一種工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構的製作方法

2023-05-30 16:48:46

專利名稱：一種工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及橋面鋪裝結構技術領域，尤其是指一種可作為組合橋面用於橋梁結構中的複合橋面結構，具體地說是一種輕質、高強、耐腐蝕的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構。
背景技術：
傳統正交異性鋼橋面體系多採用正交異性鋼橋面和浙青混合料鋪裝層組成。隨著運營時間的增長，容易產生浙青混合料鋪裝層損壞和鋼橋面結構疲勞開裂，造成安全隱患。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種抗疲勞、抗開裂、防水並具有良好的高溫穩定性和層間結合性能的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構。本發明的目的是通過以下技術方案解決的
一種工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的橋面結構包括正交異性鋼板、複合材料層和磨耗層，所述正交異性鋼板的上側依次設有複合材料層和磨耗層，複合材料層通過樹脂與其下側的正交異性鋼板相連，複合材料層的頂面設有粗糙面層，粗糙面層的上側澆築磨耗層。所述正交異性鋼板的上表面和複合材料層的下表面之間設有增強聯結的剪力鍵。所述的剪力鍵採用鋼製的螺釘、片材或Z形型材。所述的粗糙面層採用起圈織物或導流網製成。所述的複合材料層採用纖維布層和樹脂固化而成；纖維布層採用單軸向或多軸向的碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布、芳綸纖維布或者雜交纖維布，樹脂採用不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。所述的正交異性鋼板為設有縱橫向互相垂直的縱肋和橫肋的鋼面板。所述的縱肋包括U形肋和板式肋。所述的磨耗層採用浙青和混凝土製成。所述複合材料層的內部填充有芯材，芯材採用Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、膠合板、竹板或輕質結構泡沫中的一種或幾種。所述的芯材內設有垂直於複合材料層的腹板，所述的腹板採用樹脂或者纖維布與樹脂固化形成的複合材料製成。本發明相比現有技術有如下優點
本發明通過在正交異性鋼板和磨耗層之間加設具有輕質、高強、耐腐蝕等諸多優點的樹脂基纖維增強複合材料層，複合材料層的設置還可降低磨耗層的厚度，使得該橋面結構具有重量輕、強度高，剛度大、抗剝離、防潮、耐腐蝕、穩定的高溫穩定性和低溫抗裂性；同時具有拼裝施工簡便迅速、防水、防鋪裝層開裂、防正交異性鋼橋面腐蝕等顯著特點，適用於各種鋼橋面結構的修建與修補。


附圖1為本發明橋面結構的立體結構剖視 附圖2為附圖1橋面結構的截面結構示意 附圖3為本發明橋面結構的複合材料層內填充有芯材的立體結構剖視 附圖4為附圖3橋面結構的截面結構示意 附圖5為附圖3橋面結構的芯材中加設腹板的截面結構示意圖。其中1 一正交異性鋼板；2—複合材料層；3—磨耗層；4一粗糖面層；5—到力鍵；6一縱肋；7—橫肋；8—芯材；9一腹板。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。如圖1-5所示一種工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，該橋面結構包括正交異性鋼板1、複合材料層2和採用浙青和混凝土製成的磨耗層3，其中正交異性鋼板I為設有縱橫向互相垂直的縱肋6和橫肋7的鋼面板，其中縱肋6包括U形肋和板式肋。在正交異性鋼板I的上側依次設有複合材料層2和磨耗層3，複合材料層2通過樹脂與其下側的正交異性鋼板I相連，另外為增強正交異性鋼板I和複合材料層2的聯結，在正交異性鋼板I的上表面和複合材料層2的下表面之間設有增強聯結和協同受力的剪力鍵5，該剪力鍵5採用鋼製的螺釘、片材或Z形型材，剪力鍵5的個數與排列位置任意；在複合材料層2的頂面設有起圈織物或導流網製成的粗糙面層4，粗糙面層4的上側澆築磨耗層3。上述的複合材料層2採用纖維布層和樹脂固化而成；纖維布層採用單軸向或多軸向的碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布、芳綸纖維布或者雜交纖維布，樹脂採用不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。在該複合材料層2的內部可填充有芯材8，芯材8採用Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、膠合板、竹板或輕質結構泡沫中的一種或幾種；另外針對力學性能較弱的泡沫芯材8，可採取一些增強方式以提高芯材的抗壓、抗剪與抗剝離性能，例如在芯材8內設有垂直於複合材料層2的腹板9，該腹板9採用樹脂或者纖維布與樹脂固化形成的複合材料製成。實施例1
本發明的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，它包括正交異性鋼板1，正交異性鋼板I上設有肋條剪力鍵5，在正交異性鋼板I的上表面設置一層5mm厚的複合材料層2，複合材料層2採用8層雙軸向玻璃纖維布與乙烯基樹脂固化而成，最上面一層玻璃纖維布為起圈織物構成的粗糙面層4，通過真空導入工藝製備，最後再澆築一層材質為4cm厚的浙青混合料的磨耗層3。實施例2
本發明的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，它包括正交異性鋼板1，正交異性鋼板I上設有肋條剪力鍵5，在正交異性鋼板I的上表面設置一層內部填充有5cm厚的泡桐木材質的芯材8的複合材料層2，在芯材8的兩側面均鋪設有3_厚的5層雙軸向玻璃纖維布與乙烯基樹脂固化而成的複合材料以構成複合材料層2，複合材料層2的上面一層玻璃纖維布為起圈織物構成的粗糙面層4，通過真空導入工藝製備，最後再澆築一層材質為3cm厚的浙青混合料的磨耗層3。實施例3
本發明的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，它包括正交異性鋼板1，正交異性鋼板I上設有肋條剪力鍵5，在正交異性鋼板I的上表面設置一層內部填充有5cm厚的泡桐木材質的芯材3的複合材料層2，沿芯材3的厚度方向規則布置複合材料腹板7，且腹板7垂直於正交異性鋼板I，在芯材8的兩側面均鋪設有5層四軸向玄武巖纖維布與環氧樹脂固化而成的複合材料以構成複合材料層2，複合材料層2的上面一層玻璃纖維布為起圈織物構成的粗糙面層4，通過真空導入工藝製備，最後再澆築一層材質為2. 5cm厚的混凝土磨耗層3。上述三個實施例中工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構的製備方法主要採用真空導入成型工藝，下面以扁平菱角形鋼箱梁(正交異性鋼橋面)為例來詳細說明該橋面結構的具體製備流程。第一種方案是該橋面結構的中間層不使用帶芯材8的複合材料層2，該製備流程如下
a、在工廠中每節段鋼箱梁正交異性鋼板I的上表面焊一定數量的剪力鍵5，然後對正交異性鋼板I的上表面進行噴砂處理；
b、在工廠中將一層或多層纖維布(包括單軸向或多軸向的碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸纖維布或者雜交纖維布)鋪設於正交異性鋼板I的上表面，在纖維布上方再鋪設一層起圈織物或導流網保證固化後在表面形成粗糙面層4，鋪設過程中保證在每節段箱梁縱向兩端形成一定角度的坡度，橫向覆蓋鋼箱梁導風角；
C、在工廠中先用真空袋將鋼箱梁正交異性鋼板I的上表面和纖維布層包裹一起，再通過真空導入成型工藝將樹脂(包括不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂)灌入到真空袋中，在常溫常壓下將樹脂固化，待樹脂固化成型後，撤去真空袋，即形成兩端有一定坡度的梯形預製鋼箱梁正交異性鋼板-複合材料組合結構；
d、將c步驟形成的各節段組合結構運到施工現場，在施工現場進行拼裝，兩段之間由於坡度形成的三角形或梯形間隙利用b和c步驟進行現場真空導入，使各預製節段結合為一體；
e、在上方澆築磨耗層3(澆築式浙青混合料、改性浙青SMA或環氧浙青混合料)，待磨耗層3凝結硬化後，磨耗層3、複合材料層2、正交異性鋼板I結合為一體，形成正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構。第二種方案是該橋面結構的中間層採用帶芯材8的複合材料層2，該製備流程如下
a、在工廠中每節段鋼箱正交異性鋼板I的上表面焊一定數量的剪力鍵5，然後對正交異性鋼板I的上表面進行噴砂處理；
b、在輕木(包括Balas木、泡桐木、杉木、橡木、膠合板、竹板)或泡沫(包括聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫)芯材8的上下表面開正交布置的凹槽以形成真空導入工藝中樹脂的流動通道；
C、沿芯材8的厚度方向剖開，剖開的位置、尺寸與數量可根據受力需要任意布置，在芯材8厚度方向上，剖開的形狀垂直； d、在工廠中將一層或多層纖維布(包括單軸向或多軸向的碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸纖維布或雜交纖維布)鋪設於芯材8的上下表面，並放置於鋼箱梁正交異性鋼板I上，在纖維布上方再鋪設一層起圈織物或導流網以保證固化後在複合材料層2的上表面形成粗糙面層4，鋪設芯材8的過程中保證在每節段箱梁縱向兩端形成一定角度的坡度，橫向覆蓋鋼箱梁導風角；
e、在工廠中先用真空袋把鋼箱梁正交異性鋼板I的上表面、芯材8和纖維布層包裹一起，再通過真空導入成型工藝將樹脂(包括不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂)灌入到真空袋中，在常溫常壓下將樹脂固化，待樹脂固化成型後，撤去真空袋，即形成兩端有一定坡度的梯形預製正交異性鋼板-複合材料組合結構；
f、將e步驟形成的各節段組合結構運到施工現場，在施工現場進行拼裝，兩段之間由於坡度形成的三角形或梯形間隙利用b和c步驟進行現場真空導入，使各預製節段結合為一體；
g、在上方澆築磨耗層3(澆築式浙青混合料、改性浙青SMA或環氧浙青混合料)，待磨耗層3凝結硬化後，磨耗層3、複合材料層2、正交異性鋼板I結合為一體，形成正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構。在上述兩種製備工藝中複合材料層2的種類與層數，芯材3的種類與厚度，樹脂的種類，磨耗層4的種類與厚度，剪力鍵5的材質與布置方式，粗糙面層6的種類、腹板7的布置與尺寸均可根據需要靈活調整。本發明通過在正交異性鋼板I和磨耗層2之間加設具有輕質、高強、耐腐蝕等諸多優點的樹脂基纖維增強複合材料層2，複合材料層2的設置還可降低磨耗層3的厚度，使得該橋面結構具有重量輕、強度高，剛度大、抗剝離、防潮、耐腐蝕、穩定的高溫穩定性和低溫抗裂性；同時具有拼裝施工簡便迅速、防水、防鋪裝層開裂、防正交異性鋼橋面腐蝕等顯著特點，適用於各種鋼橋面結構的修建與修補。以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內；本發明未涉及的技術均可通過現有技術加以實現。
權利要求
1.一種工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的橋面結構包括正交異性鋼板(I)、複合材料層(2)和磨耗層(3)，所述正交異性鋼板(I)的上側依次設有複合材料層(2)和磨耗層(3)，複合材料層(2)通過樹脂與其下側的正交異性鋼板(I)相連，複合材料層(2)的頂面設有粗糙面層(4)，粗糙面層(4)的上側澆築磨耗層(3)。
2.根據權利要求1所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述正交異性鋼板(I)的上表面和複合材料層(2)的下表面之間設有增強聯結的剪力鍵(5)。
3.根據權利要求2所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的剪力鍵(5)採用鋼製的螺釘、片材或Z形型材。
4.根據權利要求1或2所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的粗糙面層(4)採用起圈織物或導流網製成。
5.根據權利要求1或2所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的複合材料層(2)採用纖維布層和樹脂固化而成；纖維布層採用單軸向或多軸向的碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布、芳綸纖維布或者雜交纖維布，樹脂採用不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂或酚醛樹脂。
6.根據權利要求1或2所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的正交異性鋼板(I)為設有縱橫向互相垂直的縱肋(6)和橫肋(7)的鋼面板。
7.根據權利要求6所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的縱肋(6)包括U形肋和板式肋。
8.根據權利要求1或2所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的磨耗層(3)採用浙青和混凝土製成。
9.根據權利要求1或2所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述複合材料層(2)的內部填充有芯材(8)，芯材(8)採用Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、膠合板、竹板或輕質結構泡沫中的一種或幾種。
10.根據權利要求9所述的工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，其特徵在於所述的芯材(8)內設有垂直於複合材料層(2)的腹板(9)，所述的腹板(9)採用樹脂或者纖維布與樹脂固化形成的複合材料製成。
全文摘要
本發明公開了一種工廠預製正交異性鋼板-複合材料組合橋面結構，所述的橋面結構包括正交異性鋼板(1)、複合材料層(2)和磨耗層(3)，所述正交異性鋼板(1)的上側依次設有複合材料層(2)和磨耗層(3)，複合材料層(2)通過樹脂與其下側的正交異性鋼板(1)相連，複合材料層(2)的頂面設有粗糙面層(4)，粗糙面層(4)的上側澆築磨耗層(3)。本發明通過在正交異性鋼板和磨耗層之間加設複合材料層，使得該橋面結構具有重量輕、強度高，剛度大、抗剝離、防潮、耐腐蝕、穩定的高溫穩定性和低溫抗裂性；並具有拼裝施工簡便迅速、防水、防鋪裝層開裂、防正交異性鋼橋面腐蝕等顯著特點，適用於各種鋼橋面結構的修建與修補。
文檔編號E01D19/12GK103015317SQ20121057768
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者劉偉慶, 方海, 徐超 申請人:南京工業大學