一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构及其制作工艺的制作方法
【专利摘要】一种采用分层栓钉连接件的钢?混凝土部分预制简支叠合梁结构，包括钢主梁、横向连接钢板、栓钉连接件、预制部分板和现浇部分板，所述钢主梁的上翼缘布置所述栓钉连接件，所述栓钉连接件上开有上排开孔和下排开孔，相邻所述钢主梁的腹板之间连接横向连接钢板，所述预制部分板位于所述钢主梁的上翼缘上，所述栓钉连接件外露于所述预制部分板，所述现浇部分板位于所述预制部分板上，所述栓钉连接件外露部分位于所述现浇部分板内。以及提供一种采用分层栓钉连接件的钢?混凝土部分预制简支叠合梁结构的制作工艺。本发明可以大幅减少桥梁上部结构的替换时间，缩短工期，大幅减轻城市交通压力；减轻桥梁上部结构的质量。
【专利说明】
一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构及其制作工艺
技术领域
[0001]本发明涉及一种小跨径桥梁用简支叠合梁结构，特别是通过分层栓钉与桥面板共同受力的组合式钢-混凝土叠合梁，尤其涉及一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构及其制作工艺。
【背景技术】
[0002]长期以来，我国具有丰富的劳动力资源和砂石料等资源，中小跨径混凝土结构桥梁经济性好，在桥梁建设中发挥了巨大作用。其中，中小桥座数占总桥梁数90%以上。建设好中小跨径桥梁是公路桥梁建设可持续发展、建设资源节约型公路交通的基本突破点。根据浙江省交通科研院的调研，浙江省境内的中小跨径桥梁每4座中就有I座是存在不同程度病害的桥梁。如何在少影响交通的情况下维修、加固和更换这些有严重病害的桥梁，是迫切需要解决的难题。为降低工程造价，更为缩短工程，避免交通拥堵时间长的现象，在桥梁维修、改建中，应尽量利用原有下部结构。然而，现存病害桥梁在设计阶段大都按照旧规范设计，其原有的桥墩的设计值往往不符合新规范要求，故采用原有的桥梁结构形式是不可行的。钢结构具有强度高、延性好、结构轻、抗震性能好、工厂化生产程度高、质量易控制、工期短、便于无支架施工和保畅通、环保与污染少、易修复、可回收重复利用等许多优点。随着我国工业技术的发展，近年的钢材产量与质量有了很大的提高，钢材产量由1990年的6635万吨增加到2013年的10.67亿吨，达到全球产量的1/2，钢材的市场价格也已大幅下降。然而，小跨径纯钢桥往往会出现疲劳问题，钢桥面板在车辆荷载的作用下容易出现疲劳裂纹，钢桥面板在自然条件和车辆荷载应力作用下，容易出现腐蚀现象，会大幅削减钢桥面板的使用寿命。
【发明内容】
[0003]为了克服现有中小跨径混凝土结构桥梁上部结构替换中所存在的问题，本发明提供了一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构及其制作工艺及其制作工艺，结构大部分在原有桥梁拆除时或之间在工厂进行预制，可以大幅减少桥梁上部结构的替换时间，缩短工期，大幅减轻城市交通压力；减轻桥梁上部结构的质量，使原有桥墩满足新规范的要求;混凝土桥面板可以有效缓减纯钢桥梁的疲劳问题，无须大面积的防腐工作。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]—种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构，包括钢主梁、横向连接钢板、栓钉连接件、预制部分板和现浇部分板，所述钢主梁的上翼缘布置所述栓钉连接件，所述栓钉连接件上开有上排开孔和下排开孔，相邻所述钢主梁的腹板之间连接横向连接钢板，所述预制部分板位于所述钢主梁的上翼缘上，所述栓钉连接件外露于所述预制部分板，所述现浇部分板位于所述预制部分板上，所述栓钉连接件外露部分位于所述现浇部分板内。
[0006]进一步，所述栓钉连接件包括端栓钉群和长栓钉群，所述长栓钉群位于短栓钉群的内侧，所述短栓钉群位于所述预制部分板内，所述长栓钉群外露于所述预制部分板，所述长栓钉群的外露部分位于所述现浇部分板内。
[0007]再进一步，所述预制部分板包括底部横向钢筋、支筋、底部纵向钢筋和下混凝土层，所述底部横向钢筋、支筋和底部纵向钢筋相互绑扎。
[0008]再进一步，所述支筋包括弯起负钢筋、主箍筋和中部箍筋，所述弯起负钢筋和主箍筋位于所述栓钉连接件上，所述中部箍筋位于相邻的两个栓钉连接件之间。
[0009]所述现浇部分板包括上部横向钢筋、上部纵向钢筋和上混凝土层，所述上部横向钢筋和上部纵向钢筋交错布置且相互绑扎。
[0010]一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构的制作工艺，其特征在于:包括以下步骤:
[0011]第一步:在加工厂，先进行钢主梁的选材，根据设计要求进行钢主梁的制作；
[0012]第二步:在加工厂，根据桥梁的跨度对钢主梁进行排列，钢主梁与混凝土接触的表面应进行除油和除锈处理；
[0013]第三步:通过焊接工艺将横向连接钢板设置与相邻钢主梁之间；
[0014]第三步:采用焊接工艺将栓钉连接件焊接钢主梁的翼缘上；
[0015]第四步，钢主梁与混凝土接触的表面喷砂处理，使其表面粗糙度达到Sa2.5级；
[0016]第五步:在钢主梁上为预制部分板A支模，设置底部横向钢筋、支筋和底部纵向钢筋，再进行下混凝土层的浇筑工作，所述栓钉连接件外露于所述预制部分板；
[0017]第六步:待下混凝土层达到容许施工强度时，在预制板部分板A上进行上部横向钢筋和上部纵向钢筋的绑扎工作和模板的支护工作，形成工厂预制结构；
[0018]第七步:拆模，对工厂预制结构的钢材部分进行防腐涂装；
[0019]第八步:将工厂预制的结构运往现场，进行预制结构的现场拼装和调整；
[0020]第九步:进行上混凝土层的浇筑工作，形成现浇板部分板B，待混凝土达到容许通车强度时拆模，进行桥面处理。
[0021]进一步，所述第九步中，上混凝土层的混凝土采用的快速混凝土，其7天龄期的强度可以达到混凝土强度设计值的90%以上。
[0022]所述支筋包括弯起负钢筋、主箍筋和中部箍筋，所述弯起负钢筋和主箍筋位于所述栓钉连接件上，所述中部箍筋位于相邻的两个栓钉连接件之间。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024]1、本发明中的一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构在用于替换现有病害中小跨径桥梁时，大量的预制工作刻在拆除病害桥梁时或之前就可以完成，其现场工期一般在15-20天左右，大大缩短了常规替换工作的工期，可以有效缓解城市交通压力。
[0025]2、本发明中的一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构较钢筋混凝土桥梁结构自重轻，故在不改变桥梁上部结构高度的基础上，仍可沿用原有桥墩以及其基础，可以大大缩短工期，节约成本。
[0026]3、本发明中的一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构较纯钢结构桥梁，混凝土桥面板可以有效缓减纯钢桥梁的疲劳问题，无须大面积的防腐工作，并且可以减少大量的焊接工作，避免了由于焊接引起的残余变形和残余应力，提高了结构的承载能力、疲劳性能、局部稳定性和整体稳定性。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的结构不意图；
[0028]图2为本发明结构横向断面图；
[0029]图3为本发明结构钢主梁示意图；
[0030]图4为本发明结构预制阶段示意图；
[0031 ]图5为本发明结构现浇阶段示意图；
[0032]图6为本发明的结构爆炸图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0034]如图1?图6，一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构，包括三根钢主梁，分别为第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13(在实际工程中，钢主梁可以设置为多根，间距一般在1500mm?4000mm)。通过焊接工艺将第一横向连接钢板21、第二横向连接钢板22和第三横向连接钢板23、第四横向连接钢板四24、第五横向连接钢板25和第六横向连接钢板26分别设置与第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13之间(在实际工程中，横向连接钢板有多个，本发明图中设置有六个，横向连接钢板之间间距宜不小于横向连接钢板的长度，切宜不少于3个)。通过焊接工艺在与第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13上分别设置第一短栓钉群311和第一长栓钉群312，第二短栓钉群321和第二长栓钉群322，第三短栓钉群331和第三长栓钉群332。长栓钉的长度较短栓钉的长度宜长10mm?150mm ；长栓钉较短栓钉的数目以及间隔应根据相关计算确定，各排栓钉间的间距不宜大于500mm，也不宜小于150mm;同排长栓钉设置在外侧，同排短栓钉设置在内侧，长栓钉与翼缘边缘距离不宜小于30mm，长栓钉与短栓钉距离不宜小于45mm，短栓钉之间的距离不宜小于45mm。在与第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13上设置底部横向钢筋4、第一弯起负钢筋51、第二弯起负钢筋52、第三弯起负钢筋53、第一主箍筋61、第二主箍筋62和第三主箍筋63、第一中部箍筋71、第二中部箍筋72、第三中部箍筋73和底部纵向钢筋8，在进行浇筑模板的设置工序和下混凝土层14的浇筑工作，上部横向钢筋9和上部纵向钢筋10通过绑扎工序与底部横向钢筋4、第一弯起负钢筋51、第二弯起负钢筋52、第三弯起负钢筋53、第一主箍筋61、第二主箍筋62和第三主箍筋63、第一中部箍筋71、第二中部箍筋72、第三中部箍筋73相连接，形成预制结构部分板A。再在现场进行下混凝土层15的浇筑工作，形成现浇板部分板B。
[0035]本发明采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制叠合梁结构的制作工艺按以下步骤:
[0036]第一步:在加工厂，先进行第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13的选材，优先选用市场上常用的型钢，如市场上无复合要求的的型钢，根据设计要求进行第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13的制作；
[0037]第二步:在加工厂，根据桥梁的跨度对第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13(根据桥梁的宽度确定钢主梁的数量)进行排列，间距一般在1500mm?4000mm，第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13与混凝土接触的表面应进行除油和除锈处理；
[0038]第三步:通过焊接工艺将第一横向连接钢板21、第二横向连接钢板22和第三横向连接钢板23、第四横向连接钢板四24、第五横向连接钢板25和第六横向连接钢板26分别设置与第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13之间(在实际工程中，横向连接钢板有多个，本发明图中设置有六个，横向连接钢板之间间距宜不小于横向连接钢板的长度，切宜不少于3个)。
[0039]第三步:采用焊接工艺将第一短栓钉群311和第一长栓钉群312，第二短栓钉群321和第二长栓钉群322，第三短栓钉群331和第三长栓钉群332分别焊接与第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13上翼缘上；长栓钉较短栓钉的数目以及间隔应根据相关计算确定，各排栓钉间的间距不宜大于500mm，也不宜小于150mm;同排长栓钉设置在外侧，同排短栓钉设置在内侧，长栓钉距离翼缘边缘距离不宜小于30mm，长栓钉距离短栓钉距离不宜小于45mm，短栓钉之间的距离不宜小于45mm ；
[0040]第四步，第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13与混凝土接触的表面喷砂处理，钢砂(洛氏硬度>62)或刚玉作为磨料，在0.6-0.7MPa压力下处理使其表面粗糙度达至 IJSa2.5级；
[0041]第五步:在第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13上为预制部分板A支模，设置底部横向钢筋4、第一弯起负钢筋51、第二弯起负钢筋52、第三弯起负钢筋53、第一主箍筋61、第二主箍筋62和第三主箍筋63、第一中部箍筋71、第二中部箍筋72、第三中部箍筋73和底部纵向钢筋8，再进行下混凝土层14的浇筑工作，其中，上述钢筋的排列应符合规范的构造要求；
[0042]第六步:待混凝土14达到容许施工强度时，在预制板部分板A上进行上部横向钢筋9和上部纵向钢筋10的绑扎工作和模板的支护工作，形成工厂预制结构，上述钢筋的排列应符合规范的构造要求；
[0043]第七步:拆模，对工厂预制结构的钢材部分进行防腐涂装；
[0044]第八步:将工厂预制的结构运往现场，进行预制结构的现场拼装和调整；
[0045]第九步:进行上混凝土层15的浇筑工作(混凝土采用特殊的快速混凝土，其7天龄期的强度可以达到混凝土强度设计值的90%以上，上混凝土层15和下混凝土层14的强度设计值应一致，两者的基本材料相同，但两者的添加剂不同)，形成现浇板部分板B，待混凝土达到容许通车强度时拆模，进行桥面处理。
[0046]第十步:限行通车(大吨位车辆暂时禁止同行)。
[0047]以下提供本发明的I个实施例:
[0048]实施例:本实施中的桥跨径为10m，桥宽为10m，第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13均采用Q345qC钢材，截面形式为工字形，截面尺寸为“工” 360 X 250 X 16 X 12，间距为3500mm，长度10m，桥面板相对于两端第一钢主梁11和第三钢主梁13竖向中和轴有1500mm的悬挑，悬挑部分作为护栏和人行道，桥墩位置在距离第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13两端500mm处;第一横向连接钢板21、第二横向连接钢板22、第三横向连接钢板23、第四横向连接钢板24、第五横向连接钢板25和第六横向连接钢板26采用Q345qC钢材，尺寸为一300X10X3500;底部横向钢筋4、第一弯起负钢筋51、第二弯起负钢筋52、第三弯起负钢筋53、第一主箍筋61、第二主箍筋62和第三主箍筋63、第一中部箍筋71、第二中部箍筋72、第三中部箍筋73、底部纵向钢筋8、上部横向钢筋9和上部纵向钢筋10采用三级钢筋，受力钢筋直径均为22mm，第一弯起负钢筋51、第二弯起负钢筋52、第三弯起负钢筋53、第一主箍筋61、第二主箍筋62、第三主箍筋63、第一中部箍筋71、第二中部箍筋72、第三中部箍筋73直径均采用12mm，底部横向钢筋4、第一弯起负钢筋51、第二弯起负钢筋52、第三弯起负钢筋53、第一主箍筋61、第二主箍筋62、第三主箍筋63、第一中部箍筋71、第二中部箍筋72、第三中部箍筋73、底部纵向钢筋8的设置间距为200mm;下混凝土层14和上混凝土层15采用C40，其中上混凝土层15需要采用特殊的快速混凝土；第一短栓钉群311和第一长栓钉群312，第二短栓钉群321和第二长栓钉群322，第三短栓钉群331和第三长栓钉群332直径采用1mm的栓钉，长栓钉长度为220mm，短栓钉为长度100mm，同排短栓钉距离钢主梁翼缘边缘35mm，同排内栓钉间的距离为60mm，各派栓钉间的间距为250mm ；
[0049]在加工厂，首先对第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13(根据桥梁的进行排列，对钢主梁U、钢主梁12和钢主梁13与混凝土接触的表面应进行除油和除锈处理;再通过焊接工艺将第一横向连接钢板21、第二横向连接钢板22、第三横向连接钢板23、第四横向连接钢板24、第五横向连接钢板25和第六横向连接钢板26分别设置与第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13之间；再采用焊接工艺将第一短栓钉群311和第一长栓钉群312，第二短栓钉群321和第二长栓钉群322，第三短栓钉群331和第三长栓钉群332分别焊接与第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13上翼缘上，然后，对第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13与混凝土接触的表面喷砂处理，钢砂(洛氏硬度>62)或刚玉作为磨料，在0.6-0.7MPa压力下处理使其表面粗糙度达到Sa2.5级；然后，在第一钢主梁11、第二钢主梁12和第三钢主梁13上为预制部分板A支模，设置底部横向钢筋4、第一弯起负钢筋51、第二弯起负钢筋52、第三弯起负钢筋53、第一主箍筋61、第二主箍筋62和第三主箍筋63、第一中部箍筋71、第二中部箍筋72、第三中部箍筋73、底部纵向钢筋8，再进行下混凝土层14的浇筑工作；待下混凝土层14达到容许施工强度时，在预制部分板A上进行上部横向钢筋9和上部纵向钢筋10的绑扎工作和模板的支护工作，形成工厂预制结构;拆模，对工厂预制结构的钢材部分进行防腐涂装;将工厂预制的结构运往现场，进行预制结构的现场拼装和调整；最后，进行上混凝土层15的浇筑工作，形成现浇部分板B，待混凝土达到容许通车强度时拆模，进行桥面处理，限行通车(大吨位车辆暂时禁止同行)。
【主权项】
1.一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构，其特征在于:包括钢主梁、横向连接钢板、栓钉连接件、预制部分板和现浇部分板，所述钢主梁的上翼缘布置所述栓钉连接件，所述栓钉连接件上开有上排开孔和下排开孔，相邻所述钢主梁的腹板之间连接横向连接钢板，所述预制部分板位于所述钢主梁的上翼缘上，所述栓钉连接件外露于所述预制部分板，所述现浇部分板位于所述预制部分板上，所述栓钉连接件外露部分位于所述现浇部分板内。2.如权利要求1所述的一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构，其特征在于:所述栓钉连接件包括端栓钉群和长栓钉群，所述长栓钉群位于短栓钉群的内侧，所述短栓钉群位于所述预制部分板内，所述长栓钉群外露于所述预制部分板，所述长栓钉群的外露部分位于所述现浇部分板内。3.如权利要求1或2所述的一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构，其特征在于:所述预制部分板包括底部横向钢筋、支筋、底部纵向钢筋和下混凝土层，所述底部横向钢筋、支筋和底部纵向钢筋相互绑扎。4.如权利要求3所述的一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构，其特征在于:所述支筋包括弯起负钢筋、主箍筋和中部箍筋，所述弯起负钢筋和主箍筋位于所述栓钉连接件上，所述中部箍筋位于相邻的两个栓钉连接件之间。5.如权利要求1或2所述的一种采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构，其特征在于:所述现浇部分板包括上部横向钢筋、上部纵向钢筋和上混凝土层，所述上部横向钢筋和上部纵向钢筋交错布置且相互绑扎。6.—种如权利要求1所述的采用分层栓钉连接件的钢-混凝土部分预制简支叠合梁结构的制作工艺，其特征在于:包括以下步骤: 第一步:在加工厂，先进行钢主梁的选材，根据设计要求进行钢主梁的制作； 第二步:在加工厂，根据桥梁的跨度对钢主梁进行排列，钢主梁与混凝土接触的表面应进行除油和除锈处理； 第三步:通过焊接工艺将横向连接钢板设置与相邻钢主梁之间； 第三步:采用焊接工艺将栓钉连接件焊接钢主梁的翼缘上； 第四步，钢主梁与混凝土接触的表面喷砂处理，使其表面粗糙度达到Sa2.5级； 第五步:在钢主梁上为预制部分板A支模，设置底部横向钢筋、支筋和底部纵向钢筋，再进行下混凝土层的浇筑工作，所述栓钉连接件外露于所述预制部分板； 第六步:待下混凝土层达到容许施工强度时，在预制板部分板A上进行上部横向钢筋和上部纵向钢筋的绑扎工作和模板的支护工作，形成工厂预制结构； 第七步:拆模，对工厂预制结构的钢材部分进行防腐涂装； 第八步:将工厂预制的结构运往现场，进行预制结构的现场拼装和调整； 第九步:进行上混凝土层的浇筑工作，形成现浇板部分板B，待混凝土达到容许通车强度时拆模，进行桥面处理。7.如权利要求6所述的制作工艺，其特征在于:所述第九步中，上混凝土层的混凝土采用的快速混凝土，其7天龄期的强度可以达到混凝土强度设计值的90%以上。
【文档编号】E01D2/00GK105887649SQ201610255176
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】赵伟, 杭振园
【申请人】浙江交通职业技术学院