正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥及其施工方法与流程

本发明涉及一种正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥，还涉及一种正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥的施工方法。

背景技术：

正交异性钢桥面板由钢顶板、纵向加劲肋及横隔板通过焊缝连接而成，它以具有自重轻、极限承载力大、施工周期短等一系列优点，而被广泛应用于大跨度桥梁中，但由于钢桥面板刚度较小、与沥青混凝土的粘结性能以及相互协调变形性能较差等因素，使许多在役的正交异性钢桥面板出现了疲劳开裂、铺装层损坏(车辙、坑槽)等大量病害。

而采用较重的普通混凝土桥面板代替钢梁上的正交异性钢桥面板，虽然解决了正交异性钢桥面板疲劳病害，但由于其自身抗拉强度较低，不仅板较厚、自重较大、经济性较差，而且在湿接缝、斜拉索锚固区附近桥面板以及预应力锚固区附近桥面板易产生裂缝。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥，其桥面板抗拉和抗压强度高、连接可靠、耐久性好且造价较低，可有效解决现有采用正交异性钢桥面板引起的疲劳开裂、桥面铺装破损和普通混凝土桥面板容易开裂等长期困扰工程界的技术难题，适用于各种类型的桥梁钢主梁结构。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥的施工方法，其施工方便。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥，包括桥面和位于桥面下方的钢主梁，其特征在于：桥面为超高性能混凝土组合桥面板，超高性能混凝土组合桥面板包括作为桥面的下缘受力钢材的正交异性钢桥面板以及浇筑在正交异性钢桥面板的上板面上的超高性能混凝土面板，正交异性钢桥面板包括钢桥面板和焊接在钢桥面板的下板面的纵向加劲肋，钢桥面板与钢主梁相焊接，使得钢主梁形成封闭钢箱梁或板梁或双边箱梁或钢桁梁，在钢桥面板的上板面焊接有若干个伸入超高性能混凝土面板内的剪力钉，在超高性能混凝土面板内部上缘设有上缘受力钢筋网。

进一步的，钢主梁为pk钢箱梁、闭口钢箱梁、双边箱钢箱梁、工字钢钢主梁、钢桁架梁中的任一种。

进一步的，纵向加劲肋为板肋、倒t肋、l肋、球扁钢肋、闭口u肋、闭口v肋中的任一种。

进一步的，剪力钉呈矩阵状或梅花形分布。

进一步的，剪力钉之间的间距为300～500毫米。

进一步的，超高性能混凝土桥面板的厚度为80～160毫米，钢桥面板的厚度为6～16毫米。

进一步的，超高性能混凝土组合桥面板根据受力需要还可在钢桥面板的下板面布设加预应力钢束。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的第一种技术方案如下：

一种对上述的正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥进行施工的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1：钢主梁及正交异性钢桥面板分成对应的多段，对应节段的钢主梁与正交异性钢桥面板之间预先焊接在一起；

s2：运至施工现场，采用起吊悬拼或在支架上组拼的方式将分成的多段进行组合拼接，对相邻的钢主梁和正交异性钢桥面板进行焊接或栓焊，实现全桥的合拢；

s3：在钢桥面板的上板面焊接剪力钉，并在钢桥面板的上方布置上缘受力钢筋网；

s4：在钢桥面板的上板面浇筑超高性能混凝土，形成超高性能混凝土面板。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的第二种技术方案如下：

一种对上述的正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥进行施工的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1：钢主梁及正交异性钢桥面板分成对应的多段，对应节段的钢主梁与正交异性钢桥面板之间预先焊接在一起，并在钢桥面板的上板面上焊接剪力钉，布置对应节段的上缘受力钢筋网，浇筑超高性能混凝土，形成对应节段的超高性能混凝土面板，在相邻的两节段的超高性能混凝土面板之间预留连接空间；

s2：运至施工现场，采用起吊悬拼或在支架上组拼的方式将分成的多段进行组合拼接，对相邻的钢主梁和正交异性钢桥面板进行焊接或栓焊，实现全桥的合拢，之后在预留的连接空间处对上缘受力钢筋网进行搭接或焊接；

s3：在连接空间处浇筑超高性能混凝土。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的组合桥的桥面板采用抗拉、抗压强度高、氯离子扩散系数低、吸水性低、蒸养后的收缩为零且徐变小的超高性能混凝土(uhpc)，显著提高了正交异性钢桥面板局部刚度，并解决了采用正交异性钢桥面板引起的长期困扰工程界的疲劳开裂、桥面铺装破损和普通混凝土桥面板容易开裂等病害。uhpc与沥青混凝土的粘结性能及相互协调变形性能较好，降低了现有正交异性钢桥面板与沥青磨耗层的粘结容易失效以及沥青铺装层容易损坏的风险，从而使得本发明的桥面铺装可采用常规沥青混凝土。

(2)本发明采用高抗拉、抗压强度的超高性能混凝土uhpc浇筑于钢桥面板上，桥面板厚度仅需普通混凝土桥面板的30％～60％的厚度，自重轻，下部结构及基础规模小；同时，uhpc的高抗拉强度解决了普通混凝土桥面板因抗拉强度低而易产生桥面板裂缝的问题，而且其氯离子扩散系数低、吸水性低、蒸养后的收缩为零且徐变小、耐久性高、使用寿命长，后期维护费用低，经济性好。

(3)本发明采用的超高性能混凝土面板厚度一般为80～160毫米，如果根据受力需要配二层钢筋网，则在构造上难以实现，因此将钢桥面板及其纵向加劲肋代替难以配置的下层正弯矩钢筋，同时兼做浇筑uhpc的钢模板，即可大量减小模板工程量，免除模板装卸工作，极易实现工厂的节段快速施工。本发明还通过剪力钉的设置，使钢桥面板与超高性能混凝土面板有效连接成一个受力整体。

(4)本发明的钢主梁可以是pk钢箱梁、闭口钢箱梁、双边箱钢箱梁、工字钢钢主梁、钢桁架梁等，应用范围广泛。

附图说明

图1是本发明的立面图；

图2是本发明的纵向加劲肋、剪力钉和上缘纵向钢筋的结构关系示意图；

图3是本发明的横断面结构示意图；

图4是本发明的体外预应力钢束的横断面布置示意图。

图中附图标记含义：

100-钢主梁；110-纵腹板；120-横隔板；200-正交异性钢桥面板；210-钢桥面板；220-剪力钉；300-纵向加劲肋；400-超高性能混凝土面板；500-上缘受力钢筋网；510-上缘横向钢筋；520-上缘纵向钢筋；600-体外预应力钢束。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

实施例一：

如图1至图4所示的一种正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥，其包括桥面和位于桥面下方的钢主梁100，桥面为超高性能混凝土组合桥面板，该超高性能混凝土组合桥面板包括正交异性钢桥面板200以及浇筑在正交异性钢桥面板200的上板面上的超高性能混凝土面板400。

正交异性钢桥面板200包括钢桥面板210和纵向加劲肋300，钢桥面板210与钢主梁100的纵腹板110及横隔板120等相焊接，使得钢主梁形成封闭钢箱梁或板梁或双边箱梁或钢桁梁。纵向加劲肋300焊接在钢桥面板210的下板面，用于提高模板和桥面刚度，钢桥面板210的上板面焊接有若干个伸入超高性能混凝土面板400内的剪力钉220，剪力钉220的上端设有翼缘。施工时先将剪力钉220焊接在钢桥面板210的上板面，再浇筑超高性能混凝土面板400，使得剪力钉220位于超高性能混凝土面板400内。剪力钉220直径为16毫米，也可以在10～22毫米范围内取值，剪力钉220在正交异性钢桥面板200上呈矩阵状分布，或呈梅花形布置，相邻剪力钉220的间距为400毫米，也可以在300～500毫米范围内取值。本组合桥根据受力需求可在钢桥面板210的下板面布设加预应力钢束600，体外预应力钢束600位于纵向加劲肋300之间。

在超高性能混凝土面板400内部上缘，沿顺桥向的桥面长度方向设有直径为φ16～φ22mm的上缘横向钢筋510和沿横桥向的桥面宽度方向设有直径为φ16～φ22mm的上缘纵向钢筋520，上缘纵向钢筋520绑扎或点焊在上缘横向钢筋510上构成桥面板钢筋网，该桥面板钢筋网即为上缘受力钢筋网500，钢桥面板210和纵向加劲肋300组成下缘受力钢材，下缘受力钢材同时作为超高性能混凝土面板400的底模，承载超高性能混凝土面板400。

本实施例中，钢主梁100可以为pk钢箱梁、闭口钢箱梁、双边箱钢箱梁、工字钢钢主梁、钢桁架梁中的任一种。纵向加劲肋300可以为板肋、倒t肋、l肋、球扁钢肋、闭口u肋、闭口v肋中的任一种。

本实施例中，钢桥面板210板厚为12毫米，其板厚也可以在10～16毫米范围内取值。

本实施例中，正交异性钢桥面板200下方设置的纵向加劲肋300高300毫米、厚8毫米，高度也可以在150～500毫米范围内取值，厚度也可以在6～16毫米范围内取值。纵向加劲肋300沿顺桥向设置且沿横桥向间隔并列排布，每400毫米～600毫米焊接一道纵向加劲肋300，纵向加劲肋300沿顺桥向的桥面长度方向设置，并且沿横桥向的桥面宽度方向间隔并列排布。

本实施例中，超高性能混凝土面板400厚度为80～160毫米，优选120毫米。相邻的钢主梁100的横隔板120之间的间距为2500～5000毫米，优选3500毫米。

本实施例的对上述的正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥进行施工的施工方法包括以下步骤：

s1：钢主梁100及正交异性钢桥面板200采用传统的加工工艺分成对应的多段，对应节段的钢主梁100与正交异性钢桥面板200之间预先焊接在一起；

s2：运至施工现场，采用起吊悬拼或在支架上组拼的方式将分成的多段进行组合拼接，对相邻的钢主梁100和正交异性钢桥面板200进行焊接或栓焊，实现全桥的合拢；

s3：在钢桥面板210的上板面焊接剪力钉220，并在钢桥面板210的上方布置上缘受力钢筋网，上缘受力钢筋网包括上述的上缘横向钢筋510和上缘纵向钢筋520；

s4：正交异性钢桥面板200作为超高性能混凝土面板400浇筑的底模，在钢桥面板210的上板面浇筑超高性能混凝土，形成超高性能混凝土面板400；

当超高性能混凝土面板400浇筑完成后，进行48小时、90℃保温蒸养以消除后期收缩应变，并减少徐变变形。

实施例二：

实施例二与实施例一不同在于对正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥进行施工的施工方法的不同，实施例二的施工方法包括以下步骤：

s1：钢主梁100及正交异性钢桥面板200分成对应的多段，对应节段的钢主梁100与正交异性钢桥面板200之间预先焊接在一起，并在钢桥面板210的上板面上焊接剪力钉220，布置对应节段的上缘受力钢筋网，浇筑超高性能混凝土，形成对应节段的超高性能混凝土面板400，在相邻的两节段的超高性能混凝土面板400之间预留连接空间，预留的连接空间为30～50厘米；

s2：运至施工现场，采用起吊悬拼或在支架上组拼的方式将分成的多段进行组合拼接，对相邻的钢主梁100和正交异性钢桥面板200进行焊接或栓焊，实现全桥的合拢，之后在预留的连接空间处对上缘受力钢筋网进行搭接或焊接；

s3：在连接空间处浇筑超高性能混凝土。

实施例二的施工方法的施工更方便，能在工厂中统一完成更多的工作。

本发明采用超高性能混凝土(uhpc)可有效解决普通混凝土抗拉强度较低的问题，其具有以下突出优点：

(1)由于uhpc抗拉、抗压强度高，uhpc组合桥面板仅需普通混凝土桥面板一半左右的厚度，结构自重轻，有效减小了下部结构及基础工程规模，经济性好。

(2)正交异性钢桥面板上面浇筑uhpc，能够提高桥面板的刚度，避免出现正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题，提高了结构的耐久性。

(3)uhpc组合桥面板是由水泥、硅灰、石英砂、钢纤维等无机材料组成的混凝土结构，与沥青混凝土铺装的粘结性能及相互协调变形性能较好，解决了正交异性钢桥面板与沥青磨耗层的粘结容易失效以及沥青铺装层容易损坏的问题，而桥面铺装可采用常规沥青混凝土，经济性好。

(4)uhpc的高抗拉强度解决了普通混凝土桥面板因抗拉强度低而容易产生桥面板裂缝的问题，而且由于其氯离子扩散系数仅为普通混凝的1/100左右、吸水性仅为普通混凝的1/14左右、蒸养后的收缩基本为零、徐变系数仅为普通混凝土的15％左右，因此，uhpc组合桥面板耐久性高、使用寿命长，后期维护费用低。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。