一种解决桥面疲劳开裂问题的轻型桥面组合加固结构的制作方法

本发明涉及一种用于正交异性钢桥面板加固的桥梁结构，特别是一种解决桥面疲劳开裂问题的轻型桥面组合加固结构。

背景技术：

正交异性钢桥面具有自重轻、承载力高、施工便捷等优点，在国内外大跨度桥梁中得到了广泛应用。但是，传统正交异性钢桥面板局部刚度低，在高频重载行车作用下，钢桥面易出现疲劳裂缝。我国自20世纪70年代开始应用正交异性钢桥面板，随着桥梁服役时间的不断累加，以及交通量的持续增长，诸多钢桥的桥面板已观察疲劳裂缝，如我国著名的广东虎门大桥，其钢面板焊接部位出现了不同程度的裂缝病害。这些裂缝若不加处理，必然对主梁或加劲梁的整体受力造成不利影响，致使桥梁承载力降低，影响通行能力及使用寿命。钢面板的裂缝也会导致桥面铺装出现破坏，加剧钢桥面绣蚀和开裂，甚至危及桥梁安全。

国内对正交异性钢桥面裂缝的维修加固包括局部补强和改变受力体系两大类。局部补强的方法只局限在对检测出来的裂缝进行扩缝焊接、加焊或粘结新钢板。焊接加固法会增加新的焊缝，从而带来新的潜在开裂源；粘贴补强方法施工工艺复杂，但粘结质量不易保证，且无法从根本上解决存在钢桥面板大面积开裂问题，尤其针对微裂缝等无法检测到的病害尚无有效措施其扩展。改变结构受力体系的方法主要包括增设纵/横梁法、换梁法等，这类方法施工风险大、施工周期长，严重影响正常交通，且维修加固耗费巨大，难以实现大跨度桥梁的简捷、快速维护施工。

目前，国内有关轻型组合加固结构有一专利：cn102943436b，该专利公开了一种含抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构及其施工方法。其中，涉及到轻型组合结构内部钢筋网的布置方式，并以钢筋垫筋作为焊接抗剪件。

本专利在此基础上，致力于解决以下问题：

一、现有专利技术没有考虑正交异性钢桥面结构中原钢桥面板已经存在裂缝的情况，尤其是钢桥面板与纵向加劲肋的焊缝处的纵梁裂缝，将严重影响钢桥面板之上的薄层超高性能混凝土结构，因此只能要么用于新建钢桥、要么用于钢桥面板疲劳裂缝已修复的钢桥，换言之，钢桥面板必须能够对超高性能混凝土层底面的抗裂能力进行强化，否则将导致超高性能混凝土层底面开裂。

二、现有专利技术在原钢桥面板上焊接钢筋作为抗剪连接件，且焊缝长度较大。由于裂缝的存在，钢桥面板再焊接会再次引入新的焊缝，由于原钢桥面板已经接近疲劳寿命的极限状态，新的残余应力将会大大剪短钢桥面板的寿命，因此不推荐在钢桥面中引入大量长焊缝。

三、现有技术考虑在轻型组合结构中不再另外设置抗剪连接件，只通过局部焊接钢筋网充当抗剪件，这将导致超高性能混凝土层与钢桥面板的界面抗剪刚度不均，极有可能发生剪切破坏。

四、现有专利技术将纵横交错的钢筋网进行焊接固定，在施工上工艺繁琐，造价较高，可以通过绑扎的方式进行定位。

技术实现要素：

与将超高性能混凝土直接应用于完好正交异性钢桥面板（或修复至完好）不同，对于已疲劳开裂的钢桥面板，疲劳裂缝的存在会大大降低钢面板对超高性能混凝土的强化作用。因此，若不在已裂钢桥面板顶面采取有效的强化措施，超高性能混凝土层底面的抗拉强度极低，将导致开裂。因此，对于超高性能混凝土应用于已裂正交异性钢桥面板，需要充分考量钢板裂缝对超高性能混凝土层受力的不利影响，采取合理的强化措施，且关键在于如何对超高性能混凝土层底面进行强化，防止混凝土层开裂。

本发明的目的是提供一种适用于已裂钢桥面板的轻型组合桥面加固结构；在现有轻型组合加固结构的基础上，通过改善钢筋网的布置方式，强化已经开裂钢桥面板上方超高性能混凝土薄层底面的抗裂能力；采用多种抗剪连接件形式，加强了轻型组合结构与原开裂钢桥面板之间的抗剪连接；采用新的施工工艺，简化施工过程，同时减轻对已经开裂的钢桥面板的损害，该结构有望彻底消除正交异性钢桥面板的疲劳开裂风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括已裂钢桥面板、剪力连接件、钢筋网、超高性能混凝土层以及磨耗层，所述已裂钢桥面板上设置剪力连接件，所述钢筋网安放在已裂钢桥面板上，所述超高性能混凝土层浇筑到已裂钢桥面板上，且覆盖剪力连接件、钢筋网与已裂钢桥面板连接，所述磨耗层覆盖超高性能混凝土层。

本发明的钢筋网由纵横交错的纵向钢筋和横向钢筋组成，包括采用三层钢筋网结构，所述三层钢筋网结构的横向钢筋位于钢筋网上层和下层，纵向钢筋位于钢筋网中层，所述上层和下层的横向钢筋的间距可以相同，也可以不同。

本发明的钢筋网上层横向钢筋和下层横向钢筋的位置可以在同一条垂线上。

本发明的钢筋网上层横向钢筋的位置也可以在两相邻的下层横向钢筋的中垂线上。

本发明钢筋网中的钢筋均匀等距的安放在已裂钢桥面板上的剪力连接件之间。

本发明的剪力连接件与已裂钢桥面板的连接方式包括采用有机粘结剂进行粘接、加热熔焊焊接。

本发明三层钢筋网结构的横向钢筋位于钢筋网上层和下层，纵向钢筋位于钢筋网中层,所述上层和下层的横向钢筋可在同一垂线，增加抗拉强度,所述上层和下层的横向钢筋不在同一垂线，便于钢筋网交叉位置的绑扎施工。

本发明位于上层的横向钢筋增强轻型组合结构混凝土层顶面的抗拉能力，位于下层的横向钢筋增强轻型组合结构混凝土层底面的抗拉能力；上层横向钢筋可以满足混凝土顶面负弯矩区拉应力过大的构造需求，下层横向钢筋可以弥补疲劳裂缝在原钢桥面板中引起的结构缺陷，对超高性能混凝土层底面起到强化作用；若原钢桥面板裂缝不严重，可只布置上层横向钢筋；若全桥负弯矩区拉应力较小，可只布置下层横向钢筋。

本发明钢筋网的层间可以采用细钢丝进行绑扎固定。

本发明的超高性能混凝土层是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土是指组分中含钢纤维、无粗骨料、水胶比不大于0.25，抗压强度≥100mpa、轴拉强度≥5mpa的水泥基复合材料。

本发明的剪力连接件包括栓钉、t型钢、l型钢、槽钢、pbl开孔钢板连接件、弯起钢筋连接件。

本发明的超高性能混凝土层上设有磨耗层，磨耗层包括沥青类和树脂类两种。

本发明其特征在于，包括已裂钢桥面板、剪力连接件、钢筋网以及超高性能混凝土层，所述剪力连接件固定于已裂钢桥面板上，所述钢筋网纵横交错布置于已裂钢桥面板上，所述超高性能混凝土层浇筑在已裂钢桥面板上，且覆盖剪力连接件、钢筋网及钢桥面板，构成解决已裂钢桥面板继续开裂问题的轻型组合桥面加固结构，消除已开裂的钢桥面板裂缝继续发展的风险。

本发明钢桥面板上的裂缝可以根据实际情况考虑是否修补，仅需调整钢筋网的布置方式和剪力连接件的形式，可以是三层钢筋网或者双层钢筋网，可以是栓钉或者t型钢或者角钢或者l型钢或者pbl（开孔钢板连接件）；将抗剪连接件固定在已开裂的钢桥面板，而后铺设钢筋网并进行绑扎，现浇超高性能混凝土层，不需要采用复杂的施工工艺和高投入的施工设备，设备投资小，操作简单，易于施工，对施工人员的素质和施工工艺要求较低。

通过改变钢筋的布置方式，包括钢筋网的层数、横向钢筋与纵向钢筋的布置顺序、钢筋保护层厚度，使超高性能混凝土层底面不会因钢桥面板存在裂缝而降低混凝土底面的横向拉应力，避免混凝土层开裂，进一步改善组合桥面加固结构的受力状况；采用了改善后的轻型组合加固结构，显著降低了钢桥面板的疲劳应力幅，进而消除了钢桥面继续开裂的风险，同时已存在的裂缝不会再继续发展。

通过采用一种解决已裂钢桥面板继续开裂问题的轻型组合加固结构，基本消除了已开裂钢桥面板再开裂的可能性，带裂缝的钢桥面板依然可以作为永久性构件在整个设计周期中继续服役，延长其抗疲劳寿命，提高桥面系的耐久性。

本发明的有益效果是：本发明具有建筑高度小、抗拉强度高、疲劳性能好、层间连接可靠、施工简便等优点，能够有效防止钢桥面板中新裂缝的形成以及现有裂缝的继续开裂，具有极大的使用价值和良好的经济效益，在钢桥建设领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是本发明的钢筋网分布示意图；

图3是本发明的侧视图；

图4是本发明的设有t型钢的示意图。

图中：1-已裂钢桥面板、2-剪力连接件、3-钢筋网、4-超高性能混凝土层、5-磨耗层、31-横向钢筋、32-纵向钢筋、21-t型钢。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1，参阅图1至图4，包括已裂钢桥面板、剪力连接件、钢筋网、超高性能混凝土层以及磨耗层，所述已裂钢桥面板上设置剪力连接件，所述钢筋网安放在已裂钢桥面板上，所述超高性能混凝土层浇筑到已裂钢桥面板上，且覆盖剪力连接件、钢筋网与已裂钢桥面板连接，所述磨耗层覆盖超高性能混凝土层。

实施例2，本发明的钢筋网由纵横交错的纵向钢筋和横向钢筋组成，包括采用三层钢筋网结构，所述三层钢筋网结构的横向钢筋位于钢筋网上层和下层，纵向钢筋位于钢筋网中层，，所述上层和下层的横向钢筋的间距可以相同，也可以不同。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例3，本发明的钢筋网上层横向钢筋和下层横向钢筋的位置可以在同一条垂线上。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例4，本发明的钢筋网上层横向钢筋的位置也可以在两相邻的下层横向钢筋的中垂线上。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例5，本发明钢筋网中的钢筋均匀等距的安放在已裂钢桥面板上的剪力连接件之间。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例6，本发明的剪力连接件与已裂钢桥面板的连接方式包括采用有机粘结剂进行粘接、加热熔焊焊接。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例7，本发明三层钢筋网结构的横向钢筋位于钢筋网上层和下层，纵向钢筋位于钢筋网中层,所述上层和下层的横向钢筋可在同一垂线，增加抗拉力,所述上层和下层的横向钢筋不在同一垂线，增加弯矩区拉应力。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例8，本发明位于上层的横向钢筋增强轻型组合结构混凝土层顶面的抗拉能力，位于下层的横向钢筋增强轻型组合结构混凝土层底面的抗拉能力；上层横向钢筋可以满足混凝土顶面负弯矩区拉应力过大的构造需求，下层横向钢筋可以满足存在裂缝的原钢桥面板对混凝土底面起到保护作用的要求；若原钢桥面板裂缝不严重，可只布置上层横向钢筋；若全桥负弯矩区拉应力较小，可只布置下层横向钢筋。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例9，本发明钢筋网的层间可以采用细钢丝进行绑扎固定。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例10，本发明的超高性能混凝土层是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土是指组分中含钢纤维、无粗骨料、水胶比不大于0.25，抗压强度≥100mpa、轴拉强度≥5mpa的水泥基复合材料。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例11，本发明的剪力连接件包括栓钉、t型钢、l型钢、槽钢、pbl开孔钢板、弯起钢筋连接件。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例12，本发明的超高性能混凝土层上设有磨耗层，磨耗层包括沥青类和树脂类两种。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例13，本发明其特征在于，包括已裂钢桥面板、剪力连接件、钢筋网以及超高性能混凝土层，所述剪力连接件固定于已裂钢桥面板上，所述钢筋网纵横交错布置于已裂钢桥面板上，所述超高性能混凝土层浇筑在已裂钢桥面板上，且覆盖剪力连接件、钢筋网及钢桥面板，构成解决已裂钢桥面板继续开裂问题的轻型组合桥面加固结构，消除已开裂的钢桥面板裂缝继续发展的风险。

本发明钢桥面板上的裂缝可以根据实际情况考虑是否修补，仅需调整钢筋网的布置方式和剪力连接件的形式，可以是三层钢筋网或者双层钢筋网，可以是栓钉或者t型钢或者l型钢或者pbl开孔钢板连接件或者弯起钢筋剪力连接件；将抗剪连接件固定在已开裂的钢桥面板，而后铺设钢筋网并进行绑扎，现浇超高性能混凝土层，不需要采用复杂的施工工艺和高投入的施工设备，设备投资小，操作简单，易于施工，对施工人员的素质和施工工艺要求较低。

通过改变钢筋的布置方式，包括钢筋网的层数、横向钢筋与纵向钢筋的布置顺序、钢筋保护层厚度，使超高性能混凝土层底面不会因钢桥面板存在裂缝而降低混凝土底面的横向拉应力，避免混凝土层开裂，进一步改善组合桥面加固结构的受力状况；采用了改善后的轻型组合加固结构，显著降低了钢桥面板的疲劳应力幅，进而消除了钢桥面继续开裂的风险，同时已存在的裂缝不会再继续扩大发展。

通过采用一种解决已裂钢桥面板继续开裂问题的轻型组合加固结构，基本消除了已开裂钢桥面板再开裂的可能性，带裂缝的钢桥面板依然可以作为永久性构件在整个设计周期中继续服役，延长其抗疲劳寿命，提高桥面系的耐久性。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例14，本实施例抗剪连接件采用栓钉，钢筋网包括三层。主要施工步骤如下：

1）在已裂钢桥面板上焊接栓钉；

2）在钢桥面上依次铺设下层横向钢筋、纵向钢筋、上层横向钢筋，钢筋相交位置可通过细钢丝绑扎；

3）浇筑超高性能混凝土，并进行养护；

4）对超高性能混凝土层顶面进行糙化处理，铺筑磨耗层。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例15，本实施例抗剪连接件采用t型钢，钢筋网包括三层。主要施工步骤如下：

1）在已裂钢桥面板上焊接t型钢剪力键，考虑到t型钢主要由侧面提供抗剪作用，需沿横桥向和纵桥向分别布置，具体地，对于横桥向抗剪，t型钢的侧面朝向横桥向，对于纵桥向抗剪，t型钢的侧面朝向纵桥向。

2）在钢桥面上依次铺设下层横向钢筋、纵向钢筋、上层横向钢筋，钢筋相交位置可以通过细钢丝绑扎；

3）浇筑超高性能混凝土，并进行养护；

4）对超高性能混凝土层顶面进行糙化处理，铺筑磨耗层。参阅图1至图4，其余同以上任一实施例或2个以上实施例的组合。