一种由预制UHPC板与钢桥面板组合的桥面板结构及其施工方法

摘要

本发明涉及一种由预制超高性能混凝土板与钢桥面板组合的桥面板结构及其施工方法，包括钢桥面板和覆盖在钢桥面板上的超高性能混凝土板，超高性能混凝土板间隔设置且相邻超高性能混凝土板之间设置有超高性能混凝土现浇带，超高性能混凝土板底部经水泥基粘结剂与钢桥面板相连接形成组合桥面板结构。现浇带内宜设置剪力连接件增强预制板与钢桥面板的连接效果。该结构施工方法包括以下步骤：钢梁及钢桥面板施工；超高性能混凝土预制板制作与安装；超高性能混凝土现浇带施工；桥面板表面施工。该结构不仅受力合理，强度高，刚度大，有效避免钢桥面系病害的产生，而且结构简单，减少超高性能混凝土现浇时产生较大的收缩，易于工厂批量生产，具有重大的实用价值和良好的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及桥面结构技术领域，特别是一种由预制超高性能混凝土板与钢桥面板组合的桥面板结构与施工方法。

背景技术

公路钢桥的桥面结构主要由桥面板和桥面铺装组成，是直接承受桥上车轮荷载并且把它传递到主梁上的主要结构，也是桥梁结构中最易损的部位之一。主要表现在钢桥面板开裂和桥面铺装易损坏病害。尽管国内外桥梁界和道路界人士对钢桥面板和钢桥面铺装做了大量的理论和试验研究，尝试了改进铺装混合料的材料性能、优化铺装层厚度、改进钢桥面构造、提高焊接施工工艺等方法。但从基本原理来看，由于钢桥面板自身刚度低，而柔性铺装层模量低（特别是夏季），不能有效提高桥面系刚度和降低各层中的应力，其变形又较难与变形较大的钢桥面板协调，因此未从根本上解决桥面结构病害的出现。

在现有技术中，受高层建筑钢-混凝土组合楼板研究与应用的启发，一些学者尝试着将组合板应用于桥面板来提高桥面刚度，避免钢桥面系病害的产生。由于桥梁具有跨度大、荷载大等特点，一些学者又尝试用轻质混凝土、钢纤维混凝土、高性能混凝土来代替普通混凝土。但在车辆荷载作用下，位于加劲肋、横隔板和纵隔板处的桥面板由于支承作用会形成负弯矩区，受材料自身的抗拉强度限制，结构受力仍然不能满足要求，在工程实践中仍出现桥面铺装开裂现象。另一方面，桥面结构直接暴露在环境下，承受行车、人行、风力和温度等外荷载，以及湿度、空气所含氯离子等环境因素的作用。因此，桥面结构除具备足够的强度、刚度和良好的整体性能外，还应有足够的抗裂、抗冲击、耐磨等性能。

在现有技术中，有一种钢超高性能混凝土组合桥面结构，其抗剪构造采用栓钉和PBL连接件，如图1所示（以焊钉作为常规剪力键5的示例）。超高性能混凝土（UHPC）是一种高强度、高模量、高延性的超高性能纤维增强水泥复合材料，并可通过在UHPC层内掺入一定体积含量的钢纤维和布置钢筋网进一步增强结构的抗拉能力。同时UHPC具有高致密性，高抗渗系数，使得钢桥面板处于良好的耐腐蚀状态。该种组合桥面结构采用整体现浇施工，由于超高性能混凝土易收缩开裂，现有的现浇施工技术无法保证施工质量，而且大面积的现浇混凝土的养护难度非常大，混凝土强度会因养护不到位而受到很大的折减，这将大大减少桥面铺装层的寿命。如果采取施工措施克服整体现浇施工产生的不利因素，将会导致施工费用大幅增加。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种由预制超高性能混凝土板与钢桥面板组合的桥面板结构与施工方法，该结构不仅受力合理，强度高，刚度大，有效避免钢桥面系病害的产生，而且施工可操作性强，易于工厂批量生产，避免整体现浇所带来的隐患，减少施工成本。

为了实现上述目的，本发明的第一技术方案是：一种由预制超高性能混凝土板与钢桥面板组合的桥面板结构，包括钢桥面板和覆盖在钢桥面板上的超高性能混凝土板，所述超高性能混凝土板间隔设置且相邻超高性能混凝土板之间设置有超高性能混凝土现浇带，所述超高性能混凝土板底部经水泥基粘结剂与钢桥面板相连接形成组合桥面板结构。

进一步的，所述的水泥基粘结剂中主材水泥包括普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、碱激发水泥、镁水泥中的一种或多种。

进一步的，所述超高性能混凝土桥面板是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或注浆纤维混凝土，所述超高性能混凝土层内添加的纤维包括钢纤维、玻璃纤维、合成纤维、碳纤维、玄武岩纤维，纤维含量为1%~10%。

进一步的，所述的钢桥面板为带有纵向加劲板或带有横向加劲肋或同时具有纵、横向加劲肋的加劲板或不带加劲肋的钢板。

进一步的，所述超高性能混凝土预制板与现浇带之间的接缝形状为平缝或企口形缝或剧齿形缝。

进一步的，所述超高性能混凝土预制板和超高性能混凝土现浇带内均设有钢筋，所述超高性能混凝土预制板中的钢筋从超高性能混凝土预制板两端伸出并与超高性能混凝土现浇带中配置的钢筋相连接。

进一步的，所述的超高性能混凝土预制板间的现浇带处，沿顺桥向和横桥向间距设置有剪力连接件，所述剪力连接件与所述的钢桥面板焊接，并位于所述的超高性能混凝土现浇带中,所述剪力连接件为栓钉，或开孔板，或槽钢，或钢环。

进一步的，所述的超高性能混凝土预制板中按一定的间距预留孔洞，预留孔洞直径为5mm~40mm，安装预制板时孔洞由水泥基粘结剂填充。

进一步的，所述超高性能混凝土预制板间隔设置预留螺栓孔，螺栓一端焊接在钢桥面板上另一端穿过预制板的螺栓孔，通过安装螺母使预制板与钢桥面板栓接在一起。

本发明的第二技术方案是：包括以下步骤：

步骤1：钢梁及钢桥面板施工：带有钢桥面板的钢梁加工制作，安装钢梁的同时形成钢桥面板结构，并在钢桥面板顶面做防腐涂装；

步骤2：超高性能混凝土预制板制作：根据单块超高性能混凝土预制板尺寸安装模板，绑扎预制板钢筋，预制板中配制的钢筋从所述预制板边缘接缝处伸出，浇注超高性能混凝土，并进行养护；

步骤3：安装超高性能混凝土预制板：将水泥基粘结剂铺设在钢桥面板上方，严格控制水泥基粘结剂厚度，最终控制安装后的预制板标高，并确保预制板与水泥基粘结剂紧密接触，不发生脱空现象；

步骤4：超高性能混凝土现浇带施工：在现浇带施工区域焊接剪力连接件，绑扎预制板间现浇带钢筋，采用焊接或绑扎进行预制板伸出钢筋的相互连接，再将超高性能混凝土浇筑于钢桥面板上的现浇带施工区域，使之预制板连接成一块整体的超高性能混凝土层，最后对该现浇带的超高性能混凝土进行养护；

步骤5：桥面板表面施工：对所述超高性能混凝土层的顶面进行粗糙化处理形成路表面或者在所述超高性能混凝土层上方加铺磨耗层，并对磨耗层进行养护，完成施工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的一种由预制超高性能混凝土板与钢桥面板组合的桥面板结构与施工方法，具有建筑高度小、刚度大、各组合间粘结性能好、耐久性好、抗疲劳性能好、车辆冲击作用小、适宜工厂化施工等优点，尤其是在大型、特大型钢桥的建造上具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是现有技术中组合钢桥面板构造示意图。

图2为本发明实施例一的结构截面图。

图3为本发明实施例一的结构平面图。

图4为本发明实施例二的结构截面图。

图5为本发明实施例三的结构平面图。

图6为本发明实施例四的结构截面图。

图7为本发明实施例四的结构局部详图。

图中标记：1-钢桥面板，2-超高性能混凝土板，2-1超高性能混凝土预制板，2-2超高性能混凝土现浇带，3-水泥基粘结剂，4-钢筋网，5-栓钉，6-预留孔洞，7-螺栓孔，8-螺栓，9-螺母。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图2~7所示，一种由预制超高性能混凝土板与钢桥面板组合的桥面板结构，包括钢桥面板1和覆盖在钢桥面板上的超高性能混凝土板2，所述超高性能混凝土板2为预制构件，由预留现浇带2-2将预制板2-1连接成整体式超高性能混凝土板2，再通过水泥基粘结剂3与钢桥面板1相连接形成组合桥面板结构。

其中，所述的水泥基粘结剂3的主要材料水泥可为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、碱激发水泥、镁水泥，或是以上的复合水泥。所述超高性能混凝土桥面板2是由超高性能混凝土浇筑而成，所述超高性能混凝土为活性粉末混凝土、超高性能纤维增强混凝土或注浆纤维混凝土，所述超高性能混凝土层内添加的纤维包括钢纤维、玻璃纤维、合成纤维、碳纤维、玄武岩纤维，纤维含量为1%~10%。所述的钢桥面板1为带有纵向加劲板或带有横向加劲肋或同时具有纵、横向加劲肋的加劲板或不带加劲肋的钢板。所述超高性能混凝土预制板与现浇带之间的新旧混凝土接缝形状可做成平缝或企口形缝或剧齿形缝。所述超高性能混凝土预制板2-1和超高性能混凝土现浇带2-2中均配有钢筋网4，所述超高性能混凝土预制板2-1中的钢筋网4从所述接头处伸出并与超高性能混凝土现浇带2-2中配置的钢筋网4连接。

在本发明实施例一中，如图2~3所示，在所述的超高性能混凝土预制板间的现浇带2-2处，超高性能混凝土层2直接与钢桥面板1连接。

在本发明实施例二中，如图4所示，与实施例一的区别在于，在所述的超高性能混凝土预制板间的现浇带2-2处，沿顺桥向和横桥向按一定的间距设置栓钉5，栓钉5与所述的钢桥面板1焊接，并位于所述的超高性能混凝土现浇带2-2中。通过在现浇带中设置栓钉进一步增强超高性能混凝土层2与钢桥面板1之前的连接性能。

在本发明实施例三中，如图5所示，与实施例一的区别在于，所述的超高性能混凝土预制板2-1中按一定的间距预留孔洞6，预留孔洞直径为5mm~30mm，安装预制板时预留孔洞6由水泥基粘结剂3填充。通过预留孔洞6排除空气和不均匀的水泥基粘结剂3，可以使超高性能混凝土层2与水泥基粘结剂3紧密相贴，防止脱空现象产生。或在预留孔洞6内焊接有栓钉，增强预制板2抗剪效果。

在本发明实施例四中，如图6~7所示，与实施例三的区别在于，所述超高性能混凝土预制板2-1中按一定的间距预留螺栓孔7，螺栓8一端焊接在钢桥面板1上，并从预制板2-1的螺栓孔7穿过，通过安装螺母9使预制板与钢桥面板1栓接在一起。

特别需要说明的是，实施例三的构造可以与实施例二的构造同时应用在一个结构上，实施例四的构造也可以与实施例二的构造同时应用在一个结构上。

如图2~7所示，一种由预制超高性能混凝土板与钢桥面板组合的桥面板结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）钢梁及钢桥面板施工：带有钢桥面板的钢梁加工制作，安装钢梁的同时形成钢桥面板结构，并在钢桥面板顶面做防腐涂装；

（2）超高性能混凝土预制板制作：根据单块超高性能混凝土预制板尺寸安装模板，绑扎预制板钢筋，预制板中配制的钢筋从所述预制板边缘接缝处伸出，浇注超高性能混凝土，并进行养护；

（3）安装超高性能混凝土预制板：将水泥基粘结剂铺设在钢桥面板上方，严格控制水泥基粘结剂厚度，最终控制安装后的预制板标高，并确保预制板与水泥基粘结剂紧密接触，不发生脱空现象；

（4）超高性能混凝土现浇带施工：在现浇带施工区域焊接栓钉，绑扎预制板间现浇带钢筋，采用焊接或绑扎进行预制板伸出钢筋的相互连接，再将超高性能混凝土浇筑于钢桥面板上的现浇带施工区域，使之预制板连接成一块整体的超高性能混凝土层，最后对该现浇带的超高性能混凝土进行养护；

（5）桥面板表面施工：对所述超高性能混凝土层的顶面进行粗糙化处理形成路表面或者在所述超高性能混凝土层上方加铺磨耗层，并对磨耗层进行养护，完成施工。

本发明不局限于上述的最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的钢桥面板与预制超高性能混凝土板相组合的桥面板结构及施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。