一种钢桥面面板开裂的加固结构及其施工方法与流程

[0001]
本发明涉及钢结构桥梁领域，特别涉及一种钢桥面面板开裂的加固结构及其施工方法。


背景技术：

[0002]
近年来，我国在大力发展钢结构桥梁，正交异性钢桥面体系越来越多的被应用。而正交异性桥面体系存在着钢结构疲劳开裂和铺装层破损两大难题，国内外学者尝试提出了多种解决方案。
[0003]
相关技术中，针对旧桥(即桥面已经发生开裂)，一种加固型结构，其是在已经开裂的桥面板上沿横桥向间隔粘贴钢板条，用以加强超高性能混凝土层层底抗拉性能，改善组合桥面体系受力性能，但对钢面板强化效果较弱，且钢板条采用有机胶粘贴，其耐久性效果较差；另一种加固型轻型组合桥面结构，其是在带裂缝的桥面板表面间断粘贴碳纤维加强条，再植栓钉铺设轻型组合桥面体系，碳纤维加强条用以提高桥面板受力性能，但碳纤维加强条耐久性值得商榷，且粘贴有较高的脱粘风险。
[0004]
因此，有必要设计一种新的钢桥面面板开裂的加强结构，以克服上述问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明实施例提供一种钢桥面面板开裂的加固结构及其施工方法，以解决相关技术中在桥面板上粘贴钢板条或者碳纤维加强条，强化效果较弱且有较高的脱粘风险，耐久性较差的问题。
[0006]
第一方面，提供了一种钢桥面面板开裂的加固结构，其包括：桥面板；多个钢板条，其沿横桥向设于所述桥面板，且所述钢板条通过螺栓与所述桥面板栓接；剪力钉，固定于所述桥面板，且设于相邻两个所述钢板条之间；超高性能混凝土层，铺设于所述桥面板和所述钢板条上，所述超高性能混凝土层通过所述剪力钉与所述桥面板连接。
[0007]
一些实施例中，所述桥面板与所述钢板条之间的抗滑移系数μ大于或者等于0.45。
[0008]
一些实施例中，所述超高性能混凝土层的厚度范围为40～60mm，且所述超高性能混凝土层的内部布设纵向钢筋和横向钢筋。
[0009]
一些实施例中，所述超高性能混凝土层的材料抗压强度大于或者等于100mpa，抗折强度大于或者等于20mpa。
[0010]
一些实施例中，所述钢板条包括第一钢板条和第二钢板条，所述第一钢板条与所述第二钢板条沿横桥向并列设置，且所述第一钢板条与所述第二钢板条之间具有拼接缝，相邻两个拼接缝错开设置。
[0011]
第二方面，提供了一种上述的钢桥面面板开裂的加固结构的施工方法，包括以下步骤：在所述桥面板上安装所述钢板条和所述螺栓，并拧紧所述螺栓，使所述螺栓所受拉力小于施工预拉力；在所述桥面板上焊接所述剪力钉；将所述螺栓拧紧至施工预拉力；在所述桥面板和所述钢板条上浇筑超高性能混凝土材料，形成所述超高性能混凝土层，使所述剪
力钉埋设于所述超高性能混凝土层内。
[0012]
一些实施例中，在所述桥面板上安装所述钢板条和所述螺栓，并拧紧所述螺栓，使所述螺栓所受拉力小于施工预拉力之前，对所述桥面板表面进行铣刨或者凿除原铺装层，并进行抛丸除锈，使所述桥面板表面的光洁度达到sa2.5级。
[0013]
一些实施例中，在所述桥面板上安装所述钢板条和所述螺栓，并拧紧所述螺栓，使所述螺栓所受拉力小于施工预拉力之前，对所述螺栓进行定位，并在所述桥面板上钻螺栓孔，取所述螺栓孔的孔径比所述螺栓的直径大2mm。
[0014]
一些实施例中，所述在所述桥面板上安装所述钢板条和所述螺栓，并拧紧所述螺栓，使所述螺栓所受拉力小于施工预拉力，具体包括：采用电动扳手将所述螺栓拧紧至施工预拉力的50％。
[0015]
一些实施例中，在将所述螺栓拧紧至施工预拉力之后，在所述桥面板上摆放垫块，并在所述垫块上摆放纵向钢筋和横向钢筋，形成纵横钢筋网，相邻两根所述纵向钢筋之间的间距为50-150mm，相邻两根所述横向钢筋之间的间距为50-150mm。
[0016]
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0017]
本发明实施例提供了一种钢桥面面板开裂的加固结构及其施工方法，由于在桥面板上沿横桥向安装了钢板条，钢板条可以恢复桥面板的传力功能，无需对桥面板裂缝进行修补，避免了裂缝修补带来的残余应力，降低了反复开裂的风险；同时，由于钢板条是通过螺栓与桥面板进行栓接的，由螺栓施加压力将钢板条与桥面板压紧，保证了钢板条与桥面板连接的可靠性，且使得桥面板与钢板条之间通过其接触面的摩擦力来进行力的传递，形成以摩擦力为主的面板传力体系，传力更加均匀平顺，且螺栓受轴向力，不承担水平剪力，保证桥面板与钢板条之间的连接稳定，不易脱离，因此，桥面板与钢板条之间连接可靠，耐久性较好。
[0018]
并且，剪力钉固定于桥面板上，避免了钢板条参与超高性能混凝土层受力，受力更加明确，且桥面板与超高性能混凝土层之间采用剪力钉连接，避免了在行车荷载作用下桥面板与超高性能混凝土层脱粘的风险。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]
图1为本发明实施例提供的一种钢桥面面板开裂的加固结构的结构示意图；
[0021]
图2为图1中a的放大示意图；
[0022]
图3为本发明实施例提供的一种钢桥面面板开裂的加固结构的桥面板与钢板条的结构示意图；
[0023]
图4为本发明实施例提供的另一种钢板条的结构示意图；
[0024]
图5为本发明实施例提供的一种钢桥面面板开裂的加固结构的施工方法流程图。
[0025]
图中：1、桥面板；2、钢板条；21、第一钢板条；22、第二钢板条；23、拼接缝；3、螺栓；4、剪力钉；41、柱体；42、头部；5、超高性能混凝土层；6、纵向钢筋；7、横向钢筋；8、沥青面层。
具体实施方式
[0026]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]
本发明实施例提供了一种钢桥面面板开裂的加固结构及其施工方法，其能解决相关技术中在桥面板上粘贴钢板条或者碳纤维加强条，强化效果较弱且有较高的脱粘风险，耐久性较差的问题。
[0028]
参见图1至图3所示，为本发明实施例提供的一种钢桥面面板开裂的加固结构，其可以包括：桥面板1，其中，桥面板1可以是没有裂缝的完整面板，也可以是已经开裂的具有裂缝的破损面板，且桥面板1优选正交异性钢桥面板1；多个钢板条2，每一钢板条2可以沿横桥向设于桥面板1上，也就是说，多个钢板条2沿纵桥向间隔排列成一排，且钢板条2可以通过螺栓3与桥面板1栓接，钢板条2和桥面板1上对应螺栓3的位置均钻设有螺纹孔，使得螺栓3能够从钢板条2的上表面穿过钢板条2拧入桥面板1；通过螺栓3对钢板条2施加压力，将钢板条2与桥面板1压紧，保证了钢板条2与桥面板1连接的可靠性，且使得桥面板1与钢板条2可以通过桥面板1的顶面与钢板条2的底面之间的摩擦力来进行力的传递，形成以摩擦力为主的面板传力体系，平面与平面之间传力更加均匀平顺，且螺栓3受轴向拉力，不承担水平剪力，螺栓3强度较高不易断裂，本实施例中，优选摩擦型高强度螺栓3；剪力钉4，可以固定于桥面板1，且设于相邻两个钢板条2之间，本实施例中，钢板条2上未焊接剪力钉4，可以避免钢板条2参与超高性能混凝土层5一同受力，超高性能混凝土层5与桥面板1之间水平方向的力不易破坏钢板条2与桥面板1之间的连接稳定性；超高性能混凝土层5，可以铺设于桥面板1和钢板条2上，且超高性能混凝土层5可以通过剪力钉4与桥面板1连接。
[0029]
参见图3和图4所示，剪力钉4可以包括柱体41和位于柱体41顶部的头部42，头部42的直径可以大于柱体41的直径，柱体41的底部可以焊接于桥面板1表面，头部42顶面的高度可以超出钢板条2顶面的高度，使得剪力钉4可以埋设于超高性能混凝土层5中，避免超高性能混凝土层5与桥面板1脱粘。
[0030]
参见图3和图4所示，本实施例中，钢板条2采用常用的q345钢材，其宽度可以为6-10cm，厚度可以为8-10mm，沿横桥向设置的钢板条2一般应通长布置(也就是说，沿横桥向，每一根钢板条2是一体设置的)，如桥面板1的宽度较宽，沿横桥向的钢板条2需断开，使得每根钢板条2分成第一钢板条21和第二钢板条22，第一钢板条21与第二钢板条22沿横桥向并列设置，且第一钢板条21与第二钢板条22之间具有拼接缝23，相邻两个拼接缝23错开设置，也就是相邻两个拼接缝23不位于同一直线上，以避免拼接缝23沿纵向在一条直线上形成薄弱区；优选的，为保证加固结构的强度，相邻两根钢板条2的拼接缝23在横桥向应错开至少1m；钢板条2设计应满足公式：γσ≤[σ]；其中：γ为结构重要性系数，取1.1；σ为钢板条2在荷载作用下的应力；[σ]为钢结构允许应力设计值，取275mpa；高强度螺栓3设计应满足公式：f≤μp；其中：f为钢板条2在荷载作用下的最大拉力或者压力；μ为抗滑移系数，取0.45；p为高强度螺栓3设计预拉力，按下表1取值。
[0031]
表1高强度螺栓3的预拉力表
[0032][0033]
参见图3所示，在一些实施例中，桥面板1与钢板条2之间的抗滑移系数μ可以取大于或者等于0.45，以保证螺栓3在使用过程中，螺栓3仅受轴向方向的拉力，不受垂直于轴向的剪力，提高螺栓3的使用寿命。
[0034]
参见图1和图2所示，在一些可选的实施例中，超高性能混凝土层5的厚度范围可以为40～60mm，且超高性能混凝土层5的内部可以布设有纵向钢筋6和横向钢筋7，纵向钢筋6和横向钢筋7的直径可以相同，且可选直径为10mm，12mm，可以通过扎丝绑扎，使其形成纵横交错的钢筋网，且相邻两根纵向钢筋6之间的间距可以为50-150mm，相邻两根横向钢筋7之间的间距可以为50-150mm；通过设置钢筋网来增强超高性能混凝土层5的强度。
[0035]
参见图1所示，在一些实施例中，超高性能混凝土层5的材料抗压强度可以大于或者等于100mpa，抗折强度可以大于或者等于20mpa，以满足正常使用和长寿命使用的要求，并且，本实施例中的超高性能混凝土层5在成型之后可以免蒸养。
[0036]
参见图1所示，在一些可选的实施例中，超高性能混凝土层5的表面还可以铺设有沥青面层8，可以对超高性能混凝土层5进行保护，且增强加固结构的整体强度，铺设沥青面层8还可以提高行车舒适性，同时保证外观与沥青路面一致。
[0037]
参见图5所示，本发明实施例还提供了一种上述的钢桥面面板开裂的加固结构的施工方法，可以包括以下步骤：
[0038]
步骤401：在桥面板1上安装钢板条2和螺栓3，并拧紧螺栓3，使螺栓3所受拉力小于施工预拉力。
[0039]
在一些实施例中，于步骤401之前，可以在工厂通过号料、切割、钻孔、表面处理等工艺，加工制作钢板条2，保证钢板条2的抗滑移系数满足要求和螺栓孔定位准确。
[0040]
在一些可选的实施例中，于步骤401之前，可以对桥面板1表面进行铣刨或者凿除原铺装层，并进行抛丸除锈，使桥面板1表面的光洁度达到sa2.5级。
[0041]
在一些实施例中，于步骤401之前，可以在桥面板1上划线，对螺栓3进行定位，并在桥面板1上钻螺栓孔，取螺栓孔的孔径比螺栓3的直径大2mm为宜。
[0042]
本实施例中，于步骤401中，所述在桥面板1上安装钢板条2和螺栓3，并拧紧螺栓3，使螺栓3所受拉力小于施工预拉力，具体可以包括：将钢板条2和螺栓3对准安装至桥面板1的预设位置后，可以采用电动扳手将螺栓3拧紧至施工预拉力的50％，在其他实施例中，也可以将螺栓3拧紧至施工预拉力的40％或者60％等，先将螺栓3拧紧至所受拉力小于施工预拉力，在焊接完剪力钉4后，将螺栓3拧紧至施工预拉力，可以保证在焊接完剪力钉4后，螺栓3最终所受的拉力能够等于施工预拉力，若直接在焊接剪力钉4之前将螺栓3拧紧至施工预拉力，在焊接剪力钉4时，温度较高会对螺栓3所受拉力产生影响，使其大于或者小于施工预拉力。
[0043]
步骤402：在桥面板1上焊接剪力钉4。
[0044]
在一些实施例中，于步骤402中，所述在桥面板1上焊接剪力钉4，具体可以包括：在桥面板1上划线对剪力钉4进行定位，然后采用电焊螺柱焊机将剪力钉4焊接于相邻两个钢板条2之间，每相邻两个钢板条2之间可以沿横桥向设置一排剪力钉4。
[0045]
步骤403：将螺栓3拧紧至施工预拉力。
[0046]
在一些实施例中，于步骤403中，所述将螺栓3拧紧至施工预拉力，具体可以包括：当某一区域的剪力钉4完成焊接之后，采用电动扳手将该区域螺栓3拧紧至施工预拉力。
[0047]
在一些可选的实施例中，于步骤403之后，可以在桥面板1上摆放多个垫块，垫块的高度可以高于钢板条2的厚度，将垫块放置于桥面板1上与将垫块放置于钢板条2上相比，可以防止垫块从钢板条2上掉落，并在垫块上摆放纵向钢筋6和横向钢筋7，通过扎丝绑扎，形成纵横钢筋网，相邻两根纵向钢筋6之间的间距可以为50-150mm，相邻两根横向钢筋7之间的间距可以为50-150mm。
[0048]
步骤404：在桥面板1和钢板条2上浇筑超高性能混凝土材料，形成超高性能混凝土层5，使剪力钉4埋设于超高性能混凝土层5内。
[0049]
在一些实施例中，于步骤404之前，在桥面板1的边界安装硬质泡沫板作为模板。
[0050]
在一些可选的实施例中，于步骤404中，所述在桥面板1和钢板条2上浇筑超高性能混凝土材料，形成超高性能混凝土层5，使剪力钉4埋设于超高性能混凝土层5内，具体可以包括：在模板内桥面板1和钢板条2上浇筑超高性能混凝土材料，形成超高性能混凝土层5，浇筑厚度为40～60mm，浇筑过程中，及时振捣整平，保证超高性能混凝土层5密实无孔洞，并及时收面抹平。
[0051]
在一些实施例中，于步骤404后，浇筑完超高性能混凝土层5后，向超高性能混凝土层5的表面覆盖养生薄膜，在常温下进行养护，养护时间为7天，养护期间，向养生薄膜表面喷洒适量水。
[0052]
在一些可选的实施例中，于步骤404后，超高性能混凝土层5养护完毕后，拆除养护设施，对超高性能混凝土层5的表面进行抛丸处理，构造深度0.5～0.8mm，然后向超高性能混凝土层5的表面洒布粘层沥青，进行沥青面层8摊铺。
[0053]
本发明实施例提供的一种钢桥面面板开裂的加固结构及其施工方法的原理为：
[0054]
由于在桥面板1上沿横桥向安装了钢板条2，钢板条2可以恢复桥面板1的传力功能，无需对桥面板1裂缝进行修补，避免了裂缝修补带来的残余应力，降低了反复开裂的风险；同时，由于钢板条2是通过螺栓3与桥面板1进行栓接的，由螺栓3施加压力将钢板条2与桥面板1压紧，保证了钢板条2与桥面板1连接的可靠性，且使得桥面板1与钢板条2之间通过其接触面的摩擦力来进行力的传递，形成以摩擦力为主的面板传力体系，传力更加均匀平顺，且螺栓3受轴向力，不承担水平剪力，保证桥面板1与钢板条2之间的连接稳定，不易脱离，与粘贴钢板条2和纤维条相比，栓接钢板条2连接可靠性更高，耐久性更好；并且，剪力钉4固定于桥面板1上，避免了钢板条2参与超高性能混凝土层5受力，受力更加明确，且桥面板1与超高性能混凝土层5之间采用剪力钉4连接，避免了在行车荷载作用下桥面板1与超高性能混凝土层5脱粘的风险。
[0055]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示
所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0056]
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0057]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。