CN101858052A - 钢超高性能混凝土组合桥面结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢桥的桥面结构，具体公开了一种钢超高性能混凝土组合桥面结构，该桥面结构包括钢桥面板，钢桥面板上方覆设有超高性能混凝土层，超高性能混凝土层上方覆设有桥面铺装层；超高性能混凝土层中配有钢筋。本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构具有建筑高度小、刚度大、各组合层间粘结性能好、耐久性好、抗疲劳性能好、车辆冲击作用小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁结构的建筑细部，尤其涉及一种钢桥的桥面结构。
背景技术
正交异性钢桥面于1948年在德国首创采用，60年来这种轻型的钢桥面已成为钢桥(尤其是特大型桥梁)的首选桥面型式。经过几十年的工程建设实践，目前正交异性钢桥面铺装方案主要发展为以下四类，即：(1)热拌沥青混凝土或改性密级配沥青混凝土方案；(2)高温拌合浇注式沥青混凝土方案；(3)沥青玛蹄脂混凝土方案；(4)环氧树脂沥青混凝土方案。现有常规的钢桥桥面结构形式如图1所示，现有的四类钢桥面沥青混凝土桥面铺装层价格昂贵，同时都有一个自身无法克服的缺点，即沥青混凝土桥面铺装层3与钢桥面板1的膨胀系数不同，二者粘连度不牢，如果桥位处冬夏温差较大，在车辆荷载作用下，沥青混凝土桥面铺装层3与钢桥面板1很容易发生相对滑移，从而造成桥面铺装层3出现开裂、车辙、壅包等病害。
由于正交异性钢桥面为轻型桥面，面板比较薄，加上沥青混凝土铺装层破坏造成路面不平整，从而容易引起车辆荷载的冲击作用，使得在高密度行车，尤其是超载严重的车辆荷载作用下，面板与纵肋焊接处的疲劳破坏问题变得十分突出。对于正交异性钢桥面的疲劳破坏问题，现有解决问题的思路是：加大面板厚度，采用大型纵肋，肋距增大，这样横隔板(横肋)的间距也可增大，减少纵横肋与面板的焊缝；改进细部构造，并规定严格的焊接制造工艺，以尽可能减少应力集中现象。这种思路是着眼于通过提高结构尺寸来改善桥面板的工作状态，虽然能起到一定的效果，但不能从根本上解决面板与纵肋焊接处的疲劳破坏问题，而且成本也比较高，同时，增加桥面板厚度也不能从根本上解决铺装层易损坏的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种建筑高度小、刚度大、各组合层间粘结性能好、耐久性好、抗疲劳性能好、车辆冲击作用小的钢超高性能混凝土组合桥面结构。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种钢超高性能混凝土组合桥面结构，所述桥面结构包括钢桥面板，所述钢桥面板上方覆设有超高性能混凝土层，所述超高性能混凝土层上方覆设有桥面铺装层；所述超高性能混凝土层中配有钢筋。本发明提出的该技术方案是结合运用组合结构桥面思想与超高性能混凝土技术，在现有的正交异性钢桥面板与沥青混凝土桥面铺装层之间增加薄型超高性能混凝土层，这不仅能够有效避免钢桥面板和桥面铺装层处于不利的变形和应力状态，而且可以有效解决钢桥面板使用中容易出现的铺装层开裂、滑移、面板与纵横肋的疲劳破坏等问题。
上述的钢超高性能混凝土组合桥面结构中，所述超高性能混凝土层是指由超高性能混凝土浇筑而成。本领域内的超高性能混凝土为一专有名称，在本发明中一般是指具有超高强度、高延性、高韧性、高和易性、耐久性好且能适用于钢桥面板铺装的混凝土，其是相对普通混凝土、高性能混凝土而言的另一类力学综合性能更加优异的混凝土材料，例如活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土、注浆纤维混凝土、密实配筋复合材料、工程胶凝复合材料等，但优选为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或注浆纤维混凝土。
上述技术方案中，钢桥面板与超高性能混凝土层的结合面可以为平面或粗糙面，但作为对上述钢超高性能混凝土组合桥面结构的进一步改进，所述钢桥面板与超高性能混凝土层的结合面优选设置成抗剪构造或设置抗剪连接件。所述的抗剪构造优选为一凹凸点阵式粗糙结合面或一凹凸槽式结合面。所述抗剪连接件优选为栓钉或PBL剪力键。甚至可以将抗剪构造和抗剪连接件同时设置。
上述技术方案中，所述超高性能混凝土层与桥面铺装层的结合面可以为自然粗糙面，但优选设置成凹凸槽式结合面以进一步增加层间的抗剪切能力。
上述技术方案中，所述的桥面铺装层可以为各类沥青混凝土桥面铺装层或其他材料的桥梁铺装层，换句话说，本发明的技术方案具有广泛的适应性，不会因为桥面铺装层的材料差异性而影响到本发明技术方案的技术效果。
与现有技术相比，本发明在钢桥面板(尤其是正交异性钢桥面板)上设置超高性能混凝土层，再在超高性能混凝土层上铺设沥青混凝土之类的桥面铺装层，将现有常规的钢桥面转变成钢-超高性能混凝土组合式桥面，这大大改变了钢桥面板的结构形式和桥面铺装的工作状态，这也使得本发明的技术方案具备以下明显的优势：
首先，本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构共同受力，减小了钢桥面板及其纵横肋在车辆轮载下的应力，大幅度减小了钢桥面板与纵肋及隔板间焊缝疲劳开裂风险，而超高性能混凝土层自身的应力、变形等指标均能满足与钢结构协同工作的要求；
其次，本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构增大了桥面板的刚度，改善了沥青混凝土桥面铺装层与桥面板的粘结性能，提高了桥面铺装层的抗裂性能和耐久性能；尤其是在本发明组合桥面结构基础上的抗剪设计，能够进一步减小桥面铺装层与钢桥面板之间的相对滑移，减小了桥面铺装层的壅包，降低了车辆荷载作用下的冲击作用，从而进一步提高了桥面铺装层的耐久性能；
此外，本发明技术方案中的超高性能混凝土层所选用的是适用于钢桥面板的超高性能混凝土，不仅易于施工操作，且能够保证密实性，提高了钢桥面板的耐久性，并且其结构层较薄，整体上并不明显增加桥面恒载的重量。
综上，本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构具有建筑高度小、刚度大、各组合层间粘结性能好、耐久性好、抗疲劳性能好、车辆冲击作用小等优点，具有重大的实用价值和良好的经济效益，尤其是在大型、特大型钢桥的施工建造上具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为现有常规的正交异性钢箱梁桥面的结构示意图(横断面图)。
图2为本发明实施例1的钢超高性能混凝土组合桥面结构的结构示意图(横断面图)。
图3为本发明实施例2的钢超高性能混凝土组合桥面结构的结构示意图(纵断面图)。
图4为本发明实施例3的钢超高性能混凝土组合桥面结构的结构示意图(纵断面图)。
图5为本发明实施例3的钢超高性能混凝土组合桥面结构的结构示意图(横断面图)。
图6为本发明实施例4的钢超高性能混凝土组合桥面结构的结构示意图(纵断面图)。
图7为本发明实施例5的钢超高性能混凝土组合桥面结构的结构示意图(纵断面图)。
图例说明
1、钢桥面板；2、超高性能混凝土层；3、桥面铺装层；4、栓钉；5、PBL剪力键；6、凹凸槽式结合面；7、钢筋。
具体实施方式
实施例1
一种如图2所示的本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构，该桥面结构包括钢桥面板1，钢桥面板1上方覆设有超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2上方覆设有桥面铺装层3，超高性能混凝土层2中配有钢筋7。超高性能混凝土层2是由超高性能混凝土浇筑而成，本实施例选用的超高性能混凝土是活性粉末混凝土。在钢桥面板1与超高性能混凝土层2的结合面处设置有抗剪用的栓钉4。钢桥面板1与超高性能混凝土层2之间的结合面为平面，超高性能混凝土层2与桥面铺装层3之间的结合面为自然粗糙面，桥面铺装层3采用的是普通沥青混凝土材料。
上述本实施例的钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工步骤为：
(1)焊接制作钢桥面板1，钢桥面板1的顶面为平面，对其顶面做防腐涂装，并在其顶面均匀焊接抗剪用的栓钉4；
(2)布设超高性能混凝土层中的钢筋7，配制超高性能混凝土，并将配制好的超高性能混凝土浇筑于钢桥面板1上，形成超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2的顶面为自然粗糙面；
(3)对浇筑后的超高性能混凝土层2进行养护；
(4)待超高性能混凝土层强度等力学指标达到设计要求后，配制桥面铺装层3用的沥青混凝土材料，然后将沥青混凝土材料覆设于养护好的超高性能混凝土层2上；
(5)最后进行桥面铺装层3的养护，完成整个钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工。
实施例2：
一种如图3所示的本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构，该桥面结构包括钢桥面板1，钢桥面板1上方覆设有超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2上方覆设有桥面铺装层3，超高性能混凝土层2中配有钢筋7。超高性能混凝土层2是由超高性能混凝土浇筑而成，本实施例选用的超高性能混凝土是活性粉末混凝土。钢桥面板1与超高性能混凝土层2的结合面设置为凹凸槽式结合面6。超高性能混凝土层2与桥面铺装层3之间的结合面为自然粗糙面，桥面铺装层3采用的是普通沥青混凝土材料。
上述本实施例的钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工步骤为：
(1)焊接制作钢桥面板1，钢桥面板1的顶面为凹凸槽式带肋面，对其顶面做防腐涂装；
(2)布设超高性能混凝土层中的钢筋7，配制超高性能混凝土，并将配制好的超高性能混凝土浇筑于钢桥面板1上，形成超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2的顶面为自然粗糙面；
(3)对浇筑后的超高性能混凝土层2进行养护；
(4)待超高性能混凝土层强度等力学指标达到设计要求后，配制桥面铺装层3用的沥青混凝土材料，然后将沥青混凝土材料覆设于养护好的超高性能混凝土层2上；
(5)最后进行桥面铺装层3的养护，完成整个钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工。
实施例3
一种如图4、图5所示的本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构，该桥面结构包括钢桥面板1，钢桥面板1上方覆设有超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2上方覆设有桥面铺装层3，超高性能混凝土层2中配有钢筋7。超高性能混凝土层2是由超高性能混凝土浇筑而成，本实施例选用的超高性能混凝土是活性粉末混凝土。在钢桥面板1与超高性能混凝土层2的结合面处设置有抗剪用的PBL剪力键5。钢桥面板1与超高性能混凝土层2之间的结合面为平面，超高性能混凝土层2与桥面铺装层3之间的结合面为自然粗糙面，桥面铺装层3采用的是普通沥青混凝土材料。
上述本实施例的钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工步骤为：
(1)焊接制作钢桥面板1，钢桥面板1的顶面为平面，对其顶面做防腐涂装，并在其顶面均匀焊接抗剪用的PBL剪力键5；
(2)布设超高性能混凝土层中的钢筋7，配制超高性能混凝土，并将配制好的超高性能混凝土浇筑于钢桥面板1上，形成超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2的顶面为自然粗糙面；
(3)对浇筑后的超高性能混凝土层2进行养护；
(4)待超高性能混凝土层强度等力学指标达到设计要求后，配制桥面铺装层3用的沥青混凝土材料，然后将沥青混凝土材料覆设于养护好的超高性能混凝土层2上；
(5)最后进行桥面铺装层3的养护，完成整个钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工。
实施例4
一种如图6所示的本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构，该桥面结构包括钢桥面板1，钢桥面板1上方覆设有超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2上方覆设有桥面铺装层3，超高性能混凝土层2中配有钢筋7。超高性能混凝土层2是由超高性能混凝土浇筑而成，本实施例选用的超高性能混凝土是活性粉末混凝土。钢桥面板1与超高性能混凝土层2的结合面设置为凹凸槽式结合面6，超高性能混凝土层2与桥面铺装层3之间的结合面同样设置为凹凸槽式结合面6，桥面铺装层3采用的是普通沥青混凝土材料。
上述本实施例的钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工步骤为：
(1)焊接制作钢桥面板1，钢桥面板1的顶面为凹凸槽式带肋面；
(2)布设超高性能混凝土层中的钢筋7，配制超高性能混凝土，并将配制好的超高性能混凝土浇筑于钢桥面板1上，形成超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2的顶面同样设置为凹凸槽式带肋面；
(3)对浇筑后的超高性能混凝土层2进行养护；
(4)待超高性能混凝土层强度等力学指标达到设计要求后，配制桥面铺装层3用的沥青混凝土材料，然后将沥青混凝土材料覆设于养护好的超高性能混凝土层2上；
(5)最后进行桥面铺装层3的养护，完成整个钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工。
实施例5
一种如图7所示的本发明的钢超高性能混凝土组合桥面结构，该桥面结构包括钢桥面板1，钢桥面板1上方覆设有超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2上方覆设有桥面铺装层3，超高性能混凝土层2中配有钢筋7。超高性能混凝土层2是由超高性能混凝土浇筑而成，本实施例选用的超高性能混凝土是活性粉末混凝土。钢桥面板1与超高性能混凝土层2的结合面为平面，超高性能混凝土层2与桥面铺装层3之间的结合面设置为凹凸槽式结合面6，桥面铺装层3采用的是普通沥青混凝土材料。
上述本实施例的钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工步骤为：
(1)焊接制作钢桥面板1，钢桥面板1的顶面为平面，对其顶面做防腐涂装；
(2)布设超高性能混凝土层中的钢筋7，配制超高性能混凝土，并将配制好的超高性能混凝土浇筑于钢桥面板1上，形成超高性能混凝土层2，超高性能混凝土层2的顶面设置为凹凸槽式带肋面；
(3)对浇筑后的超高性能混凝土层2进行养护；
(4)待超高性能混凝土层强度等力学指标达到设计要求后，配制桥面铺装层3用的沥青混凝土材料，然后将沥青混凝土材料覆设于养护好的超高性能混凝土层2上；
(5)最后进行桥面铺装层3的养护，完成整个钢超高性能混凝土组合桥面结构的施工。
Claims (6)
1.一种钢超高性能混凝土组合桥面结构，所述桥面结构包括钢桥面板，其特征在于：所述钢桥面板上方覆设有超高性能混凝土层，所述超高性能混凝土层上方覆设有桥面铺装层；所述超高性能混凝土层中配有钢筋。
2.根据权利要求1所述的钢超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述超高性能混凝土层是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土、注浆纤维混凝土、密实配筋复合材料或工程胶凝复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的钢超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述钢桥面板与超高性能混凝土层的结合面设置有抗剪构造或设置抗剪连接件。
4.根据权利要求3所述的钢超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述抗剪构造为一凹凸点阵式粗糙结合面或为一凹凸槽式结合面。
5.根据权利要求3所述的钢超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述抗剪连接件为栓钉或PBL剪力键。
6.根据权利要求1或2所述的钢超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述超高性能混凝土层与桥面铺装层的结合面为自然粗糙面或设置成为凹凸槽式结合面。
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