够约束，未能充分发挥uhpc优越的力学性能。此外，该组合桥面板中的uhpc薄层无法在预制厂内预制，只能现场浇筑。

专利号为zl201620292456.4，名称为：“一种带半封闭槽开孔板的正交异性组合桥面板”的中国实用新型专利公开了一种组合桥面板，但该组合桥面板中的半封闭槽开孔板未能对其内部的混凝土形成有效的自预应力，无法克服混凝土桥面板易开裂问题。此外，远离开孔板区域未设置抗剪件，使得混凝土板与钢板未能有效组合，易发生疲劳病害与铺装层开裂的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种uhpc薄层与正交异性板组合程度高，结构紧密的可分区约束uhpc的桥面结构。

本实用新型的内容包括正交异性板，正交异性板上设置有纵横向互相垂直的若干根纵肋和横肋，横肋和纵肋组成的任一格构区域内至少设置有1个抗剪件，所述正交异性板、横肋、纵肋和抗剪件上铺装有膨胀率不小于0.2％的uhpc薄层。

更进一步地，所述uhpc薄层膨胀率在0.2％-1.2％之间。

更进一步地，所述uhpc薄层的厚度为50-80mm。

更进一步地，所述横肋和纵肋高度为40-60mm，厚度为3-8mm。

更进一步地，所述横肋和纵肋为直线板或波形板。

更进一步地，所述横肋和纵肋组成的任一格构区域内设置有1-8个抗剪件。

更进一步地，所述抗剪件为栓钉。

本实用新型的有益效果是，本桥面结构采用纵横向互相垂直的纵肋和横肋与抗剪件代替密集分布的栓钉群，可使uhpc薄层与正交异性板之间剪力连接程度更高、结合更为紧密。纵肋和横肋形成的格构区域可有效约束膨胀率不小于0.2％的uhpc薄层，使uhpc薄层形成自预应力，进而充分发挥uhpc优越的力学性能，同时解决目前钢桥面系易发生疲劳病害与铺装层开裂的问题。根据现场实际需要，本实用新型可采用现浇或预制的方法施工uhpc薄层。uhpc薄层厚度较小，可有效减轻自重，满足超大跨径桥梁对自重轻的要求。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1中a-a向剖视图。

图3为图1中b-b向剖视图。

在图中，1-顶板、2-uhpc薄层、3-横肋、4-纵肋、5-抗剪件、6-纵向钢筋、7-横向钢筋、8-纵向u肋、9-横隔板。

具体实施方式

如图1-3所示，本实用新型包括正交异性板，正交异性板包括顶板1和设置在顶板1下方且纵横向互相垂直的纵向u肋8和横隔板9，正交异性板上设置有纵横向互相垂直的若干根纵肋4和横肋3，若干根纵肋4之间的间距为1000-3000mm，若干根横肋3之间的间距为1000-3000mm，各优选采用2000mm，可使格构对uhpc薄层形成有效约束，横肋3和纵肋4组成的任一格构区域内至少设置有1个抗剪件5，抗剪件5的高度为30-50mm，所述正交异性板、横肋3、纵肋4和抗剪件5上铺装有膨胀率不小于0.2％的uhpc薄层2，uhpc薄层2由超高性能混凝土浇筑而成，超高性能混凝土轴向抗压强度大于120mpa，轴向抗拉强度大于8mpa，钢纤维体积掺量为1.5-4％，膨胀率不小于0.2％，具有超高的抗压强度、较高的抗拉强度、良好的韧性及耐磨性等优点。

本实用新型纵肋4、横肋3和抗剪件5组合形成抗剪连接件，抗剪连接件使正交异性板与uhpc薄层2能协调变形，抗剪件5可使位于格构中心区域的uhpc薄层2与钢板有效组合，纵肋4和横肋3组成的格构对膨胀率不小于0.2％的uhpc薄层2进行有效约束。在格构区域内浇铸uhpc薄层2后，具有不小于0.2％膨胀率的uhpc薄层2会产生一定膨胀受到格构约束而形成自预应力，使uhpc能充分发挥其优越的力学性能。本实用新型通过设置抗剪连接件，形成一种对uhpc薄层2约束更强、承载性能好的桥面结构，该桥面结构轻型便捷、安全高效、耐久性能优异，具有优良的物理力学性能和广泛的应用前景。

本实用新型uhpc薄层2可在预制厂内直接浇筑于具有抗剪连接件的正交异性板上，解决了其无法在预制厂内预制，只能在现场浇筑的难题。

所述uhpc薄层2膨胀率在0.2％-1.2％之间，膨胀率优选采用0.6％，在膨胀率为0.6％时，其uhpc薄层2在浇筑至格构区域内后，受到格构约束而形成的自预应力效果更佳，膨胀率即在uhpc内添加膨胀剂。

所述uhpc薄层2的厚度为50-80mm，优选采用60mm，可与钢板形成组合效果较好的组合桥面板。

所述横肋3和纵肋4高度为40-60mm，厚度为3-8mm，优选高度为50mm，厚度为5mm，可使格构对uhpc薄层形成有效约束。

所述横肋3和纵肋4为直线板或波形板，优选为波形板，可使uhpc薄层2与钢桥面板组合效果更好。

所述横肋3和纵肋4为开孔板，横肋3和纵肋4的开孔处分别设置有纵横向互相垂直的纵向钢筋6和横向钢筋7，以形成有效的pbl连接件。

相邻的2根横肋3之间至少设置有2根横向钢筋7，相邻的2根纵肋4之间至少设置有2根纵向钢筋6，以使uhpc薄层2与钢板有效组合。

所述横肋3和纵肋4的开孔直径为20-40mm，纵向钢筋6和横向钢筋7直径为8-20mm。

所述横肋3和纵肋4组成的任一格构区域内设置有1-8个抗剪件5，具体数量取决于格构区域的面积尺寸，本实施中，任一格构区域内设置有4个抗剪件5。

所述抗剪件5为栓钉，结构简单，便于生产制造。

本实用新型可分区约束uhpc的桥面结构具有3种实施方法，包括节段现浇法、节段预制安装法与先预制安装正交异性板后整体现浇uhpc薄层法，分别包括如下步骤：

其中，节段现浇法包括如下步骤：

步骤1、预制正交异性板节段，焊接位于顶板1上方的横肋3、纵肋4与少量抗剪件5：在预制厂内加工正交异性板节段，包括顶板1、纵向u肋8与横隔板9等；加工横肋3和纵肋4，在横肋3和纵肋4上开圆孔；将已开孔横肋3和纵肋4与少量抗剪件5焊接于顶板1上；

步骤2、现场安装就位正交异性板节段，并安装横肋3和纵肋4圆孔中的纵向钢筋6和横向钢筋7；

步骤3、现场浇筑铺设于正交异性板上方的uhpc薄层2；

步骤4、进行下一节段施工，现场安装下一正交异性板节段、浇筑下一节段的uhpc薄层2；

步骤5、现场焊接各节段顶板1之间的接缝，处理各节段uhpc薄层2间纵向钢筋6和横向钢筋7的连接，浇筑下一节段的uhpc薄层2(包括顶板1之间接缝上方的uhpc薄层2)。

进一步地，各节段顶板1之间接缝采用焊接连接；

进一步地，当前节段与下一节段的纵向钢筋6和横向钢筋7可采用焊接处理、机械连接或搭接处理，其中焊接接头长度≥10d，绑扎接头搭接长度≥45d，其中d为钢筋直径；

进一步地，现场浇筑下一节段uhpc薄层2前，需对当前节段与下一节段的uhpc薄层2交接面进行凿毛处理。

其中，节段预制安装法包括如下步骤：

步骤1、预制正交异型板节段，焊接顶板1上方的横肋3、纵肋4与抗剪件5，安装横肋3和纵肋4中的纵向钢筋6和横向钢筋7；在预制厂内加工正交异型板节段，包括顶板1、纵向u肋8与横隔板9等；加工横肋3和纵肋4，并在横肋3和纵肋4上开圆孔；将加工好的横肋3和纵肋4焊接于顶板1上，在横肋3和纵肋4形成的格构区域内焊接抗剪件5；安装就位横肋3和纵肋4内的纵向钢筋6和横向钢筋7；

步骤2、在预制厂内浇筑铺设于顶板1上方的uhpc薄层2；

步骤3、现场安装就位桥面结构各节段；

步骤4、现场焊接各节段顶板1之间的接缝，处理各节段uhpc薄层2间的钢筋连接；

步骤5、现场浇筑湿接缝混凝土。

进一步地，各节段顶板1之间接缝采用焊接连接；

进一步地，各节段横肋3和纵肋4中的纵向钢筋6和横向钢筋7可采用焊接处理、机械连接或搭接处理，其中焊接接头长度≥10d，绑扎接头搭接长度≥45d；

进一步地，湿接缝长度为相邻两个横肋3或相邻两个纵肋4的距离；

进一步地，uhpc纵向接缝可采用直线形接缝，亦可采用齿形接缝。

其中，先预制安装正交异性板后整体现浇uhpc薄层法包括如下步骤：

步骤1、预制正交异性板节段：在预制厂内加工正交异性板节段，包括顶板1、纵向u肋8与横隔板9等，加工横肋3和纵肋4，并在横肋3和纵肋4上开圆孔；

步骤2、现场安装就位正交异性板节段，焊接各节段顶板1之间的接缝，使正交异性板成为一整体；

步骤3、现场焊接位于顶板1上方的横肋3和纵肋4，在横肋3和纵肋4形成的格构区域内焊接少量抗剪件5；