正交异性钢板‑混凝土组合桥面板及其U肋的制作方法

本实用新型涉及桥梁构造技术领域，具体涉及一种正交异性钢板-混凝土组合桥面板及其U肋。

背景技术：

从正交异性钢桥面板问世以来，因其轻质，高强，施工便捷等优点，在各类桥型中得到了广泛应用，成为当下钢桥的首选桥面板形式。但是由板件焊接连接的复杂的结构体系，存在众多几何构型不连续部位和焊接初始缺陷，在实际运营中的存在严重的疲劳问题，严重影响着结构的使用寿命与安全，成为桎梏正交异性钢桥面板发展和应用的瓶颈性问题。针对正交异性桥面板的各类疲劳问题，国内外开展了众多科学研究，旨在改善甚至根除各类疲劳问题，其中发展新型桥面板结构已成为解决正交异性钢桥面板病害问题的主要途径之一。

现有技术中采用普通U肋的桥面板在使用一段时间之后很容易出现疲劳现象，除此之外现有技术中的桥面板还存在自重过大，混凝土抗拉强度低等问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种抗疲劳性较好的正交异性钢板-混凝土组合桥面板及其U肋。

为了解决上述现有技术的问题，本实用新型采用以下技术方案实现：

本实用新型正交异性钢板-混凝土组合桥面板，包括钢板、设置在钢板上的钢筋网、设置在钢板上的抗剪连接件，所述钢板、钢筋网、抗剪连接件通过浇筑于钢板上表面的混凝土层包埋成一体结构，所述混凝土层上设有磨耗层，所述钢板底部间隔设有U肋以及横隔板，其特征在于，所述U肋开口宽度为380-520mm、U肋高度为340-420mm、所述U肋两边腹板的倾斜度为1：3.2-1:3.8。在上述尺寸范围条件下的U肋，能够很大程度上减少焊缝数量，可以在保证结构整体刚度的同时，大幅降低焊缝数量，以达到提高正交异性钢板-混凝土组合桥面板以下简称组合桥面板疲劳强度的目的。其中抗剪连接件能够满足各项抗剪需求。

作为上述实用新型的进一步改进，其中所述U肋开口宽度为450mm。

作为上述实用新型的进一步改进，所述U肋高度为375mm。

作为上述实用新型的进一步改进，所述U肋两边腹板的倾斜度为1：3.5。

采用上述优选尺寸条件下的U肋构成的组合桥面板抗疲劳性能为最佳。

作为上述实用新型的进一步改进，所述混凝土层为ECC混凝土层，RPC混凝土层、STC混凝土层中的一种。在采用上述尺寸的U肋条件下，同时在钢板上铺设上述高性能混凝土层中的一种，综合应用上述两种措施，可以有效提高组合桥面板的刚度，提高组合桥面板的抗疲劳强度。采用传统的混凝土层组合形成的组合桥面板自重过大，混凝土抗拉强度低，所述混凝土层选用具有高模量、高抗压强度、高抗弯折强度、高韧性和高耐久性等优势的ECC混凝土层，RPC混凝土层、STC混凝土层中的一种，可有效避免上述问题。其中ECC混凝土层是一种由具有应变硬化和多缝开裂特征的乱向分布短纤维增强水泥基复合材料构成的混凝土层，RPC混凝土层是指活性粉末混凝土层，STC混凝土层为超高韧性混凝土层。

作为上述实用新型的进一步改进，所述抗剪连接件为栓钉。采用栓钉具有施工便捷，焊接质量高，满足各向的抗剪需求的优点。值得说明的是，当混凝土层选用上述高性能混凝土层中的一种作为混凝土层时，作为钢板和混凝土层结构之间的连接件，同时考虑到混凝土层采用的上述高性能混凝土层中的一种，其厚度较小，采用短的栓钉进行连接。

除此之外，本实用新型还提供了一种用于上述正交异性钢板-混凝土组合桥面板的U肋，其特征在于，所述U肋开口宽度为380-520mm、U肋高度为340-420mm、所述U肋两边腹板的倾斜度为1：3.2-1:3.8。优选所述U肋开口宽度为450mm，所述U肋高度为375mm，所述U肋两边腹板的倾斜度为1：3.5。

以下通过附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中U肋的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型正交异性钢板-混凝土组合桥面板，包括钢板1、设置在钢板1上的钢筋网2、设置在钢板1上的抗剪连接件，所述钢板1、钢筋网2、抗剪连接件通过浇筑于钢板1上表面的混凝土层3包埋成一体结构，所述混凝土层3上设有磨耗层4，所述钢板1底部间隔设有U肋5以及横隔板6，优选所述混凝土层3为ECC混凝土层，RPC混凝土层、STC混凝土层中的一种。优选所述抗剪连接件为栓钉。所述混凝土层3优选其中的RPC混凝土层，所述RPC混凝土层是由级配良好的砂、水泥、矿物细粉、硅灰、钢纤维等组成，水胶比很低，其制备原理是通过提高组分的细度与活性，优化颗粒级配并掺加微细钢纤维，使材料内部的缺陷减少，密实度增加，从而具有高强度、高韧性与高耐久性等优点。作为钢板和混凝土层结构之间的连接件，同时考虑到混凝土层采用的上述高性能混凝土层中的一种，其厚度较小，采用短的栓钉进行连接。

如图2所示，H为U肋的高度，d为U肋的开口宽度，所述倾斜度即为图2中α角的倾斜度。所述U肋5开口宽度为380-520mm、U肋5高度为340-420mm、所述U肋5两边腹板的倾斜度为1：3.2-1:3.8。其中优选所述U肋5开口宽度为450mm。所述U肋5高度为375mm。所述U肋5两边腹板51的倾斜度为1：3.5。根据试验证明，U肋在上述尺寸条件下具有较好的抗疲劳效果，在U肋5开口宽度为450mm。所述U肋5高度为375mm。所述U肋5两边腹板51的倾斜度为1：3.5尺寸条件下抗疲劳效果为最佳。

通过试验证明，与传统正交异性钢桥面板相比，本实用新型中通过上述U肋、钢板和高性能混凝土层的组合受力，增加了截面惯性矩，提高组合桥面板顶部的局部刚度，从而减小了疲劳关注细节的应力幅，提高组合桥面板的抗疲劳性能。其中采用本实用新型中的U肋，可以明显减少焊缝数量，减少初始缺陷，进而降低焊缝发生疲劳开裂的风险；与传统正交异性钢桥面板相比，本实用新型的整体抗弯刚度增大，U肋最大纵桥向应力显著降低。同时局部刚度增大，使得桥面板在局部轮载下，相邻U肋协同受力，荷载更均匀；本实用新型单位面积自重增加量不足15％，但桥面板力学性能却得到显著提升甚至个别指标却达到数倍之多。

以混凝土层采用RPC混凝土层为例，对本实用新型正交异性钢板-混凝土组合桥面板的实际施工进行阐述：

(1)钢梁工厂生产、短栓钉焊接：根据上述U肋尺寸设计U肋并根据钢结构桥梁施工方法进行钢梁工厂预制，然后工厂精确定位并采用焊透工艺进行短栓钉的焊接，批量生产以满足供应现场施工的进度；

(2)钢梁架设：将出厂运输到位的节段钢梁进行现场拼接工序，直至完成钢梁架设得到完整的钢桥面层；

(3)施工绑扎钢筋网：在钢梁上面进行钢筋网的绑扎，网格可以优选采用的是55×50mm的网格，部分点绑扎在短栓钉上面，形成整块完整的钢筋网；

(4)浇筑RPC混凝土层：完成步骤(3)过后，将进行现场免振捣浇筑RPC混凝土。由于需要蒸汽养护，限制了RPC混凝土的生产仅能在工厂中进行，以制品的形式供应现场因此在预拌混凝土搅拌站使用当地原材料再次进行RPC混凝土的拌制，再运用罐车运送到现场转移到浇筑小车中进行现场浇筑施工。拌合物在2h内均能泵送，可泵性良好，浇筑后可自行流动，易于充满模板。浇筑3-4h后混凝土达到初凝时间，此后强度迅速增长。因此初凝后需要及时抹面，否则将产生裂缝或不能收光；二次抹面收光后，覆盖湿麻袋，保湿养护7天。浇筑需要保证短栓钉、钢筋网包埋于RPC混凝土层中。

(5)铺筑磨耗层：在所述的RPC混凝土层顶面进行糙化处理，并在其上方铺筑磨耗层，即完成本实用新型的施工。