一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种CA
‑
RPC板元组拼式桥梁设计方法


[0001]本专利技术属于土木工程领域中的装配式结构领域，具体涉及一种
CA
‑
RPC
板元组拼式桥梁设计方法
。

技术介绍

[0002]活性粉末
(RPC)
桥梁具有结构自重轻
、
强度高
、
耐久性好等特点，同时其抗裂性能优异，微裂缝自愈能力强，广泛适用于预制装配式桥梁
。
然而高昂的材料价格与弹模较强度提升较小的问题严重制约了
RPC
材料的桥梁大范围推广应用
。
国内外学者通过添加粗骨料研制出了低收缩
、
高弹模的低成本粗骨料
RPC
体系，通过减小截面高度等方式减少粗骨料
RPC
材料消耗，为粗骨料
RPC
材料在南京长江五桥组合梁斜拉桥中的应用奠定了基础，成功助力桥梁结构的性能跨越和体系创新
。
通过国内外研究和工程实践发现，粗骨料
RPC
体系在平面板件体浇筑时，纤维分布均匀，整体性能控制良好
。
但在大体积复杂断面浇筑时存在垂直于浇筑方向的物相不均匀分布，产生远低于沿浇筑方向性能的薄弱区域，从而导致无法发挥粗骨料
RPC
材料的超高性能，制约了粗骨料
RPC
材料在桥梁主梁结构中的推广应用
。
[0003]近年来，粗骨料
RPC
性能的竖向施工敏感性和平面板件施工稳定性促使粗骨料
RPC
材料的应用呈现出多板件
、
少梁体的态势
。
即使是应用于主梁结构也是通过整孔预制的方式尽可能保证结构性能，而整孔预制粗骨料
RPC
主梁存在公路运输困难
、
结构自重较大和沿截面的性能不均匀性等问题
。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术公开了一种
CA
‑
RPC
板元组拼式桥梁设计方法，在
RPC
中配置粗骨料，提高
RPC
的弹性模量，降低收缩和价格，有效减小板厚，从而达到减轻结构自重和降低价格的目的
。
通过将桥梁结构按功能划分为受压顶板元
、
受拉底板元以及受剪腹板元，分别进行板元的平面浇筑，有效解决了粗骨料
RPC
的竖向施工敏感性，保证了全截面性能的统一
。
创新采用“设计
‑
施工”一体化设计方法实现了设计
‑
快速预制
、
运输
、
组拼的全过程施工控制，大大提高了现场施工效率
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种
CA
‑
RPC
板元组拼式桥梁设计方法，包括步骤：
[0007](1)
建立桥梁有限元模型，设置边界条件并施加荷载进行力学分析，获取控制弯矩及剪力分布状态；
[0008](2)
考虑受力及施工双重要素进行板元划分，顶板元受横弯控制
、
腹板元受剪控制
、
底板元纵向受拉控制，进行板元功能划分；同时考虑施工运输确定板元尺寸；
[0009](3)
考虑板元间传力模式选取板元间连接，顶板元受车轮荷载作用，板元间采用上焊下栓节点，抵抗横向弯曲应力；腹板元间采用拉铆钉连接实现高抗剪刚度抵抗剪切变形；底板元采用上焊下栓节点，配合预应力抵抗拉应力，进行受力验算；
[0010](4)
生产预制板元，养护后运输至现场拼装，多腹板纵向组拼时采用预应力控制线
形，先腹板成梁后，按抵消自重及施工荷载来施加预应力，再按需求集成顶
、
底板元，形成
CA
‑
RPC
组拼式桥梁结构
。
[0011]进一步的，步骤
(2)
中，顶板元均采用
CA
‑
RPC
板元；腹板元及底板元根据跨径进行分类，对于单跨
40m
以下的中小跨采用
CA
‑
RPC
腹板元及底板元，对于单跨大于
40m
的大跨及超大跨进一步采用钢板元
。
[0012]进一步的，所述的
CA
‑
RPC
板元含体积占比1％的平直钢纤维和1％的端钩钢纤维，粗骨料采用直径5‑
8mm
玄武岩骨料，粗骨料占骨料总质量
40
％
‑
60
％；采用多点平面浇筑，顶
、
底板厚度小于
20cm
，腹板厚度小于
15cm,
钢板元采用
Q345
级钢材
。
[0013]进一步的，步骤
(3)
中局部最大应力通过如下方法确定：按标准板元尺寸将连续分布剪力及弯矩拆解为分段式矩形分布，矩形最大值取局部弯矩或剪力最大值；钢板元抗力为其自身钢材贡献，
CA
‑
RPC
板元抗力计算方法：
N
＝
S+aC
；
T
＝
P+S+bC
，其中，
N
和
T
分别为抗压贡献总和与抗拉贡献总和，
S
为钢筋贡献，
P
为预应力贡献，
C
为
CA
‑
RPC
贡献，
a
和
b
分别为混凝土贡献折减系数
。
[0014]进一步的，板元尺寸定为：腹板元长
10m
，高
1m
‑
3m
，厚
0.1m
‑
0.15m
；顶板元长
3m
，宽按照桥梁全宽或半宽设计，厚
0.12
‑
0.17m
；底板元长
10m
，宽2‑
3m
，厚
0.15
‑
0.2m。
[0015]进一步的，选择标准板元，具体方法为：根据车道数量要求选择顶板宽度，横向划分为1‑2块；腹板根据跨径要求按照
30m
跨径内高度方向采用单块腹板，
30
‑
40m
跨径采用2块腹板拼高；底板配置
30m
以下不设底板，
30m
以上设置底板并按弯矩配置预应力
。
[0016]进一步的，腹板元间焊接
‑
高强螺栓并用连接设计采用以下方法计算：
[0017][001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
CA
‑
RPC
板元组拼式桥梁设计方法，其特征在于：包括步骤：
(1)
建立桥梁有限元模型，设置边界条件并施加荷载进行力学分析，获取控制弯矩及剪力分布状态；
(2)
考虑受力及施工双重要素进行板元划分，顶板元受横弯控制
、
腹板元受剪控制
、
底板元纵向受拉控制，进行板元功能划分；同时考虑施工运输确定板元尺寸；
(3)
考虑板元间传力模式选取板元间连接，顶板元受车轮荷载作用，板元间采用上焊下栓节点，抵抗横向弯曲应力；腹板元间采用拉铆钉连接实现高抗剪刚度抵抗剪切变形；底板元采用上焊下栓节点，配合预应力抵抗拉应力进行受力验算；
(4)
生产预制板元，养护后运输至现场拼装，多腹板纵向组拼时采用预应力控制线形，先腹板成梁后，按抵消自重及施工荷载来施加预应力，再按需求集成顶
、
底板元，形成
CA
‑
RPC
组拼式桥梁结构
。2.
根据权利要求1所述的一种
CA
‑
RPC
板元组拼式桥梁设计方法，其特征在于：步骤
(2)
中，顶板元均采用
CA
‑
RPC
板元；腹板元及底板元根据跨径进行分类，对于单跨
40m
以下的中小跨采用
CA
‑
RPC
腹板元及底板元，对于单跨大于
40m
的大跨及超大跨进一步采用钢板元
。3.
根据权利要求2所述的一种
CA
‑
RPC
板元组拼式桥梁设计方法，其特征在于：所述的
CA
‑
RPC
板元含体积占比1％的平直钢纤维和1％的端钩钢纤维，粗骨料采用直径5‑
8mm
玄武岩骨料，粗骨料占骨料总质量
40
％
‑
60
％；采用多点平面浇筑，顶
、
底板厚度小于
20cm
，腹板厚度小于
15cm,
钢板元采用
Q345
级钢材
。4.
根据权利要求2所述的一种
CA
‑
RPC
板元组拼式桥梁设计方法，其特征在于：步骤
(3)
中局部最大应力通过如下方法确定：按标准板元尺寸将连续分布剪力及弯矩拆解为分段式矩形分布，矩形最大值取局部弯矩或剪力最大值；钢板元抗力为其自身钢材贡献，
CA
‑
RPC
板元抗力计算方法：
N
＝

【专利技术属性】
技术研发人员：崔冰，王景全，刘加平，陆凯卫，王康康，
申请(专利权)人：中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：