一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构

1.本实用新型属于路桥工程技术领域，具体涉及一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构。


背景技术：

2.正交异性钢桥面板因其具有自重轻、强度高、施工快、整体性强等优点，现已广泛应用于世界各国大跨径钢桥中。目前，用作钢桥面铺装的材料主要有沥青混凝土料、改性sma混合料、环氧树脂沥青混合料3种形式。随着运营时间、交通量和车辆荷载的不断增加，国内外很多钢桥面表现出两大病害:钢桥面钢结构疲劳开裂和钢桥面铺装层损坏。对于正交异性钢桥面的疲劳破坏问题，通常采用加大面板厚度来解决，这种思路虽然能起到一定的改善效果，但不能从根本上解决钢桥面的疲劳破坏问题，而且随着后期使用时间的增加其成本也比较高。
3.超高性能混凝土是具有高强度、高延性、高耐久性和高环保性等优异特性的水泥基复合材料，其抗压强度均大于150mpa，几乎等同于钢材，抗拉强度可超过15mpa，弯曲抗拉强度达到50mpa，将超高性能混凝土引入正交异性钢桥面板中，在解决钢桥面钢结构疲劳开裂和钢桥面铺装层损坏方面具有较好的作用。针对钢桥面和超高性能混凝土的施工设计则需要设计一种安全性高、使用寿命长、便于维护保养的组合结构。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构，该结构设计科学合理，施工简单，粘接性能好，耐久性强，抗疲劳性能强。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构，其特征在于，包括钢桥面板和超高性能混凝土层，所述钢桥面板的顶面均匀布设有多个剪力键，所述钢桥面板的顶面设置所述超高性能混凝土层，所述超高性能混凝土层的顶面设置铺装层，所述剪力键为十字型剪力键。
6.优选地，所述剪力键包括长杆和短杆，所述长杆与短杆垂直固定连接形成十字型结构，所述长杆和短杆的连接处垂直固定连接有连接杆，所述连接杆垂直固定连接在钢桥面板的顶面上，所述连接杆的一端设置有端头帽，所述长杆平行于钢桥面板的延伸方向即长度方向，所述短杆平行于钢桥面板的宽度方向。
7.优选地，多个所述剪力键呈矩阵排列分布在钢桥面板的顶面上，所述长杆的长度为60～100mm，所述短杆的长度为30～60mm，所述连接杆的长度为30～38mm，相邻连接杆的间距为150～300mm。
8.优选地，所述钢桥面板的底部通过钢桥支座支撑。
9.优选地，所述超高性能混凝土层的厚度为40-50cm，所述铺装层的厚度为20-30cm，所述超高性能混凝土层由具有低水胶比、低收缩、高延性和良好耐久性能且抗压强度不低
于100mpa、轴拉强度不低7mpa的超高性能混凝土制成。
10.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
11.1、本实用新型结构设计科学合理，疲劳寿命高，抗剪切性能强，耐久性强，粘接性能强，施工简单，可推广使用。
12.2、本实用新型将超高性能混凝土引入正交异性钢桥面板中，从而形成“轻型组合桥面板结构”，在解决钢桥面钢结构疲劳开裂和钢桥面铺装层损坏方面具有良好的作用。
13.3、本实用新型在超高性能混凝土层上方铺装20～30mm厚铺装层，有效提高了桥面刚度，大幅降低钢桥面应力，延长正交异性钢桥面抗疲劳寿命3倍以上。
14.4、本实用新型中的抗剪构造为十字型剪力键，可有效抵抗顺桥向及横桥向的双向剪力。该剪力键不仅取材方便，而且造价低廉。通过十字型剪力键钢桥面板与超高性能混凝土层的结合面具有可靠的抗剪连接，能够大幅度降低车载作用下钢桥面板结构中的应力幅，延长其抗疲劳寿命，提高桥面系的耐久性。
15.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
16.图1是本实用新型的整体结构示意图。
17.图2是本实用新型中剪力键的结构示意图。
18.附图标记说明：
19.1—钢桥面板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2—超高性能混凝土层；
ꢀꢀ
3—铺装层；
20.4—剪力键；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5—长杆；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6—短杆；
21.7—连接杆；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8—钢桥支座；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9—端头帽。
具体实施方式
22.如图1和图2所示，本实用新型包括钢桥面板1和超高性能混凝土层2，所述钢桥面板1的顶面均匀布设有多个剪力键4，所述钢桥面板1的顶面设置所述超高性能混凝土层2，所述超高性能混凝土层2的顶面设置铺装层3，所述剪力键4为十字型剪力键。
23.本实施例中，所述剪力键4包括长杆5和短杆6，所述长杆5与短杆6垂直固定连接形成十字型结构，所述长杆5和短杆6的连接处垂直固定连接有连接杆7，所述连接杆7垂直固定连接在钢桥面板1的顶面上，所述连接杆7的一端设置有端头帽9，所述长杆5平行于钢桥面板1的延伸方向即长度方向，所述短杆6平行于钢桥面板1的宽度方向。剪力键4位于超高性能混凝土层2中。
24.本实施例中，多个所述剪力键4呈矩阵排列分布在钢桥面板1的顶面上，所述长杆5的长度为80mm，所述短杆6的长度为40mm，所述连接杆7的长度为35mm，相邻连接杆7的间距为230mm。
25.本实施例中，所述钢桥面板1的底部通过钢桥支座8支撑。
26.本实施例中，所述超高性能混凝土层2的厚度为40cm，所述铺装层3的厚度为25cm，所述超高性能混凝土层2由具有低水胶比、低收缩、高延性和良好耐久性能且抗压强度不低于100mpa、轴拉强度不低7mpa的超高性能混凝土制成。
27.本实用新型的施工步骤为：
28.s1、工厂焊接制作钢桥面板1，并对其进行防锈处理；
29.s2、预制足够数量的剪力键4，按预设的矩阵间距在钢桥面板1上垂直焊接剪力键4中的连接杆7；
30.s3、配制超高性能混凝土，并将其浇筑于钢桥面板顶，对浇筑后的超高性能混凝土层2进行养护，养护完成后对其上顶板凿毛；
31.s4、待超高性能混凝土层浇筑24h后用沥青混凝土铺设桥面铺装层3；
32.s5、最后进行铺装层3的养护，完成施工。
33.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。


技术特征：
1.一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构，其特征在于，包括钢桥面板(1)和超高性能混凝土层(2)，所述钢桥面板(1)的顶面均匀布设有多个剪力键(4)，所述钢桥面板(1)的顶面设置所述超高性能混凝土层(2)，所述超高性能混凝土层(2)的顶面设置铺装层(3)，所述剪力键(4)为十字型剪力键。2.根据权利要求1所述的一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构，其特征在于，所述剪力键(4)包括长杆(5)和短杆(6)，所述长杆(5)与短杆(6)垂直固定连接形成十字型结构，所述长杆(5)和短杆(6)的连接处垂直固定连接有连接杆(7)，所述连接杆(7)垂直固定连接在钢桥面板(1)的顶面上，所述连接杆(7)的一端设置有端头帽(9)，所述长杆(5)平行于钢桥面板(1)的延伸方向即长度方向，所述短杆(6)平行于钢桥面板(1)的宽度方向。3.根据权利要求2所述的一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构，其特征在于，多个所述剪力键(4)呈矩阵排列分布在钢桥面板(1)的顶面上，所述长杆(5)的长度为60～100mm，所述短杆(6)的长度为30～60mm，所述连接杆(7)的长度为30～38mm，相邻连接杆(7)的间距为150～300mm。4.根据权利要求1所述的一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构，其特征在于，所述钢桥面板(1)的底部通过钢桥支座(8)支撑。5.根据权利要求1所述的一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构，其特征在于，所述超高性能混凝土层(2)的厚度为40～50cm，所述铺装层(3)的厚度为20～30cm。

技术总结
本实用新型提供了一种通过剪力键连接的钢-超高性能混凝土组合结构，包括钢桥面板和超高性能混凝土层，钢桥面板上表面固定设置有多个剪力键，超高性能混凝土层铺装在钢桥面板上表面，超高性能混凝土层上设置有铺装层，剪力键为十字型剪力键。本实用新型结构设计简单合理，粘接性能好，耐久性高，抗疲劳性能好，抗剪切性能强，施工方便，造价低廉。造价低廉。造价低廉。


技术研发人员：蔺鹏臻 雒敏 何志刚 刘应龙 孙永新 马俊军
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2022.02.19
技术公布日：2022/6/28