一种干式预制混凝土桥面板钢混连接结构及其制造方法

1.本发明属于桥梁施工技术领域，具体涉及一种干式预制混凝土桥面板钢混连接结构及其制造方法。


背景技术：

2.普通混凝土装配式桥面板的连接结构主要分为湿接缝与干接缝两种方式。其中，按照传力上划分，根据湿接缝传递剪力和弯矩的不同分为连续湿接缝(剪力-弯矩)、非连续湿接缝(剪力)。按照接缝位置划分，可分为梁翼缘上湿接缝、翼缘外湿接缝；按照接缝方向划分，可分为横向湿接缝(以负弯矩区受弯拉为主)和纵向湿接缝(受弯剪为主)；按照连接方式上划分，湿接缝又分为焊接钢板湿接缝、栓接钢板湿接缝、普通钢筋湿接缝、预应力钢筋湿接缝。
3.现阶段实际生产应用中主要使用普通混凝土组成的焊接环形钢筋湿接缝，但其作业量大、施工速度慢且界面粘结强度差。湿接缝的应用量大面广，对于预制桥面板钢筋布置形式，混凝土养护对于现场施工精度具有较高的要求，施工阶段较易出现纵向钢筋对位偏移、焊接繁琐、现场养护困难、工期长等问题，并且现场湿式施工质量也取决于天气、人工技能、环境条件等因素影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种干式预制混凝土桥面板钢混连接结构及其制造方法，能够代替湿接缝连接，实现桥面板之间钢混干式连接，提高桥面板连接抗承载和耐久性能，提高现场装配化施工效率。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.第一方面，本发明提供了一种干式预制混凝土桥面板钢混连接结构，包括两个待连接预制混凝土桥面板，两个所述桥面板之间设有成对左右对称连接的钢混连接件；
7.所述钢混连接件上开设有开口朝向所述桥面板端部且与所述桥面板厚度相匹配的u型通槽，所述u型通槽内沿长度方向分别间隔设置多个穿设有若干精轧螺纹钢筋的开孔钢板和多组呈上下齿状咬合于所述桥面板端部横向钢筋上的锚固钉，所述桥面板端部上沿所述u型通槽长度方向间隔陈列排布的若干纵向环形钢筋沿进深方向插入所述u型通槽并穿套于所述精轧螺纹钢筋，所述u型通槽和所述桥面板端部之间填充浇筑有混凝土。
8.进一步的，所述u型通槽包括竖向钢板、第一横向钢板和第二横向钢板，所述第一横向钢板固定连接于所述竖向钢板顶部，所述第二横向钢板设置于所述竖向钢板中部且与所述第一横向钢板之间距离与所述桥面板厚度相匹配，所述第二横向钢板底部和所述竖向钢板下部之间夹角处设有加劲肋板。
9.进一步的，每组所述锚固钉位于相邻两个所述纵向环形钢筋间距中心线上，所述开孔钢板位于相邻两个所述纵向环形钢筋间距中心线上且相邻所述开孔钢板之间至少布设两个所述纵向环形钢筋。
10.进一步的，每组所述锚固钉包括位于第一横向钢板上的第一锚钉和位于第二横向钢板上的第二锚钉，且第二锚钉相较第一锚钉更加靠近所述u型通槽开口端，所述第一锚钉和所述第二锚钉的长度为所述桥面板厚度的1/2～1倍。
11.进一步的，当一组所述锚固钉和所述开孔钢板同处于相同所述中心线上时，所对应的一组所述锚固钉中仅设有所述第二锚钉。
12.进一步的，相邻所述开孔钢板的间距大于等于三倍所述开孔钢板的高度，所述开孔钢板的厚度大于等于所述精轧螺纹钢筋的直径，所述开孔钢板上钢筋孔的直径大于等于填充浇筑混凝土最大粒径和所述精轧螺纹钢筋的直径之和。
13.进一步的，所述开孔钢板上开设有两个远离所述桥面板端部沿竖向上下分布和一个靠近所述桥面板端部且整体呈正三角形的三个所述钢筋孔，所述纵向环形钢筋的转角内侧分别与穿设于两个竖向所述钢筋孔内的精轧螺纹钢筋相固定接触绑扎连接。
14.第二方面，本发明还提供了一种如第一方面中任一项所述干式预制混凝土桥面板钢混连接结构的制备方法，包括如下方法步骤：
15.准备并焊接竖向钢板、第一横向钢板、第二横向钢板形成钢混连接件的u型通槽结构；
16.根据待连接预制混凝土桥面板计算确定并选取一定厚度、数量的开孔钢板，并按照一定间隔距离沿u型通槽的长度方向焊接于u型通槽内，同时选取确定一定数量的多组锚固钉，并将第一锚钉和第二锚钉呈上下齿状咬合状焊接于u型通槽内；
17.绑扎两个待连接预制混凝土桥面板的钢筋网，精轧螺纹钢筋穿设于开孔钢板的钢筋孔中，使桥面板端部的纵向环形钢筋套设于精轧螺纹钢筋上，且使桥面板端部的横向钢筋咬合于上下齿状咬合的每组锚固钉之间；
18.将成对对称设置的钢混连接件的竖向钢板之间定位，顶部竖向钢板、第一横向钢板之间密封焊接且竖向钢板底部高强螺栓固定连接，在两桥面板横向接缝两端封设模板并向u型通槽及桥面板钢筋网中浇筑混凝土。
19.进一步的，所述锚固钉的设置包括如下步骤：
20.多组所述锚固钉位于所述开孔钢板和所述桥面板端部之间，且设置于所述第二横向钢板上的第二锚钉更加靠近所述u型通槽的开口端；
21.每组所述锚固钉位于相邻两个所述纵向环形钢筋间距中心线上，所述开孔钢板位于相邻两个所述纵向环形钢筋间距中心线上且相邻所述开孔钢板之间至少布设两个所述纵向环形钢筋；
22.当每组所述锚固钉和所述开孔钢板同处于相同所述中心线上时，所述u型通槽内所对应的一组所述锚固钉中仅底部设置一个向上伸展的所述第二锚钉；
23.每组所述锚固钉中第一锚钉和第二锚钉的长度为所述桥面板厚度的1/2～1倍。
24.进一步的，所述开孔钢板、精轧螺纹钢筋及纵向环形钢筋的设置包括如下步骤：
25.桥面板端部钢筋网中纵向环形钢筋的规格参数根据理想拉压杆简化模型计算理论配筋；
26.开孔钢板上开设有两个远离所述桥面板端部沿竖向上下分布和一个靠近所述桥面板端部且整体呈正三角形的三个所述钢筋孔，所述开孔钢板上钢筋孔的直径大于等于填充浇筑混凝土的最大粒径和所述精轧螺纹钢筋的直径之和；
的含义是两个或两个以上。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.如图1至图5所示，本发明实施例中提供了一种干式预制混凝土桥面板钢混连接结构，包括两个待连接预制混凝土桥面板12，两个桥面板12之间设有成对左右对称连接的钢混连接件。
44.如图1和图2所示，钢混连接件上开设有开口朝向桥面板12端部且与桥面板12厚度相匹配的u型通槽。其中，u型通槽包括竖向钢板1、第一横向钢板2和第二横向钢板3，第一横向钢板2固定连接于竖向钢板1顶部，第二横向钢板3设置于竖向钢板1中部且与第一横向钢板2之间距离与桥面板12厚度相匹配，第二横向钢板3底部和竖向钢板1下部之间夹角处设有加劲肋板5。
45.在本实施例中，如图1、图4和图5所示，竖向钢板1下部沿长度方向均匀设置有若干个用于穿设高强螺栓15的螺栓孔14，用于将两个成对对称设置的钢混连接件固定连接。与此同时，在两个成对对称设置的钢混连接件的竖向钢板1顶部采用密封焊接工艺进行固定连接，且使两个第一横向钢板2之间齐平密封，有助钢混连接结构的渗水性能和耐久性。
46.需要说明的是，钢混连接件即可以采用上述多钢板焊接拼装制作方式，也可以采用冲压、灌注等一体成型结构。
47.在一些实施例中，如图1、图2、图3所示，u型通槽内沿腔槽长度方向分别间隔设置多个穿设有若干精轧螺纹钢筋9的开孔钢板4和多组呈上下齿状咬合于桥面板12端部横向钢筋10上的锚固钉6。需说明的是，u型通槽的腔槽长度方向和桥面板12之间接缝缝隙方向相同。
48.多组锚固钉6沿腔槽长度方向设置于同一条直线上呈一列排布，整体与桥面板12之间接缝缝隙方向相同或平行。此外，多组锚固钉6之间也可以采用间隔交替错位整体呈波浪形沿腔槽长度方向排布。
49.每组锚固钉6包括位于第一横向钢板2上的第一锚钉7和位于第二横向钢板3上的第二锚钉8，且第二锚钉8相较第一锚钉7更加靠近u型通槽开口端，第一锚钉7和第二锚钉8的长度为桥面板12厚度的1/2～1倍，设置锚钉长度处于1/2-1倍的桥面板12厚度，从而使齿合状锚固钉6具有更好的锚固能力，对于桥面板12应力发展均匀，不易造成局部的应力集中破碎并具有较好的剪切变形性能。
50.每组锚固钉6位于相邻两个纵向环形钢筋11间距中心线上，开孔钢板4位于相邻两个纵向环形钢筋11间距中心线上且相邻开孔钢板4之间至少布设两个纵向环形钢筋11。
51.当一组锚固钉6和开孔钢板4同处于相同中心线上时，所对应的一组锚固钉6中仅设有第二锚钉8。锚固钉6中各个第一锚钉7和第二锚钉8都均匀设置且位于相邻纵向环形钢筋11、相邻横向钢筋10之间中心位置。钢-混连接件更适用于具有较高抗拉性能的uhpc预制板，该种面板具有较薄的厚度，并且桥面板12钢筋笼纵向钢筋间距较小。锚钉与钢筋的间隔距离过小将会显著降低其锚固性能，因此均匀的设置锚钉位置，有利于钢-混连接件与桥面
板12充分发挥其力学性能。
52.桥面板12端部上沿u型通槽长度方向间隔陈列排布一列的若干纵向环形钢筋11进深插入u型通槽并穿套于精轧螺纹钢筋9，u型通槽和桥面板12端部之间填充浇筑有混凝土。
53.其中，纵向环形钢筋11的转角内侧与靠近u型通槽进深端处的精轧螺纹钢筋9相接触固定连接，起到约束、固定作用，以便于获得更好的连接性能和有效传递钢筋拉应力。
54.在一些实施例中，相邻开孔钢板4的间距大于等于三倍开孔钢板4的高度，开孔钢板4的厚度大于等于精轧螺纹钢筋9的直径，开孔钢板4上钢筋孔13的直径大于等于填充浇筑混凝土最大粒径和精轧螺纹钢筋9的直径之和，以使开孔钢板4孔径的要求满足pbl抗剪连接件充分发挥抗剪性能的合理构造要求。
55.开孔钢板4上开设有两个远离桥面板12端部沿竖向上下分布和一个靠近桥面板12端部且整体呈正三角形的三个钢筋孔13，纵向环形钢筋11的转角内侧分别与穿设于两个竖向钢筋孔13内的精轧螺纹钢筋9相固定接触绑扎连接。
56.在一些实施例中，第一锚钉7和第二锚钉8之间的距离大于110mm，第二锚钉8距离第一横向钢板2和第二横向钢板3形成的u型通槽开口端的距离大于25mm。开孔钢板4间距等于3倍开孔钢板4高度，钢筋孔13间距大于等于50mm。
57.在一些实施例中，为了获得更好的锚固效果，第一锚钉7和第二锚钉8的自由端处分别固定设置有一个圆饼型盖帽。
58.本发明实施例还提供了一种上述干式预制混凝土桥面板钢混连接结构的制备方法，包括如下方法步骤：
59.准备并焊接竖向钢板1、第一横向钢板2、第二横向钢板3形成钢混连接件的u型通槽结构；
60.根据待连接预制混凝土桥面板12计算确定并选取一定厚度、数量的开孔钢板4，并按照一定间隔距离沿u型通槽的长度方向焊接于u型通槽内，同时选取确定一定数量的多组锚固钉6，并将第一锚钉7和第二锚钉8呈上下齿状咬合状焊接于u型通槽内，使第二锚钉8更加靠近u型通槽开口端且沿腔槽长度方向位于同一直线上，以便于咬合同一横向钢筋10上；
61.绑扎两个待连接预制混凝土桥面板12的钢筋网，精轧螺纹钢筋9穿设于开孔钢板4的钢筋孔13中，使桥面板12端部的纵向环形钢筋11套设于精轧螺纹钢筋9上，且使桥面板12端部的横向钢筋10咬合于上下齿状咬合的每组锚固钉6的第一锚钉7和第二锚钉8之间；
62.将成对对称设置的钢混连接件的竖向钢板1之间定位，顶部竖向钢板1、第一横向钢板2之间密封焊接且竖向钢板1底部高强螺栓15固定连接，使第一横向钢板2与桥面板12齐平或覆盖于桥面板12之上，在两桥面板12横向接缝两端封设模板并向u型通槽及桥面板12钢筋网中浇筑混凝土。
63.在一些实施例中，锚固钉6的设置应满足如下步骤：
64.多组锚固钉6位于开孔钢板4和桥面板12端部之间，且设置于第二横向钢板3上的第二锚钉8更加靠近u型通槽的开口端；
65.每组锚固钉6位于相邻两个纵向环形钢筋11间距中心线上，开孔钢板4位于相邻两个纵向环形钢筋11间距中心线上且相邻开孔钢板4之间至少布设两个纵向环形钢筋11；
66.当每组锚固钉6和开孔钢板4同处于相同中心线上时，u型通槽内所对应的一组锚固钉6中仅底部设置一个向上伸展的第二锚钉8；
67.每组锚固钉6中第一锚钉7和第二锚钉8的长度为桥面板12厚度的1/2～1倍。
68.在一些实施例中，开孔钢板4、精轧螺纹钢筋9及纵向环形钢筋11的设置应满足如下步骤：
69.桥面板12端部钢筋网中纵向环形钢筋11的规格参数根据理想拉压杆简化模型计算理论配筋；
70.开孔钢板4上开设有两个远离桥面板12端部沿竖向上下分布和一个靠近桥面板12端部且整体呈正三角形的三个钢筋孔13，开孔钢板4上钢筋孔13的直径大于等于填充浇筑混凝土的最大粒径和精轧螺纹钢筋9的直径之和；
71.相邻开孔钢板4的间距大于等于三倍开孔钢板4的高度，开孔钢板4的厚度大于等于精轧螺纹钢筋9的直径；
72.经配筋计算的螺纹直钢筋弯曲形成封闭环形状的纵向环形钢筋11，并使纵向环形钢筋11的转角内侧分别与穿设于两个竖向钢筋孔13内的精轧螺纹钢筋9相固定接触绑扎连接。
73.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。