一种型钢加劲骨架的UHPC薄壁箱梁结构及施工方法与流程

一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法
技术领域
1.本发明涉及桥梁工程建设技术领域，具体涉及一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法。


背景技术：

2.近年来，uhpc(超高性能混凝土)技术在中小跨径且荷载较轻的市政桥梁取得快速应用，基于该材料具有超高力学性能的优势，uhpc桥梁多呈现为纤细的构造尺寸，uhpc材料用量与结构受力得到较好的匹配。但是，铁路与高速公路桥梁一般跨度大、荷载重，采用uhpc材料建造后多呈现为薄壁箱梁结构，箱梁的顶板、悬臂板、腹板在较大的压应力水平下易出现局部失稳问题，即桥梁大变形破坏先于桥梁结构的强度破坏，uhpc薄壁箱型截面的失稳问题限制了该材料难以在铁路与高速公路桥梁大跨、重载条件下的应用。
3.对于常见的局部失稳一般采用两种方法解决：一是增加箱梁板的厚度来克服桥梁局部失稳问题，然而材料用量必然大幅增加，uhpc桥梁难以设计为薄壁结构，材料的超高力学性能优势无法发挥，经济性更差；二是通过加劲肋提高局部刚度，然而混凝土加劲肋一般布置有较为密集的钢筋，施工浇筑时难以密实，施工质量不易保证，并且加劲肋的模板构造及安装复杂，整体经济性较差。
4.本发明提供一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法，利用型钢与钢筋加工而成的型钢加劲骨架制作周期短、工程造价低，将其安装于uhpc薄壁箱梁的顶板、悬臂板、腹板中可提高薄壁箱梁各板件的局部刚度，避免结构的大变形破坏先于结构的强度破坏。


技术实现要素：

5.本发明解决uhpc箱梁仅适用于中小跨径且荷载较轻市政桥梁的应用范围局限性，拓展其在铁路与高速公路桥梁跨度大、荷载重等特殊条件下的应用范围，提供一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法，通过型钢加劲骨架与uhpc薄壁箱梁联合受力，避免出现桥梁结构局部大变形破坏先于桥梁结构的强度破坏，具有应用范围广、结构简单易施做、工程造价低等优势。
6.为实现上述目的，本发明主要提供如下技术方案：一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构，所述型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁包括uhpc薄壁箱梁；所述uhpc薄壁箱梁包括顶板、底板和腹板；所述顶板的底部设有型钢加劲骨架。
7.进一步的，所述型钢加劲骨架包括若干加劲板和位于顶板底部的若干预埋连接板；所述加劲板与预埋连接板固定连接，呈倒t型。
8.进一步的，所述预埋连接板包括纵向预埋连接板和锚固于纵向预埋连接板上的横向预埋连接板；所述纵向预埋连接板与横向预埋连接板纵横交错均匀分布。
9.进一步的，所述纵向预埋连接板上设有若干均匀分布的串联钢筋孔，位于同一水平线上的串联钢筋孔的底部设有若干串联钢筋；由串联钢筋孔分隔的纵向预埋连接板上设
有增锚钢筋。
10.进一步的，一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁的施工方法，包括以下步骤：
11.步骤1：根据箱梁横向布置形式选择型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁截面形式，可为单箱单室或单箱多室；
12.步骤2：uhpc薄壁箱梁定型后按照承受荷载进行静力计算分析，确定顶板、底板和腹板的最小厚度；
13.步骤3：设计型钢加劲骨架的构造与细节参数，开展稳定性计算分析，计算并比较增设型钢加劲骨架后的梁体局部变形值与工程投资，经技术与经济比较后确定加劲板和预埋连接板的各项尺寸参数；
14.步骤4：按照步骤3成果对钢板进行打孔、切割、放样加工加劲板和预埋连接板，纵向预埋连接板上设有若干均匀分布的串联钢筋孔，位于同一水平线上的串联钢筋孔的底部设有若干串联钢筋；由串联钢筋孔分隔的纵向预埋连接板上设有增锚钢筋；横向预埋连接板焊接于纵向预埋连接板上即可；
15.步骤5：在模板上绑扎箱梁结构钢筋，定位安装uhpc薄壁箱梁型钢加劲骨架，浇筑超高性能混凝土；
16.步骤6：uhpc薄壁箱梁的强度经养护并到达设计龄期后，在型钢加劲的uhpc薄壁箱梁顶部施工桥面附属设施并通车运营。
17.与现有技术相比，本发明产生的有益效果主要体现在：
18.本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法，为型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁，通过型钢加劲骨架提高了uhpc薄壁箱梁顶板、悬臂板、腹板的局部刚度，避免上述部位在承受较大荷载时发生较大的位移变形，uhpc薄壁箱梁各板件局部变形得以约束后可将该结构应用于跨度大、荷载重的铁路桥梁等。本发明大幅提高了uhpc薄壁箱梁局部刚度以及整体刚度，拓展了当前uhpc薄壁箱梁仅应用于中小跨径且荷载较轻市政桥梁的现状。
19.本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法，整体纵向受力即第一体系应力由uhpc薄壁箱梁承担，横向及局部受力即第二体系应力主要由型钢加劲骨架承担。采用超高性能混凝土材料承担第一体系应力可以在保证桥梁满足刚度变形的同时有效减轻梁体自重。采用型钢加劲骨架承担第二体系应力可以通过型钢骨架大幅提高局部检算板件的截面刚度，有效限制截面变形及应力集中。uhpc与钢材两种材料通过截面组合后得以将材料特性最大限度的发挥。
20.本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法，主梁采用uhpc材料，主梁截面简洁浇筑施工简单，施工质量容易保证。本发明加劲结构利用型钢切割打孔工艺和钢筋切割弯曲等简单工艺。总体工艺均成熟易实施，可有效保证整体结构的安全可靠性。
21.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术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。
23.图1为本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法的结构示意图；
24.图2为本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法的型钢加劲骨架的结构示意图；
25.图3为图2的放大结构示意图。
26.图4为本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法的型钢加劲骨架的另一结构示意图。
27.附图标记说明：
28.1、型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁；2、uhpc薄壁箱梁；3、型钢加劲骨架；4、顶板；5、底板；6、腹板；8、预埋连接版；9、纵向预埋连接板；10、加劲板；11、横向预埋连接板；13、串联钢筋孔；14、增锚钢筋；15、串联钢筋。
具体实施方式
29.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构及施工方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
30.如图1所示，所述型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁1包括uhpc薄壁箱梁2；所述uhpc薄壁箱梁2包括顶板4、底板5和腹板6；所述顶板4的底部设有型钢加劲骨架3。
31.本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构，所述型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁1由uhpc薄壁箱梁2经安装型钢加劲骨架3后形成本发明所述组合结构。uhpc薄壁箱梁2主要由超高性能混凝土材料浇注成型，uhpc力学性能指标远优于普通混凝土。其顶板4、底板5和腹板6设计时相对于其跨度方向的尺寸而言厚度极薄，可统称为薄板。uhpc薄壁箱梁2承受整体外部荷载，型钢加劲骨架3提高薄板局部刚度后避免顶板等发生失稳破坏。
32.如图2所述，一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构，所述型钢加劲骨架3包括若干加劲板10和位于顶板4底部的若干预埋连接板8；所述加劲板10与预埋连接板8固定连接，呈倒t型。
33.本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构，型钢加劲骨架3为普通型钢钢板加工而成，包括加劲板10和预埋连接板8，预埋连接板8和加劲板10可焊接为倒t形等形状。
34.如图3所示，本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构，所述预埋连接板8包括纵向预埋连接板9和锚固于纵向预埋连接板9上的横向预埋连接板11；所述纵向预埋连接板9与横向预埋连接板11纵横交错均匀分布。
35.如图4所示，本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构，所述纵向预埋连接板9上设有若干均匀分布的串联钢筋孔13，位于同一水平线上的串联钢筋孔13的底部设有若干串联钢筋15；由串联钢筋孔13分隔的纵向预埋连接板9上设有增锚钢筋14。
36.本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构，为方便各对纵向预埋连接板连
接成为整体，设计布置一定间距的串联钢筋孔13，并在每个串联钢筋孔13中设计至少2根串联钢筋15,通过串联钢筋15将型钢加劲板定位并将所需的所有纵向预埋连接板9可靠连接，连接后形成型钢加劲骨架3，将型钢加劲骨架3安装至uhpc薄壁箱梁2之中。纵向预埋连接板9上焊接一定数量的增锚钢筋14以保证浇筑的uhpc对型钢加劲骨架3形成可靠的握裹，达到共同受力。其中，串联钢筋孔13可呈倒t型、u型等，具体形状不做限定。横向预埋连接板11通过焊接锚固于纵向预埋连接板9之上。
37.本发明的一种型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁结构的施工方法，包括以下步骤：
38.步骤1：根据箱梁横向布置形式选择型钢加劲骨架3的uhpc薄壁箱梁2截面形式，可为单箱单室或单箱多室。
39.步骤2：uhpc薄壁箱梁2定型后按照承受荷载进行静力计算分析，确定顶板4、底板5和腹板6的最小厚度。uhpc薄壁箱梁2按照桥梁所承受的最大荷载进行计算，在满足受力要求的同时降低顶板4、底板5和腹板6的厚度。
40.步骤3：设计型钢加劲骨架3的构造与细节参数，开展稳定性计算分析，计算并比较增设型钢加劲骨架3后的梁体局部变形值与工程投资，经技术与经济比较后确定加劲板10和预埋连接板8的各项尺寸参数。对uhpc薄壁箱梁2进行失稳破坏计算分析，按照稳定安全系数不小于4.0控制型钢加劲骨架3的结构尺寸，计算并设计出加劲板10与预埋连接板8的细部结构尺寸，绘制型钢加劲骨架3的设计图纸。
41.步骤4：按照步骤3成果对钢板进行打孔、切割、放样加工加劲板10和预埋连接板8，纵向预埋连接板9上设有若干均匀分布的串联钢筋孔13，位于同一水平线上的串联钢筋孔13的底部设有若干串联钢筋15；由串联钢筋孔13分隔的纵向预埋连接板9上设有增锚钢筋(14)；横向预埋连接板11焊接于纵向预埋连接板9上即可；
42.对纵向预埋连接板9进行uhpc薄壁箱梁2的锚固连接计算，确定增锚钢筋14的直径、间距、数量，以实现型钢加劲骨架3与uhpc薄壁箱梁2连接可靠可共同受力，绘制增锚钢筋14设计图。为方便各对纵向预埋连接板连接成为整体，设计布置一定间距的串联钢筋孔13，并在每个串联钢筋孔13中设计至少2根串联钢筋15,通过串联钢筋15可将所需的所有纵向预埋连接板9可靠连接，绘制串联钢筋孔13大样与分布图、串联钢筋15设计图。计算并提出横向预埋连接板11与纵向预埋连接板9焊接所需的焊缝长度、焊脚尺寸等，绘制横向预埋连接板11与纵向预埋连接板9节点焊接图；
43.通过以上实施方式形成的型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁1总图、型钢加劲骨架3总图、纵向与横向预埋连接板节点大样图、纵向预埋连接板9详图等设计图提交工厂加工形成型钢加劲骨架3。
44.步骤5：在模板上绑扎箱梁结构钢筋，定位安装uhpc薄壁箱梁2型钢加劲骨架3，浇筑超高性能混凝土。型钢加劲骨架3安装可靠后浇筑uhpc薄壁箱梁2的梁体，张拉预应力钢束并封锚，uhpc薄壁箱梁2养护龄期到达设计要求后梁部施工完成。
45.步骤6：uhpc薄壁箱梁2的强度经养护并到达设计龄期后，在型钢加劲的uhpc薄壁箱梁1顶部施工桥面附属设施并通车运营。在型钢加劲的uhpc薄壁箱梁1顶部施工防水层、保护层等桥面附属设施，随后达到通车运营条件。
46.本发明所述型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱梁1采用了型钢与uhpc两种高力学性能优势的建筑材料设计施工建桥，通过uhpc超高力学性能降低了桥梁断面尺寸，通过型钢加劲
提高了桥面板的局部刚度，两种材料共同结合后承担外部荷载的同时大幅降低了桥梁结构自身重量。型钢加劲结构施工难度低，uhpc箱梁浇筑技术已渐为成熟，本发明所述型钢加劲骨架的uhpc薄壁箱1梁大幅提高了uhpc薄壁箱梁2局部刚度以及整体刚度，拓展了当前uhpc薄壁箱梁2仅应用于中小跨径且荷载较轻市政桥梁的现状。本发明可在铁路桥梁、重载市政桥梁、各种荷载条件的大跨度桥梁中推广应用。
47.上面结合实施例对本发明做了进一步的叙述，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。