正交異性鋼板‑混凝土組合橋面板及其U肋的製作方法

2023-06-15 18:59:01

本實用新型涉及橋梁構造技術領域，具體涉及一種正交異性鋼板-混凝土組合橋面板及其U肋。

背景技術：

從正交異性鋼橋面板問世以來，因其輕質，高強，施工便捷等優點，在各類橋型中得到了廣泛應用，成為當下鋼橋的首選橋面板形式。但是由板件焊接連接的複雜的結構體系，存在眾多幾何構型不連續部位和焊接初始缺陷，在實際運營中的存在嚴重的疲勞問題，嚴重影響著結構的使用壽命與安全，成為桎梏正交異性鋼橋面板發展和應用的瓶頸性問題。針對正交異性橋面板的各類疲勞問題，國內外開展了眾多科學研究，旨在改善甚至根除各類疲勞問題，其中發展新型橋面板結構已成為解決正交異性鋼橋面板病害問題的主要途徑之一。

現有技術中採用普通U肋的橋面板在使用一段時間之後很容易出現疲勞現象，除此之外現有技術中的橋面板還存在自重過大，混凝土抗拉強度低等問題。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種抗疲勞性較好的正交異性鋼板-混凝土組合橋面板及其U肋。

為了解決上述現有技術的問題，本實用新型採用以下技術方案實現：

本實用新型正交異性鋼板-混凝土組合橋面板，包括鋼板、設置在鋼板上的鋼筋網、設置在鋼板上的抗剪連接件，所述鋼板、鋼筋網、抗剪連接件通過澆築於鋼板上表面的混凝土層包埋成一體結構，所述混凝土層上設有磨耗層，所述鋼板底部間隔設有U肋以及橫隔板，其特徵在於，所述U肋開口寬度為380-520mm、U肋高度為340-420mm、所述U肋兩邊腹板的傾斜度為1：3.2-1:3.8。在上述尺寸範圍條件下的U肋，能夠很大程度上減少焊縫數量，可以在保證結構整體剛度的同時，大幅降低焊縫數量，以達到提高正交異性鋼板-混凝土組合橋面板以下簡稱組合橋面板疲勞強度的目的。其中抗剪連接件能夠滿足各項抗剪需求。

作為上述實用新型的進一步改進，其中所述U肋開口寬度為450mm。

作為上述實用新型的進一步改進，所述U肋高度為375mm。

作為上述實用新型的進一步改進，所述U肋兩邊腹板的傾斜度為1：3.5。

採用上述優選尺寸條件下的U肋構成的組合橋面板抗疲勞性能為最佳。

作為上述實用新型的進一步改進，所述混凝土層為ECC混凝土層，RPC混凝土層、STC混凝土層中的一種。在採用上述尺寸的U肋條件下，同時在鋼板上鋪設上述高性能混凝土層中的一種，綜合應用上述兩種措施，可以有效提高組合橋面板的剛度，提高組合橋面板的抗疲勞強度。採用傳統的混凝土層組合形成的組合橋面板自重過大，混凝土抗拉強度低，所述混凝土層選用具有高模量、高抗壓強度、高抗彎折強度、高韌性和高耐久性等優勢的ECC混凝土層，RPC混凝土層、STC混凝土層中的一種，可有效避免上述問題。其中ECC混凝土層是一種由具有應變硬化和多縫開裂特徵的亂向分布短纖維增強水泥基複合材料構成的混凝土層，RPC混凝土層是指活性粉末混凝土層，STC混凝土層為超高韌性混凝土層。

作為上述實用新型的進一步改進，所述抗剪連接件為栓釘。採用栓釘具有施工便捷，焊接質量高，滿足各向的抗剪需求的優點。值得說明的是，當混凝土層選用上述高性能混凝土層中的一種作為混凝土層時，作為鋼板和混凝土層結構之間的連接件，同時考慮到混凝土層採用的上述高性能混凝土層中的一種，其厚度較小，採用短的栓釘進行連接。

除此之外，本實用新型還提供了一種用於上述正交異性鋼板-混凝土組合橋面板的U肋，其特徵在於，所述U肋開口寬度為380-520mm、U肋高度為340-420mm、所述U肋兩邊腹板的傾斜度為1：3.2-1:3.8。優選所述U肋開口寬度為450mm，所述U肋高度為375mm，所述U肋兩邊腹板的傾斜度為1：3.5。

以下通過附圖以及具體實施方式對本實用新型作進一步說明。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為本實用新型中U肋的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型正交異性鋼板-混凝土組合橋面板，包括鋼板1、設置在鋼板1上的鋼筋網2、設置在鋼板1上的抗剪連接件，所述鋼板1、鋼筋網2、抗剪連接件通過澆築於鋼板1上表面的混凝土層3包埋成一體結構，所述混凝土層3上設有磨耗層4，所述鋼板1底部間隔設有U肋5以及橫隔板6，優選所述混凝土層3為ECC混凝土層，RPC混凝土層、STC混凝土層中的一種。優選所述抗剪連接件為栓釘。所述混凝土層3優選其中的RPC混凝土層，所述RPC混凝土層是由級配良好的砂、水泥、礦物細粉、矽灰、鋼纖維等組成，水膠比很低，其製備原理是通過提高組分的細度與活性，優化顆粒級配並摻加微細鋼纖維，使材料內部的缺陷減少，密實度增加，從而具有高強度、高韌性與高耐久性等優點。作為鋼板和混凝土層結構之間的連接件，同時考慮到混凝土層採用的上述高性能混凝土層中的一種，其厚度較小，採用短的栓釘進行連接。

如圖2所示，H為U肋的高度，d為U肋的開口寬度，所述傾斜度即為圖2中α角的傾斜度。所述U肋5開口寬度為380-520mm、U肋5高度為340-420mm、所述U肋5兩邊腹板的傾斜度為1：3.2-1:3.8。其中優選所述U肋5開口寬度為450mm。所述U肋5高度為375mm。所述U肋5兩邊腹板51的傾斜度為1：3.5。根據試驗證明，U肋在上述尺寸條件下具有較好的抗疲勞效果，在U肋5開口寬度為450mm。所述U肋5高度為375mm。所述U肋5兩邊腹板51的傾斜度為1：3.5尺寸條件下抗疲勞效果為最佳。

通過試驗證明，與傳統正交異性鋼橋面板相比，本實用新型中通過上述U肋、鋼板和高性能混凝土層的組合受力，增加了截面慣性矩，提高組合橋面板頂部的局部剛度，從而減小了疲勞關注細節的應力幅，提高組合橋面板的抗疲勞性能。其中採用本實用新型中的U肋，可以明顯減少焊縫數量，減少初始缺陷，進而降低焊縫發生疲勞開裂的風險；與傳統正交異性鋼橋面板相比，本實用新型的整體抗彎剛度增大，U肋最大縱橋向應力顯著降低。同時局部剛度增大，使得橋面板在局部輪載下，相鄰U肋協同受力，荷載更均勻；本實用新型單位面積自重增加量不足15％，但橋面板力學性能卻得到顯著提升甚至個別指標卻達到數倍之多。

以混凝土層採用RPC混凝土層為例，對本實用新型正交異性鋼板-混凝土組合橋面板的實際施工進行闡述：

(1)鋼梁工廠生產、短栓釘焊接：根據上述U肋尺寸設計U肋並根據鋼結構橋梁施工方法進行鋼梁工廠預製，然後工廠精確定位並採用焊透工藝進行短栓釘的焊接，批量生產以滿足供應現場施工的進度；

(2)鋼梁架設：將出廠運輸到位的節段鋼梁進行現場拼接工序，直至完成鋼梁架設得到完整的鋼橋面層；

(3)施工綁紮鋼筋網：在鋼梁上面進行鋼筋網的綁紮，網格可以優選採用的是55×50mm的網格，部分點綁紮在短栓釘上面，形成整塊完整的鋼筋網；

(4)澆築RPC混凝土層：完成步驟(3)過後，將進行現場免振搗澆築RPC混凝土。由於需要蒸汽養護，限制了RPC混凝土的生產僅能在工廠中進行，以製品的形式供應現場因此在預拌混凝土攪拌站使用當地原材料再次進行RPC混凝土的拌制，再運用罐車運送到現場轉移到澆築小車中進行現場澆築施工。拌合物在2h內均能泵送，可泵性良好，澆筑後可自行流動，易於充滿模板。澆築3-4h後混凝土達到初凝時間，此後強度迅速增長。因此初凝後需要及時抹面，否則將產生裂縫或不能收光；二次抹面收光後，覆蓋溼麻袋，保溼養護7天。澆築需要保證短栓釘、鋼筋網包埋於RPC混凝土層中。

(5)鋪築磨耗層：在所述的RPC混凝土層頂面進行糙化處理，並在其上方鋪築磨耗層，即完成本實用新型的施工。