一种超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，该组合桥梁结构主要由钢纵梁、钢横梁和超高韧性混凝土桥面板组成；钢纵梁和钢横梁相互连接构成组合桥梁结构的主梁，超高韧性混凝土桥面板主要由超高韧性混凝土浇筑而成，超高韧性混凝土桥面板内配有纵横向钢筋网；超高韧性混凝土桥面板与钢纵梁的上翼缘板的结合面、超高韧性混凝土桥面板与钢横梁的上翼缘板的结合面均设置有剪力连接件。本实用新型的组合桥梁结构具有自重轻、抗拉强度优异和耐久性好等优点，能显著提高结构刚度，降低混凝土收缩徐变影响，减少混凝土板接缝数量，有效防止混凝土板裂缝产生。
【专利说明】一种超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型的桥梁结构，特别涉及一种轻型钢-混凝土组合桥梁结构。
【背景技术】
[0002]钢-混凝土组合梁桥是将钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体共同受力的桥梁结构形式。相对于钢桥，钢-混凝土组合桥梁截面惯性矩和抗弯承载力均显著提高，且混凝土桥面板对钢梁稳定性的增强使得钢结构材料性能得以充分发挥，大幅降低了钢梁用钢量，减少了材料费用，具有良好的经济性。与混凝土桥梁相比，组合桥梁具有结构尺寸小、自重轻，结构延性好，抗震性能优良，基础造价降低等优点。同时，上部结构梁高的减小，有利于增加桥下净空和降低桥面高程，同时使结构外形更纤细，增强了桥梁的景观效果。
[0003]虽然钢-混凝土组合桥梁力学性能和施工性能良好，但也存在一些问题。首先，传统的钢-混凝土组合桥梁中，由于混凝土的抗拉强度较低，为了抵抗轮载应力，混凝土桥面板厚度较大(通常平均厚度在26厘米以上)，结构的恒载较大，且随着跨径逐渐增加，恒载占承载力比重进一步加大。其次，在正弯矩作用下，混凝土桥面板处于纵向受压状态，混凝土桥面板作为组合桥梁的受压翼缘共同工作抵抗恒载和活载，受力良好；但在负弯矩作用下，混凝土桥面板处于受拉状态，而混凝土材料抗拉强度低，桥面板很容易开裂。再次，如图1和图2所示，普通的钢-混凝土组合桥梁为了减小混凝土桥面板收缩变形受钢梁约束而导致过大收缩应力的影响，一般采用预制普通混凝土(RC)桥面板5，存放四个月后将RC桥面板预制段51安装至钢梁上，再在钢梁上现浇RC桥面板现浇段52，因而此类组合桥梁结构的纵横向接缝53很多，而接缝又是结构薄弱位置，容易开裂。最后，钢-混凝土组合桥梁负弯矩区(特别是接缝处)的混凝土桥面板受拉开裂后，在使用阶段随材料性能劣化很容易造成混凝土桥面板内钢筋锈蚀、主梁渗水和钢结构生锈等问题，桥梁的耐久性面临巨大隐患，难以满足特大跨径桥梁的要求。因此，如何改进组合桥梁结构混凝土桥面板的力学性能和施工工艺，成为钢-混凝土组合桥梁设计和施工中一项迫切需要解决的问题。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，为钢混凝土组合桥梁提供一种轻型的、能提高结构刚度和抗拉强度、能降低混凝土收缩徐变影响、减少混凝土板接缝数量、有效防止混凝土板裂缝产生和耐久性好的混凝土桥面板。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为:一种超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，所述组合桥梁结构主要由钢纵梁、钢横梁和超高韧性混凝土(Super Toughness Concrete,简称STC)桥面板组成；所述钢纵梁和钢横梁相互连接构成组合桥梁结构的主梁(钢纵梁与所述钢横梁之间可通过焊接、栓接等方式相连，钢横梁优选采用双面坡口焊与钢纵梁相连)，所述超高韧性混凝土桥面板主要由超高韧性混凝土浇筑而成，超高韧性混凝土桥面板内配有纵横向钢筋网；所述超高韧性混凝土桥面板与钢纵梁的上翼缘板的结合面、超高韧性混凝土桥面板与钢横梁的上翼缘板的结合面均设置有剪力连接件使其连接成一整体。本实用新型提出这种超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构可用于特大跨径的梁桥、斜拉桥和悬索桥等工程实践中。
[0006]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，所述超高韧性混凝土可以为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土、密实配筋水泥基复合材料等，但优选为改性的活性粉末混凝土。该改性的活性粉末混凝土主要是指活性粉末混凝土中掺入有不同尺寸和/或外形的镀铜高强钢纤维(钢纤维抗拉强度超过2800MPa)。该优选的改性活性粉末混凝土可以有效改善STC桥面板的韧性和受拉性能。
[0007]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，所述的超高韧性混凝土中可掺入两种或两种以上不同尺寸或外形的镀铜高强钢纤维，以改善STC桥面板的韧性和受拉性能；但优选的，所述镀铜高强钢纤维的长度与直径的比例(即长径比)控制为70~100 ；所述镀铜高强钢纤维的外形包括平直形、带端钩、扭曲形中的两种或多种(参见图3)。更优选的，所述镀铜高强钢纤维选用镀铜高强钢纤维A和镀铜高强钢纤维B两种，所述镀铜高强钢纤维A和镀铜高强钢纤维B的掺入体积比控制在0.5:1~1: 0.5，所述镀铜高强钢纤维的总体积掺量为2%~4%。优化级配后的镀铜高强钢纤维可以提高体积掺量，并保证STC材料的和易性，提高抗弯拉强度和韧性。采用优化级配后的变形钢纤维还能在保证和易性及力学性能的前提下，降低体积掺量，并提高STC材料的抗弯拉强度、韧性及施工和易性。所述的超高韧性混凝土采用级配后的变形钢纤维后断裂能为22kJ/m2~45kJ/m2，极限伸长率高达5200 X 10-6~6500 X 10' [0008]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，优选的，所述超高韧性混凝土中掺有石棉尾矿酸性浸渣超细粉用以改性STC桥面板的收缩特性；所述石棉尾矿酸性浸渣超细粉的平均粒径为2 μ m~5 μ m，石棉尾矿酸性浸渣超细粉的掺入量为超高韧性混凝土组分中胶凝材料(包括水泥、娃灰等活性材料)的10%~25% (质量分数)。掺入石棉尾矿酸性浸渣超细粉改性后，由于超细粉颗粒细，配比含量高，这使得STC材料的自收缩进一步减小，早期强度得到显著提高。
[0009]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，所述钢纵梁既可以是钢板梁，也可以是钢板梁、钢箱梁和钢桁架梁等钢主梁的行车道板(可参见图10、图12和图13);所述行车道板与钢主梁通过焊接、栓接等方式相连。所述钢横梁可以是桁架式或实腹式横向联结系；所述桁架式横向联结系包括K型、X型等桁架梁(可分别参见图14和图15)，所述实腹式横向联结系包括I型、工字型等实腹式横梁，且其上翼缘板既可与钢纵梁上翼缘板等高，也可低于钢纵梁的上翼缘板(可分别参见图16和图17)。本实用新型中，所述钢横梁优选为上翼缘与钢纵梁翼缘等高的工字型实腹式横向联结系，以便于支承STC桥面板而减小桥面板跨径，同时提供更多剪力连接件焊接所需的接触面，增加剪力连接件数量而提高抗剪承载力。
[0010]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，更优选的，所述钢横梁沿桥梁纵向密集布置，密集布置优选是指钢横梁的间距为钢纵梁间距的1/3~1/2或3m~6m,这样可显著减小车轮荷载作用下桥面板的内力。当钢纵梁为间距较小的钢板梁时，钢横梁在纵向的间距优选取钢纵梁间距的1/3~1/2 ;当钢纵梁为间距较大的钢箱梁或钢桁架梁时，钢横梁在纵向的间距优选取3m?6m，这样可以显著减小车轮荷载作用下桥面板的内力。
[0011]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，所述的抗剪连接件包含圆柱头剪力钉、焊接纵横向钢筋网、槽钢、开孔钢板(PBL剪力键)、角钢、L型钢、弯起钢筋、锚环和摩擦型高强螺栓等，优选为圆柱头剪力钉和PBL剪力键。
[0012]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，优选的，所述STC桥面板的厚度较薄，本实用新型中优选取8cm?16cm，其仅为普通钢-混凝土组合桥梁混凝土桥面板厚度的1/4?1/2，结构自重轻，结构抵抗荷载有效性和跨越能力大；所述STC桥面板内还设置有沿桥梁纵横向的纵横向钢筋网，纵横向钢筋网的单向配筋率优选为3%?6%。
[0013]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，优选的，所述超高韧性混凝土经过了高温蒸汽养护成型，其收缩徐变在蒸养过程中几乎全部完成，后期收缩徐变小，因而STC材料收缩变形受钢板约束影响很小；因此，本实用新型中可将STC桥面板直接浇筑在钢主梁上，并可在较长的纵向预制节段间设置横向接缝，所述超高韧性混凝土桥面板的横向接缝的间距优选为间距为Sm?30m。基于此，本实用新型优选的组合桥梁结构中，组合结构的接缝数量大幅度减少(甚至桥梁跨径不大时可全跨连续浇注STC桥面板而不设置接缝)，结构抗裂安全度与刚度显著提高。本实用新型中的STC桥面板既可采用现场连续浇注，也可采用工厂标准化节段预制、现场装配并现浇湿接缝的施工工艺，优选为工厂标准化分节段预制、现场装配并现浇湿接缝的施工工艺。
[0014]上述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，优选的，所述的STC桥面板的横向接缝可以设置在钢横梁的腹板顶部或钢横梁间的跨中位置；横向接缝设置在钢横梁的腹板顶部时可以进行钢横梁的局部增强，如加宽顶板和焊接纵向加劲板；当横向接缝设置在钢横梁间的跨中位置时，该横向接缝处可以增加横向增强钢板。所述的STC桥面板的横向接缝更优选设置在钢横梁间的跨中位置。通过对横向接缝的位置及接缝局部进行加强处理，不仅可减小接缝的受力、强化增大接缝处的刚度，而且能基本消除STC桥面板接缝开裂的风险。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的技术方案具备以下明显的技术优势:
[0016]第一，本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构采用了薄型的STC桥面板，其厚度仅为传统钢-混凝土组合桥梁混凝土桥面板厚度的1/4?1/2，结构自重显著降低，结构抵抗荷载有效性和增大跨越能力大幅提高，这使得本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构成为大跨径桥梁中一种具有应用前景的桥型。
[0017]第二，本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构相比于普通的钢-混凝土组合桥梁，其通过设置密集的钢横梁，减小了车轮荷载作用下的桥面板内力。
[0018]第三，本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，STC材料采用不同尺寸或外形的钢纤维进行优化级配改性后，STC断裂能可达22kJ/m2?45kJ/m2、极限伸长率高达5200X 10_6?6500X 10_6，相对于普通混凝土的断裂能0.12kJ/m2、极限拉应变60X10_6?120 X 10_6，本实用新型STC桥面板的抗拉强度高、韧性大，故能更好地承受组合桥梁混凝土桥面板中较大的拉应力或拉应变，防止其受拉破坏。
[0019]第四，本实用新型中优化改性后的超高韧性混凝土相比于普通混凝土，组分中掺入了平均粒径仅2 μ m?5 μ m的石棉尾矿酸性浸渣超细粉，该超细粉颗粒细，粉体含量高，因而STC材料的自收缩小，极限拉应变大，显著改善了 STC桥面板的收缩特性。
[0020]第五，普通混凝土桥面板收缩变形受钢梁约束的影响较大，故传统的钢-混凝土组合桥梁一般采用自由收缩变形后的预制混凝土桥面板，后期在钢梁上现浇接缝段，因而纵横向接缝很多。而STC桥面板的收缩徐变在高温蒸养强度形成过程中几乎全部完成，后期收缩徐变可忽略不计，因而本实用新型中STC桥面板收缩变形受钢板约束影响很小，可将其直接浇注在钢梁上，只需在预制节段间设置横向接缝，从而大幅度减少接缝数量，结构抗裂安全性和刚度较普通钢-混凝土桥梁有明显提高。
[0021]第六，普通钢-混凝土组合桥梁的纵横向接缝一般设置在钢梁支撑处，负弯矩较大，容易受拉开裂。而本实用新型中超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构现浇段与预制段的横向接缝可灵活设置在钢横梁间拉应力较小处，或设置在钢横梁顶部，通过将钢横梁局部增强，可提高其刚度，降低接缝处应力，因而能显著降低现浇段STC桥面板与预制段STC桥面板间接缝开裂的风险。
[0022]第七，普通钢-混凝土组合桥梁负弯矩区特别是接缝处的混凝土桥面板受拉开裂后，在使用阶段随材料性能劣化很容易造成混凝土板内钢筋锈蚀，主梁渗水和钢结构生锈等问题；而本实用新型中的STC桥面板内掺有优化级配后的变形钢纤维，抗拉强度高、韧性大，能承受组合桥梁桥面板中较大的拉应力和拉应变，从而能有效防止桥面板特别是接缝处受拉开裂，且STC材料耐久性优异，寿命可达200年，能有效解决因材料性能随时间退化而引起的上述一系列耐久性问题。
[0023]第八，由于采用了高强高韧、超薄轻型的STC桥面板，本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构较之纯钢梁桥，STC桥面板使截面惯性矩显著增大，结构刚度大幅提高，活载下组合结构的局部挠度明显减小，正交异性钢桥面的疲劳开裂及铺装破损等问题均不复存在。
[0024]第九，本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构既可以作为钢主梁承受整体受力，也可以作为钢板梁、钢箱梁和钢桁架梁的行车道板直接承受车辆荷载，结构适用范围广，通用性强。
[0025]第十，由于本实用新型中的STC桥面板一方面与钢纵梁和钢横梁形成组合截面共同承担外部荷载，同时提供了正弯矩区钢梁受压翼缘的约束作用，且STC超高的材料抗压强度显著改善了钢梁的受压稳定性，有利于结构性能的充分发挥。
[0026]第十一，本实用新型总超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中钢纵梁和钢横梁均通过剪力连接件与STC桥面板形成组合梁，剪力连接件抗剪承载力高，保证了 STC桥面板和钢结构结合面可靠连接而不被拉拔掀起。
[0027]最后，本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构易于工厂标准化生产，现场安装质量好，施工速度快，施工费用低。
[0028]综上，本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，既具有自重轻、结构强度和刚度大、抗裂安全度高、整体和局部稳定性好、桥面板接缝少、连接性能可靠、施工简便、抗疲劳性能好、耐久性优异和适用范围广等优点，也具有重大的实用价值和良好的经济效益，尤其是在钢-混凝土组合桥梁的施工建造上具有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】[0029]图1为【背景技术】中的钢-混凝土组合桥梁结构的立面图。
[0030]图2为【背景技术】中的钢-混凝土组合桥梁结构的平面图。
[0031]图3为本实用新型中三种不同外形的钢纤维对比结构示意图；其中(a)表示平直形钢纤维，(b)表示带端钩钢纤维，(c)表示扭曲形钢纤维。
[0032]图4为本实用新型实施例1中超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的透视图。
[0033]图5为本实用新型实施例1中超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的纵向立面结构示意图。
[0034]图6为本实用新型实施例2中超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的纵向立面结构示意图。
[0035]图7为本实用新型实施例3中超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的纵向立面结构示意图。
[0036]图8为图6中C处的局部放大图。
[0037]图9为图7中D处的局部放大图。
[0038]图10为图5中A-A处的剖视图。
[0039]图11为图5中B-B处的断面图。
[0040]图12为本实用新型实施例4中超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的横向截面示意图。
[0041]图13为本实用新型实施例中钢纵梁为钢桁架梁的组合桥梁结构的横向截面示意图。
[0042]图14为本实用新型实施例中钢横梁为K型横向联结系的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的横向截面示意图。
[0043]图15为本实用新型实施例中钢横梁为X型横向联结系的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的横向截面示意图。
[0044]图16为采用工字型横向联结系(钢横梁与钢纵梁的上翼缘等高)的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的横向截面示意图。
[0045]图17为采用工字型横向联结系(钢横梁与钢纵梁的上翼缘不等高)的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的横向截面示意图。
[0046]为了更清晰地表示组合桥梁结构，上述图5?图9中省略了 STC桥面板内的横向钢筋，在其余的各横向截面示意图中则省略了 STC桥面板内的纵横向钢筋网等。
[0047]图例说明:
[0048]1、钢纵梁；11、钢纵梁上翼缘板；12、钢纵梁腹板；13、钢纵梁下翼缘板；14、钢箱梁底板；15、钢纵梁侧向加劲板；16、腹板纵向I型加劲肋；17、底板纵向T型加劲肋；18、钢纵梁对接焊缝；2、钢横梁；21、钢横梁上翼缘板；22、钢横梁腹板；23、钢横梁下翼缘板；24、钢横梁加劲板；25、加宽上翼缘板；26、加宽上翼缘板加劲肋；27、局部横向增强钢板；3、超高韧性混凝土(STC)桥面板；31、STC桥面板预制段；32、STC桥面板现浇段；33、STC预制段纵向钢筋；34、STC现浇段纵向连接钢筋；35、横向接缝；4、抗剪连接件；5、普通混凝土桥面板；51、RC桥面板预制段；52、RC桥面板现浇段；53、纵横向接缝；6、纵横向钢筋网。【具体实施方式】
[0049]以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型的优选技术方案作进一步的描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
[0050]实施例1:
[0051]如图4、图5、图10和图11所示，一种本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，该组合桥梁结构主要由钢纵梁1、钢横梁2和超高韧性混凝土桥面板3组成；钢纵梁I和钢横梁2相互连接构成组合桥梁结构的钢主梁。本实施例中的钢纵梁I采用工字型钢板梁，包括钢纵梁上翼缘板11、钢纵梁腹板12和钢纵梁下翼缘板13，钢纵梁I上还设有钢纵梁侧向加劲板15 ;钢横梁2采用实腹式工字型钢梁，包括钢横梁上翼缘板21、钢横梁腹板22和钢横梁下翼缘板23，钢横梁腹板22上设有钢横梁加劲板24 ;本实施例中的钢纵梁上翼缘板11与钢横梁上翼缘板21等高。钢横梁2沿桥梁纵向采用密集布置方式，其间距为钢纵梁I间距的1/2 ;钢横梁2采用双面坡口焊与钢纵梁I相连。超高韧性混凝土桥面板3主要由超高韧性混凝土浇筑而成，超高韧性混凝土桥面板3的厚度为12cm，超高韧性混凝土桥面板3内配有纵横向钢筋网6，单向配筋率控制在3%?6%。超高韧性混凝土桥面板3与钢纵梁上翼缘板11的结合面、超高韧性混凝土桥面板3与钢横梁上翼缘板21的结合面均设置有抗剪连接件4 (即剪力连接件)使其连接成一整体。本实施例中的抗剪连接件4采用圆柱头栓钉。
[0052]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，超高韧性混凝土为改性的活性粉末混凝土，其常规组分为水泥、硅灰、细砂、石英磨细粉、减水剂、早强剂和水等。然而，本实施例的改性活性粉末混凝土特别是指活性粉末混凝土中掺入有两种不同尺寸和不同外形的镀铜高强钢纤维A和镀铜高强钢纤维B用以改善STC桥面板的韧性和受拉性能。镀铜高强钢纤维A是指长度14mm、直径0.2mm (长径比70)的带端钩(端部带弯钩)镀铜高强钢纤维，镀铜高强钢纤维B是指长度30mm、直径0.3mm (长径比100)的平直形镀铜高强钢纤维。镀铜高强钢纤维A占STC材料体积掺量的2%，镀铜高强钢纤维B占STC材料体积掺量的1.5%，两种镀铜高强钢纤维的总体积掺量为3.5%。
[0053]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中还掺有石棉尾矿酸性浸渣超细粉用以改性STC桥面板的收缩特性；石棉尾矿酸性浸渣超细粉的平均粒径为2 μ m?5 μ m,石棉尾矿酸性浸洛超细粉的掺入量为超高韧性混凝土组分中胶凝材料(包括水泥、硅灰等活性材料)的15%。掺入石棉尾矿酸性浸渣超细粉改性后，由于超细粉颗粒细，配比含量高，这使得STC材料的自收缩进一步减小，早期强度得到显著提高。
[0054]本实施例的超高韧性混凝土由高温蒸汽养护(90°C蒸汽养护48小时以上)成型后直接浇筑在钢主梁上。整个超高韧性混凝土桥面板3在桥梁纵向上不设置横向接缝(例如在取经济跨径20m的情况下)。
[0055]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构采用工厂标准化分节段预制钢结构、现场整体连续浇注STC桥面板的施工工艺。在工厂内首先将钢纵梁上翼缘板
11、钢纵梁腹板12和钢纵梁下翼缘板13通过焊接形成标准节段长度的钢纵梁1，同时将钢横梁上翼缘板21、钢横梁腹板22和钢横梁下翼缘板23通过焊接形成标准节段内的钢横梁2，然后通过焊接将钢纵梁I和钢横梁2形成标准节段钢主梁，并在钢纵梁上翼缘板11和钢横梁上翼缘板21上焊接抗剪连接件4。将标准节段焊接的钢结构运至桥梁现场吊装就位后，采用钢纵梁对接焊缝18将相邻两标准节段钢主梁逐段焊接形成桥梁全跨钢结构，然后架立模板并铺筑纵横向钢筋网6，整体连续浇注整跨的STC桥面板层3，现场高温蒸汽养护STC板三天形成强度后拆模，完成施工。
[0056]实施例2:
[0057]如图6和图8所示，一种本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，该组合桥梁结构主要由钢纵梁1、钢横梁2和超高韧性混凝土桥面板3组成；钢纵梁I和钢横梁2相互连接构成组合桥梁结构的钢主梁。本实施例中的钢纵梁I采用工字型钢板梁，包括钢纵梁上翼缘板11、钢纵梁腹板12和钢纵梁下翼缘板13，钢纵梁I上还设有钢纵梁侧向加劲板15 ;钢横梁2采用实腹式工字型钢梁，包括钢横梁上翼缘板21、钢横梁腹板22和钢横梁下翼缘板23，钢横梁腹板22上设有钢横梁加劲板24 ;本实施例中的钢纵梁上翼缘板11与钢横梁上翼缘板21等高。钢横梁2沿桥梁纵向采用密集布置方式，其间距为钢纵梁I间距的1/2 ;钢横梁2采用双面坡口焊与钢纵梁I相连。超高韧性混凝土桥面板3主要由超高韧性混凝土浇筑而成，超高韧性混凝土桥面板3的厚度为12cm，超高韧性混凝土桥面板3内配有纵横向钢筋网6，单向配筋率控制在3%?6%。超高韧性混凝土桥面板3与钢纵梁上翼缘板11的结合面、超高韧性混凝土桥面板3与钢横梁上翼缘板21的结合面均设置有抗剪连接件4 (即剪力连接件)使其连接成一整体。本实施例中的抗剪连接件4采用圆柱头栓钉。
[0058]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，超高韧性混凝土为改性的活性粉末混凝土，其常规组分为水泥、硅灰、细砂、石英磨细粉、减水剂、早强剂和水等。然而，本实施例的改性活性粉末混凝土特别是指活性粉末混凝土中掺入有两种不同尺寸和不同外形的镀铜高强钢纤维A和镀铜高强钢纤维B用以改善STC桥面板的韧性和受拉性能。镀铜高强钢纤维A是指长度14mm、直径0.2mm (长径比70)的带端钩(端部带弯钩)镀铜高强钢纤维，镀铜高强钢纤维B是指长度30mm、直径0.3mm (长径比100)的经冷轧扭加工的扭曲形(变形)镀铜高强钢纤维。镀铜高强钢纤维A占STC材料体积掺量的2%，镀铜高强钢纤维B占STC材料体积掺量的1.5%，两种镀铜高强钢纤维的总体积掺量为3.5%。
[0059]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中还掺有石棉尾矿酸性浸渣超细粉用以改性STC桥面板的收缩特性；石棉尾矿酸性浸渣超细粉的平均粒径为2 μ m?5 μ m,石棉尾矿酸性浸洛超细粉的掺入量为超高韧性混凝土组分中胶凝材料(包括水泥、硅灰等活性材料)的15%。掺入石棉尾矿酸性浸渣超细粉改性后，由于超细粉颗粒细，配比含量高，这使得STC材料的自收缩进一步减小，早期强度得到显著提高。
[0060]本实施例的超高韧性混凝土由高温蒸汽养护(90°C蒸汽养护48小时以上)成型后直接浇筑在钢主梁上。
[0061 ] 本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的STC桥面板横向接缝35设置在钢横梁腹板22上方，横向接缝间距为25m，将STC桥面板预制段31与现浇段32相连，横向接缝35处采用加宽顶板25和焊接纵向局部加劲板26将钢横梁2端部局部增强，以增大接缝处的结构刚度，减小接缝处应力。
[0062]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构采用工厂标准化分节段预制、现场装配并现浇接缝段STC桥面板的施工工艺。在工厂内首先将钢纵梁上翼缘板11、钢纵梁腹板12、钢纵梁下翼缘板13和钢纵梁侧向加劲板15通过焊接形成标准节段长度的钢纵梁I。同时将钢横梁上翼缘板21、钢横梁腹板22、钢横梁下翼缘板23和钢横梁加劲板24通过焊接形成标准节段内钢横梁2，将标准节段端部(钢横梁)加宽上翼缘板25、(钢横梁)加宽上翼缘板加劲肋26、钢横梁腹板22和钢横梁下翼缘板23焊接形成端部钢横梁，然后通过焊接将钢纵梁1、标准节段内钢横梁2以及节段端部钢横梁连接成标准节段钢主梁。在钢纵梁上翼缘板11和钢横梁上翼缘板21上焊接抗剪连接件4，之后在标准节段间立模板绑扎纵横向钢筋网6，并预留STC预制段纵向钢筋33—定长度，以便于现场和STC现浇段纵向连接钢筋34连接成整体。浇注STC桥面板预制段31并高温蒸汽养护三天后拆模形成标准节段的STC板-钢梁轻型组合桥梁结构。将标准节段的STC板-钢梁轻型组合桥梁结构运至现场吊装就位后，通过节段间钢纵梁对接焊缝18将相邻两标准节段的STC板-钢梁轻型组合桥梁结构相连，最后在STC桥面板现浇段32处内铺设纵横向钢筋网，并将STC现浇段纵向连接钢筋34与STC预制段纵向钢筋33预留部分焊接相连，浇注STC桥面板现浇段32内混凝土后高温蒸汽养生，形成强度后脱模即完成施工。
[0063]实施例3:
[0064]如图7和图9所示，一种本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，该组合桥梁结构主要由钢纵梁1、钢横梁2和超高韧性混凝土桥面板3组成；钢纵梁I和钢横梁2相互连接构成组合桥梁结构的钢主梁。本实施例中的钢纵梁I采用工字型钢板梁，包括钢纵梁上翼缘板11、钢纵梁腹板12和钢纵梁下翼缘板13，钢纵梁I上还设有钢纵梁侧向加劲板15 ;钢横梁2采用实腹式工字型钢梁，包括钢横梁上翼缘板21、钢横梁腹板22和钢横梁下翼缘板23，钢横梁腹板22上设有钢横梁加劲板24 ;本实施例中的钢纵梁上翼缘板11与钢横梁上翼缘板21等高。钢横梁2沿桥梁纵向采用密集布置方式，其间距为钢纵梁I间距的1/2 ;钢横梁2采用双面坡口焊与钢纵梁I相连。超高韧性混凝土桥面板3主要由超高韧性混凝土浇筑而成，超高韧性混凝土桥面板3的厚度为12cm，超高韧性混凝土桥面板3内配有纵横向钢筋网6，单向配筋率控制在3%?6%。超高韧性混凝土桥面板3与钢纵梁上翼缘板11的结合面、超高韧性混凝土桥面板3与钢横梁上翼缘板21的结合面均设置有抗剪连接件4 (即剪力连接件)使其连接成一整体。本实施例中的抗剪连接件4采用圆柱头栓钉。
[0065]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，超高韧性混凝土为改性的活性粉末混凝土，其常规组分为水泥、硅灰、细砂、石英磨细粉、减水剂、早强剂和水等。然而，本实施例的改性活性粉末混凝土特别是指活性粉末混凝土中掺入有两种不同尺寸和不同外形的镀铜高强钢纤维A和镀铜高强钢纤维B用以改善STC桥面板的韧性和受拉性能。镀铜高强钢纤维A是指长度14mm、直径0.2mm (长径比70)的平直形镀铜高强钢纤维，镀铜高强钢纤维B是指长度30mm、直径0.3mm (长径比100)的带端钩(端部带弯钩)镀铜高强钢纤维。镀铜高强钢纤维A占STC材料体积掺量的2%，镀铜高强钢纤维B占STC材料体积掺量的1.5%，两种镀铜高强钢纤维的总体积掺量为3.5%。
[0066]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中还掺有石棉尾矿酸性浸渣超细粉用以改性STC桥面板的收缩特性；石棉尾矿酸性浸渣超细粉的平均粒径为2 μ m?5 μ m,石棉尾矿酸性浸洛超细粉的掺入量为超高韧性混凝土组分中胶凝材料(包括水泥、硅灰等活性材料)的15%。掺入石棉尾矿酸性浸渣超细粉改性后，由于超细粉颗粒细，配比含量高，这使得STC材料的自收缩进一步减小，早期强度得到显著提高。[0067]本实施例的超高韧性混凝土由高温蒸汽养护(90°C蒸汽养护48小时以上)成型后直接浇筑在钢主梁上。
[0068]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构的STC桥面板横向接缝35设置在内力较小的钢横梁2间钢纵梁I的跨中位置，并在此处增设局部横向增强钢板27，横向接缝35位于局部横向增强钢板27的正中位置，接缝间距为30m。
[0069]本实施例的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构采用工厂标准化分节段预制、现场装配并现浇接缝段STC桥面板的施工工艺。在工厂内首先将钢纵梁上翼缘板11、钢纵梁腹板12、钢纵梁下翼缘板13和钢纵梁侧向加劲板15通过焊接形成标准节段长度的钢纵梁I。同时将钢横梁上翼缘板21、钢横梁腹板22、钢横梁下翼缘板23和钢横梁加劲板24通过焊接形成标准节段内钢横梁2，然后通过焊接将钢纵梁I和标准节段内钢横梁2连接成标准节段钢主梁，并在标准节段钢主梁端部上方加焊局部横向增强钢板27且用临时支撑固定。在钢纵梁上翼缘板11、钢横梁上翼缘板21和局部横向增强钢板27上焊接抗剪连接件4，之后在标准节段间立模板绑扎纵横向钢筋网6，并预留STC预制段纵向钢筋33 —定长度进入现浇段内，以便在现场和STC现浇段纵向连接钢筋34连接成整体。然后浇注STC桥面板预制段31并高温蒸汽养护三天后，拆除模板和局部横向增强钢板27的临时支撑，形成标准节段的STC板-钢梁轻型组合桥梁结构。将标准节段的STC板-钢梁轻型组合桥梁结构运至现场吊装就位后，通过节段间钢纵梁对接焊缝18将相邻两标准节段的STC板-钢梁轻型组合桥梁结构相连，在STC桥面板现浇段32处铺设纵横向钢筋网，并将STC现浇段纵向连接钢筋34与STC预制段纵向钢筋33预留部分焊接相连，浇注STC桥面板现浇段32内混凝土后高温蒸汽养生，形成强度后脱模即完成施工。
[0070]实施例4:
[0071]如图12所示，一种本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，其主要结构、连接方式、施工材料及施工工艺与实施例1、2和3基本相同，其区别仅在于:上述实施例中的钢纵梁采用工字型钢板梁，而本实施例中的钢纵梁I是采用钢箱梁构造，与此相适应，本实施例的钢纵梁I中包括有钢箱梁底板14，且在钢箱梁底板14上设置有底板纵向T型加劲肋17 ;本实施例的钢纵梁I中不设置上述实施例的钢纵梁侧向加劲板15，而以腹板纵向I型加劲肋16取而代之。
[0072]此外，本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，钢纵梁还可采用如图13所示钢桁架梁的结构形式。本实用新型的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构中，钢横梁还可以采用桁架式或实腹式横向联结系；桁架式横向联结系包括如图14所示的K型桁架式横向联结系、如图15所示的X型桁架式横向联结系等，实腹式横向联结系包括I型、工字型等实腹式横梁，且其上翼缘板既可与钢纵梁上翼缘板等高(参见图16)，也可低于钢纵梁的上翼缘板(参见图17)。
[0073]以上所述仅为本实用新型的几种优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型技术框架下所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，所述组合桥梁结构主要由钢纵梁、钢横梁和超高韧性混凝土桥面板组成；所述钢纵梁和钢横梁相互连接构成组合桥梁结构的主梁，所述超高韧性混凝土桥面板主要由超高韧性混凝土浇筑而成，超高韧性混凝土桥面板内配有纵横向钢筋网；所述超高韧性混凝土桥面板与钢纵梁的上翼缘板的结合面、超高韧性混凝土桥面板与钢横梁的上翼缘板的结合面均设置有剪力连接件。
2.根据权利要求1所述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，其特征在于:所述钢横梁为其上翼缘板与钢纵梁的上翼缘板等高的工字型实腹式横向联结系；所述钢横梁沿桥梁纵向密集布置，密集布置是指钢横梁间距为钢纵梁间距的1/3?1/2或3m?6m。
3.根据权利要求1所述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，其特征在于:所述超高韧性混凝土桥面板的厚度为8cm?16cm ;所述超高韧性混凝土桥面板内的纵横向钢筋网的单向配筋率为3%?6%。
4.根据权利要求1所述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，其特征在于:所述超高韧性混凝土经过了高温蒸汽养护成型，所述超高韧性混凝土桥面板的横向接缝间距为8m?30m。
5.根据权利要求4所述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，其特征在于:所述超高韧性混凝土桥面板的横向接缝设置在钢横梁间的跨中位置或钢横梁的腹板顶部，并在横向接缝处下方增设局部增强钢板。
6.根据权利要求5所述的超高韧性混凝土板-钢梁轻型组合桥梁结构，其特征在于:当所述横向接缝设置在钢横梁的腹板顶部位置时，所述横向接缝处采用加宽顶板和焊接纵向加劲板处理；当横向接缝设置在钢横梁间的跨中位置时，该横向接缝处增设横向增强钢板。
【文档编号】E01D1/00GK203768784SQ201320891535
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】邵旭东, 张哲 , 黄政宇 申请人:湖南大学