具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种具有短钢筋抗剪构造的钢‑超高性能混凝土组合桥面结构及其施工方法，该组合桥面结构包括钢桥面板层(1)和浇筑于所述钢桥面板层(1)上方的超高性能混凝土层(2)，所述钢桥面板层(1)上固接有短钢筋抗剪构造，所述短钢筋抗剪构造包括多根固接在所述钢桥面板层(1)上表面的短钢筋(3)，所述短钢筋(3)沿纵桥向水平设置，短钢筋抗剪构造包埋于所述超高性能混凝土层(2)中。该具有短钢筋抗剪构造的钢‑超高性能混凝土组合桥面结构可减小超高性能混凝土层厚度，可降低桥面自重，剪力键结构尺寸小、施工工艺简单，尤其适用于对桥梁自重敏感的大跨径柔性桥梁。

High performance steel structure shear short reinforced concrete composite deck structure and its construction method

The invention discloses a steel with short shear reinforcement structure of ultra high performance concrete composite deck structure and its construction method, the composite deck structure includes a deck layer (1) on the deck and pouring layer (1) of ultra high performance concrete layer (2), the deck layer (1) is fixedly connected with a short shear reinforcement structure, the short shear reinforcement structure comprises a plurality of fixed on the deck layer (1) on the surface of the short bar (3), the short bar (3) arranged along the longitudinal horizontal shear bridge structure embedded in the ultra high performance concrete reinforced layer (2) in short. The steel with short shear reinforcement structure of ultra high performance concrete composite deck structure can reduce the thickness of ultra high performance concrete, can reduce the weight of the deck, shear bond structure of small size, simple construction process, especially suitable for large span bridge bridge is sensitive to the weight of the flexible.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于桥梁结构
，具体涉及一种具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构及其施工方法。
技术介绍
与钢桥沥青混凝土铺装相比，钢桥水泥混凝土铺装具有桥面局部刚度大、抗疲劳寿命高等优点，因而被逐渐采用。在现有钢桥水泥混凝土桥面铺装中，抗剪构造采用栓钉、型钢连接件、PBL连接件等剪力键方式，如图1所示(以栓钉作为常规剪力键10的示例)。常规抗剪构造中常规剪力键10的高度大，导致钢桥水泥混凝土铺装层11的厚度增大，引起桥面的恒载重量增加且降低了经济性。同时，常规剪力键10的施工中需要配备专门的施工设备与人员，工艺繁冗，致使钢桥水泥混凝土铺装的施工效率下降。超高性能混凝土具有优良的力学性能，其出现使桥梁建筑结构的发展趋向于大跨化、轻型化。因而，将超高性能混凝土应用在钢桥面上，能够减小混凝土层的厚度，降低桥面系重量，并显著提高桥面系的耐久性。然而，若采用传统抗剪构造，钢桥面上的薄型超高性能混凝土层难以实现，其原因主要是传统剪力键高度大。因此，对于超高性能混凝土应用于钢桥面板的情况，传统钢-混凝土组合结构中所用的抗剪构造存在剪力键结构尺寸大、施工工艺繁赘等弊端，难以满足薄型超高性能混凝土层在钢桥面中的应用需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种可减小混凝土层厚度，可降低桥面自重，剪力键结构尺寸小、施工工艺简单的具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构及其施工方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构，包括钢桥面板层和浇筑于所述钢桥面板层上方的超高性能混凝土层，所述钢桥面板层上固接有短钢筋抗剪构造，所述短钢筋抗剪构造包括多根固接在所述钢桥面板层上表面的短钢筋，所述短钢筋沿纵桥向水平设置，短钢筋抗剪构造包埋于所述超高性能混凝土层中。本专利技术采用沿纵桥向水平固接设置在钢桥面板层上的多根短钢筋作为抗剪构造，与现有的竖直设置的栓钉剪力键相比，本专利技术可以通过调整短钢筋的直径大小很方便的调整构造的建筑高度。当钢-超高性能混凝土组合桥面结构中的混凝土层很薄(例如仅为35mm)时，常规栓钉剪力键因高度过高而难以适用，此时可使用本专利技术的组合桥面构造，大大降低建筑高度。此外，与现有的栓钉剪力键相比，本专利技术的短钢筋与钢桥面板层的接触面积更大。栓钉与钢桥面板层的焊接面积因栓钉尺寸的影响而受限，而短钢筋与钢桥面板层的焊接面积可以通过调整钢筋长度得到改变，可使短钢筋与钢桥面板层的焊接面积更大，进而使短钢筋抗剪构造的刚度大于栓钉抗剪构造的刚度，提高剪力键的抗剪效率，有助于改善钢-超高性能混凝土间的组合受力。再者，现有的栓钉因其构造的对称性，其沿纵、横桥向的抗剪刚度相等。而钢-超高性能混凝土组合桥面结构的正交异性钢桥面板的纵、横向刚度不等。本专利技术将短钢筋沿纵桥向固接在钢桥面板层上，该短钢筋沿纵、横桥向的抗剪刚度不同，更符合正交异性钢桥面板的受力特点。本专利技术的短钢筋抗剪构造与现有的钢筋网抗剪构造相比，短钢筋直径较大，且仅需设置一层纵向短钢筋。短钢筋直径大的好处是，单个短钢筋与超高性能混凝土的握裹面积更大，进而充分发挥抗剪效率。而采用一层短钢筋而不使用多层钢筋网的好处是，单根短钢筋既能提供纵向抗剪、也能提供横向抗剪，而无需形成焊接钢筋网，其构造更简化，施工更简便。现有的钢筋网抗剪构造为连续型剪力键，研究发现这种连续型钢筋网抗剪构造具有脆性破坏的特点(即破坏前界面滑移很小，破坏征兆不明显)。本专利技术将抗剪构造的连续型变为间断型，有助于增大破坏前的界面滑移，进而改善破坏形式。作为对上述技术方案的进一步改进：优选的，多根所述短钢筋按矩阵式布置，相邻短钢筋之间的纵桥向间距和横桥向间距均为150-600mm，取此间距值可以使得组合桥面结构中短钢筋抗剪构造的抗剪刚度适中，并使得焊接工作量适中，可以满足钢-超高性能混凝土界面的抗剪要求。而短钢筋的长度优选为10-60mm，在此范围内的短钢筋与钢桥面板层的接触面积远大于栓钉与钢桥面板层的接触面积，故短钢筋抗剪构造的刚度会远大于栓钉抗剪构造的刚度，可以提高剪力键的抗剪效率，更加有助于改善钢-超高性能混凝土间的组合受力。更优选的，所述短钢筋的上沿的长度大于其下沿的长度，短钢筋的端面与其铅垂面之间形成内倾的夹角θ，所述夹角θ为0°-45°。如此，可使超高性能混凝土层与钢桥面板层之间连接更加牢固，防止拔离。更优选的，所述钢桥面板层的下部设置有纵肋腹板，所述短钢筋与所述纵肋腹板之间间隔50-150mm。如此设置主要有两点原因：一是纵肋腹板与钢桥面板层底部连接已经存在焊缝，如果再将短钢筋放置到纵肋腹板顶部位置与钢桥面板层焊接，则会使得钢桥面板层双面受焊，存在应力集中，对结构受力会起不利影响；二是纵肋腹板处局部支撑刚度较大，如果将短钢筋放置到纵肋腹板位置焊接，会使得短钢筋中的疲劳剪应力过大，会对短钢筋自身受力不利。优选的，所述超高性能混凝土层中配置有钢筋网抗拉构造，所述钢筋网抗拉构造为多层叠加钢筋组合结构。上述的组合桥面结构中，所述的钢筋网抗拉构造可以优选为以下两种结构形式中的任意一种。其中第一种结构形式包括配置于所述超高性能混凝土层中的纵筋分布层和绑扎或点焊于所述纵筋分布层上方的横筋分布层，所述纵筋分布层和所述横筋分布层交叉呈钢筋网状结构。第二种结构形式包括配置于所述超高性能混凝土层中的横向垫筋分布层、绑扎或点焊于所述横向垫筋分布层上方的纵筋分布层以及绑扎或点焊于所述纵筋分布层上方的横筋分布层，所述纵筋分布层和所述横筋分布层交叉呈钢筋网状结构，所述横向垫筋分布层由多根矩阵式排列的横向垫筋组成。更优选的，所述纵筋分布层由多根沿顺桥向平行设置的抗拉纵筋组成，所述横筋分布层由多根沿横桥向平行设置的抗拉横筋组成。优选的，所述超高性能混凝土层由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土是指组分中含有钢纤维且不含粗骨料的水泥混凝土，该超高性能混凝土的抗压强度不低于100MPa，轴拉强度不低于7MPa；所述超高性能混凝土层的上方设置有磨耗层。本专利技术的组合桥面结构通过固接短钢筋抗剪构造为超高性能混凝土层与钢桥面板层之间提供抗剪连接，其构造高度小、抗剪强度大，是一种稳定可靠的抗剪构造方式。同时，该组合桥面结构具有较强的灵活性和可适应性，由于短钢筋抗剪构造中可选择不同直径的短钢筋，进而能够方便地调节短钢筋的高度，以适应钢桥面板层上不同厚度超高性能混凝土层的抗剪需求；由于钢筋网抗拉构造中可选择增设横向垫筋，进而能够方便地调节钢筋网的高度，以适应钢桥面板层上不同厚度超高性能混凝土层的抗拉需求。此外，本专利技术配置的钢筋网抗剪构造不仅结构简化、工艺简单，且具有良好的可操作性和经济性。通过焊接抗剪短钢筋进行连接，薄层超高性能混凝土与钢桥面板形成共同受力的整体式组合桥面结构，显著降低反复车载作用下钢桥面板结构中的应力幅，提高其抗疲劳寿命。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了上述具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构的施工方法。由于上述钢筋网抗拉构造包括两种不同的结构形式，以下针对这两种优选的钢筋网抗拉构造分别提供两种优选的施工方法。针对第一种钢筋网抗拉构造，本专利技术提供的施工方法包括以下步骤：S1、架设钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有短钢筋抗剪构造的钢‑超高性能混凝土组合桥面结构，包括钢桥面板层(1)和浇筑于所述钢桥面板层(1)上方的超高性能混凝土层(2)，其特征在于：所述钢桥面板层(1)上固接有短钢筋抗剪构造，所述短钢筋抗剪构造包括多根固接在所述钢桥面板层(1)上表面的短钢筋(3)，所述短钢筋(3)沿纵桥向水平设置，短钢筋抗剪构造包埋于所述超高性能混凝土层(2)中。

【技术特征摘要】
1.一种具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构，包括钢桥面板层(1)和浇筑于所述钢桥面板层(1)上方的超高性能混凝土层(2)，其特征在于：所述钢桥面板层(1)上固接有短钢筋抗剪构造，所述短钢筋抗剪构造包括多根固接在所述钢桥面板层(1)上表面的短钢筋(3)，所述短钢筋(3)沿纵桥向水平设置，短钢筋抗剪构造包埋于所述超高性能混凝土层(2)中。2.根据权利要求1所述的具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：多根所述短钢筋(3)按矩阵式布置，相邻短钢筋(3)之间的纵桥向间距和横桥向间距均为150-600mm，短钢筋(3)的长度为10-60mm。3.根据权利要求2所述的具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述短钢筋(3)的上沿的长度大于其下沿的长度，短钢筋(3)的端面与其铅垂面之间形成内倾的夹角θ，所述夹角θ为0°-45°。4.根据权利要求3所述的具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述钢桥面板层(1)的下部设置有纵肋腹板(9)，所述短钢筋(3)与所述纵肋腹板(9)之间间隔50-150mm。5.根据权利要求1所述的具有短钢筋抗剪构造的钢-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(2)中配置有钢筋网抗拉构造，所述钢筋网抗拉构造为多层叠加钢筋组合结构。6.根据权利要求5所述的具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述钢筋网抗拉构造包括配置于所述超高性能混凝土层(2)中的纵筋分布层和绑扎或点焊于所述纵筋分布层上方的横筋分布层，所述纵筋分布层和所述横筋分布层交叉呈钢筋网状结构，所述纵筋分布层由多根沿顺桥向平行设置的抗拉纵筋(6)组成，所述横筋分布层由多根沿横桥向平行设置的抗拉横筋(7)组成。7.根据权利要求5所述的具有短钢筋抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述钢筋网抗拉构造包括配置于所述超高性能混凝土层(2)中的横向垫筋分布层、绑扎或点焊于所述横向垫筋分布层上方的纵筋分布层以及绑扎或点焊于所述纵筋分布层上方的横筋分布层，所述纵筋分布层和所述横筋分布层交叉呈钢筋网状结构，所述纵筋分布层由多根沿顺桥向平行设置的抗拉纵筋(6)组成，所述横筋分布层由多根沿横桥向平行设置的抗拉横筋(7)组成，所述横向垫筋分布层由多根矩阵式排列的横向垫筋(5)组成。8.根据权利要求1-7中任一项所述的具有短钢筋抗剪构造的钢-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(2)由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土是指组分中含有钢纤维且不含粗骨料的水泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵旭东，张瀚文，曹君辉，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43