预制超高性能混凝土中承式梁单元及中承式桥梁结构的制作方法
【专利摘要】一种预制超高性能混凝土中承式梁单元及中承式桥梁结构，该中承式梁单元主要由超高性能混凝土的主梁、横隔板和桥面板整体预制而成；横隔板沿桥梁纵向均匀布设在桥面板下方，桥面板由主梁及横隔板共同支承，中承式梁单元的一侧设为与相邻中承式梁单元进行拼接的连接部。该中承式梁单元沿桥梁横向拼接后可以组合成一双拼中承式梁单元。多个前述中承式梁单元沿桥梁纵向拼接后，通过在连接部设置超高性能混凝土现浇接缝可构成中承式桥梁结构。本实用新型具有自重较轻、耐久性好、能有效降低梁体建筑高度等显著优势。
【专利说明】
预制超高性能混凝土中承式梁单元及中承式桥梁结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种桥梁构件、桥梁本体结构及其施工，尤其涉及一种预制超高性能混凝土 (UHPC)梁单元及桥梁结构。
【背景技术】
[0002]预制预应力混凝土梁具有结构简单、受力明确、造价低廉、架设方便等优点，在桥梁结构中得到了一定程度的应用，但由于普通混凝土材料抗拉强度低、收缩徐变大，在车辆荷载长期作用下，梁体容易产生裂缝，桥面渗水侵蚀主梁，耐久性大打折扣。
[0003]对于常见预制混凝土桥梁形式，在上跨河流、公路时，受通航、通车对桥下净空和桥头高程的限制，往往需要降低桥梁结构建筑高度，而普通混凝土结构桥梁建筑高度的降低则意味着要降低主梁或腹板高度，而这对于桥梁结构是不安全的。因此，如何在降低桥梁高度的同时，还要保证桥梁结构的安全性和耐久性，这一直是本领域人员长期面临的技术难题。尽管现有的文献中已经给出了一些解决方案，但均存在结构复杂、造价高、施工困难或桥梁高度降低幅度有限等各种缺陷。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是，克服以上【背景技术】中提到的不足和缺陷，充分利用UHPC抗压强度高的优势，提供一种自重较轻、耐久性好、能有效降低梁体建筑高度的预制超高性能混凝土中承式梁单元，以及由该预制超高性能混凝土中承式梁单元构成的中承式桥梁结构。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为一种可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土中承式梁单元，所述预制超高性能混凝土中承式梁单元主要由超高性能混凝土主梁、超高性能混凝土横隔板和超高性能混凝土桥面板整体预制而成;所述超高性能混凝土主梁设置在超高性能混凝土桥面板两侧并与之固接，位于两侧的超高性能混凝土主梁相互平行;所述超高性能混凝土横隔板沿桥梁纵向均匀布设在超高性能混凝土桥面板下方，并与超尚性能混凝土桥面板和两侧的超尚性能混凝土主梁固接，所述超尚性能混凝土桥面板由超高性能混凝土主梁及超高性能混凝土横隔板共同支承，所述预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁纵向的一侧或两侧设为与相邻预制超高性能混凝土中承式梁单元进行拼接的连接部。
[0006]上述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，优选的:所述超高性能混凝土桥面板采用下部带有纵肋的薄型板件，所述纵肋沿桥梁横向均匀分布在超高性能混凝土桥面板的底面上。
[0007]上述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，更优选的:所述纵肋的顶面宽度大于其底面宽度，且纵肋的宽度由顶面到底面渐进式变小。更优选的，所述纵肋的横截面呈一倒梯形状。所述纵肋的顶面宽度为0.12m?0.20m，所述纵肋底面宽度为0.1Om?0.18m，相邻两纵肋的间距为0.45m?1.50m。这样优选的尺寸设计方案可以充分发挥超高性能混凝土强度高、无粗骨料、易密实的技术优势，减轻超高性能混凝土桥面板自重。
[0008]上述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，优选的:所述超高性能混凝土桥面板的板件总厚度(包括纵肋在内)为0.18m?0.25m，其中，固接于所述纵肋(3)上方的面板本体
(4)的厚度为0.05m?0.10m。
[0009]上述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，优选的:所述超高性能混凝土主梁采用底部加宽的倒T形结构，所述超高性能混凝土主梁的底部加宽尺寸0.60m?2.0m，所述超高性能混凝土主梁的厚度均为0.20m?0.30m，所述超高性能混凝土主梁的总体高度为预制超高性能混凝土中承式梁单元跨径的1/18?1/30。
[0010]按照上述优选的尺寸设计方案，既能满足超高性能混凝土主梁强度和刚度的要求，同时梁体自重仅为传统混凝土梁自重的一半左右。
[0011]作为一个总的技术构思，本实用新型还提供一种可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土双拼中承式梁单元，所述双拼中承式梁单元由上述的预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁横向拼接而成，且前述两个预制超高性能混凝土中承式梁单元是通过其各自一侧的超高性能混凝土主梁的并排固接而形成一整体。
[0012]作为一个总的技术构思，本实用新型还提供一种预制超高性能混凝土中承式桥梁结构，所述中承式桥梁结构是由上述的预制超高性能混凝土中承式梁单元或预制超高性能混凝土双拼中承式梁单元沿桥梁纵向拼接而成，相邻两个中承式梁单元是通过其连接部连接，所述连接部设有超高性能混凝土现浇接缝。
[0013]上述的预制超高性能混凝土中承式桥梁结构中，优选的:所述超高性能混凝土横隔板沿桥梁纵向密集布置，其间距为2.5m?5.0m，厚度为0.1m?0.2m，高度为超高性能混凝土主梁间距(即桥梁横向宽度)的1/5?1/15。本实用新型中超高性能混凝土横隔板的设置可保证中承式桥梁结构具有足够的抗扭刚度，且可直接在前期预制成型，方便施工。
[0014]上述的预制超高性能混凝土中承式桥梁结构中，优选的:所述中承式桥梁结构是应用于简支梁桥或者连续梁桥;所述中承式桥梁结构的梁段纵向长度等于桥梁单跨跨径长度，所述桥梁单跨跨径为20m?60m，所述桥梁建筑高度为桥梁单跨跨径的1/35?1/50。本实用新型的技术方案特别适合简支梁桥或连续梁桥，将这类桥型成熟的施工技术和设备与本实用新型相结合，可更好地保证本实用新型桥梁结构及其施工建造的可行性及施工效率，结合应用上述的技术方案将产生更加显著的技术效果和技术优势。
[0015]上述本实用新型的预制超高性能混凝土中承式梁单元及其构成的中承式桥梁结构，由于采用了超高性能混凝土作为结构材料，并配合了合理的连接设置，使得中承式梁单元的主梁腹板厚度和桥面板平均厚度降低(板件厚度仅为传统预制混凝土梁的1/3?1/2)，同时超高性能混凝土主梁无需采用变截面、预应力系统，只需少量构造钢筋，这使得本实用新型的预制超高性能混凝土中承式桥梁结构的截面总高度和宽度在与传统预制混凝土梁设计值保持相当的前提下，整个梁体的自重能大幅度减轻，与常见中等跨径桥梁形式比较，可有效降低桥梁建筑高度(桥梁建筑高度仅为传统预制混凝土梁的1/2左右)。
[0016]上述的预制超高性能混凝土中承式桥梁结构的施工方法，包括以下步骤:
[0017](a)按照所述预制超高性能混凝土中承式梁单元的结构，在工厂整体预制所述超高性能混凝土主梁、超高性能混凝土横隔板和超高性能混凝土桥面板，形成单独的预制超高性能混凝土中承式梁单元；
[0018](b)待超高性能混凝土主梁达到设计强度后，进行现场吊装；吊装到位后，通过在相邻两预制超高性能混凝土中承式梁单元的连接部设置超高性能混凝土现浇接缝，将所述预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁纵向依次拼接形成中承式桥梁结构主体；
[0019](c)最后完成附属工程及桥面铺装的施工。
[0020]上述的施工方法，优选的:所述预制超高性能混凝土中承式梁单元使用的超高性能混凝土材料均为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土。
[0021]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0022]第一，本实用新型提供的预制超高性能混凝土中承式梁单元及桥梁结构采用了新型材料超高性能混凝土，抗压强度可高达120MPa以上，其可以实现主梁的轻型化，不但可减轻下部结构的重量、提高桥梁的跨越能力，而且使结构的预制、拼装、运输更加容易；
[0023]第二，本实用新型相比于传统中等跨径混凝土梁大大降低了桥梁建筑高度，可以使多层立交桥大幅度降低总体高度、缩短引桥或引道长度、减少工程量、少占土地、少拆迀工程，因而可以取得巨大的经济效益和环境效益；另外，由于坡度变小，车辆爬坡量小，还可以降低运营费用；
[0024]第三，本实用新型可以有效降低传统预制混凝土梁的开裂风险；由于超高性能混凝土的弯曲抗拉强度可达20MPa以上，且经高温蒸养后的后期收缩基本为零，后期徐变也很小，这使得本实用新型在防范预制梁体开裂方面有足够的保障；
[0025]第四，本实用新型采用超高性能混凝土主梁和桥面板整体预制、整体吊装的施工方式，不仅便于施工，而且增强了桥梁结构的耐久性，方便桥梁的后期维护。
[0026]总体来说，本实用新型具有自重轻、耐久性好、降低梁体开裂风险、大幅度降低桥梁建筑高度等显著优势，具有较好的产业化应用前景。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
[0028]图1为本实用新型实施例中预制超高性能混凝土中承式桥梁结构的立面图。
[0029]图2为图1中A-A处的剖视图。
[0030]图3为图1中B-B处的剖视图。
[0031]图4为本实用新型中预制超高性能混凝土双拼中承式梁单元的横截面示意图。
[0032]图5为图3中C处的局部放大图。
[0033]图例说明:
[0034]1、超高性能混凝土桥面板;2、磨耗层;3、纵肋;4、面板本体;5、超高性能混凝土主梁;6、超尚性能混凝土端部横隔板;7、超尚性能混凝土横隔板;8、护栏;9、超尚性能混凝土现浇接缝。
【具体实施方式】
[0035]为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0036]需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
[0037]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本实用新型的保护范围。
[0038]除非另有特别说明，本实用新型中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0039]实施例1:
[0040]—种如图1、图2、图3中所示出的可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土中承式梁单元，该预制超高性能混凝土中承式梁单元主要由超高性能混凝土主梁5、超高性能混凝土横隔板7和超高性能混凝土桥面板I整体预制而成;超高性能混凝土主梁5设置在超高性能混凝土桥面板I两侧并与之固接，位于两侧的超高性能混凝土主梁5沿桥梁纵向相互平行。超高性能混凝土横隔板7沿桥梁纵向均匀布设在超高性能混凝土桥面板I下方，并与超尚性能混凝土桥面板I和两侧的超尚性能混凝土主梁5固接，超尚性能混凝土桥面板I由超高性能混凝土主梁5及超高性能混凝土横隔板7共同支承，预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁纵向的一侧或两侧设为与相邻预制超高性能混凝土中承式梁单元进行拼接的连接部。
[0041 ] 如图5所示，本实施例的预制超高性能混凝土中承式梁单元中，超高性能混凝土桥面板I采用下部带有纵肋3的薄型板件，纵肋3沿桥梁横向均匀分布在超高性能混凝土桥面板I的底面上。纵肋3的顶面宽度大于其底面宽度，且纵肋3的宽度由顶面到底面渐进式变小。本实施例中的纵肋3的横截面呈一倒梯形状;纵肋3的顶面宽度均为0.20m，纵肋3的高度为0.11m，纵肋3的底面宽度为0.18m，相邻两纵肋3的间距为0.7m。本实施例的预制超高性能混凝土中承式梁单元中，超高性能混凝土桥面板I的板件总厚度为0.18m，其中，固接于纵肋3上方的面板本体4的厚度为0.07m。
[0042]本实施例的预制超高性能混凝土中承式梁单元中，超高性能混凝土主梁5采用底部加宽的倒T形结构，超高性能混凝土主梁5的底部加宽尺寸0.90m，超高性能混凝土主梁5的主梁厚度为0.25m，超高性能混凝土主梁5的总体高度为预制超高性能混凝土中承式梁单元跨径的I/20。
[0043]上述本实施例的预制超高性能混凝土中承式梁单元可以拼接组合，构成一种本实用新型的预制超高性能混凝土中承式桥梁结构，该中承式桥梁结构是由多个上述本实用新型的预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁纵向拼接而成，相邻两个中承式梁单元是通过其连接部连接，连接部设有超高性能混凝土现饶接缝9。超高性能混凝土横隔板7沿整个桥梁纵向间隔布置，间距为3.0m，厚度为0.1m?0.2m。另外，在每个预制超尚性能混凝土中承式梁单元的端部，可以特别设置一如图3所示的超高性能混凝土端部横隔板6，超高性能混凝土端部横隔板6比中部均匀布设的超高性能混凝土横隔板7的高度要更高，超高性能混凝土横隔板7的高度为超高性能混凝土主梁5间距的1/10，而超高性能混凝土端部横隔板6的高度为超高性能混凝土主梁5间距的1/6;该中承式桥梁结构的梁段纵向长度等于桥梁单跨跨径长度，本实施例中桥梁单跨跨径为50m，本实施例中梁段横向宽度为8.25m，桥梁建筑尚度为桥梁单跨跨径的I/39。整个超尚性能混凝土桥面板I上铺设有磨耗层2，超尚性能混凝土桥面板I上还设置有护栏8。
[0044]上述本实施例的中承式桥梁结构的施工特别适合应用于简支梁桥或者连续梁桥的桥梁建造施工过程;该预制超高性能混凝土中承式桥梁结构的施工方法具体包括以下步骤:
[0045](a)按照上述预制超高性能混凝土中承式梁单元的结构，在工厂整体预制超高性能混凝土主梁5、超高性能混凝土横隔板7和超高性能混凝土桥面板I，形成单独的预制超高性能混凝土中承式梁单元;预制超高性能混凝土中承式梁单元使用的超高性能混凝土材料均为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土 ；
[0046](b)待超高性能混凝土主梁5达到设计强度后，进行现场吊装；吊装到位后，通过在相邻两预制超高性能混凝土中承式梁单元的连接部设置超高性能混凝土现浇接缝9，将预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁纵向依次拼接形成中承式桥梁结构主体；
[0047](c)最后完成附属工程(例如护栏8)及桥面铺装(例如磨耗层2)的施工。
[0048]实施例2:
[0049]本实用新型还可提供另一种如图4所示可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土双拼中承式梁单元，该预制超高性能混凝土双拼中承式梁单元是由两个上述实施例1中的预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁横向拼接而成，且前述两个预制超高性能混凝土中承式梁单元是通过其各自一侧的超高性能混凝土主梁5的并排拼接而形成一整体。这样便能够有效增加桥梁的横向宽度和车辆通行能力，同时还可以继续发挥本实用新型的技术优势和经济优势。
【主权项】
1.一种可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土中承式梁单元，其特征在于:所述预制超高性能混凝土中承式梁单元主要由超高性能混凝土主梁(5)、超高性能混凝土横隔板(7)和超高性能混凝土桥面板(I)整体预制而成;所述超高性能混凝土主梁(5)设置在超高性能混凝土桥面板(I)两侧并与之固接，位于两侧的超高性能混凝土主梁(5)相互平行；所述超高性能混凝土横隔板(7)沿桥梁纵向均匀布设在超高性能混凝土桥面板(I)下方，并与超高性能混凝土桥面板(I)和两侧的超高性能混凝土主梁(5)固接，所述超高性能混凝土桥面板(I)由超高性能混凝土主梁(5)及超高性能混凝土横隔板(7)共同支承，所述预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁纵向的一侧或两侧设为与相邻预制超高性能混凝土中承式梁单元进行拼接的连接部。2.根据权利要求1所述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，其特征在于:所述超高性能混凝土桥面板(I)采用下部带有纵肋(3)的薄型板件，所述纵肋(3)沿桥梁横向均匀分布在超高性能混凝土桥面板(I)的底面上。3.根据权利要求2所述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，其特征在于:所述纵肋(3)的顶面宽度大于其底面宽度，且纵肋(3)的宽度由顶面到底面渐进式变小。4.根据权利要求3所述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，其特征在于:所述纵肋(3)的横截面呈一倒梯形状;所述纵肋(3)的顶面宽度均为0.12m?0.20m，所述纵肋(3)底面宽度为0.1m?0.18m,相邻两纵肋(3)的间距为0.45m?1.50m。5.根据权利要求2-4中任一项所述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，其特征在于:所述超高性能混凝土桥面板(I)的板件总厚度为0.18m?0.25m，其中，固接于所述纵肋(3)上方的面板本体(4)的厚度为0.05m?0.10m。6.根据权利要求1-4中任一项所述的预制超高性能混凝土中承式梁单元，其特征在于:所述超高性能混凝土主梁(5)采用底部加宽的倒T形结构，所述超高性能混凝土主梁(5)的底部加宽尺寸0.60m?2.0m，所述超高性能混凝土主梁(5)的厚度均为0.20m?0.30m，所述超高性能混凝土主梁(5)的总体高度为预制超高性能混凝土中承式梁单元跨径的1/18?I/30 ο7.—种可应用于桥梁构造中的预制超高性能混凝土双拼中承式梁单元，其特征在于:所述预制超高性能混凝土双拼中承式梁单元由两个权利要求1-6中任一项所述的预制超高性能混凝土中承式梁单元沿桥梁横向拼接而成，且前述两个预制超高性能混凝土中承式梁单元是通过其各自一侧的超高性能混凝土主梁(5)的并排固接而形成一整体。8.—种预制超高性能混凝土中承式桥梁结构，其特征在于:所述中承式桥梁结构是由多个权利要求1-6中任一项所述的预制超高性能混凝土中承式梁单元或权利要求7所述的预制超高性能混凝土双拼中承式梁单元沿桥梁纵向拼接而成，相邻两个中承式梁单元是通过其连接部连接，所述连接部设有超高性能混凝土现浇接缝(9)。9.根据权利要求8所述的预制超高性能混凝土中承式桥梁结构，其特征在于:所述超高性能混凝土横隔板(7)沿桥梁纵向的间距为2.5m?5.0m，厚度为0.1m?0.2m，高度为超高性能混凝土主梁(5)间距的I /5?I /15。10.根据权利要求8或9所述的预制超高性能混凝土中承式桥梁结构，其特征在于:所述预制超高性能混凝土中承式桥梁结构为简支梁桥或者连续梁桥;所述中承式桥梁结构的梁段纵向长度等于桥梁单跨跨径长度，所述桥梁单跨跨径为20m?60m，所述桥梁建筑高度为 桥梁单跨跨径的1/35?1/50。
【文档编号】E01D101/26GK205474797SQ201620102184
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月1日
【发明人】邵旭东, 邓舒文, 晏班夫, 曾田胜
【申请人】湖南大学