一种钢-混凝土-UHPC组合桥面板的制作方法

一种钢-混凝土-uhpc组合桥面板
技术领域
1.本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种钢-混凝土-uhpc组合桥面板。


背景技术：

2.传统钢-混组合梁的现浇混凝土桥面板的收缩变形会受到钢梁的约束，在施工阶段就可能产生了沿着纵桥向的附加拉应力，甚至出现了肉眼观察不到的微细裂缝；通行后的车辆荷载引起的拉应力与早期发生的拉应力合成，就会在桥面板底面产生横向裂缝；随着车辆荷载的长期作用，产生纵向裂缝后形成纵横交错的形状，并贯通到桥面板上表面；伴随着裂缝面间骨料咬合力的丧失，桥面板的抗剪性能逐渐降低，产生更多裂缝；当车辆荷载超过其抗剪强度后，混凝土就开始脱落而损坏。此外沥青摊铺、温度效应等引起桥面板顶面升温也会引起桥面板下缘处于整体受拉状态，而在桥梁负弯矩区域，或采用桥面板大悬臂结构时桥面板上缘也处于受拉状态。
3.在以上不利状态下，容易出现桥面破损、开裂、混凝土剥落的现象，影响行车舒适性，降低了桥梁刚度，同时增加了桥梁运营养护的成本。当前用于解决受拉状态下桥面板开裂的方法主要为增加板厚或在该区域配置防裂钢筋或预应力钢束，进而阻止混凝土开裂或限制其裂缝宽度，但该设计往往以经验为主，且对于厚度较薄的桥面板进行施工较为复杂，预应力损失较为严重，不易保证施工质量。随着uhpc材料在土木工程领域的发展，许多专家学者将其用于桥面板设计中，形成了uhpc桥面板结构。uhpc是一种新型水泥基结构工程材料。该类材料的抗压强度超过150mpa、抗拉强度超过7mpa，使用寿命超过200年。组成成分主要包括硅灰、水泥、细集料及钢纤维等，不含粗骨料。基于最大密实度理论，在配制过程中尽可能减少材料内部的空隙及微裂纹，将材料的强度充分发挥出来，以获得超高的强度和耐久性。但针对于中大跨径桥梁，由于跨度大，全部应用uhpc桥面板费用较高，增加了工程造价，且在顶板拉应力较小区域，桥面板全部采用uhpc的效果不明显。
4.中国专利cn110468708a中公开了一种钢-uhpc预制板的组合桥面结构及其施工方法，该专利中的组合桥面板结构采用在钢桥面板上铺设uhpc预制板，并通过带预紧功能的连接件实现uhpc预制板与钢桥面板的密贴，以避免轮载作用下由于两者间隙的存在引起的振动、冲击、噪音等不利因素，提高其使用性能及耐久性能，但是由于钢结构焊接变形使得钢桥面板无法做到完全平整，会引起uhpc预制板与钢桥面板之间存在空隙及应力集中区域，预紧连接件受力后将对钢桥面板及uhpc预制板产生不利影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效改善桥面板上缘受拉区的抗裂性能、具有较好的经济价值、安全性高、充分发挥材料性能的钢-混凝土-uhpc组合桥面板。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种钢-混凝土-uhpc组合桥面板，所述的组合桥面板包括底钢板、普通混凝土层
和uhpc超高性能混凝土层；所述的底钢板与既有桥梁相连；所述的普通混凝土层浇筑在底钢板上；所述的uhpc超高性能混凝土层浇筑在普通混凝土层上，组成钢-混凝土-uhpc组合桥面板。
8.优选地，所述的普通混凝土层与uhpc超高性能混凝土层之间设有结合面。
9.更加优选地，所述的结合面具体为采用凿毛方式处理获得的粗糙结合面。
10.优选地，所述的组合桥面板设有抗剪连接件；所述的普通混凝土层通过抗剪连接件与底钢板相连。
11.更加优选地，所述的抗剪连接件为栓钉。
12.更加优选地，所述的抗剪连接件为t型、板型、l型或倒u型钢结构抗剪连接件。
13.更加优选地，所述的组合桥面板设有穿孔钢筋；所述的钢结构抗剪连接件上沿钢板长度方向等间隔开设有圆孔；所述的穿孔钢筋穿过圆孔设置在普通混凝土层内。
14.优选地，所述的uhpc超高性能混凝土层内设有受力钢筋。
15.更加优选地，所述的受力钢筋在uhpc超高性能混凝土层内纵横向布置。
16.优选地，所述的组合桥面板设有界面连接钢筋，该钢筋一端与普通混凝土层相连，另一端与uhpc超高性能混凝土层相连。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.一、有效改善桥面板上缘受拉区的抗裂性能：本发明中的钢-混凝土-uhpc组合桥面板采用钢-混凝土-uhpc的三层组合结构，将钢板作为底板，uhpc作为面板，改善了桥面板上缘受拉区的抗裂性能显著提高了桥面板的耐久性、疲劳强度、承载能力和刚度，与同等厚度普通混凝土桥面板相比本发明技术可使桥面板承载能力和刚度提高2～3倍。
19.二、具有较好的经济价值：本发明中的钢-混凝土-uhpc组合桥面板将uhpc薄层用于桥面板的面层，与桥面板全部使用uhpc相比，总体工程造价相对较低，具有较好的经济价值。
20.三、安全性高：本发明中的钢-混凝土-uhpc组合桥面板将钢板作为桥面板的底板，钢板一方面为uhpc、混凝土的施工提供模板，降低了工程造价，另一方面钢板防止运营养护期间桥面破损对桥下交通产生安全隐患。
21.四、充分发挥材料性能：本发明中的钢-混凝土-uhpc组合桥面板采用钢-混凝土-uhpc三层组合结构，将钢板作为底板，混凝土作为中间层，uhpc作为面板，可以充分发挥材料性能，利用uhpc的抗拉性能来抵抗桥面板上缘受拉，又有利于桥面铺装层施工，利用混凝土充填于钢板上来提高钢板局部刚度及桥面板的整体刚度，应用钢板来抵抗桥面板下缘受拉，使得钢-混凝土-uhpc组合桥面板具有很好的抗拉性能和不同材料间的有效协调性能。
附图说明
22.图1为本发明中钢-混凝土-uhpc组合桥面板结构断面示意图；
23.图2为本发明中底钢板与混凝土采用栓钉连接件断面示意图；
24.图3为本发明中底钢板与混凝土采用t型钢板连接件断面示意图；
25.图4为本发明中底钢板与混凝土采用板型钢板连接件断面示意图；
26.图5为本发明中底钢板与混凝土采用l型钢板连接件断面示意图；
27.图6为本发明中底钢板与混凝土采用倒u型钢板连接件断面示意图。
28.图中标号所示：
29.1、底钢板，2、普通混凝土层，3、uhpc层，4、抗剪连接件，5、圆孔，6、结合面，7、界面连接钢筋，8、受力钢筋，9、穿孔钢筋。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
31.为了改变现有技术中采用普通混凝土的桥面板时出现的问题，提高桥面板的抗疲劳性能、刚度、承载能力和耐久性。一种比较有效的方法就是采用钢板和超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，uhpc)来部分替代受拉部位的普通混凝土，uhpc是一种超高强度、高耐久性、高韧性、低空隙率的超高强水泥基材料，与普通混凝土相比，有很高的抗压、抗拉强度，由于uhpc中分散的细钢纤维可大大减缓材料内部微裂缝的扩展，从而使材料表现出超高的韧性和延性性能，实验数据表明uhpc极限拉应变为普通混凝土的15倍以上，弹性模量为普通混凝土的1.2倍以上，材料断裂韧性为普通混凝土的200倍以上，且耐磨、耐腐蚀，合理用于桥面板构件中可充分发挥其材料特性；钢结构强度高、钢材塑性、韧性好适于承受动力荷载，不存在混凝土的受拉开裂问题且材料可靠性高，又可以作为施工模板使用；混凝土充填钢板后钢板的稳定性问题可以得到解决，提高了结构材料的利用效率和承载能力。
32.基于上述理论，本发明提出一种钢-混凝土-uhpc组合桥面板结构，其结构如图1所示，组合桥面板结构包括uhpc超高性能混凝土层3、普通混凝土层2和底钢板1；超高性能混凝土层3浇注于普通混凝土层2之上，混凝土层2浇注于底钢板1之上。
33.如图1所示，uhpc超高性能混凝土层3与普通混凝土层2之间为粗糙结合面6，结合面6采用凿毛的方式进行处理。
34.在超高性能混凝土层3内设有纵横向布置的受力钢筋8，普通混凝土层2内设有界面连接钢筋7，界面连接筋7的一端与普通混凝土层2相连，另一端与uhpc超高性能混凝土层3相连。
35.底钢板1与普通混凝土层2之间采用抗剪连接件4进行连接，抗剪连接件4有两种形式：
36.(1)栓钉，其结构如图2所示；
37.(2)钢结构抗剪连接件，包括t型、板型、l型和倒u型等形状的钢结构抗剪连接件，其结构分别如图3、图4、图5和图6所示，需要指出的是钢结构抗剪连接件不局限于上述形状，上述形状仅是一种优选方式，本领域技术人员有能力采用其他形状的钢结构抗剪连接件。
38.若采用钢结构抗剪连接件，则需要设置穿孔钢筋9，具体设置方法为：钢结构抗剪连接件上沿钢板长度方向等间隔开设有圆孔5，穿孔钢筋9穿过圆孔5设置在普通混凝土层2内。
39.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。