一种基于钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板制造技术

本发明专利技术公开了一种基于钢筋桁架连接的钢‑超高韧性混凝土组合桥面板，由钢桥面顶板，加劲肋，上、下弦钢筋，腹杆钢筋，上、下部连系钢筋和超高韧性混凝土组成。腹杆钢筋压制成波浪形，并通过焊接机械将其与上下弦杆焊接，从而形成单个钢筋桁架。各钢筋桁架沿桥面横向连续并排放置，上下部连系钢筋将各钢筋桁架连接成一个整体后再与桥面顶板焊接可形成钢骨架。超高韧性混凝土浇筑在桥面钢骨架上，起到保护桥面的作用。本发明专利技术提出的组合桥面板体系中，钢筋桁架体系受力模式合理，具有良好的整体工作性能，在降低成本和施工复杂度的同时改善了结构的疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板
本专利技术涉及结构工程
，具体涉及一种基于预制钢筋桁架体系连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板。
技术介绍
随着我国基础设施建设进程的不断推进，人们意识到城市内部交通及城市间交通便利程度极大影响着国民经济发展和社会进步；因此，近几十年来国家实现了道路、桥梁工程的大发展。其中，桥梁结构不仅在城市立交桥、地铁轻轨、高速铁路等方面应用广泛，更是被广泛应用于跨河、跨海构筑物中。近年来，随着港珠澳大桥、杭州湾跨海大桥等超大型桥梁工程的建设，国内外的桥梁结构正面临着前所未有的发展机遇。在桥梁结构的建设中，桥面板不仅起到了承载上部结构自重、穿行车辆等荷载的作用，而且面临着车轮摩擦、行车振动、水和离子侵蚀等长期作用影响，因而对桥面板的承载力、耐久性和韧性提出较高要求。钢筋混凝土桥面板在实际工程中应用较为广泛，但是由于混凝土自重较大且混凝土材料抗拉性能较差，无法适用于较大跨度的桥梁结构中。为解决这一问题，正交异性钢桥面板应运而生；通过在钢桥面板面外布置纵向、横向加劲肋形成的正交异性桥面板体系，可显著提升桥面板的承载效率，提升结构经济跨度；但是考虑到钢材长期暴露在空气中易于锈蚀，正交异性桥面板的耐久性成为了工程中亟待解决的问题。为解决上述问题，工程中将钢材与混凝土材料相结合形成组合桥面板体系，从而充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，进一步提升结构的承载性能。然而，现有的钢-混凝土组合桥面板仍然存在一些问题：第一，为了保证钢与混凝土之间的充分抗剪连接并防止两者界面的脱离，通常在两者之间布置较多的栓钉(起到抗剪+抗拔双重作用)，这大大增加了施工工作量，并且由于焊缝的存在影响结构的疲劳性能；第二，组合桥面板中钢桥面部分通常需要在面外焊接多个加劲肋，这同样增加施工量，影响结构疲劳性能；第三，普通混凝土材料受拉易于开裂，且对局部缺陷敏感，容易在长期荷载作用下产生裂缝，造成水和离子的侵蚀，影响桥面板的抗腐蚀性和耐久性，进而显著增加桥梁结构的维修和维护成本，对人力物力造成巨大的浪费；第四，现有组合桥面板体系中钢结构部分通常采用施工现场的焊接连接，现场工作量大且施工质量和精度难以保证。
技术实现思路
为改善传统钢-混凝土组合桥面板体系存在的问题，本专利技术提出了一种基于预制钢筋桁架体系连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板。一种基于钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板，包括：钢桥面顶板；沿桥面横向连续并排放置在所述钢桥面顶板上的多个钢筋桁架；连接固定在各个钢筋桁架顶部的顶部连系钢筋(即上部连系钢筋)；连接固定在各个钢筋桁架底部的底部连系钢筋(即下部连系钢筋)；以及浇筑在所述钢筋桁架上的混凝土。以下作为本专利技术的优选技术方案：每个钢筋桁架包括：两个对称设置的腹杆钢筋，所述的腹杆钢筋为波浪形，该波浪形的底部设置有弧形连接部，该弧形连接部通过下弦钢筋固定在所述钢桥面顶板上，两个腹杆钢筋的波浪形顶部通过上弦钢筋固定，形成一个三角空间桁架(即一个钢筋桁架)。所述的腹杆钢筋的波浪形所在平面与弧形连接部所在平面成110°～130°(120°)角度。所述的下弦钢筋压在所述腹杆钢筋的弧形连接部上，并通过焊接与所述弧形连接部和钢桥面顶板固定。两个腹杆钢筋的波浪形顶部通过焊接到所述上弦钢筋上后固定。所述的顶部连系钢筋通过焊接固定在所述上弦钢筋上，所述的顶部连系钢筋与所述上弦钢筋垂直。所述的底部连系钢筋通过焊接固定在所述下弦钢筋上，所述的底部连系钢筋与所述下弦钢筋垂直。所述的钢桥面顶板的底面设置有多个纵向加劲肋，所述的纵向加劲肋与所述钢桥面顶板的底面垂直。所述的混凝土的顶面高于所述钢筋桁架的顶部。所述基于预制钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板中，单个钢筋桁架由上下弦钢筋和和两个腹杆钢筋组成。单个腹杆钢筋压制成型后可分为主体波浪部分和底部弧形部分，两部分在横向上互成120°。两个下弦钢筋分别焊接于两个腹杆钢筋底部略高于其弧形部分的位置，上弦钢筋焊接于两个腹杆钢筋波浪部分的顶点之间，从而形成单个稳定的三角空间桁架。所述基于预制钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板中，各钢筋桁架沿桥面横向连续并排放置，上下部连系钢筋将各钢筋桁架连接成一个整体后形成空间钢筋桁架体系。将钢筋桁架体系腹杆钢筋底部弧形部分与钢桥面顶板焊接后形成桥面钢骨架。所述基于预制钢筋桁架体系连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板中，所述超高韧性混凝土浇筑在桥面钢骨架上；所述超高韧性混凝土层厚度略高于预制钢筋桁架体系的高度，起到保护桥面钢骨架的作用。本专利技术采用的超高韧性混凝土，包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、增强纤维和水，其中，水泥和活性矿物掺合料采用以下重量百分比的原料：进一步优选，所述的混凝土采用以下重量百分比的原料：本专利技术提出的基于预制钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板，由预制钢筋桁架体系通过与钢桥面顶板焊接后形成桥面钢骨架，并现浇超高韧性混凝土，具备以下优点：(1)采用的超高韧性混凝土受压承载力高，受拉展现出准应变硬化特征，并且极限拉应变可稳定达到3％以上，且在极限拉应变下只出现致密分布的多条微细裂纹，可有效阻隔钢材与外部环境，防止钢材锈蚀，改善桥面板结构的韧性、耐腐蚀性和耐久性。(2)钢筋桁架可由工厂预制而成，除了具有机械化程度高，生产速度快以及建设周期短的优点外，还可有效避免因现场绑扎钢筋网和焊接大量短栓钉带来的劳动力损耗和施工精度难以保障的问题。(3)钢筋桁架组合桥面板受力模式合理，可以设计综合造价优势明显。为了适应不同跨度，其桁架钢筋的高度和钢筋直径可以灵活调整。钢筋桁架体系在工厂制作完成后本身具有相当的初始刚度，当钢筋桁架与钢桥面板焊接后可提高组合桥面板的整体刚度，因此可在一定程度上减少加劲肋的数量，使得钢结构部分焊缝数量减少，从而改善了结构的疲劳性能。此外由于钢桥面顶板自身可充当底模，因此在施工阶段浇筑混凝土时也不需要额外加支撑和底模，从而降低了成本。(4)利用在钢桥面板上焊接预制钢筋桁架体系的构造方式，能显著提高组合桥面板的界面连接性能。桁架腹杆钢筋可以看作是剪力筋，增强了钢桥面板与超高韧性混凝土界面的抗剪能力，能够确保钢桥面顶板与超高韧性混凝土界面之间不发生粘结滑移，同时也与上下弦钢筋、上下部连系钢筋共同起到竖向抗拔作用，防止混凝土板发生竖向掀起，增强了结构的安全性。(5)与传统的基于栓钉连接的钢-混凝土组合桥面板相比，栓钉在剪力作用下其根部附近的混凝土通常会发生局部受压开裂，而钢筋桁架的腹杆钢筋可对其周围的混凝土起到侧向约束作用，在一定程度上提高了混凝土的抗压强度和延性，从而提高了组合桥面板的抗弯承载力和变形能力，使其具有更好的整体工作性能。(6)各钢筋桁架沿桥面横向连续并排放置，上下部连系钢筋将各钢筋桁架连接成一个整体后再与桥面顶板焊接可形成钢骨架。超高韧性混凝土浇筑在桥面钢骨架上，起到保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板，其特征在于，包括：/n钢桥面顶板；/n沿桥面横向连续并排放置在所述钢桥面顶板上的多个钢筋桁架；/n连接固定在各个钢筋桁架顶部的顶部连系钢筋；/n连接固定在各个钢筋桁架底部的底部连系钢筋；/n以及浇筑在所述钢筋桁架上的混凝土。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板，其特征在于，包括：
钢桥面顶板；
沿桥面横向连续并排放置在所述钢桥面顶板上的多个钢筋桁架；
连接固定在各个钢筋桁架顶部的顶部连系钢筋；
连接固定在各个钢筋桁架底部的底部连系钢筋；
以及浇筑在所述钢筋桁架上的混凝土。


2.根据权利要求1所述的基于预制钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板，其特征在于，每个钢筋桁架包括：两个对称设置的腹杆钢筋，所述的腹杆钢筋为波浪形，该波浪形的底部设置有弧形连接部，该弧形连接部通过下弦钢筋固定在所述钢桥面顶板上，两个腹杆钢筋的波浪形顶部通过上弦钢筋固定。


3.根据权利要求2所述的基于预制钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板，其特征在于，所述的腹杆钢筋的波浪形所在平面与弧形连接部所在平面成110°～130°角度。


4.根据权利要求2所述的基于预制钢筋桁架连接的钢-超高韧性混凝土组合桥面板，其特征在于，所述的下弦钢筋压在所述腹杆钢筋的弧形连接部上，并通过焊接与所述弧形连接部和钢桥面顶板固定。...

【专利技术属性】
技术研发人员：童精中，王国仲，徐世烺，李庆华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33