一种侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板及施工方法

技术领域

本发明涉及一种侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板及施工方法。

背景技术

桥梁在温度以及主梁挠曲变形等作用下会产生水平胀缩与弯曲变形，传统有缝桥梁为了吸纳该水平变形，通常会在桥台、桥墩、主梁间等位置处设置伸缩间隙（如说明书附图1），并在该伸缩间隙内安装伸缩装置，以使车辆平稳快速行驶。桥梁伸缩装置的设计理念是使其适应主梁的温度胀缩变形，不致使该变形受到约束而在主梁内产生较大的内力。近20年来，交通量的迅猛增长使得桥梁伸缩缝病害越来越严重，极大地影响桥梁的使用寿命，维护工作量和成本也急剧增加。调查表明，传统伸缩装置存在钢梁断裂，缝隙堵塞，橡胶断裂、老化、脱落或跳出，锚固区混凝土容易开裂破碎，安装要求高，易发生跳车等问题。据统计，我国因伸缩装置破坏的桥梁超过50%，造成的维修更换费用巨大，且钢梁断裂凸出会给行车造成极大的安全风险。

为减少桥梁伸缩装置的使用，尽量使桥面连续无缝，常采用桥面连接板构造（说明书附图2）或无缝式伸缩装置（说明书附图3）。然而，桥面连接板的设计理念是抵抗主梁结构的受力和变形（如抵抗负弯矩作用），“以刚克刚”（即基于力的设计）。这在实际运用中，由于桥面连接板所处的位置特殊，其不仅要承受车辆荷载等作用产生的主梁端部转动变形，还要承受主梁温度变化等产生的主梁纵桥向胀缩变形，长期处于复杂受力情况，易发生开裂等问题。虽然使用新兴高性能材料如UHPC或ECC等有助于改善这个问题，但相关问题仍然存在。无缝式伸缩装置是一种基于“变形”（性能）的设计方法，并通过弹性伸缩体来吸收主梁的胀缩变形，但它的缺陷是伸缩变形能力小、竖向承载能力不足，自身无跨越端缝的能力，需要借助底部钢板的支撑，但钢板自身弯曲以及钢板端部的应力集中易引起弹性体的开裂。

为适应“梁与梁”或“梁与台”之间的伸缩变形，提出一种既具有较大水平胀缩变形能力、又具有较高竖向承载力的新型组合式无缝伸缩装置较为重要。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板及施工方法，该结构不仅能实现桥面无缝化，并且其设计施工简单，能够有效缩短施工周期，对交通影响小，便于推广。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板，包括半连续UHPC连接板块体、锚固并通长穿过半连续UHPC连接板块体的螺纹杆，通过螺纹杆固定在半连续UHPC连接板块体两侧的加劲板，其特征在于：所述半连续UHPC连接板块体下方设置有无粘结层防水层，半连续UHPC连接板块体上开有若干T型锯缝，T型锯缝中的T肋为胀缝，其中填充轻质可压缩弹性材料（如聚氨酯泡沫等）； T型锯缝中的T翼为阻裂层，其中填有聚氨酯弹性体，以防止胀缝胀开时裂缝反射到上表面。

进一步的，所述半连续UHPC连接板块体的中部块体为预制段，所述预制段中经T型锯缝阻隔为若干组段，并经由预制段内预埋的波折型钢筋将各组段串接，所述波折型钢筋即呈波纹状错位延伸的钢筋，并预先包覆一层掺入一定量水泥的沥青胶泥以进行无粘结处理。所述预制段块体在两端进行凿毛并预留出与UHPC后浇段块体钢筋相接的部分钢筋，使之两者有较好的连接。

进一步的，所述螺纹杆横向延伸贯穿预制段，并于两端贯穿加劲板后经螺母拴紧，所述加劲板上开设有若干供螺纹杆穿出的条形孔，所述螺纹杆均沿纵桥向间隔分布。

进一步的，所述加劲板呈类鱼骨型设置在预制段横向两侧，且沿纵桥向延伸；加劲板为方便半连续UHPC桥面连接板的运输，并使得连接板整体竖向形成连续变形，不会形成剪切破坏。

进一步的，所述聚氨酯弹性体由聚氨酯沥青、矿粉、石英砂按一定配合比混合拌制而成，所述阻裂层填充后上表面低于半连续UHPC连接板上表面，以使桥面铺装层与半连续UHPC连接板形成齿合防止发生相对错动。

进一步的，所述胀缝由高黏、高弹性、防水、防腐蚀材料填充，旨在吸收桥梁纵桥向胀缩变形以及弯曲变形。

进一步的，所述波折型钢筋两两为一组，且同组间的两波折型钢筋均错位设置，所述波折型钢筋均呈波纹状沿纵桥向延伸。

进一步的，所述包覆层为一层掺入一定量水泥的沥青胶泥套设在波折型钢筋外部。

一种侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板的施工方法，按以下步骤进行：

（1）首先准备所需波折型钢筋的弯曲，并做好防水、防锈与无粘结处理；

（2）进行支模，填充胀缝材料，并预留波折型钢筋穿过的孔洞，将处理好的波折型钢筋穿过胀缝并于纵向端部预留部分钢筋在外侧；

（3）将螺纹杆定位放置，拌制并浇筑预制段；由于UHPC内含有钢纤维，待UHPC养护成型后对其表面进行打磨；随后在阻裂层内浇筑聚氨酯弹性体；

（4）将加劲板定位在螺纹杆上，并用螺帽栓紧加劲板与螺纹杆，完成预制段的组装，后将其运输至施工现场；

（5）在桥梁主梁上通过环氧砂浆找平后铺设一道无粘结层，并将预制段定位安装在上方；

（6）横桥向对预制段进行湿接，纵桥向完成预制段预留的伸出钢筋与原桥面板钢筋笼的绑扎、焊接工作，随后进行UHPC后浇段块体的支模，同时对UHPC后浇段块体的UHPC进行拌制和浇筑并进行养护工作；待养护完成后即可铺设桥面铺装层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：半连续UHPC桥面连接板吸取了传统伸缩装置以适应纵桥向变形的设计理念，并结合桥面连接板、无缝式伸缩缝等使桥面连续无缝的呈现方式，在适应由环境温度引起的伸缩变形量的同时，保证了桥面连续无缝、行车舒适。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为主梁间的传统伸缩装置示意图；

图2为现有的桥面连接板构造示意图；

图3为现有的无缝式伸缩装置；

图4为组合式伸缩装置示意图；

图5为仿真模拟下连接板（无加劲钢板）变形情况示意图；

图6为多级引板与其传力杆构造示意图；

图7为本发明实施例的构造示意图；

图8为本发明实施例的施工状态示意图；

图9为本发明实施例单块连接板的立面示意图；

图10为本发明实施例单块连接板内钢筋布局图；

图11为本发明实施例中加劲板的构造示意图。

图中：1-阻裂层；2-加劲板；3-胀缝；4-波折型钢筋；5-半连续UHPC连接板块体；6-UHPC后浇段块体；7-螺纹杆；8-无粘结层；9-半连续UHPC连接板与桥面板钢筋搭接；10-预制段，11-组段，12-包覆层，13-条形孔。

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7~11所示，一种侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板，包括半连续UHPC连接板块体5、锚固并通长穿过半连续UHPC连接板块体的螺纹杆7，通过螺纹杆固定在半连续UHPC连接板块体两侧的加劲板2，其特征在于：所述半连续UHPC连接板块体下方设置有无粘结层8防水层，半连续UHPC连接板块体上开有若干T型锯缝，T型锯缝中的T肋为胀缝3，其中填充轻质可压缩弹性材料（如聚氨酯泡沫等）； T型锯缝中的T翼为阻裂层1，其中填有聚氨酯弹性体，以防止胀缝胀开时裂缝反射到上表面。

在本发明实施例中，所述半连续UHPC连接板块体的中部块体为预制段10，所述预制段中经T型锯缝阻隔为若干组段11，并经由预制段内预埋的波折型钢筋将各组段串接，所述波折型钢筋即呈波纹状错位延伸的钢筋，并预先包覆一层掺入一定量水泥的沥青胶泥以进行无粘结处理。所述预制段块体在两端进行凿毛并预留出与UHPC后浇段块体钢筋相接的部分钢筋，使之两者有较好的连接。

在本发明实施例中，所述螺纹杆横向延伸贯穿预制段，并于两端贯穿加劲板后经螺母拴紧，所述加劲板上开设有若干供螺纹杆穿出的条形孔13，所述螺纹杆均沿纵桥向间隔分布。

在本发明实施例中，所述加劲板呈类鱼骨型设置在预制段横向两侧，且沿纵桥向延伸；加劲板为方便半连续UHPC桥面连接板的运输，并使得连接板整体竖向形成连续变形，不会形成剪切破坏。

在本发明实施例中，所述聚氨酯弹性体由聚氨酯沥青、矿粉、石英砂按一定配合比混合拌制而成，所述阻裂层填充后上表面低于半连续UHPC连接板上表面，以使桥面铺装层与半连续UHPC连接板形成齿合防止发生相对错动。

在本发明实施例中，所述胀缝由高黏、高弹性、防水、防腐蚀材料填充，旨在吸收桥梁纵桥向胀缩变形以及弯曲变形。

在本发明实施例中，所述波折型钢筋两两为一组，且同组间的两波折型钢筋均错位设置，所述波折型钢筋均呈波纹状沿纵桥向延伸。

在本发明实施例中，所述包覆层12为一层掺入一定量水泥的沥青胶泥套设在波折型钢筋外部。

在本发明实施例中，本发明基于“变形”（性能）的设计理念，通过“大缝化小缝”、“小缝化无缝”的构造措施，提出了一种侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板，如说明书附图4。

该新型的桥面连接板与传统连续的桥面连接板最大的不同是其并不是完全连续的，仅连接板内的纵向波折型钢筋是连续的，而UHPC混凝土块体是不连续的。因此，称其为“半连续”UHPC连接板，本发明的半连续UHPC连接板块体完全被胀缝分隔，仅内部波折型钢筋连续。通过该构造，使得原“主梁与主梁”或“主梁与桥台”之间的“大缝”（伸缩缝）转化为半连续桥面连接板UHPC各块体之间的一道道“小缝”（胀缝）；然后，在各胀缝内填充可压缩弹性填充料，进一步使“小缝”成为“无缝”。

不过该装置存在问题，因为装置中的UHPC块体是不连续的，仅依靠波折钢筋串连，这样的结构使得连接板无法形成连续变形。在主梁挠曲变形的影响下，各个胀缝无法均匀吸收变形，而连接板中间的胀缝也无法发挥相应的作用（如说明书附图5）。为了解决这个问题，需要采取一些构造措施来提高连接板的整体性能。类似于整体桥中的多级引板，在相邻引板之间设置传力杆（如说明书附图6所示）。传力杆的作用是使引板共同承受竖直力。在这种构造的设计理念下，传力杆被转变为外部加劲板。通过两块加劲板与螺杆之间的相互约束与作用，使得变形能够连续传递并均匀吸收。其次，加劲板的截面可看成矩形，根据惯性矩公式（式1），其截面惯性矩与截面高度的三次方有关，加劲板在受到弯曲变形时，因其截面高度过大，会导致边缘区域应力很大。如果截面高度过小，其所起到的作用仅相当于一根钢筋，不能很好的协调变形。所以在设计的时候将其设计为类鱼骨型，降低其部分截面高度，这样，加劲板的边缘区域不会因为过大应力而屈服并能起到协调变形的能力。

式（1）

以上的措施为UHPC块体之间提供了更可靠和高效的连接方案，连接板的整体性能得到了提高，胀缝能够更有效地发挥作用。同时，相比较于设置传力杆，采用这种构造措施也可以简化施工步骤，从而减少了施工的复杂性和工期。

在本发明实施例中，主要构造有预制段、胀缝、阻裂层、波折型钢筋及其包覆层等，它们的功能和作用如下：

①预制段：UHPC材料具有高强度、高抗裂抗疲劳性能以及耐久性能，其主要用来跨越梁端的伸缩间隙，并提供竖向支撑以承受车轮荷载作用，同时承受内部波折型钢筋的环向挤压作用。由于各组段完全分隔，混凝土应力可充分释放，因而总得来说应力不大。

②T肋（胀缝）：胀缝主要用于吸收桥体主梁的水平胀缩变形，一般填充孔隙率大、变形性能好的可压缩弹性材料。胀缝一般2~3cm宽，而梁端的伸缩间隙一般都超过10cm。因此，通过半连续UHPC桥面连接板的桥接作用，可使梁端之间的大缝隙转化为UHPC块体之间的小胀缝，从而可更简单方便地处理胀缝的问题，实现桥面连续无缝（桥面铺装层连续无缝）。本实施例胀缝填充的是聚氨酯泡沫。

③T翼（阻裂层）：阻裂层一般采用弹性变形性能好的材料，如橡胶、硅胶、聚氨酯弹性体等，以防止胀缝变形后反射到无缝连续的桥面铺装层（即FEBD伸缩装置上层的组合式伸缩缝）上，避免桥面铺装层开裂。本实施例阻裂层使用的是聚氨酯弹性体。

④波折型钢筋：波折型钢筋主要用来串连各组段和胀缝，类似钢质弹簧，使各块体与胀缝共同工作，从而使各胀缝可均匀地承担温度胀缩变形。

⑤波折型钢筋的包覆层：波折型钢筋包覆层材料一般采用弹性性能好且防水防腐的材料，其主要是为了实现波折型钢筋与UHPC块体的无粘结，使波折型钢筋可相对自由地在胀缝两侧的UHPC块体内纵向压缩和拉伸，释放钢筋的应力。

⑥加劲板（鱼骨型）：因为UHPC块体之间是不连续的，因此连接板侧包两块加劲板，提高连接板的整体性，使得变形能够传递并均匀吸收。

“半连续”UHPC桥面连接板一般在工厂预制好后安放在梁端处，再通过预留钢筋与主梁浇注成整体。

一种侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板的施工方法，并按以下步骤进行：

（1）首先准备所需波折型钢筋的弯曲，并做好防水、防锈与无粘结处理；

（2）进行支模，填充胀缝材料，并预留波折型钢筋穿过的孔洞，将处理好的波折型钢筋穿过胀缝并于纵向端部预留部分钢筋在外侧；

（3）将螺纹杆定位放置，拌制并浇筑预制段；由于UHPC内含有钢纤维，待UHPC养护成型后对其表面进行打磨；随后在阻裂层内浇筑聚氨酯弹性体；

（4）将加劲板定位在螺纹杆上，并用螺帽栓紧加劲板与螺纹杆，完成预制段的组装，后将其运输至施工现场；

（5）在桥梁主梁上通过环氧砂浆找平后铺设一道无粘结层，并将预制段定位安装在上方；

（6）横桥向对预制段进行湿接，纵桥向完成预制段预留的伸出钢筋与原桥面板钢筋笼的绑扎、焊接工作，随后进行UHPC后浇段块体的支模，同时对UHPC后浇段块体的UHPC进行拌制和浇筑并进行养护工作；待养护完成后即可铺设桥面铺装层。

该无缝装置吸取了传统伸缩装置以适应纵桥向变形的设计理念，并结合桥面连接板、无缝式伸缩缝等使桥面连续无缝的呈现方式，在适应由环境温度引起的伸缩变形量的同时，保证了桥面连续无缝、行车舒适。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的侧包加劲钢板的半连续UHPC桥面连接板及施工方法。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。