一种应用于梁桥上的桥面连续装置及桥面连续方法

摘要

本发明首先提供一种应用于梁桥上的桥面连续装置，它包括拱形结构，拱形结构的两侧设有用于和桥面梁体连接的安装面，拱形结构的上方沿宽度方向设有工字梁形状的肋条。本发明还提供应用该桥面连续装置的桥面连续方法，它包括以下步骤：将桥面连续装置放在桥面连续部位两侧的混凝土梁体之上，安装面与混凝土梁体接触部位之间铺设油毛毡；浇筑桥面铺装混凝土；在桥面铺装混凝土与桥面连续部位两端的连接部位筑做切缝。本发明可以改变当前公路桥面连续结构易损难修的现状，提高桥面连续结构的耐久性，确保桥梁的行车安全性，增加公路桥的行车舒适性，解决由于桥面连续部位处理不善而引起的桥墩、盖梁水侵害问题，有效提高公路桥梁的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及梁桥的桥面连续装置及桥面连续方法。

背景技术

随着社会的进步以及经济的快速发展，道路上桥梁所占道路路线总长度的比重越来越高，有些高等级道路上甚至达到40%。在各类桥梁中，简支梁桥由于施工方便、造价低，是目前桥梁中应用最普遍的一种桥型，特别是简支板梁桥，在施工、安装等方面比其他桥梁的优势明显，梁板浇注质量也容易得到保证，在中小桥梁中占有绝对的优势，简支板梁桥广泛分布在公路以及城市道路中。

但是，简支板梁桥也存在一些固有的缺点，为了方便运输和吊装，构件的尺寸受到限制，存在接缝多、整体性差等问题，车辆在凹凸不平的桥面上行驶时会产生较大的车轮冲击作用，对结构安全性和耐久性带来较大的影响，特别是连接部位，在冲击力作用下容易发生早期破损病害。与此同时，最近十几年来，经济建设的迅速发展带动公路交通量的快速增加，超速、超载问题成为桥梁病害的一个重要根源，正在严重威胁着桥梁结构的使用安全。

桥面连续装置是改善简支梁桥行车条件和减少横向连接设施、避免设置伸缩装置而提出来的一种措施，在多孔简支梁中，不需在相邻两跨之间逐一设置伸缩缝装置，而是采用桥面铺装层将相邻跨桥梁之间的桥面连接成为一体，其目的是在不改变简支桥梁受力特征的前提下为车辆提供连续、平稳的行车道，从而保证行车的平稳性和舒适性，节约投资，同时降低交通公害。无接缝桥梁建设始于20世纪30年代的美国，60年代开始迅速发展，现在已相当普及。我国自20世纪70年代年桥面连续结构问世以来，这种装置已得到了广泛应用。通过大量工程实践，证明桥面连续装置虽然为行车的平稳性创造了有利条件，但是在使用过程中也反映出不少问题，连续部位混凝土开裂的现象非常普遍，由此引起桥面渗水，影响盖梁混凝土的耐久性，同时桥梁的行车平整性受到破坏。近年来，交通量的增长大幅度缩短了桥面连续构造的使用寿命，桥面连续结构修复的工程越来越多，简支桥梁的盖梁、台帽的水侵害现象成为一种非常普遍的病害形式，如图1、图2所示。经调查发现，浙江省70%以上桥梁的盖梁、台帽都存在这一类病害，其他省份情况大致如此。因此，针对这种病害的特点，将简支梁桥的桥面连续结构进行改善，研发新型桥面连续结构是十分必要的。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种应用于梁桥上的桥面连续装置，能减轻桥面连续部位混凝土开裂病害。

为此，本发明采用以下技术方案：所述桥面连续装置包括拱形结构，所述拱形结构的两侧设有用于和桥面梁体连接的安装面，所述拱形结构的上方沿宽度方向间隔一定距离设有工字梁形状的肋条。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种应用于梁桥上的桥面连续方法，其实施简便，质量容易保证。

为此，本发明采用以下技术方案：它提供有上述的桥面连续装置，并包括以下步骤：

1）、将所述桥面连续装置放在桥面连续部位两侧的混凝土梁体之上，将桥面连续装置的所述安装面通过螺栓与桥面连续部位两侧的混凝土梁体连接，安装面与混凝土梁体接触部位之间铺设油毛毡；

2）、浇筑桥面铺装混凝土，桥面铺装混凝土中处于桥面连续部位的混凝土与桥面连续部位两端外的桥面铺装混凝土通过纵向钢筋连接共同受力；

3）、待桥面铺装混凝土浇筑完成后，在桥面铺装混凝土中处于桥面连续部位的混凝土与桥面连续部位两端外的桥面铺装混凝土的连接部位筑做切缝。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可采用或组合采用以下进一步的技术方案：在步骤2）中，桥面连续装置上方设置钢筋网，所述钢筋网的范围超过步骤3）所述的连接部位，所述钢筋网与桥面连续部位两端外的桥面铺装混凝土中的纵向钢筋连接。

由于采用本发明的技术方案，本发明提出工字肋式拱形桥面连续装置的构造措施，所提供的桥面连续装置在桥面连续部位采用钢板材料，并将其加工为拱形结构，拱上间隔一定距离增加工字梁形状的肋条，从而可以实现延缓及减轻桥面连续部位混凝土开裂的目的。

本发明所提供的桥面连续方法将所述桥面连续装置应用于梁桥上，实施简便，质量容易保证。可以改变当前公路桥面连续结构易损难修的现状，提高桥面连续结构的耐久性，确保桥梁的行车安全性，增加公路桥的行车舒适性，解决由于桥面连续部位处理不善而引起的桥墩、盖梁水侵害问题，从而有效提高公路桥梁的使用寿命。

附图说明

图1为传统型桥面连续装置简图。

图2为传统型桥面连续装置应用在桥梁结构上的示意图。

图3为本发明所提供的工字肋式拱形桥面连续装置的立面图。

图4为本发明所提供的工字肋式拱形桥面连续装置的剖面图。

图5为本发明所提供的工字肋式拱形桥面连续装置的整体结构图。

图6为本发明所提供的工字肋式拱形桥面连续装置的有限元计算模型图。

具体实施方式

参照附图。

本发明将桥梁结构形式中的拱结构引入桥面连续部位，分散该部位混凝土受力集中现象。本发明的桥面连续装置包括拱形结构1，所述拱形结构1的两侧设有用于和桥面梁体连接的安装面11，考虑到桥面连续部位承受集中的拉应力作用以及局部车辆荷载作用，采用9mm厚度的钢板作为装置材料。安装面11上设有螺栓孔3。所述拱形结构1的上方沿宽度方向间隔一定距离设有工字梁形状的肋条2，一方面可以提高装置的承载能力，另一方面可以更好的分散混凝土承受的拉应力。

本发明的桥面连续方法包括以下步骤：

1）、将所述桥面连续装置放在桥面连续部位两侧的混凝土梁体5之上，将桥面连续装置的所述安装面11通过螺栓4与桥面需连续部位两侧的混凝土梁体5连接为整体，拱形结构的安装面与混凝土梁体接触部位之间铺设双层油毛毡；为了不限制梁体5纵向的伸缩变形，螺栓孔3做成腰型孔，必要时可进行小距离的调节。

2）、浇筑桥面铺装混凝土12，桥面铺装混凝土中处于桥面连续部位的混凝土与桥面连续部位两端外的桥面铺装混凝土通过纵向钢筋连接共同受力；

在本实施例中，上述的钢筋连接采用以下方式：桥面连续装置上方设置纵向钢筋网7，所述纵向钢筋网7的范围超过下述的连接部位，所述纵向钢筋网7与桥面连续部位两端外的桥面铺装混凝土中的纵向钢筋连接。

3）、待桥面铺装混凝土浇筑完成后，在桥面铺装混凝土中处于桥面连续部位的混凝土与桥面连续部位两端外的桥面铺装混凝土的连接部位筑做切缝6，所述桥面连续部位为左右切缝6之间的区域。

 附图标号8为桥墩，附图标号9表示伸缩缝。

本发明改变传统桥面连续的形式，利用拱形结构的受力特点，将桥面连续的混凝土受力分散，效果明显。以下根据仿真模拟计算分析进一步说明本发明的技术效果：

（1）分别建立传统型桥面连续装置及工字肋式拱形桥面连续装置两者的有限元仿真模型。

（2）模拟实际桥梁结构，通过施加活荷载及温度作用，比较两者计算结果，论证本发明的效用。

桥面连续部位应力主要由两类原因引起，一类是梁体变形（伸缩、下挠）引起该部位变形（伸缩、转角）而产生的，一类是荷载直接作用于该部位产生的。简支梁的桥面连续部位受力主要有以下几种状况:

1）简支梁在整体温度变化下引起的收缩或伸长，此状态将引起桥面连续部位拉、压应力。该效应为工况1。

2）汽车制动力引起的桥面连续部位拉、压应力。该效应称为工况2。

3）车道荷载满布相邻两跨时引起的下挠转角效应，转角变形将使连续部位产生上缘受拉下缘受压的弯曲应力。该效应称为工况3。

4）梯度温度作用中的正温差将引起梁端上挠转角效应，该转角变形使得连续部位产生正弯矩而导致上缘受压、下缘受拉；反温差效应正好与之相反。该效应称为工况4。

5）车轮荷载作用在桥面连续处引起的局部受力效应，该效应使连续部位局部受压，由于桥面连续构造较薄而产生类似弯曲效应。该效应称为工况5。

上述5种工况中的几种在特定时刻可能会同时发生，考虑混凝土受拉开裂，根据上缘受拉最不利的情况进行组合。对于桥面连续构造上缘受拉应力σ_sl，“工况1（整体降温）+工况2+工况3+工况4（反温差）”组合最为不利，即：

σ_sl=σ_w+σ_z+σ_q+σ_t. . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . .式1

该效应称为工况组合。

为了验证本发明装置的效用，以传统型桥面连续构造为比较对象，用有限元方法分析结构在各种形式荷载作用下的变形和应力特性，对比构造措施对桥面连续受力的影响。

计算分析采用大型通用有限元程序ABAQUS 6.9，除了精细模拟几何模型外，对钢筋的分布、材料特性也严格按设计条件进行仿真模拟。

表1 不同工况下桥面连续混凝土主拉应力汇总表(单位：MPa)

序号工况传统型本发明结果比较1整体升温6.0180.824混凝土应力明显减小2制动力0.5020.046混凝土应力明显减小3车道荷载25.9803.440混凝土应力明显减小4负温度梯度8.2222.158混凝土应力明显减小5局部车轮荷载9.4522.189混凝土应力明显减小6工况组合30.5105.269混凝土应力明显减小

本发明装置的主体为拱形结构，使得在梁端转角变形作用下，桥面连续处的变形协调范围增大，进而单位长度的转角减小，从而使得应力大幅减小。应力的减小有助于改善桥面连续处的开裂情况，单位长度的转角减小（即曲率半径增大）使得沥青混凝土层出现反射裂缝的时间大大延后，甚至不出现反射裂缝。