一种可替换式预制装配式组合梁结构及制造工艺的制作方法

本发明涉及一种可替换式预制装配式组合梁结构及制造工艺，属于桥梁工程技术领域。

背景技术：

交通行业“十三五”规划提出要积极推动桥梁工业化生产，而装配式桥梁的发展正是实现桥梁工业化的一大途径。目前国内装配式混凝土结构由于其建造速度快、质量水平高等优势被一些工程项目采用，但是由于其生产成本较高、施工难度较大和不可拆改等劣势在许多建筑形式中无法满足设计或施工要求，在很大程度上限制了装配式混凝土结构的发展。

钢-混凝土组合梁是一种钢梁与钢筋混凝土板结合而成的结构体系，相对于不按组合结构设计的纯钢桥，考虑共同受力可以减小结构高度、提高结构刚度、减小结构在活荷载下的挠度。而相对于混凝土桥，上部结构高度降低、自重减轻、地震作用减小、结构延性提高、基础造价降低。钢-混凝土组合梁充分发挥了两者的优点，不仅可以用传统的施工方法，而且可以通过简单的施工工艺获得优良的结构性能，达到明显的技术经济效益，十分适合我国目前提出的节能减排政策。

已建成桥梁的耐久性问题越来越引起人们的关注，钢材锈蚀和混凝土开裂是影响耐久性的主要问题，它不仅影响着结构的使用寿命，还会导致大量的安全隐患，甚至造成事故。其中，桥面板直接承受车辆荷载和环境荷载，是受超载、腐蚀、疲劳等不利因素影响最直接的构件，而传统的钢筋-混凝土组合梁无法快速进行桥面板的更换，因此有必要对桥面板结构进行改善，提高桥梁的使用年限。

技术实现要素：

为了克服已有组合梁结构的无法进行快速更换的不足，本发明提供一种可替换式、施工简单、装配效率较高的可替换式预制装配式组合梁结构及制造工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可替换式预制装配式组合梁结构，包括钢梁、预制混凝土板和高强螺栓连接件，所述预制混凝土板位于并排设置所述钢梁的上翼缘板上，在跨度方向相邻预制混凝土板之间通过体外预应力索连接；所述钢梁上翼缘板设有与高强螺栓连接件对应的下孔洞，所述预制混凝土板上设有与连接件对应的预留孔，所述高强度螺栓连接件从上到下穿接在预留孔和下孔洞。

进一步，所述预制混凝土板上设有预留槽，所述预留孔位于所述预留槽内。

再进一步，所述预留槽内放置上垫板，所述预制混凝土板与所述钢梁的上翼缘板之间设置下垫板。

更进一步，所述高强螺栓连接件包括抗剪螺栓、螺母和垫圈，所述抗剪螺栓自上而下依次穿过位于上垫板上的垫圈、上垫板、预留孔、下垫板、钢梁的上翼缘板、位于上翼缘板下方的垫圈后与所述螺母紧固连接。

所述钢梁上翼缘板以群孔形式设置，孔洞大小采用螺栓标准孔；所述下孔洞的大小、个数和布置形式与钢梁上翼缘所设孔洞一致。

所述抗剪螺栓采用高强度摩擦型连接，所述螺母为防松动螺母或双螺母。

所述上垫板、下垫板设有与预制混凝土板一致的预留孔，所述上垫板、下垫板尺寸与预制混凝土板预留槽大小一致，所述上垫板、下垫板焊接于混凝土板内的钢筋笼上，焊接位置与预留槽位置相同。

所述预制混凝土板为桥面板，所述桥面板沿着桥宽方向为一整板，多个并排设置所述钢梁的上翼缘板上设置所述桥面板。

一种可替换式预制装配式组合梁结构的制造工艺，所述制造工艺包括以下步骤：

步骤1：根据组合梁设计情况，将钢梁进行排列；对钢梁上翼缘板上表面进行喷砂处理；

步骤2：将预制混凝土板吊装至钢梁上，保证所有预留孔对齐且上下贯通；

步骤3：将高强螺栓连接件穿过所述预留孔和下孔洞，将所述预制混凝土板和钢梁上翼缘板紧固；

步骤4：待所有高强螺栓连接件全部安装完成后，布置体外预应力索，紧固相邻之间的纵向混凝土板；

步骤5：对预制混凝土板进行铺装处理，完成组合梁结构安装；

若需对预制混凝土板进行更换，通过拆卸高强螺栓连接件和体外预应力索，使得预制混凝土板与钢梁分离；再重复步骤2至步骤5，即可完成组合梁结构的再次拼装。

优选的，所述高强螺栓连接件包括抗剪螺栓、螺母和垫圈，所述抗剪螺栓自上而下依次穿过位于上垫板上的垫圈、上垫板、预留孔、下垫板、钢梁的上翼缘板、位于上翼缘板下方的垫圈后与所述螺母紧固连接；所述步骤3中，在上垫板预留孔处放置垫圈，将抗剪螺栓7依次穿过预留孔，然后利用螺母和垫圈对其进行连接紧固。

本发明的有益效果主要表现在：

1.本发明采用高强螺栓连接件，施工简单，避免了传统栓钉剪力键因焊接造成的疲劳寿命下降，残余应力等问题，提高了结构的承载力。

2.本发明采用预制装配式组合梁，所有构件均在工厂加工完成，运输至施工工地后，可在施工现场装配连接，减少了现场焊接工作和模板工程，保证了现场施工质量，提高了建筑工业化装配效率。

3.本发明中桥面板采用分块预制的办法，钢梁和混凝土板的连接采用高强度摩擦型螺栓，通过拧紧螺帽将其固定在钢梁上翼缘。当某块桥面板需要更换时，可以通过局部更换的办法，依次拆卸抗剪螺栓上的螺母，使得混凝土板和钢梁分离，进而实现混凝土板的拆卸分离、和更换，桥梁同时达到边修边运营的效果，大大减少因桥梁维修而导致的交通堵塞，缓解交通压力。换下的受损混凝土板可回收、加固，循环再利用，体现了安装便捷高效、便于拆改和环保节能的建筑理念和思想。

附图说明

图1为本发明的组合结构剖切三维示意图。

图2为本发明的结构A-A剖面图。

图3为本发明的结构B-B剖面图。

图4为本发明的预制混凝土板三维示意图。

图5为本发明的混凝土板剖面图。

图6为本发明的钢梁三维示意图。

图中标记为，1.钢梁腹板，2.钢梁上翼缘板，3.螺母，4.下孔洞，5.下垫板，6.下垫板预留孔，7.抗剪螺栓，8.预制混凝土板，9.预留孔，10.垫圈，11.预留槽,12.高强螺栓连接件，13.上垫板，14.上垫板预留孔，15.体外预应力索

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图6，一种可替换式预制装配式组合梁结构，包括钢梁、预制混凝土板8和高强螺栓连接件12，所述预制混凝土板8位于并排设置所述钢梁上翼缘板2上，在跨度方向相邻预制混凝土板8之间通过体外预应力索15连接；所述钢梁上翼缘板2设有与高强螺栓连接件12对应的下孔洞4，所述预制混凝土板8上设有与连接件对应的预留孔9，所述高强度螺栓连接件12从上到下穿接在预留孔9和下孔洞4。

进一步，所述预制混凝土板8上设有预留槽11，所述预留孔9位于所述预留槽11内。

再进一步，所述预留槽11内放置上垫板13，所述预制混凝土板8与所述钢梁上翼缘板2之间设置下垫板5。

更进一步，所述高强螺栓连接件12包括抗剪螺栓7、螺母3和垫圈10，所述抗剪螺栓7自上而下依次穿过位于上垫板13上的垫圈、上垫板13、预留孔9、下垫板5、钢梁上翼缘板2、位于上翼缘板下方的垫圈后与所述螺母3紧固连接。

所述钢梁上翼缘板2以群孔形式设置，孔洞大小采用螺栓标准孔；所述下孔洞的大小、个数和布置形式与钢梁上翼缘所设孔洞一致。

所述抗剪螺栓7采用高强度摩擦型连接，所述螺母3为防松动螺母或双螺母。

所述上垫板13、下垫板5设有与预制混凝土板8一致的预留孔，所述上垫板、下垫板尺寸与预制混凝土板预留槽11大小一致，所述上垫板、下垫板焊接于预制混凝土板内的钢筋笼上，焊接位置与预留槽位置相同。

所述预制混凝土板8为桥面板，所述桥面板沿着桥宽方向为一整板，多个并排设置所述钢梁的上翼缘板上设置所述桥面板。

本实施例的可替换式预制装配式组合梁结构包括由腹板1与翼缘板2组成的钢梁，高强螺栓连接件12和预制混凝土板8.

如图3所示，钢梁与预制混凝土板8之间通过连接件12进行连接。如图6所示，钢梁上翼缘板设有用来安装连接件的预留孔，孔径大小为标准二级钻成孔。如图4和图5所示，预制混凝土板8设有与钢梁一致的预留孔9，且混凝土板上下表面均设有预留槽11，上垫板13与下垫板5直接浇筑于混凝土板内，位置与预留槽11相同。将预制混凝土板8吊装至钢梁上，对准预留孔后进行高强螺栓连接件12的安装，待连接件12安装完成后，布置体外预应力索15，最后对预制混凝土板8上表面进行铺装处理。

如图2所示，高强螺栓连接件12包括抗剪螺栓7、垫圈10、上垫板13、下垫板5、螺母3，高强螺栓7依次穿过垫圈10、上垫板预留孔14、混凝土板预留孔9、下垫板预留孔6以及钢梁翼缘板预留孔4，然后利用螺母3与钢梁进行连接紧固。当需要更换预制混凝土板8时，将螺母3依次拧下，拆除体外预应力索15，便可进行桥面板的拆除与更换。

至此，本发明提供了一种快速安装、更换桥面板的预制装配式组合梁结构。

本结构的安装方法如下：

本发明所有构件均在工厂内预制完成，其中所有构件上的预留孔均配套一致，且满足规范和设计要求(如图4，图6所示)

步骤1：根据桥梁设计情况，将钢梁进行排列；对钢梁上翼缘板2上表面进行喷砂处理。

步骤2：将预制混凝土板8吊装至钢梁上，保证所有预留孔对齐且上下贯通。

步骤3：在上垫板预留孔14处放置规定垫圈10，将高强螺栓7依次穿过构件预留孔，然后利用防松动螺母3和垫圈10对其进行连接紧固。(如图2，图3所示)

步骤4：待所有连接件12全部安装完成后，布置体外预应力索15，紧固纵向混凝土板。

步骤5：对混凝土板进行铺装处理，完成结构安装。

若需对混凝土板8进行更换，可通过拆卸高强螺栓7下的防松动螺母3和体外预应力索15，使得混凝土板与钢梁分离。重复2至5步，即可完成组合梁的再次拼装。

上述的对本发明的描述是为便于该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其做出各种修改，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，本发明不限于这里的说明，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。