一种基于剪力键的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系的制作方法

1.本实用新型属于建筑技术领域，具体涉及一种基于剪力键的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系。


背景技术：

2.钢桥面铺装是世界性难题，原因是钢桥面有如下不利因素：(1)钢板表面光滑，铺装与钢板结合性能差，铺装容易滑移、挤推；(2)钢板在温度和车轮荷载作用下应变较大，铺装材料与钢板变形不协调、不同步，导致铺装开裂； (3)钢板夏季温度可达70℃，对铺装材料的高温稳定性要求较高，常规沥青材料很容易软化，从而出现车辙；(4)钢桥有腐蚀生锈问题，因此对铺装材料有防水性能要求。
3.近年来，随着综合国力和钢材产能的大幅度提升，钢桥得到了越来越多的应用，主要形成了几种常用的钢桥面铺装体系：
4.(1)浇筑式沥青混凝土铺装体系
5.国内浇筑式沥青混凝土铺装技术源于德国和日本，从二十世纪九十年代引入中国到现在经过多阶段的改良，已在原材料基础上得到很大改进。该体系应用广泛，如南京长江四桥、泰州长江大桥等。使用时常采用浇筑式沥青混凝土作下层，sma作面层，浇筑式沥青混凝土施工采用高温拌和、自流平，集料中沥青含量很高，因此材料的密水性好、耐久性好。缺点是材料的高温稳定性较差，高温天气重载情况下容易出现车辙等病害；沥青材料对钢桥面板刚度无加强作用，钢桥面板的加劲肋容易疲劳开裂。
6.(2)环氧沥青混凝土铺装体系
7.环氧沥青混凝土的研究源于美国，传入国内之后得到十分广泛的应用和发展。如苏通大桥、西堠门大桥等。环氧沥青混凝土铺装体系通常采用双层环氧沥青混凝土，中间采用黏结层。环氧沥青混凝土强度高、刚度大，稳定性、耐疲劳性、耐久性均属优良。缺点在于环氧沥青混凝土施工要求苛刻，施工周期长，因此病害维修复杂，对交通影响大；沥青材料对钢桥面板刚度无加强作用，钢桥面板的加劲肋容易疲劳开裂。
8.(3)超高性能混凝土铺装体系
9.超高性能混凝土(uhpc)具有优异的力学性能与耐久性能，超高性能混凝土铺装体系的工作原理是通过焊钉将现浇的uhpc与钢桥面板形成永久性组合的桥面结构，然后再在顶上铺筑沥青面层。这种铺装体系大大提高了钢桥面的刚度，从本质上改善了桥面系的受力性能。
10.但是为减小孔隙率、优化孔结构、提高密实度，超高性能混凝土剔除了粗骨料，采用大掺量胶凝材料且其中超细矿物掺合料用量较高，采用较低的水胶比，且掺加大量短细钢纤维，导致uhpc黏度较大，拌制工艺复杂。目前uhpc 现场生产、浇筑均采用专用搅拌设备、布料系统及振捣整平设备，浇筑后需采用薄膜保湿养护，以及高温蒸汽养护，施工复杂，造价较高，因此限制了uhpc 的工程应用。


技术实现要素：

11.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于剪力键的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系。
12.本实用新型的技术方案为：一种基于剪力键的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系，包括：
13.钢桥面板；
14.覆盖在所述钢桥面板上的超高韧性混凝土铺装层；
15.位于所述超高韧性混凝土铺装层内，并焊接于所述钢桥面板上的焊钉；
16.覆盖在所述超高韧性混凝土铺装层上的沥青混凝土铺装层；
17.设置于所述超高韧性混凝土铺装层内的钢筋网。
18.本实用新型中为了确保钢桥面板与超高韧性混凝土铺装层之间的粘结强度，保证组合结构联合受力，通过在钢桥面板顶部设置有焊钉形式的剪力键，使钢桥面板与超高韧性混凝土铺装层紧密结合为一体，形成钢
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超高韧性混凝土组合桥面板结构，大大加强了桥面系刚度，从根本上减小了钢桥面板在车辆轮载作用下的应力，避免了钢桥面板加劲肋疲劳开裂问题。
19.作为优选，所述超高韧性混凝土铺装层由超高韧性混凝土浇筑而成。
20.作为优选，所述超高韧性混凝土的原料包括高强高弹模pva纤维、硅砂子、水泥、粉煤灰和外加剂。具体可以为由高强高弹模pva纤维、硅砂子、水泥、粉煤灰和外加剂组成的干粉复合材料，经水拌合硬化后浇筑在钢桥面板上形成固体，即为超高韧性混凝土铺装层，其高强度、高韧性以及多细密裂缝开裂特征符合钢桥面铺装的技术要求。
21.本实用新型中超高韧性混凝土的性能有多种选择，可以采用现有多种情况也可以，作为优选，所述超高韧性混凝土的抗压强度不低于40mpa、抗拉强度不低于7mpa，极限抗拉应变≥0.5％，防渗等级不小于p8。
22.作为优选，所述超高韧性混凝土铺装层的厚度为60mm～80mm。
23.本实用新型中钢筋网最顶端上方覆盖的超高韧性混凝土层的厚度部分形成混凝土净保护层，作为优选，所述超高韧性混凝土铺装层中从钢筋网处至顶端的厚度为15mm～25mm。
24.作为优选，所述沥青混凝土铺装层的厚度为40mm～60mm。
25.本实用新型中钢筋网的结构形式有多种，采用现有多种结构形式也可以，作为优选，所述钢筋网纵横交错布置。
26.本实用新型中剪力键的结构形式有多种，其布置方式也可以有多种，作为优选，所述焊钉以纵横向均匀规律分布，其中，纵向和横向分别相邻的焊钉间距为15cm～30cm。
27.作为优选，所述焊钉通过电弧螺柱焊焊接在所述钢桥面板上，所述焊钉为圆柱头焊钉。本实用新型中采用的圆柱头焊钉产品为通用标准化产品，遵循gb/t 10433
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2002生产，施工快捷，便于大规模应用；圆柱头焊钉顶部设置有直径略大的圆柱头，有利于增加抗剪及抗起掀作用。
28.与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
29.(1)本实用新型中通过设置剪力键，使钢桥面板与超高韧性混凝土铺装层紧密结合为一体，形成钢
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超高韧性混凝土组合桥面板结构，大大加强了桥面体系刚度，从根本上
减小了钢桥面板在车辆轮载作用下的应力，基本避免了钢桥面板加劲肋疲劳开裂问题。
30.(2)本实用新型中超高韧性混凝土抗拉强度大于7mpa，远超普通混凝土抗拉强度(仅1.6～1.8mpa)，因此铺装层运营中更加不容易出现开裂破坏。
31.(3)普通混凝土基本为脆性材料，抗拉应变可忽略，因此应用于钢桥铺装时很容易开裂，而本实用新型中超高韧性混凝土极限抗拉应变≥0.5％，能与钢板变形相协调。
32.(4)本实用新型中采用的超高韧性混凝土防水性能良好(p8)，有效隔绝了水汽侵入钢桥面板。
33.(5)沥青铺装体系设计使用年限仅15年(沥青为有机物，在空气中有老化问题)，而本实用新型中超高韧性混凝土耐久性良好，正常养护条件下设计使用年限超过50年，因此本实用新型的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系全寿命成本更低。
34.(6)本实用新型中在沥青混凝土铺装层和钢桥面板之间设置了对温度不敏感、导热性较差的超高韧性混凝土铺装层，避免了沥青直接铺设在光滑钢板上粘结性能不够，以及夏季钢板温度急剧上升时(可达70℃)时沥青软化、性能急剧下降的问题。
35.(7)本实用新型的铺装体系各组成分工明确，工作原理清晰，超高韧性混凝土具有远大于普通混凝土的抗拉强度和协调变形能力，能有效避免钢桥面铺装体系病害的产生，而且所需工序、设备简单，易于现场施工，其造价低于浇筑式沥青混凝土铺装体系、低于环氧沥青混凝土铺装体系、更低于超高性能混凝土铺装体系，具有成本优势。
附图说明
36.为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本实施例中基于剪力键的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系的结构示意图。
38.图2为图1中a
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a向的剖视图。
39.图3为图1中b
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b向的剖视图。
40.附图说明：
41.1、钢桥面板；2、圆柱头焊钉；3、钢筋网；4、超高韧性混凝土铺装层；5、沥青混凝土铺装层。
具体实施方式
42.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
43.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺
时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
45.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
49.本实施例为一种基于剪力键的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系，如图1～3 所示，具体包括：
50.钢桥面板1；
51.覆盖在钢桥面板1上的超高韧性混凝土铺装层4；
52.位于超高韧性混凝土铺装层4内，并焊接于钢桥面板1上的焊钉；
53.覆盖在超高韧性混凝土铺装层4上的沥青混凝土铺装层5；
54.设置于超高韧性混凝土铺装层4内的钢筋网3。
55.另外，本实施例中钢筋网3的结构形式有多种，采用现有多种结构形式也可以，例如钢筋网3纵横交错布置，见图1。
56.本实施例中剪力键的结构形式有多种，本实施例中焊钉可通过电弧螺柱焊焊接在钢桥面板1上，焊钉为圆柱头焊钉2。本实施例中采用的圆柱头焊钉2产品可为通用标准化产品，遵循gb/t 10433
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2002生产，施工快捷，便于大规模应用；圆柱头焊钉2顶部设置有直径略大的圆柱头，有利于增加抗剪及抗起掀作用。
57.另外，本实施例中剪力键的布置方式也可以有多种，本实施例中焊钉以纵横向均匀规律分布，其中，纵向和横向分别相邻的螺钉间距为15cm～30cm。
58.其中，本实施例中超高韧性混凝土铺装层4由超高韧性混凝土浇筑而成。本实施例中超高韧性混凝土可以为由高强高弹模pva纤维、硅砂子、水泥、粉煤灰和外加剂组成的干粉复合材料，经水拌合硬化后浇筑在钢桥面板1上形成固体，即为超高韧性混凝土铺装层4，其高强度、高韧性以及多细密裂缝开裂特征符合钢桥面铺装的技术要求。
59.本实施例中超高韧性混凝土的性能有多种选择，可以采用现有多种情况也可以，本实施例中超高韧性混凝土的抗压强度不低于40mpa、抗拉强度不低于 7mpa，极限抗拉应变≥0.5％，防渗等级不小于p8。本实施例中超高韧性混凝土抗拉强度大于7mpa，远超普通混凝土抗拉强度(仅1.6～1.8mpa)，因此铺装层运营中更加不容易出现开裂破坏。普通混凝土基本为脆性材料，抗拉应变可忽略，因此应用于钢桥铺装时很容易开裂，而本实施例中超高韧性混凝土极限抗拉应变≥0.5％，能与钢板变形相协调。而且本实施例中采用的超高韧性混凝土防水性能良好(p8)，有效隔绝了水汽侵入钢桥面板1。
60.本实施例中各个结构的厚度情况可以有多种，一般情况下，本实施例中超高韧性混凝土铺装层4的厚度为60mm～80mm。本实施例中钢筋网3最顶端上方覆盖的超高韧性混凝土层的厚度部分形成混凝土净保护层，超高韧性混凝土铺装层4中从钢筋网3处至顶端的厚度为15mm～25mm。沥青混凝土铺装层的厚度为40mm～60mm。
61.本实施例的铺装施工顺序如下：
①
对钢桥面板1进行除锈；
②
采用电弧螺栓焊焊接圆柱头焊钉2于钢桥面板上；
③
安装钢筋网3；
④
浇筑超高韧性混凝土铺装层4之后，常规养护；
⑤
在超高韧性混凝土铺装层4上铺设沥青混凝土铺装层5。
62.本实施例中的主要原理为：
63.通过设置剪力键，使钢桥面板1与超高韧性混凝土铺装层4紧密结合为一体，形成钢
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超高韧性混凝土组合桥面板结构，大大加强了桥面体系刚度，从根本上减小了钢桥面板1在车辆轮载作用下的应力，基本上可以避免了钢桥面板1 加劲肋疲劳开裂问题。而且本实施例中在沥青混凝土铺装层5和钢桥面板1之间设置了对温度不敏感、导热性较差的超高韧性混凝土铺装层4，避免了沥青直接铺设在光滑钢板上粘结性能不够，以及夏季钢板温度急剧上升时(可达70℃) 沥青软化、性能急剧下降的问题。
64.上述仅以实施例来进一步说明本实施例的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实施例的实施方式仅限于此，任何依本实施例所做的技术延伸或再创造，均受本实施例的保护。本实施例的保护范围以权利要求书为准。