UHPC组合箱梁的制作方法

本发明属于混凝土箱梁技术领域，涉及一种UHPC组合箱梁。

背景技术：

UHPC是一种超高强高性能混凝土，相对于普通高强混凝土来说，UHPC具有更好的延性，更高的抗拉强度和极高的极限抗压强度，因为普通商品混凝土变形能力和强度的限制，高强钢筋不能在钢筋混凝土构件中充分地发挥作用，这在一定程度上影响了混凝土梁桥的跨越能力以及混凝土桥梁中的梁高。目前，UHPC价格相对较高，使用全截面UHPC箱梁并不经济。

箱梁作为一种常用的截面形式，传统的钢混组合箱梁的连接易发生破坏，并且钢板和混凝土不能很好地协同工作。本发明中UHPC组合箱梁只需要材料自身的粘结性就可以保证可靠的连接并且连接处不易破坏，耐久性好。此外UHPC具有超高极限拉应变，底板UHPC与其内的普通钢筋可以全程协同工作，保证钢筋屈服前UHPC也仅有不可见的微裂纹，与传统混凝土开裂即退出工作产生巨大差异，将是一种全新的结构形式和设计理念。传统的混凝土箱梁，在计算抗弯承载力时不计入受拉区混凝土的抗拉作用。本发明中，在计算抗弯承载力时必须考虑受拉区UHPC的抗拉贡献。

技术实现要素：

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种UHPC组合箱梁，对箱梁截面进行合理地修改和优化，通过将构件制成UHPC组合构件，使其兼具优异的工作性能和经济性。通过实验和计算表明UHPC底板组成的组合箱梁抗弯极限承载力约为普通C60混凝土箱梁的2倍左右。同时使用高强钢筋可以降低用钢量，达到节约环保的作用。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：提供一种UHPC组合箱梁，包括由普通混凝土多面围合的箱梁本体，所述箱梁本体的至少一面承载面为UHPC混凝土。

优选地，所述箱梁本体包括普通混凝土材质的顶板、腹板以及UHPC混凝土材质的底板，所述底板与所述腹板粘结连接。各个构件的连接无需设置连接装置或使用剪力钉，不需要特殊处理。

优选地，所述底板内设置高强抗弯钢筋。

优选地，围绕所述箱梁本体的横截面穿设有抗剪箍筋。

优选的，除底板外设置高强抗弯钢筋外，顶板钢筋、分布钢筋、箍筋依然采用普通钢筋。

优选地，所述高强抗弯钢筋具有多个且分别设置于所述底板以及所述顶板与所述腹板的交接处，所述抗剪箍筋围绕紧箍于多个所述高强抗弯钢筋上。

优选地，所述底板与所述腹板连接的两端部分别向所述腹板所在板面内延伸进而形成底板转角。

优选地，处于所述底板转角内的所述抗剪箍筋加密。

优选地，所述UHPC混凝土材质的底板含有水泥600-1200kg、矿物掺合料50-200kg、细骨料800-1200kg、钢纤维78-300kg、减水剂(固含量)3-15kg、消泡剂0.6-5kg、膨胀剂60-129kg、水100-250kg。

优选地，所述矿物掺合料包含有活性SiO₂质量百分比为48％至77％、CaO质量百分比为0.1％至40％、SO₃质量百分比为0.4％至28％、Al2O₃质量百分比为0.2％至7％；所述矿物掺和料的平均粒径为0.1μm至8.0μm，矿物掺和料为水泥质量的10％至40％。

优选地，所述减水剂为包含木质素减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂中一种或至少两种的混合减水剂，所述减水剂的固含量质量为水泥和矿物掺和料质量和的0.1％至2.0％；所述消泡剂为包含非离子表面活性剂、有机硅消泡剂和聚合物消泡剂中一种或至少两种的混合消泡剂，所述消泡剂用量为水泥和矿物掺和料质量和的0.01％至2％。

本发明UHPC组合箱梁的有益效果包括：

1、所述箱梁中混凝土材质的底板浇筑时有自流平、自密实的特点，不需要人为刮抹，节省了人工。UHPC组合箱梁只需常温养护，养护时间短，施工方便；

2、所述底板具有较高的抗拉强度，组合箱梁的工作性能大大提高，和常规的混凝土箱梁相比具有更大的抗弯承载力。计算抗弯承载力时需要计入受拉区UHPC的抗拉作用，并适合高强抗弯钢筋的使用，而传统混凝土箱梁不建议采用高强钢筋；

3、此种组合截面，实验与计算结果可知其抗弯极限承载力大约是普通C60混凝土材料箱梁的2倍。在大幅提高抗弯承载力的同时，也可提高抗剪承载力，原因是：一方面UHPC底板可以增大混凝土的受压区从而增强原普通混凝土剪压区的抗剪能力，另一方面UHPC还具有超高的抗剪强度(试验证明抗剪强度标准值22MPa)，自身也可以提高抗剪能力；

4、与普通混凝土箱梁不同，由于UHPC的超高极限拉应变，底板UHPC与其内的普通钢筋可以全程协同工作，保证钢筋屈服前UHPC也仅有不可见的微裂纹，与传统混凝土开裂即退出工作产生巨大差异，将是一种全新的结构形式和设计理念；

5、在组合箱梁中，各个构件的连接无需设置连接装置或使用剪力钉，不需要特殊处理，靠材料的自身粘结性就可以提供可靠的连接。减少了连接处发生问题的可能。并且减少了制作的工序，缩短了时间；

6、此种组合箱梁，底板UHPC耐久性好，防水性好，布置于箱梁的底板，可以更好地防止外界腐蚀条件的侵入，保证箱梁更好的耐久性。

附图说明

图1为本发明UHPC组合箱梁中第一实施例的截面剖视结构示意图；

图2为本发明UHPC组合箱梁中第二实施例的截面剖视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。

实施例一：

如图1所示，本发明首先提供了一种UHPC组合箱梁，包括由普通混凝土多面围合的箱梁本体，所述箱梁本体的至少一面承载面3为UHPC混凝土。

具体地，所述箱梁本体包括普通混凝土材质的顶板1、腹板2以及UHPC混凝土材质的底板3，所述底板3与所述腹板2粘结连接。

较为优选地，所述底板3内设置有高强抗弯钢筋5。围绕所述箱梁本体的横截面设置有抗剪箍筋4。所述高强抗弯钢筋5具有多个且分别设置于所述底板3以及所述顶板1与所述腹板2的交接处，所述抗剪箍筋4围绕紧箍于多个所述高强抗弯钢筋5上。

在具有上述结构特征后，本发明可按以下过程实施：

现场浇筑或预制普通混凝土材质的顶板1，普通混凝土材质的腹板2和UHPC材质的底板3，其中包含弯剪部位配置的抗剪箍筋4和底板内沿箱梁长度方向均匀间隔配置的多根高强抗弯钢筋5。

在现场先进行箍筋4和高强钢筋5的钢筋笼骨架的设置，由于成型后的超高强混凝土UHPC底板3具有较高的抗拉强度，同时具有大于普通钢筋的极限拉应变，可以与钢筋全程协同工作，因此适合配置高强钢筋5。之后，进行UHPC材质的底板3的浇筑，浇筑时底板模板内混凝土具有自流平的特点无需人工抹刮。组合箱梁的连接处一般会发生耐久性病害，并且需要设置剪力件进行连接。相比于钢-混组合箱梁，本发明中组合箱梁构造简单与普通混凝土箱梁类似，连接处靠材料自身的粘结力就能保证足够的连接，不需要进行特别处理。在底板浇筑完成后，进行腹板2的浇筑，腹板2和底板3的连接不需要特殊处理，按照常规混凝土连接处理即可，材料自身的粘结性就可以保证可靠的连接。本发明中的组合箱梁连接和构造简单，施工人员无需特殊培训即可施工操作，并且相比于普通混凝土箱梁，大大幅提高抗弯性能和抗剪性能。

设置的抗剪箍筋除了具有抗剪的功能，进一步加强组合箱梁各个构件之间的连接。

实施例二：

在实施例一的基础上，本实施例做了进一步的结构改进。具体地，在现场先进行底板3中的箍筋4和高强钢筋5的钢筋笼骨架的设置，由于成型后的超高强混凝土UHPC底板具有一定的抗拉强度，高强钢筋5的用量可适当的减少。然后进行UHPC材质的底板3的浇筑，浇筑时延伸至腹板2处一小段长度，并将延伸段中的钢筋与腹板2中的钢筋进行搭接，底板模板内混凝土具有自流平的特点无需人工抹刮。底板浇筑完成后，进行腹板2的浇筑，腹板2和底板3的连接断面处的模板不需重新制作，直接利用底板3延伸处的端面作为模板即可，连接处的箍筋4进行加密以确保连接的可靠，除此之外不需要特殊处理，按照常规混凝土连接处理即可，材料自身的粘结性就可以保证可靠的连接。由于还设置了箍筋，进一步加强了顶板1，腹板2和底板3的连接，所以无需设置剪力钉等连接件。正常使用阶段，顶板1，腹板2和底板3的连接处不需要进行特别处理。

同时，本实施例也在材料组分配比上做了细化改进。具体地，每立方米的UHPC混凝土包含：水泥600-1200kg，矿物掺合料50-200kg，细骨料800-1200kg，钢纤维78-300kg，减水剂(固含量)3-15kg，消泡剂0.6-5kg，膨胀剂60-129kg，水100-250kg。所述水泥为强度等级42.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。所述细骨料的粒径不大于5mm，粒径在1mm及其以下的细骨料占细骨料总质量的42-100％；所述细骨料为石英砂、河砂、海砂、石灰石骨料、高炉矿渣细骨料、铜矿渣细骨料和电气炉酸化矿渣细骨料中的一种至少两种的混合。所述矿物掺合料包含：活性SiO₂质量百分比为48-77％，CaO质量百分比为0.1-40％，SO₃质量百分比为0.4-28％，Al₂O₃质量百分比为0.2-7％；所述矿物掺和料的平均粒径为0.1-8.0μm，矿物掺和料为水泥质量的10-40％。所述的钢纤维长度为6-25mm，直径为0.1-0.3mm，体积掺量范围为1％-3％。所述减水剂为包含木质素减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂中的一种或至少两种的混合；所述减水剂的固含量质量为水泥和矿物掺和料质量和的0.1-2.0％。所述消泡剂为包含非离子表面活性剂、有机硅消泡剂和聚合物消泡剂中的一种或至少两种的混合；所述消泡剂的用量为水泥和矿物掺和料质量和的0.01-2％。所述膨胀剂为包含氧化钙、氧化镁类膨胀剂的任意一种或两种材料的混合物。

完成上述实施过程后，应能体现出本发明的以下特点：

1)目前UHPC价格相对较高，使用全截面UHPC箱梁并不经济。所以本发明创新之处的是将普通混凝土和UHPC相结合，在获得更好的性能的同时保证具有足够的经济性。

2)通过实验和计算表明UHPC底板组成的组合箱梁抗弯极限承载力约为普通C60混凝土箱梁的2倍左右。超高强混凝土(UHPC)浇筑的底板3具有较高的抗拉强度，强度在10MPa以上。在计算抗弯承载力时需要考虑底板混凝土的抗拉作用，因此组合箱梁的工作性能大大提高，结合高强钢筋的使用，可提高抗剪承载力。

3)同时使用高强钢筋可以降低用钢量，达到节约环保的作用。

4)在现场浇筑过程中，超高强混凝土(UHPC)具有自流平的特点，倒入模板后，这种物质可根据模板的高低不平顺势流动，在模板内进行自动找平，整个过程不依赖人工抹刮。

5)本专利所用超高性能混凝土(UHPC)只需常温养护，避免了传统UHPC需要的高温蒸汽养护，适合于现场浇筑，且能满足强度以及收缩徐变要求。且能够实现早强(2小时30MPa)，养护时间短，施工方便。

6)所述组合箱梁的顶板，腹板和底板均为混凝土材料，利用自身的粘结性就可以构成可靠的连接，并且相同性质的材料可以很好地解决组合梁中常见的连接性问题。连接处不设置剪力钉等常规连接件，连接处不易发生破坏。

7)UHPC的超高极限拉应变(>4000微应变，>钢筋屈服应变)，底板UHPC与其内的普通钢筋可以全程协同工作，保证钢筋屈服前UHPC也仅有不可见的微裂纹，与传统混凝土开裂即退出工作产生巨大差异，将是一种全新的结构形式和设计理念。

8)底板UHPC耐久性好，防水性好，布置于箱梁的底板，可以更好地防止外界腐蚀条件的侵入，保证箱梁更好的耐久性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。