超高性能混凝土桁架拱片单元、桁架拱片桥梁及施工方法技术

本发明专利技术涉及桥梁工程技术领域，公开了一种超高性能混凝土桁架拱片单元、桁架拱片桥梁及施工方法。超高性能混凝土桁架拱片单元包括上弦杆、腹杆和下弦杆，其腹杆和下弦杆呈近似等边三角形结构；单元之间通过钢‑超高性能混凝土槽形连接构造浇注成桁架拱片，通过在数片桁架拱片间浇注桥面板和挂梁等构成超高性能混凝土桁架拱片桥梁。该桥梁的架设方法为：分段卧式预制桁架拱片单元，在连接处预留钢‑超高性能混凝土结构的槽形构造，现场架设桁架拱片并浇筑连接处超高性能混凝土，安装挂梁和现浇桥面板。采用该桁架拱片架设的桥梁具有自重轻、耐久性好、施工便捷迅速、可降低结构开裂风险、结构经济、外形美观等优点，符合装配式桥梁发展要求，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
超高性能混凝土桁架拱片单元、桁架拱片桥梁及施工方法
本专利技术涉及桥梁工程
，具体涉及一种超高性能混凝土桁架拱片单元、桁架拱片桥梁及施工方法。
技术介绍
面对我国中小跨径桥梁通病根治和可靠性提升的现实需求，改进创新现有中小跨径桥梁结构体系，加大新结构、新材料、新工艺和新装备的研发与应用力度，提升整体化性能，推动中小型桥梁建设向工厂化、标准化、高耐久性发展是我国桥梁建设的发展方向之一。钢筋混凝土桁架拱桥是指中间用实腹段，两侧用拱形桁架片构成的拱桥。桁架拱片之间用桥面系与横向联结系(横向撑架、剪刀撑)连接成整体。特点是实腹段与两侧拱形桁架片起着拱的受力作用，拱脚有水平推力可减小跨中弯矩。这种桥比一般带拱上建筑的肋拱桥受力合理，可节省材料，减小自重，适用于地基较差的场合，整体上有施工简便、质量轻、造价低、外形美观、设计灵活等特点。桁架拱桥的大部分构件都是预制安装的，同时施工工序少，对吊装能力适应性强，且桁架拱片构件预制可与下部结构施工平行作业，工期可相应缩短。此外，从施工角度，现有的桁架拱桥存在模板较复杂，构件纤细，故浇筑和运输桁架拱片易损坏，在一些受拉、受弯部位及刚性节点处，容易出现裂缝。另外，在运营阶段，由于桁架拱桥节点是刚性连接，活载作用下节点应力集中，使交会于节点的竖杆、斜杆易开裂，影响整体刚度和耐久性，而且难以维修养护。特别是近年来随着交通量增加、汽车载重量增大等因素，公路上早期修建的钢筋混凝土桁架拱桥出现比较明显的病害，主要表现为：节点混凝土开裂、钢筋锈蚀，整体刚度不足导致变形过大、行车不舒适。特别是由于超载，桥梁产生不可恢复的变形，增加或增大裂缝，加速混凝土的劣化及钢筋的腐蚀。以上各种成因可以同时存在，相互作用，进而加速病害的发展。目前部分普通混凝土桁架拱桥、组合式桁架拱桥面临或废弃或拆除的境地，这种桥型亟待技术上的革新。超高性能混凝土是一种具有超高强度、韧性、耐久性及高阻裂性能的水泥基复合材料，是由多元活性粉末掺合料、无机胶凝材料、连续级配细骨料、钢纤维等组成，使用高效减水剂，通过最大密实度理论，将材料的内部缺陷降到最低。由于超高性能混凝土中钢纤维的存在，使材料的抗拉强度得到了较大提高，是普通混凝土的4～6倍，极限抗拉应变是普通混凝土的70～80倍，力学性能和变形性能大大优于普通混凝土和高强混凝土。随着超高性能混凝土桥梁的进一步研究、改进与实际应用，其性能优异、施工便捷、长期效益显著、维护量小、绿色环保等优点，有可能使得超高性能混凝土桥梁结构最有可能成为公路及市政工程中一种常态化的结构形式。桁架拱桥采用传统普通混凝土材料，有承载潜力低、横向稳定性差、耐久性差等缺陷，超高性能混凝土材料性能介于普通混凝土及钢材性能之间，若将超高性能混凝土材料与该桥型相结合，并优化结构布置则得到超高性能混凝土桁架拱桥结构，可充分发挥桁架拱桥桥型的一些优点，避免其缺点。可大大提高桁架拱桥的适应范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有普通混凝土桁架拱桥存在的节点易开裂、横向联系开裂退化、承载潜力低等问题，提供一种超高性能混凝土桁架拱片单元及连接构造，该超高性能混凝土桁架拱片单元采用整体卧式预制，通过特有的连接构造进行现场浇注安装，对上下弦杆和腹杆节点连接位置、横向连接位置、现浇接头部位进行构造加强，整体结构具有施工便捷、结构牢靠、自重轻、耐久性好等优点。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种超高性能混凝土桁架拱片单元，包括上弦杆、腹杆、下弦杆，节点和连接构件；所述腹杆与所述上弦杆和所述下弦杆通过节点相连接，均为配筋超高性能混凝土结构预制而成，所述腹杆与所述上弦杆和所述下弦杆均组成三角形结构；在单元间的连接处有纵向预留钢筋并预制有所述连接构件。所述连接构件包括槽形钢板和栓钉，所述栓钉有多个，均匀垂直焊接于所述槽形钢板的内侧；所述连接构件与纵向预留钢筋等长。采用单元形式分段卧式预制，制作方法简便，超高性能混凝土的浇筑质量与养护质量能得到保证，而且自重轻，方便运输；连接构件充分利用了钢材和超高性能混凝土的性能，相较传统的连接方法，所述钢-超高性能混凝土连接构件力学性能优异、受力安全，施工简便。优选地，相邻的两个所述腹杆与所述下弦杆组成的三角形结构为近似等边三角形，且近似等边三角形的边长从端部至跨中逐渐递减。该结构设计优化了结构的受力特征，也使得结构更加富有韵律、轻巧美观。优选地，所述上弦杆的顶部设有预留的抗剪钢筋，用于确保现浇桥面板或预制拼装桥面板与上弦杆的紧密连接。使得桥面板与拱肋结构联合受力。优选地，所述节点的一侧或两侧设有横向钢筋，用于现浇或预拼横系梁。横向联系增加了桥梁的横向稳定性，同时预留横向钢筋方便了横系梁的施工。优选地，所述节点有圆弧形倒角构造，内部增配钢筋进行局部加强。优选地，所述腹杆中的受拉腹杆内部增配钢筋，用于加强其抗拉能力。可将受拉腹杆的裂缝宽度控制在0.05mm以内，保证桥梁没有耐久性问题。优选地，所述槽型钢板厚度为0.010-0.014m，所述栓钉的高度为0.06-0.1m，相邻的栓钉之间间隔为0.15-0.20m。本专利技术第二方面提供了一种超高性能混凝土桁架拱片，由相应的超高性能混凝土桁架拱片单元节段通过所述连接构件相连，通过现场浇注超高性能混凝土连接为一体。优选地，相连超高性能混凝土桁架拱片单元连接处的纵向预留钢筋通过连接钢筋焊接为一体。本专利技术第三方面提供了一种超高性能混凝土桁架拱片桥梁，包括超高性能混凝土桁架拱片、桥面板、挂梁、横系梁和拱座；所述超高性能混凝土桁架拱片按桥梁全宽要求设计为若干片；所述桥面板现浇于所述超高性能混凝土桁架拱片的上弦杆上，所述挂梁位于所述桥面板的两侧；所述横系梁位于所述超高性能混凝土桁架拱片的节点之间；所述拱座位于所述超高性能混凝土桁架拱片两侧的桥台上。本专利技术第四方面提供了一种超高性能混凝土桁架拱片桥梁的施工方法，包括以下步骤：S1、每片拱片分多个单元在工厂卧式预制，具体过程如下：S1.1、根据结构设计卧式立模，并绑扎好各个节段钢筋；S1.2、在上弦杆顶面预留抗剪钢筋；在节点处一侧或两侧预留横向钢筋；S1.3、制作连接构件，过程为：a)焊接制作好槽型钢板，b)在槽型钢板内侧均匀焊接布置栓钉；S1.4、将制作好的连接构件卧式放置在拱片设计好的节段连接处，并调整纵向预留钢筋位置；S1.5、在连接构件中部立模，将模板和钢板上孔洞封闭；S1.6、浇注超高性能混凝土，并进行蒸汽养护，完成拱片单元预制。S2、现场设置临时支撑，将拱片单元运输至现场，采用动滑轮，多点起吊的方式，将拱片单元吊起翻转，吊装至设计位置；S3、调整拱片各单元位置，利用槽型钢板对齐，节段间梁单元槽型钢板间预留距离为0.2m～0.3m；S4、采用连接钢筋将相邻拱片单元节段处连接构件中外露的纵向预留钢筋焊接连为一体；S5、浇筑连接构件处的超高性能混凝土，将各拱片单元连接为一体的超高性能混凝土桁架拱片，并浇筑横系梁和拱座处超高性能混凝土；S6、安装挂梁，在上弦杆之上现浇桥面板，形成强度后，进行桥面铺装和附属设施结构施工，之后拆除临时支架，完成超高性能混凝土桁架拱桥施工安装。通过上述技术方案，可实现超高性能混凝土桁架拱桥的快速化施工，与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术提供的超高性能混凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高性能混凝土桁架拱片单元，其特征在于，包括上弦杆(1)、腹杆(2)、下弦杆(3)、节点(5)和连接构件(4)；所述腹杆(2)与所述上弦杆(1)和所述下弦杆(3)通过节点(5)相连接，均为钢筋和超高性能混凝土预制而成，所述腹杆(2)与所述上弦杆(1)和所述下弦杆(3)均组成三角形结构；在单元间的连接处有纵向预留钢筋(6)并预制有所述连接构件(4)；所述连接构件(4)包括槽形钢板(7)和栓钉(8)，所述栓钉(8)有多个，均匀垂直焊接于所述槽形钢板(7)的内侧；所述连接构件(4)与纵向预留钢筋(6)等长。

【技术特征摘要】
1.一种超高性能混凝土桁架拱片单元，其特征在于，包括上弦杆(1)、腹杆(2)、下弦杆(3)、节点(5)和连接构件(4)；所述腹杆(2)与所述上弦杆(1)和所述下弦杆(3)通过节点(5)相连接，均为钢筋和超高性能混凝土预制而成，所述腹杆(2)与所述上弦杆(1)和所述下弦杆(3)均组成三角形结构；在单元间的连接处有纵向预留钢筋(6)并预制有所述连接构件(4)；所述连接构件(4)包括槽形钢板(7)和栓钉(8)，所述栓钉(8)有多个，均匀垂直焊接于所述槽形钢板(7)的内侧；所述连接构件(4)与纵向预留钢筋(6)等长。2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土桁架拱片单元，其特征在于，所述上弦杆(1)的顶部设有预留的抗剪钢筋(9)，用于现浇或预制拼装桥面板(15)并确保其与上弦杆(1)的紧密连接。3.根据权利要求1所述的超高性能混凝土桁架拱片单元，其特征在于，所述节点(5)的一侧或两侧设有横向钢筋(10)，用于现浇或预拼横系梁。4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土桁架拱片单元，其特征在于，所述节点(5)有圆弧形倒角构造，内部增配钢筋进行局部加强。5.根据权利要求1所述的超高性能混凝土桁架拱片单元，其特征在于，所述腹杆(2)中的受拉腹杆内部增配钢筋，用于加强其轴向抗拉能力。6.根据权利要求1所述的超高性能混凝土桁架拱片单元，其特征在于，所述槽型钢板(7)厚度为0.010-0.014m，所述栓钉(8)的高度为0.06-0.1m，相邻的栓钉(8)之间间隔为0.15-0.20m。7.一种超高性能混凝土桁架拱片，其特征在于，由相应的超高性能混凝土桁架拱片单元通过所述连接构件(4)相连，通过现场浇筑超高性能混凝土连接为一体。8.一种超高性能混凝土桁架拱片桥梁，其特征在于，包括超高性能混凝土桁架拱片(16)、桥面板(15)、挂梁(14)、横系梁和拱座(17)；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏班夫，邵旭东，李立峰，赵华，张阳，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43