专利名称：一种应用于简支梁桥的桥面连续装置及桥面连续方法
技术领域：
本发明涉及简支梁桥的桥面连续装置及桥面连续方法。
背景技术：
简支梁桥是现代桥梁建设中使用最早、普及最广泛的桥型之一，具有鮮明的特点。首先，它属于单孔静定结构，受カ简单，施工方便，结构尺寸可以设计为各种标准跨径的装配式结构，有利于エ业化标准施工，可以采用大規模预制生产的方式提高桥梁建设效率。其次，简支梁只有正弯矩，可以采用空心板梁、T梁、小箱梁等构造简单的形式，它在温度变化、混凝土收缩徐变以及张拉预应カ等情况下均不会在梁中产生次生应力。另外，简支结构对于桥址的地质条件要求较低，可以适用于相对较差的地质条件。基于上述诸多优点，简支梁桥广泛分布在全国各个区域的公路以及城市道路中。但是，在修建多孔简支梁桥时，需要在每个墩(台)上设置伸缩缝装置。随着桥梁跨数的増加，桥面伸缩缝装置的数量也不断增多，不仅提高了桥梁的造价，而且会降低桥面的整体性，使得车辆在伸缩缝处出现跳车现象，对行车的速度、安全和舒适性都有很大的影响。另外，伸缩缝长期暴露在外，易损难修，而且破坏的伸缩缝又会引起额外的车辆冲击现象，从而大大降低了桥梁的使用寿命。为了解决这些问题，桥梁设计人员提出了“桥面连续简支梁桥”的想法，如图1所示。桥面连续简支梁桥是指多孔简支梁桥根据桥梁的跨径、长度和支座的型式，将3跨或者更多跨合并为I联，每联的跨与跨之间取消伸缩缝装置，而是把桥面铺装连接在一起，仅在联与联之间设置伸缩缝。例如，郑州黄河公路大桥设置了五跨50m —联和六跨40m—联的桥面连续。甚至有些桥梁设计，全桥仅在桥台处设伸缩缝装置，其余均为桥面连续。例如，全长1287 m的美国奥温尔桥，仅在桥台处设置大位移伸縮装置，成为世界上最长的桥面连续简支梁桥。桥面连续结构减少甚至消除了连续跨内的伸缩缝装置，提供了连续的行车道，保证了车辆行驶的平稳性、舒适性。同时，桥面连续简支梁桥在垂直力作用下，各跨依然保持了简支梁桥的受カ特点。我国自20世纪70年代桥面连续结构问世以来，这种装置已得到了广泛应用。图2为传统型桥面连续装置示意图。这种桥面连续装置与桥面铺装的主要区别是沿桥梁横向每隔一定间距设置了长约2. 3m的连接钢筋，钢筋两端0. 65m长浇注于桥面铺装混凝土内，中间Im段做无粘结处理，埋置于桥面连续混凝土内。Im长的桥面连续混凝土与两端桥面铺装混凝土之间设0.3cm (宽)X3cm (深)割缝，割缝下埋软木条。之所以这样处理，是由桥面连续的受カ特点決定的。桥面连续构造位于相邻桥跨之间，其结构厚度及混凝土材料均与桥面铺装相同，与梁体的结构刚度和強度相比较弱，在受到交通荷载以及温度荷载作用时，左右两侧桥跨发生较大的相对变形，这种受力通过桥面连续的连接钢筋从桥面铺装传至桥面连续混凝土。理论上，连接钢筋与桥面连续混凝土之间是无粘结的，因此连接钢筋上的拉カ是传递不到混凝土上的，但是由于施工不佳及无粘结材料耐久性差等问题，实际是无法达到“无粘结”效果的。传递到桥面连续混凝土上的拉カ依靠桥面连续钢筋和桥面铺装钢筋网无法抵抗，在桥面连续部位容易发生混凝土开裂，造成实际使用过程中，桥面连续混凝土开裂及雨水下渗问题严重，有些桥梁甚至运营不满一年桥面连续构造就产生了混凝土开裂等不同程度的病害，并影响了桥梁的行车平整性。针对这ー问题，对简支梁桥的桥面连续结构进行改善，研发新型桥面连续结构十分必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于简支梁桥的桥面连续装置，以结构优化为目的，提出八字形钢板桥面连续装置的构造措施。为此，本发明采用以下技术方案所述桥面连续装置包括八字形结构，八字形结构的两侧具有用于和桥面梁体连接的安装部位，所述安装部位与桥面梁体之间通过Z字形钢筋连接，Z字形钢筋连接八字形结构的部分高度低于连接桥面铺装的部分。八字形结构使得桥面连续部位的混凝土呈现受压状态，避免该部位混凝土在运营期发生开裂现象，并且该装置形式简单、制造容易，现场施工的可操作性強。Z字形钢筋能加强桥面连续和桥面铺装两部分混凝土的整体性，提高桥面连续部位的行车平顺性；并且，Z字形钢筋将纵向拉力传递到八字形结构的两侧末端，八字形结构整体受到拉力作用，从而使得八字形结构上方的混凝土承受压力，彻底消除了桥面连续部分混凝土发生开裂的可能性。作为优选,所述八字形结构采用8 16mm厚度的钢板作为装置材料，以适应桥面连续部位承受集中的拉应力作用及车辆局部载荷作用。作为优选，所述Z字形钢筋采用直径14 22mm的螺纹钢筋。进ー步地，所述安装部位上设有螺栓孔，通过螺栓将所述的桥面连续装置与下部混凝土梁板连接，将桥面连续装置与梁体连接为整体，为了不限制梁体纵向的伸缩变形，所述螺栓孔为腰形孔。进ー步地，所述八字形结构由中间板块、连接中间板块的两块八字斜向翼板及连接在八字斜向翼板外侧的安装部位构成，所述的八字斜向翼板上设置剪カ钉，剪力钉沿桥面连续装置长度方向的间距为10 15cm，以保证八字形结构与桥面连续部分混凝土充分粘结，共同受力。本发明所要解决的另一个技术问题是提供ー种桥面连续方法，它提供有上述桥面连续装置，还包括以下步骤
I)、将所述桥面连续装置放置在桥面连续部位两侧的混凝土梁体上，将所述安装部位通过螺栓与桥面连续部位两侧的梁体连接，安装部位与梁体之间铺设橡胶垫层；橡胶垫层使得安装部位与梁体紧密结合，同时约束其纵向形变。2)、浇注混凝土，在桥面连续部位与桥面铺装部位之间设置Z字形纵向连接钢筋；Z字形钢筋能加强桥面连续和桥面铺装两部分混凝土的整体性，提高桥面连续部位的行车平顺性；并且，Z字形钢筋将纵向拉力传递到八字形结构的两侧末端，八字形结构整体受到拉カ作用，从而使得八字形结构上方的混凝土承受压力，彻底消除了桥面连续部分混凝土发生开裂的可能性。3)、在所述八字形结构的八字斜向翼板中心线处焊接剪カ钉；以保证八字形结构与桥面连续部分混凝土充分粘结，共同受力。
进ー步地，桥面连续装置的上方设置钢筋网。作为优选，所述橡胶垫层的厚度为0. 3 1. 0mm。作为优选，剪力钉沿桥面连续装置长度方向的间距为10 15cm。本发明的有益效果表现在
本发明的桥面连续装置应用于桥梁上，可以防止桥面连续部位混凝土开裂的现状，确保桥梁的行车安全性。本发明改变传统桥面连续的形式，利用八字形钢板装置结合Z字形纵向连接钢筋，将连接桥面铺装和桥面连续部分的纵向钢筋中的拉カ传递到八字形钢板装置中，使得八字形钢板上方桥面连续部位的混凝土受压，达到避免桥面连续部位混凝土发生开裂的目的。此外，本发明提出的桥面连续装置，结构形式简单，在エ厂易于加工，在现场便于施工，质量容易保证。本专利装置制造エ艺简单，现场施工难度低，通过对这种新型桥面连续装置的防治病害作用进行的理论研究表明，本发明的桥面连续装置及桥面连续方法对于防止桥面连续简支梁桥结构在桥面连续部位混凝土的开裂病害具有很好的效果。
图1为现有的桥面连续简支梁桥的结构示意图。图2为传统桥面连续装置的示意图。图3为本发明的桥面连续装置的截面示意图。图4为本发明的桥面连续装置的三维透视图。图5为本发明的桥面连续装置理论分析的有限元模型。图6为本发明的桥面连续装置与梁体之间的橡胶垫层示意图。附图标号1一八字形结构，2—安装部位，3—Z字形钢筋,4一螺栓孔,5—八字斜向翼板，6—剪カ钉，7—螺栓，8—梁体，9—橡胶垫层，10—钢筋网，11—桥面连续部位，12-桥面铺装部位，13一支座，14一伸缩缝,15一桥墩。
具体实施例方式实施例1,桥面连续装置。參照附图3、4。本发明包括八字形结构1，八字形结构I采用8 16mm厚度的钢板作为装置材料，八字形结构I的两侧具有用于和桥面梁体8连接的安装部位2，安装部位2与桥面梁体8之间通过Z字形钢筋3连接，Z字形钢筋3采用直径14 22mm的螺纹钢筋。安装部位2上设有螺栓孔4，所述螺栓孔4为腰形孔。八字形结构I的八字斜向翼板5上设置剪カ钉6，剪カ钉6沿桥面连续装置长度方向的间距为10 15cm。考虑运输和施工的方便性，在エ厂加工成长度为Im的八字形钢板标准段(约重50kg)和标准长度120cm的Z字形钢筋，到施工现场再进行焊接拼装。施工中待梁体8拼装完成后，清理伸缩缝14两侧各30cm范围内的梁体8端部表面，尽量保持表面平整无过大高差。伸缩缝13两侧与接触八字形结构I接触的位置沿桥梁全宽铺2条橡胶垫层9，每条宽度为12cm。将八字形钢板标准段放置于橡胶垫层9上，拼接定位后焊成一体(非整数桥梁宽度的可在エ厂预制非标段八字形钢板装置)。在腰型孔4位置所对应的梁体8上钻孔，用膨胀螺钉将桥面连续装置与梁体连接牢固。在八字形结构I的两侧焊接Z字形钢筋3，最后绑扎桥面连续顶部钢筋网及桥面铺装钢筋网10，浇筑混凝土。图中，标号11为桥面连续部位，标号12为为桥面铺装部位,标号13为支座,标号15为桥墩，标号16为切缝。实施例2，桥面连续方法。參照附图3、4、6。本发明的桥面连续方法将实施例1的桥面连续装置应用到简支梁桥上，所述的桥面连续方法还包括以下步骤
I)、将实施例1的桥面连续装置放置在桥面连续部位两侧的混凝土梁体6上，将安装部位2通过螺栓7与桥面连续部位两侧的梁体8连接，安装部位2与梁体8之间铺设橡胶垫层9，橡胶垫层的厚度为0. 3 1. 0mm，橡胶垫层9使得安装部位2与梁体8紧密结合，同时约束其纵向形变。2)、浇注混凝土，在桥面连续部位11与桥面铺装部位12之间设置Z字形钢筋3进行纵向连接；Z字形钢筋3能加强桥面连续和桥面铺装两部分混凝土的整体性，提高桥面连续部位11的行车平顺性；并且，Z字形钢筋3将纵向拉カ传递到八字形结构I的两侧末端，八字形结构I整体受到拉力作用，从而使得八字形结构I上方的混凝土承受压力，彻底消除了桥面连续部分混凝土发生开裂的可能性。3)、在八字形结构I的八字斜向翼板5中心线处焊接剪カ钉6，剪カ钉6沿桥面连续装置长度方向的间距为10 15cm，以保证八字形结构I与桥面连续部分混凝土充分粘结，共同受力。实施例3，桥面连续装置的有限元分析。參照附图5。本发明装置的仿真模拟采用大型通用有限元程序ABAQUS 6. 9，除了精细模拟几何模型外，对钢筋的分布、材料特性也严格按设计条件进行仿真模拟。模拟过程包括两个步骤
(I)分别建立传统型桥面连续装置及八字型桥面连续装置两者的有限元仿真模型。(2)模拟实际桥梁结构，通过施加活荷载及温度作用，比较两者计算结果，论证本发明的效用。桥面连续部位应カ起控制作用的是由梁体变形(伸縮、下挠)引起该部位变形(イ申缩、转角)而产生的，为了验证本发明装置的效用，以传统型桥面连续构造为比较对象，用有限元方法分析对比两种装置在各种形式荷载作用下的变形和应カ特性。模型计算中两种桥面连续取用相同的计算エ况，即桥梁跨中施加集中荷载进行比较，其结果如表I所示。结果表明，传统型桥面连续装置在桥面外荷载作用下桥面连续混凝土主拉应カ为3. 3MPa，而采用本发明装置时，桥面连续混凝土完全受压，不存在发生开裂的可能性。表I相同计算条件下两种桥面连续混凝土主拉应カ对比(単位MPa)
权利要求
1.一种应用于简支梁桥的桥面连续装置，其特征是所述桥面连续装置包括八字形结构，八字形结构的两侧具有用于和桥面梁体连接的安装部位，所述安装部位与桥面梁体之间通过Z字形钢筋连接。
2.如权利要求1所述的一种应用于简支梁桥的桥面连续装置，其特征是所述八字形结构采用8 16mm厚度的钢板。
3.如权利要求1所述的一种应用于简支梁桥的桥面连续装置，其特征是所述安装部位上设有螺栓孔，所述螺栓孔为沿桥面连续装置长度方向的腰形孔。
4.如权利要求1所述的一种应用于简支梁桥的桥面连续装置，其特征是所述Z字形钢筋采用直径14 22mm的螺纹钢制成。
5.如权利要求1所述的一种应用于简支梁桥的桥面连续装置，其特征是所述八字形结构的八字斜向翼板上设置剪力钉。
6.如权利要求5所述的一种应用于简支梁桥的桥面连续装置，其特征是所述剪力钉沿桥面连续装置长度方向的间距为10 15cm。
7.一种应用于简支梁桥的桥面连续方法，其特征是它提供有权利要求1、2、3、4或5 所述的桥面连续装置，所述桥面连续方法包括以下步骤1)、将所述桥面连续装置放置在桥面连续部位两侧的混凝土梁体上，将所述安装部位通过螺栓与桥面连续部位两侧的梁体连接，安装部位与梁体之间铺设橡胶垫层；2)、浇注混凝土，在桥面连续部位与桥面铺装部位之间设置Z字形纵向连接钢筋；3)、在所述八字形结构的八字斜向翼板中心线处焊接剪力钉。
8.如权利要求7所述的一种应用于简支梁桥的桥面连续方法，其特征是在步骤2) 中，桥面连续装置的上方设置钢筋网。
9.如权利要求7所述的一种应用于简支梁桥的桥面连续方法，其特征是在步骤2) 中，所述橡胶垫层的厚度为O. 3 1. 0mm。
10.如权利要求6或7所述的一种应用于简支梁桥的桥面连续方法，其特征是所述剪力钉沿桥面连续装置长度方向的间距为10 15cm。
全文摘要
本发明提供一种应用于简支梁桥的桥面连续装置，包括八字形结构，八字形结构的两侧具有用于和桥面梁体连接的安装部位，所述安装部位与桥面梁体之间通过Z字形钢筋连接。本发明还提供应用上述桥面连续装置的桥面连续方法，将桥面连续装置放置在桥面连续部位两侧的混凝土梁体上，将安装部位通过螺栓与桥面连续部位两侧的梁体连接，安装部位与梁体之间铺设橡胶垫层；橡胶垫层使得安装部位与梁体紧密结合，同时约束其纵向形变。本发明改变传统桥面连续的形式，利用八字形钢板装置结合Z形钢筋，达到避免桥面连续部位混凝土发生开裂的目的。此外，本发明提出的桥面连续装置，结构形式简单，在工厂易于加工，在现场便于施工，质量容易保证。
文档编号E01D21/00GK103015313SQ20121058817
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者王岗, 申永刚, 张鹤, 谢旭 申请人:浙江大学