一种钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置及墩顶无缝化施工方法

技术领域

本发明涉及钢简支梁桥墩顶无缝化领域，更确切地说，它涉及一种钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置及墩顶无缝化施工方法。

背景技术

桥梁，一般指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物。现有的桥梁中，中小跨径的简支梁桥居多，但是传统的简支桥梁桥由于有伸缩缝的存在，容易产生桥头跳车、频繁维修、渗水漏水等问题。简支梁桥面连续结构不仅受力简单施工容易，又能提高行车的舒适性，所以极大的契合了桥梁发展及社会发展的需要，所以桥面连续结构技术不断进步并迅速发展。但此类技术仍需继续发展,特别是对于钢结构桥梁设置桥面连续装置，这类桥面连续装置除了需要解决桥面板易疲劳开裂、沥青铺装层频繁破损等难题外，仍需要研究能预防由主梁转动而导致梁缝处混凝土开裂且能预制并现场拼装达到缩短工期目的的装置。从经济实用角度出发，此类装置既安装简单、并且能提前预制现场拼装而保证质量安全可靠。

但是，普通的桥面连续装置存在以下三个技术问题：

1、普通的桥面连续装置容易发生构造破坏，钢桥桥面连续构造受力复杂，在主梁承受弯矩而发生梁端上翘转动时，梁缝处桥面连续上部混凝土受拉发生开裂，下部混凝土受到主梁挤压，导致混凝土开裂甚至出现混凝土脱落，严重影响行车安全。

2、普通的桥面连续装置若梁缝处发生混凝土开裂，难以处理，拆除后现场重新施工工期长，维修费用高，且维修封道时间长，交通受到巨大影响。

3、普通的桥面连续装置需要现场施工，容易因施工不佳和材料耐久性差等原因导致破损，影响行车舒适性，并导致雨水侵蚀桥墩，影响下部结构的耐久性，提高养护成本。并且普通的桥面连续在横向拼接上存在问题，如桥梁主梁存在铰缝，此处桥面连续容易发生受剪破坏，进而成为桥面结构的薄弱部位。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置及墩顶无缝化施工方法。

第一方面，提供了一种钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置，包括：

L型肋、顶面连接钢板、侧面连接钢板、双拱钢管、预应力筋、锚具、连接钢筋、构造钢筋和六角螺栓；

其中，所述双拱钢管为矩形钢管经冷折加工，将中部挤压形成的；所述预应力筋每隔一段距离在双拱钢管水平两侧之间张拉预应力后用锚具锚固；所述双拱钢管的上表面处焊接有四条L型肋；所述双拱钢管的前后两端焊接有顶面连接钢板并在侧面焊接有连接钢筋；所述双拱钢管置于主梁上表面的水泥砂浆找平层上，横向通过顶面连接钢板、侧面连接钢板与六角螺栓拼接；双拱钢管底面两端每隔一段距离预留共四个腰形孔洞，所述腰形孔洞与主梁所预留的孔洞重合，并用六角螺栓连接；连接钢筋与构造钢筋搭接，双拱钢管内部空间填充有防水泡沫材料。

作为优选，所述L型肋应用角焊焊接在双拱钢管的上表面处，所述L型肋对称布置，并在L型肋侧面冲孔。

作为优选，所述顶面连接钢板和侧面连接钢板都具有腰形孔洞配合六角螺栓连接。

作为优选，所述双拱钢管上部为反拱，下部为正拱。

作为优选，所述双拱钢管的拱形弯折角度按照二次抛物线来确定。

作为优选，所述双拱钢管的屈服强度大于顶面连接钢板和侧面连接钢板的屈服强度。

作为优选，所述预应力筋包括钢丝、钢绞线和钢筋。

作为优选，所述双拱钢管两端和主梁上预留的腰形孔洞长度均为六角螺栓直径的两倍，且六角螺栓布置于孔洞中间位置。

作为优选，主梁的水泥砂浆找平层上涂有厚环氧树脂胶并在其上方铺设有油毛毡。

第二方面，提供了一种如第一方面所述的钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置的施工方法，包括：

步骤1、先在工厂内将矩形钢管经冷折加工为双拱钢管；

步骤2、将L型肋焊接在双拱钢管的顶面，并将顶面连接钢板也焊接在双拱钢管的顶面两端；

步骤3、将预应力筋张拉后用锚具锚固在双拱钢管的两侧，将连接钢筋也焊接在双拱钢管的两个侧面上；在双拱钢管的侧面的两端预留腰形孔洞，在双拱钢管的底面也预留好腰形孔洞，形成一个双拱钢管的预制模块，并提前预制好侧面连接钢板；

步骤4、将一个双拱钢管预制模块置于主梁的水泥砂浆找平层上，使其预留的腰形孔洞，与主梁上的预留腰形孔洞对齐，并用六角螺栓连接；

步骤5、以第一个双拱钢管预制模块定位，进行定线，将其余的双拱钢管预制模块依次与前一个模块横向对齐，对齐顶面连接钢板的腰形孔洞，用六角螺栓连接，再将双拱钢管预制模块底面预留的腰形孔洞与主梁上的预留腰形孔洞对齐，用六角螺栓连接；

步骤6、将连接钢筋与原有钢筋搭接固定，在双拱钢管内部填充防水泡沫材料，最后浇筑混凝土铺装层。

本发明的有益效果是：

1.从本发明的构造特点角度来说，在梁缝处采用双拱结构，在主梁上部受拉变形时双拱构造能更好的使双拱钢管上部受压，并且由于桥面连续层的作用与连接钢筋的传力作用，主梁上部对双拱钢管的影响，不会通过接触面直接传力，而会通过连接钢筋传力，间接作用在双拱钢管上，使混凝土间接受力，由此减少了混凝土的开裂，并且由于下拱腾出了空间，更能减小主梁由于受到弯矩作用而发生转动而导致混凝土被挤压破坏，并且双拱结构的安全系数较单拱结构大大增加，更能抵抗由温度应力带来的变形影响。

2.从本发明的旧桥改造的角度来说，在施工过程中，只需拆除原装置并对两侧连接钢筋进行一定长度的连接，即可安装此装置，该装置可通过工厂加工生产形成预制模块，施工时只需进行六角螺栓和连接钢筋的机械连接即可完成施工，极大的减少了施工时间，减少了封道时间，尽可能的减少对交通的影响。

3.从本发明在新桥施工的角度来说，预制能节省现场施工的时间，避免因环境天气因素而导致施工质量下降，且能提前检测装置质量是否过关，例如混凝土养护质量、钢结构部分的焊接质量、防腐涂料的涂刷质量、设计尺寸的精度质量等，对于提升装置质量安全提供了极大的保障。

附图说明

图1为钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置的正视图；

图2为钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置的左视图；

图3为钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置的一种局部放大图；

图4为钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置的另一种局部放大图；

图5为钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置的受力机理图；

图6为钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置的应用场景图；

附图标记说明：1、L型肋，2、顶面连接钢板，3、侧面连接钢板，4、双拱钢管，5、预应力筋，6、锚具，7、连接钢筋，8、构造钢筋，9、六角螺栓，10、主梁，11.双拱钢管预制模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1：

一种钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置，如图1至图4所示，包括：

L型肋1、顶面连接钢板2、侧面连接钢板3、双拱钢管4、预应力筋5、锚具6、连接钢筋7、构造钢筋8、六角螺栓9；

其中，双拱钢管4为矩形钢管经冷折加工，将中部挤压形成的；预应力筋5每隔一段距离在双拱钢管4水平两侧之间张拉预应力后用锚具6锚固；双拱钢管4的上表面处焊接有四条L型肋1；双拱钢管4的前后两端焊接有顶面连接钢板2并在侧面焊接有连接钢筋7；双拱钢管4置于主梁10上表面的水泥砂浆找平层上，横向通过顶面连接钢板2、侧面连接钢板3与六角螺栓9拼接；双拱钢管4底面两端每隔一段距离预留共四个腰形孔洞，腰形孔洞与主梁10所预留的孔洞重合，并用六角螺栓9连接；连接钢筋7与构造钢筋8搭接，双拱钢管4内部空间填充有防水泡沫材料。上述钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置呈轴对称，且对主梁受弯矩影响有一定的保护能力，对主梁受温度影响发生变形有一定的纵向滑移能力。

四条L型肋1应用角焊焊接在双拱钢管4的上表面处，L型肋1对称布置，并在L型肋1侧面冲孔增加与混凝土的共同作用，并且提高装置的抗剪能力。

顶面连接钢板2和侧面连接钢板3都具有腰形孔洞配合六角螺栓8连接，使之可以有一定的上下错动空间。

双拱钢管4上部为反拱，下部为正拱。

双拱钢管4可以按照二次抛物线来确定拱形结构的参数，比如，拱形弯折角度按照二次抛物线来确定。

双拱钢管4的屈服强度大于拼接钢板即顶面连接钢板2和侧面连接钢板3的屈服强度。

预应力筋5包括钢丝、钢绞线和钢筋。

双拱钢管4两端和主梁上预留的腰形孔洞长度均为六角螺栓9直径的两倍，且六角螺栓9布置于孔洞中间位置。保障双向均留有一定的滑动空间，使得在主梁10受到较小温度膨胀时双拱钢管4可以滑动一段距离，当变形超过一定限制时，双拱钢管4才会受力。

主梁10的水泥砂浆找平层上涂有厚环氧树脂胶并在其上方铺设有油毛毡，使得双拱钢管4可以延纵桥向自由滑移。比如，水泥砂浆找平层厚度为5mm，1mm厚环氧树脂胶厚度为1mm，油毛毡可以为两层。

综上所述，本发明应用在钢桥中，不仅是一种桥面连续装置，并且具有较好的保护桥面连续构造不受因主梁承受弯矩引起的主梁转动而破坏的功能。本发明是一种预制桥面连续模块，可在工厂预制并对质量安全进行提前把控，极大减少了施工时间，降低了施工难度，并保证了施工质量。并且才旧桥改装中，可以在拆除原装置后，直接拼装新的桥面连续装置，减少封道时间，减小对交通的影响。

通过研究表明，本发明的桥面连续装置对于钢桥的预防由主梁承受导致梁缝处混凝土破裂及减小温度变形对桥面连续构造的影响具有良好的效果。

实施例2：

一种钢简支梁桥预制模块化桥面连续装置的施工方法，可以有效改善桥面连续构造的质量安全和结构安全，并且能在工厂中提前预制，现场拼装，有效的缩短了工期、降低了施工难度，减小了环境条件对工程的影响，具体包括以下步骤：

步骤1、先在工厂内将矩形钢管经冷折加工为双拱钢管4；

步骤2、将L型肋1焊接在双拱钢管4的顶面，并将顶面连接钢板2也焊接在双拱钢管4的顶面两端；

步骤3、将预应力筋5张拉后用锚具6锚固在双拱钢管4的两侧，将连接钢筋7也焊接在双拱钢管4的两个侧面上；在双拱钢管4的侧面的两端预留腰形孔洞，在双拱钢管4的底面也预留好腰形孔洞，形成一个双拱钢管的预制模块11，并提前预制好侧面连接钢板3；

步骤4、将一个双拱钢管预制模块11置于主梁的水泥砂浆找平层上，使其预留的腰形孔洞，与主梁10上的预留腰形孔洞对齐，并用六角螺栓9连接；

步骤5、以第一个双拱钢管预制模块11定位，进行定线，将其余的双拱钢管预制模块11依次与前一个模块横向对齐，对齐顶面连接钢板2的腰形孔洞，用六角螺栓9连接，再将双拱钢管预制模块11底面预留的腰形孔洞与主梁10上的预留腰形孔洞对齐，用六角螺栓9连接；

步骤6、将连接钢筋7与原有钢筋搭接固定，在双拱钢管4内部填充防水泡沫材料，最后浇筑混凝土铺装层。

对于新桥，按照上述步骤即可完成桥面连续装置的施工，对于旧桥改造，只需拆除原有的装置，并将连接钢筋稍作处理，再按以上步骤即可完成新的桥面连续装置的施工。

现将本发明提供的一种钢简支梁桥组合式桥面连续装置工作原理阐述如下：

如图5所示，本发明提供的双拱钢管预制模块11通过腰形孔洞和六角螺栓9并通过滑移层与主梁连接，首先因为双拱钢管4独特的拱形构造，为钢管下部留出的足够的空间，在主梁10承受弯矩而导致梁端发生上翘时，不会挤压到桥面连续装置而导致破坏；并且桥面连续装置由于滑移层和连接钢筋7的设置，改变了纵向的传力路径，若不存在滑移层，则主梁10承受弯矩导致上部受拉会直接作用在桥面连续装置上，而导致装置的破坏和混凝土的开裂，滑移层使得主梁10上部受拉时，桥面连续装置和主梁10可以产生一定的纵向滑移，而不受力，主梁10将力先传递到连接钢筋上，再由连接钢筋7将力传递到桥面连续装置中,使混凝土间接受力，避免了混凝土的开裂；双拱钢管4的双拱构造，下部受拉，产生上压下拉的正弯矩，使构造更加可靠，同时钢管上部产生一个转角位移，使上拱产生变形，进一步增大了正弯矩效应。

实际上，此桥面连续装置可以放在多种其他桥梁的梁缝处，都可以提高桥梁的实用性，耐久性，从而提高桥梁的寿命和安全性，对桥梁起着一定的积极作用。