一种装配式高韧性组合桥面的制作方法

1.本实用新型涉及结构工程技术领域，具体涉及一种装配式高韧性组合桥面。


背景技术：

2.随着我国基础设施建设进程的不断推进，人们意识到城市内部交通及城市间交通便利程度极大影响着国民经济发展和社会进步；因此，近几十年来国家实现了道路、桥梁工程的大发展。其中，桥梁结构不仅在城市立交桥、地铁轻轨、高速铁路等方面应用广泛，更是被广泛应用于跨河、跨海构筑物中。近年来，随着港珠澳大桥、杭州湾跨海大桥等超大型桥梁工程的建设，国内外的桥梁结构正面临着前所未有的发展机遇。在桥梁结构的建设中，桥面板不仅起到了承载上部结构自重、穿行车辆等荷载的作用，而且面临着车轮摩擦、行车振动、水和离子侵蚀等长期作用影响，因而对桥面板的承载力、耐久性和韧性提出较高要求。
3.钢筋混凝土桥面板在实际工程中应用较为广泛，但是由于混凝土自重较大且混凝土材料抗拉性能较差，无法适用于较大跨度的桥梁结构中。为解决这一问题，正交异性钢桥面板应运而生；通过在钢桥面板面外布置纵向、横向加劲肋形成的正交异性桥面板体系，可显著提升桥面板的承载效率，提升结构经济跨度；但是考虑到钢材长期暴露在空气中易于锈蚀，正交异性桥面板的耐久性成为了工程中亟待解决的问题。
4.为解决上述问题，工程中将钢材与混凝土材料相结合形成组合桥面板体系，从而充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，进一步提升结构的承载性能。然而，现有的钢
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混凝土组合桥面板仍然存在一些问题：第一，为了保证钢与混凝土之间的充分抗剪连接并防止两者界面的脱离，通常在两者之间布置较多的栓钉(起到抗剪 抗拔双重作用)，这大大增加了施工工作量，并且由于焊缝的存在影响结构的疲劳性能；第二，组合桥面板中钢桥面部分通常需要在面外焊接多个加劲肋，这同样增加施工量，影响结构疲劳性能；第三，普通混凝土材料受拉易于开裂，且对局部缺陷敏感，容易在长期荷载作用下产生裂缝，造成水和离子的侵蚀，影响桥面板的抗腐蚀性和耐久性，进而显著增加桥梁结构的维修和维护成本，对人力物力造成巨大的浪费；第四，现有组合桥面板体系中钢结构部分通常采用施工现场的焊接连接，现场工作量大且施工质量和精度难以保证。


技术实现要素：

5.为改善传统钢
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混凝土组合桥面板体系存在的问题，本实用新型提出了一种装配式高韧性组合桥面。
6.一种装配式高韧性组合桥面，包括：
7.沿桥面横向连续并排放置的多个热轧h型钢；
8.固定在所述热轧h型钢上的上侧翼缘板的圆钢棒；
9.安装在所述热轧h型钢的翼缘板上固定相邻热轧h型钢的螺栓(具体采用高强螺栓)；
10.以及，浇筑在所述热轧h型钢上的上侧翼缘板、腹板和圆钢棒上的混凝土(具体采
用超高韧性混凝)。
11.以下作为本实用新型的优选技术方案：
12.所述装配式高韧性组合桥面中，所述的圆钢棒通过焊接固定在所述上侧翼缘板，所述的热轧h型钢的翼缘板上开设螺栓孔，每个焊接有所述圆钢棒和开设有螺栓孔的热轧h型钢，成为型钢预制件单元。
13.所述的热轧h型钢的翼缘板上开设螺栓孔，所述的螺栓安装在所述螺栓孔上固定相邻热轧h型钢。热轧h型钢沿桥面横向连续并排放置，高强螺栓穿过螺栓孔并连接相邻热轧h型钢形成桥面钢骨架。
14.所述装配式高韧性组合桥面中，所述的热轧h型钢包括：腹板和垂直设置在所述腹板两侧的翼缘板，形成h型，所述的翼缘板以所述腹板为界分成上侧翼缘板和下侧翼缘板，上侧翼缘板和下侧翼缘板为相对的概念，用作区分，在实际的安装过程中，一般面板顶部为上侧翼缘板，面板底部为下侧翼缘板，上侧翼缘板的高度短于下侧翼缘板，热轧h型钢上侧翼缘较短，起到剪力连接作用；其下侧翼缘较长，起到桥面板面外加劲作用。上侧翼缘板的高度为下侧翼缘板高度的0.3～0.5。
15.所述的上侧翼缘板和下侧翼缘板均开设有所述螺栓孔，通过所述螺栓将沿桥面横向连续并排放置的多个热轧h型钢固定安装在一起。
16.所述装配式高韧性组合桥面中，超高韧性混凝土浇筑在桥面钢骨架上；所述超高韧性混凝土层厚度略高于热轧h型钢上侧翼缘高度，起到保护桥面钢骨架的作用。所述热轧h型钢上的上侧翼缘板、腹板和圆钢棒组成桥面钢骨架，所述的混凝土(即超高韧性混凝)的厚度要高于所述热轧h型钢的上侧翼缘高度，即所述的混凝土(即超高韧性混凝)的厚度为所述热轧h型钢的上侧翼缘高度1.05倍～1.3倍。
17.本实用新型采用的超高韧性混凝土，包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、增强纤维和水，其中，水泥和活性矿物掺合料采用以下重量百分比的原料：
[0018][0019]
最优选的，所述的混凝土采用以下重量百分比的原料：
[0020][0021]
本实用新型提出的装配式高韧性组合桥面，由h型钢预制件通过高强螺栓连接形成桥面钢骨架，并现浇超高韧性混凝土，具备以下优点：
[0022]
(1)采用的超高韧性混凝土受压承载力高，受拉展现出应变硬化特征，并且极限拉应变可稳定达到3％以上，且在极限拉应变下只出现致密分布的多条细裂纹，可有效阻隔钢材与外部环境，防止钢材锈蚀，改善桥面板结构的韧性、耐腐蚀性和耐久性。
[0023]
(2)桥面钢骨架由工厂预制件通过高强螺栓连接而成，预制装配化程度高，且有效规避现场焊接带来的劳动力损耗和施工精度难以保障的问题；由于钢结构部分焊缝较少，使得结构疲劳性能获得显著提升。
[0024]
(3)热轧h型钢预制件尺寸可灵活变动，从而便于依据设计需求改变桥梁型钢尺寸参数，便于设计、施工的同时，可显著提升桥面板体系的模块化程度。
[0025]
(4)利用热轧h型钢上侧翼缘焊接圆钢棒的构造方式，保证钢骨架与超高韧性混凝土之间的剪力连接效应，同时起到抗拔作用，防止钢与混凝土界面的脱离；避免了栓钉的使用，显著降低了施工复杂度并降低成本，同时显著改善结构的疲劳性能。
[0026]
(5)热轧h型钢上侧翼缘在桥面纵向起到了纵向钢筋的作用，可通过适当调整型钢尺寸避免纵向钢筋的使用，降低钢材用量的同时避免绑扎钢筋网，从而显著提升施工效率，降低成本；圆钢棒在桥面横向连续布置，可显著提升桥面的横向受力性能；热轧h型钢下侧翼缘起到面外加劲的作用，显著改善桥面板面外稳定性能的同时不增加额外焊缝，保证结构的疲劳性能。
[0027]
(6)本实用新型提出的组合桥面板体系中，超高韧性混凝土可保证不产生或仅产生100微米以下的微小裂缝，提升结构的韧性和耐久性；桥面钢骨架由工厂预制件通过高强螺栓连接而成，预制装配化程度高，有效避免施工现场焊接，保障施工精度和质量；无需布置栓钉，降低施工复杂度的同时保证结构疲劳性能。
附图说明
[0028]
图1为热轧h型钢预制件单元示意图；
[0029]
图2为热轧h型钢并排放置拼装过程示意图；
[0030]
图3为装配式高韧性组合桥面横向剖面图。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图，详细说明本实用新型的实施方式。
[0032]
如图1～图3所示，一种装配式高韧性组合桥面，包括以下组成部件：热轧h型钢1，圆钢棒2，高强螺栓4，超高韧性混凝土5。
[0033]
如图1所示，在热轧h型钢1翼缘板上开设螺栓孔3，热轧h型钢1上侧翼缘板和下侧翼缘板均设置有螺栓孔3，并在其上侧翼缘板上焊接横向圆钢棒2，成为型钢预制件单元。
[0034]
如图2所示，热轧h型钢1沿桥面横向连续并排放置，高强螺栓4穿过螺栓孔3并连接相邻热轧h型钢1形成桥面钢骨架；热轧h型钢1上侧翼缘板较短，起到剪力连接作用；其下侧翼缘板较长，起到桥面板面外加劲作用。上侧翼缘板的高度为下侧翼缘板高度的0.3～0.5(具体为0.4)。
[0035]
如图3所示，超高韧性混凝土5浇筑在桥面钢骨架上；超高韧性混凝土5厚度略高于热轧h型钢1上侧翼缘高度，起到保护桥面钢骨架的作用。超高韧性混凝土5的厚度为热轧h型钢1的上侧翼缘高度1.05倍～1.3倍(具体为1.1倍)。
[0036]
本实用新型采用的超高韧性混凝土，其成分包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、纤维和水，活性矿物掺合料包括粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、偏高岭土，骨料最大粒径不超过0.5mm，纤维采用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维中的一种或一种以上的组合，纤维长度为5mm～25mm，直径为0.015mm～0.055mm，弹性模量为30gpa～150gpa，抗拉强度为1000mpa～3500mpa，极限伸长率为2％～15％，水泥和活性矿物掺合料各组分的重量比为：
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对于上述配合比下获得的超高韧性混凝土的性能测试表明，其极限拉伸应变可达3.2％(约为混凝土的320倍)，极限拉伸应变时对应的裂缝宽度为0.049mm；抗弯强度为12.8mpa(约为混凝土的2倍)，单轴抗压强度为48mpa，对应峰值荷载的压应变为0.55％(约为混凝土的2倍)。
[0039]
本实用新型提出的装配式高韧性组合桥面，其采用的超高韧性混凝土可保证其在拉、压、弯和其他多种荷载作用下不产生或仅产生100微米以下的微小裂缝，起到抗裂、防渗、耐腐蚀的功能，显著提升结构的韧性和耐久性。桥面钢骨架由工厂预制件通过高强螺栓连接而成，预制装配化程度高，且有效规避现场焊接带来的劳动力损耗和施工精度难以保障的问题；由于钢结构部分焊缝较少，使得结构疲劳性能获得显著提升。该体系高预制装配化的特点，与国家大力发展装配式结构体系的号召相契合，有着十分广阔的发展前景。本实用新型采用热轧h型钢焊接横向圆钢棒的构造方式，可起到有效的抗剪和抗拔作用，从而有效替代了栓钉在组合结构中的作用。研究表明，传统钢
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混凝土组合桥面板中，如需实现完全剪力连接效应，每平方米桥面板中栓钉个数在20
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100个不等，并且栓钉数量需求随着混凝土层厚度、混凝土强度、外荷载等因素的提升而增加；本实用新型可有效消除这些栓钉的材料成本、施工成本和焊接对疲劳性能的负面影响。本实用新型有效规避了纵向钢筋的使用需求，降低材料成本的同时缩短工期；此外，本实用新型中热轧h型钢下侧翼缘可显著提升桥面板的面外稳定性，并且不增加额外焊缝。因此，本实用新型提出的装配式高韧性组合桥面可使结构韧性、耐久性提升的同时，大大降低材料成本和施工复杂度，显著提升体系的预制装配化和工业化程度，具备在桥梁结构中推广应用的潜质。