一种基于形状记忆合金纤维的钢混结合段构造的制作方法

1.本实用新型涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种基于形状记忆合金纤维的钢混结合段构造。


背景技术：

2.传统的混凝土桥梁结构，因自身质量大，桥梁的设计承载能力有很大的一部分是为了承担混凝土结构的自身重力，对于跨度越大的桥梁，这种限制越加明显；同时，自重过大对桥梁结构的抗震性能也有不利的影响。钢混组合梁桥通过在边跨或者中跨的一部分梁体采用混凝土结构，而在中跨采用钢结构，不仅可以有效降低结构自重，增大整体刚度，同时，还能防止因跨中荷载过大导致桥墩支座处出现负反力。混合梁斜拉桥因跨越能力大，造价经济合理等优点，在大跨度斜拉桥建设中得到了广泛应用。
3.在钢混组合梁桥中，钢混结合段作为连接混凝土梁和钢梁的关键构件，承担着应力传递的重要作用，其受力性能对桥梁结构的安全性和稳定性有着至关重要的影响。然而，由于钢材和混凝土的材料特性存在较大差异，导致在钢混结合段处易发生刚度突变现象，使得内力传递不平顺、不稳定，内力分布情况复杂。尤其在施工过程中，钢混结合段处易产生拉应力，导致结合段混凝土内部形成微裂缝或进一步发展为宏观裂缝，同时，由于裂缝不断扩展，混凝土内部钢筋脱离保护层易出现锈蚀，最终影响构件抵抗外力的能力，大大降低了混凝土构件的抗疲劳性和耐久性。
4.为了防止结合段内的混凝土开裂，通常做法是在结合梁段内部配置一定数量的预应力筋，通过张拉预应力筋，提高构件抗拉强度、减少构件表面及内部裂缝。然而，这一方法不能有效解决由于温度变化、混凝土收缩徐变以及施工质量等因素造成的混凝土微裂缝问题，钢混结合段内部混凝土微裂缝的进一步增加和发展，将对整体构件的疲劳强度、耐久性具有不可忽视的影响。


技术实现要素：

5.为了解决钢混结合段处混凝土的微裂缝难题，本实用新型的目的在于提供一种基于形状记忆合金纤维智能混凝土的新型钢混结合段构造；利用形状记忆合金在混凝土水化热作用下能够恢复初始形状的特性，在钢混结合段的混凝土中形成若干个局部预应力体系，以提升混凝土的抗裂性能。
6.为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种基于形状记忆合金纤维的钢混结合段构造，包括：
8.带有湿接头的混凝土主梁段、具有钢梁过渡段的钢梁段以及位于两者之间的钢混结合段；
9.所述钢混结合段在靠近钢梁过渡段的一侧通过承压板与钢梁过渡段中的钢箱梁焊接，钢混结合段在靠近混凝土主梁段的一侧通过顶板、底板、和腹板形成钢格室，在所述钢格室的内部横向布置各剪力肋、竖向布置剪力钉；所述钢格室预留后张预应力筋管道出
口，钢格室内部浇筑形状记忆合金纤维混凝土。
10.进一步地，在所述钢混结合段的钢板侧部预留多排浇筑孔。
11.进一步地，在所述记忆合金纤维混凝土中均匀布置一定数量的形状记忆合金纤维。
12.更进一步地，多根所述形状记忆合金纤维经由水溶性胶水粘结成排。
13.更进一步地，所述形状记忆合金纤维包括预拉应变段以及位于两端的弯钩段。
14.进一步地，所述形状记忆合金纤维的奥氏体相变温度为45-55℃，其长度为48-54mm，直径为0.58-0.66mm。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
16.1、本技术利用形状记忆合金纤维在水化热升温激励下产生的形状恢复效应，能确保在混凝土内部形成局部预应力体系，防止钢混结合段内填充混凝土微裂缝的产生和扩展。
17.2、本技术利用形状记忆合金纤维具有高强度合金特性的优势，有效提高了混凝土材料的延性，其应用于受力情况复杂的钢混结合梁段混凝土，使钢混结合段具有更好的受力性能。
18.3、本技术利用形状记忆合金纤维的超弹性性质，大幅增加了结构的抗震性能，提高其自愈合能力。
附图说明
19.图1为本实用新型中所采用的单根形状记忆合金纤维的结构示意图；
20.图2为本实用新型中多根形状记忆合金纤维粘接成排的结构示意图；
21.图3为本实用新型钢混结合段结构示意图。
22.图中标号：1形状记忆合金纤维的弯钩部；2形状记忆合金纤维的预拉应变部；3混凝土主梁段；4钢-混结合段；5钢梁过渡段；6钢梁段；7横向加劲肋；8钢板侧部；9记忆合金纤维混凝土；10浇筑孔；11剪力钉；12形状记忆合金纤维；13钢箱梁过渡段加劲肋；14承压板；15后张预应力筋管道出口。
具体实施方式
23.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况
理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.参见图1-3，一种基于形状记忆合金纤维的钢混结合段构造，包括：
27.带有湿接头的混凝土主梁段3、具有钢梁过渡段5的钢梁段6以及位于两者之间的钢混结合段4；
28.所述钢混结合段4在靠近钢梁过渡段5的一侧通过承压板14与钢梁过渡段5中的钢箱梁焊接，在钢梁过渡段5、钢梁段6设置横向加劲肋7，并在钢梁过渡段5设置与承压板14连接的钢梁过渡段加劲肋13。
29.钢混结合段4在靠近混凝土主梁段3的一侧通过顶板、底板、和腹板形成钢格室，在所述钢格室的内部横向布置各剪力肋、竖向布置剪力钉11；所述钢格室预留后张预应力筋管道出口15，钢格室内部浇筑记忆合金纤维混凝土9。
30.如图3所示，在本实用新型的技术方案中：
31.在所述钢混结合段4的钢板侧部8预留多排浇筑孔10。以方便混凝土输送、流动及振捣工作，同时保证混凝土浇注过程中排气。
32.具体地，如图3所示，在所述记忆合金纤维混凝土9中均匀布置一定数量的形状记忆合金纤维12。其中，所述形状记忆合金纤维12在低温马氏体状态被预先赋予一定拉应变；待所述混凝土构件养护达到一定强度后，此时混凝土水化热温度升高，达到形状记忆合金纤维奥氏体相变温度，使其中分布的所述单程形状记忆合金纤维产生具有恢复高温态形状的趋势；所述形状记忆合金纤维12收缩变形受阻产生一定回复力，从而在所述混凝土构件内部产生一定程度的预压应力。
33.低温马氏体状态下预先赋予形状记忆合金纤维12的拉应变，应根据实际使用时所需的预压力即混凝土的抗压强度确定。
34.如图2所示，具体地，多根所述形状记忆合金纤维12经由水溶性胶水粘结成排。
35.形状记忆合金纤维12在加入混凝土中搅拌前，先使用水溶性胶水将记忆合金纤维12粘结成排，根据二次分散原理，成片状的记忆合金纤维在与其他材料一起进行搅拌时，遇水极易分散，使得形状记忆合金纤维12在混凝土中分布更加均匀，避免形状记忆合金纤维12结团，并提高搅拌效率。
36.具体地，如图1所示，所述形状记忆合金纤维12包括预拉应变段2以及位于两端的弯钩段1。
37.在形状记忆合金纤维12两端设置弯钩段1，从而增强与记忆合金纤维混凝土9的锚固强度。
38.具体地，所述形状记忆合金纤维的奥氏体相变温度为45-55℃，其长度为48-54mm，直径为0.58-0.66mm。
39.在进行形状记忆合金纤维12选择前，应根据已有混凝土梁段浇筑时的水化热温度，确定记忆合金纤维12的相变温度，使所述记忆合金纤维12的相变温度在混凝土水化热温峰附近，使记忆合金纤维12即可以满足热激励的要求，又可以避免记忆合金纤维12由于相变温度较低，在混凝土还未硬化前就已收缩，对结构产生破坏。
40.通过混凝土水化热产生的热激励使所述形状记忆合金纤维12产生形状恢复效应时受阻。为了防止形状记忆合金纤维12在混凝土未硬化前就已收缩，使记忆合金纤维12发生预应力损耗，在浇筑记忆合金纤维混凝土9时，可以加入适量速凝剂，使记忆合金纤维混
凝土9在初期便具有一定强度，在形状记忆合金纤维12达到相变温度开始收缩时可以因收缩受阻，对结构产生预压力。
41.具体一实施例
42.某斜拉桥在完成钢混结合段4钢筋绑扎、预埋件放置和焊接工作后，在向结合段钢格室浇筑记忆合金纤维混凝土9之前，根据坍落度及配合比试验确定形状记忆合金纤维12的掺入量为40kg/m3，其中，所掺形状记忆合金纤维12选用价格相对低廉，容易获得的镍钛形状记忆合金，并根据已浇筑的混凝土主梁段3养护过程的水化热温度变化，以及所需预压力大小，确定镍钛形状记忆合金纤维12的奥氏体相变温度为50℃，其长度为50mm，直径为0.62mm，长径比80，抗拉强度大于1100mpa，并预先通过机具张拉获得0.02的预应变。
43.平均气温20℃的施工温度条件，记忆合金纤维混凝土9浇筑完成后需养护3天，待混凝土强度达到50％以上，此时记忆合金纤维混凝土9内部的水化热温度在50℃以上，预拉伸的形状记忆合金纤维12，受热发生奥氏体相变，开始收缩，此时因为恢复变形受阻，进而在记忆合金纤维混凝土9内部产生预压力。分别对钢混结合段混凝土区域施加局部预应力，限制混凝土内部微裂缝的产生和发展，使混凝土构件延性增强，进而提高钢混结合段4的受力性能和耐久性。
44.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。