CN111764249A - 一种uhpc蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种UHPC蜂窝预制板‑钢箱梁的组合梁结构及施工方法，涉及桥梁结构技术领域，该组合梁结构包括UHPC蜂窝预制板和钢箱梁，UHPC蜂窝预制板设为蜂窝夹层结构，其从上至下依次包括上蒙皮板、蜂窝芯材、下蒙皮板以及分别与蜂窝芯材左右两侧面紧密连接的两侧蒙皮板，下蒙皮板的下表面与钢箱梁固定连接。本申请充分利用UHPC材料的高强特性、蜂窝夹层结构的轻质、抗压、抗弯性能以及钢箱梁构件的抗剪能力，不仅可解决桥面板易开裂问题，且可降低桥梁结构自重；另外，UHPC蜂窝预制板和钢箱梁通过工厂预制成整体，再运输至现场进行节段拼装，其可提高效率并缩短施工工期。因此，本申请不仅可减轻桥梁结构自重和降低成本，还可提高施工效率并缩短施工工期。

Description

一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构及施工方法

技术领域

本申请涉及桥梁结构技术领域，特别涉及一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构及施工方法。

背景技术

常规的组合梁结构通常由实心普通混凝土桥面板和钢箱梁构件组成，而由于混凝土材料抗拉强度低、收缩徐变效应明显，致使混凝土桥面板在外部荷载及约束荷载作用下易出现开裂问题。

相关技术中，通常采取加大桥面板厚度、配置预应力筋等措施来解决混凝土桥面板的开裂问题，但是，加大桥面板厚度的处理方法不仅会导致主梁自重较大，且由于其一般为实心板材，会进一步增加桥梁截面的自重，结构尺寸的设计需相应增大，存在耗材用量大、成本高的问题，且不能从根本上解决混凝土桥面板的开裂问题。

发明内容

本申请实施例提供一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构及施工方法，以解决相关技术中由于采用加大桥面板厚度解决桥面板易开裂问题而导致的桥梁自重变大，且存在耗材用量大和施工成本高的问题。

第一方面，提供了一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，包括钢箱梁，还包括：UHPC蜂窝预制板，所述UHPC蜂窝预制板位于所述钢箱梁上方，所述UHPC蜂窝预制板设为蜂窝夹层结构，所述蜂窝夹层结构从上至下依次包括上蒙皮板、蜂窝芯材、下蒙皮板以及分别与所述蜂窝芯材左、右两侧面紧密连接的两侧蒙皮板，所述下蒙皮板的下表面与所述钢箱梁固定连接，所述上蒙皮板、所述蜂窝芯材、所述下蒙皮板以及所述侧蒙皮板均为UHPC混凝土。

一些实施例中，所述蜂窝芯材的底面设为马牙槎结构。

所述马牙槎结构的凹面设有第一抗剪连接件，所述第一抗剪连接件和所述马牙槎结构的凸面均嵌入所述下蒙皮板。

所述蜂窝芯材的每个巢孔上的上蒙皮板上均设有养生孔洞。

所述蜂窝芯材上前、后最外侧的每个巢孔内均设有隔板。

所述UHPC蜂窝预制板与所述钢箱梁之间设有纵向湿接缝。

所述组合梁结构为多个，相邻的所述组合梁结构间设有横向湿接缝。

所述钢箱梁的上翼缘钢板上设有第二抗剪连接件，所述钢箱梁通过所述第二抗剪连接件与所述下蒙皮板的下表面连接。

第二方面，提供了一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构的施工方法，包括以下步骤：

预制钢箱梁，并将所述钢箱梁运至UHPC混凝土梁场；

预制包括上蒙皮板、蜂窝芯材以及侧蒙皮板在内的蜂窝夹层构件；

在所述钢箱梁上设置模板，且在所述模板上浇筑下蒙皮板，并将所述蜂窝夹层构件与所述下蒙皮板固定连接形成UHPC蜂窝预制板；

在所述UHPC蜂窝预制板与所述钢箱梁之间设置纵向湿接缝，并向所述纵向湿接缝处浇筑UHPC混凝土，待所述UHPC混凝土凝固后，拆除所述模板。

一些实施例中，所述施工方法还包括以下步骤：所述组合梁结构为多个，在相邻的所述组合梁结构间设置横向湿接缝，并向所述横向湿接缝处浇筑UHPC混凝土。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：不仅可以减轻桥梁结构自重，降低成本，还可保证结构的抗压抗弯性能；同时，采用预制的组合梁结构进行整体吊装施工，可提高施工效率并缩短施工工期。

本申请实施例提供了一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构及施工方法，包括UHPC蜂窝预制板和钢箱梁，UHPC蜂窝预制板设为蜂窝夹层结构，其从上至下依次包括上蒙皮板、蜂窝芯材、下蒙皮板以及分别与蜂窝芯材左右两侧面紧密连接的两侧蒙皮板，下蒙皮板的下表面与钢箱梁固定连接，且上蒙皮板、蜂窝芯材、下蒙皮板以及侧蒙皮板均采用UHPC混凝土，其具有超高的耐久性和超高的力学性能；由于蜂窝夹层结构抗压性能和抗弯性能较好且重量轻，可充分利用材料的强度，结合UHPC材料的高强特性、蜂窝夹层结构的轻质、抗压、抗弯性能以及钢箱梁构件的抗剪能力，不仅可解决桥面板易开裂问题，且可以降低桥梁结构自重、减少耗材用量以及降低成本；另外，UHPC蜂窝预制板和钢箱梁通过工厂预制成整体，再运输至现场进行节段拼装，其可以提高效率并缩短施工工期，因此，本申请不仅可以减轻桥梁结构自重和降低成本，还可保证结构的抗压抗弯性能，且可提高施工效率并缩短施工工期。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的图1的主视图；

图3为本申请实施例提供的图2的局部结构示意图；

图4为本申请实施例提供的UHPC蜂窝预制板的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的UHPC蜂窝预制板的倒置结构示意图；

图6为本申请实施例提供的图5的局部结构示意图；

图7为本申请实施例提供的节段拼装的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的图7的剖视图；

图9为本申请实施例提供的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构的施工方法的流程示意图。

图中：1-UHPC蜂窝预制板，11-上蒙皮板，111-养生孔洞，12-蜂窝芯材，121-马牙槎结构，13-下蒙皮板，14-侧蒙皮板，2-钢箱梁，21-上翼缘钢板，3-第一抗剪连接件，4-隔板，5-纵向湿接缝，6-横向湿接缝，7-第二抗剪连接件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构及施工方法，其能解决相关技术中由于采用加大桥面板厚度解决桥面板易开裂问题而导致的桥梁自重变大，且存在耗材用量大和施工成本高的问题。

参见图1～图5所示，本申请实施例提供的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，其包括UHPC蜂窝预制板1和钢箱梁2，UHPC蜂窝预制板1位于钢箱梁2上方，UHPC蜂窝预制板1设为蜂窝夹层结构，蜂窝夹层结构从上至下依次包括上蒙皮板11、蜂窝芯材12和下蒙皮板13，蜂窝夹层结构还包括分别与蜂窝芯材12左右两侧面紧密连接的两侧蒙皮板14，上蒙皮板11、蜂窝芯材12和侧蒙皮板14为整体预制，通过模具提前预制并一次成型；下蒙皮板13的下表面与钢箱梁2固定连接，从而形成一种装配式的组合梁结构。优选的，参见图3所示，钢箱梁2的上翼缘钢板21上预埋有第二抗剪连接件7，第二抗剪连接件7优选为剪力钉，钢箱梁2通过第二抗剪连接件7与下蒙皮板13的下表面连接。由于蜂窝夹层结构的抗压性能和抗弯性能好且重量轻，可充分利用材料的强度，因此，将蜂窝夹层结构用于制备组合梁结构，代替现有技术中的实心混凝土板，可使组合梁结构自重降低的同时保证其抗弯抗压性能；此外，上蒙皮板11、蜂窝芯材12、下蒙皮板13和侧蒙皮板14均采用UHPC混凝土，而UHPC(Ultra-High Performance Concrete)为超高性能混凝土，其具有超高的耐久性和超高的力学性能，既能提供较强的抗压、抗弯能力，且其优异的抗拉、扛裂性能又能有效解决负弯矩区桥面板开裂问题。

具体的，当桥面宽为13m，节段梁高为4m，钢箱梁2高为3.85m时，可将UHPC蜂窝预制板1高设为0.15m：其中上蒙皮板11的厚度为0.04m，蜂窝芯材12中每个巢孔的边长为0.10m、厚为0.01m、高为0.1m，而侧蒙皮板14设为不等厚，下蒙皮板13厚为0.03m，并将最外侧不规则的巢孔填满。其中，蜂窝芯材12部分孔隙率达88.79％，全截面可节约混凝土59.19％。蜂窝夹层结构既保证了桥面板的抗压、抗弯能力；UHPC高性能混凝土高强力学性能，既能提供较强的抗压、抗弯能力，其优异的抗拉、扛裂性能又能有效解决负弯矩区桥面板开裂问题。两者结合，很大程度上减轻了桥面板自重，节能环保，经济效益良好。

优选的，参见图6所示，蜂窝芯材12的底面设为马牙槎结构121，并在马牙槎结构121的凹面处预埋有第一抗剪连接件3，且使第一抗剪连接件3和马牙槎结构121的凸面均嵌入下蒙皮板13的上表面中共同凝结成整体；马牙槎结构121和第一抗剪连接件3可加强蜂窝芯材12与下蒙皮板13间的连接作用，提高UHPC蜂窝预制板1的强度，进而有效防止蜂窝芯材12从下蒙皮板13中脱落。

优选的，参见图4所示，蜂窝芯材12的每个巢孔上的上蒙皮板11上均设有养生孔洞111，通过养生孔洞111向下蒙皮板13处浇水，进行下蒙皮板13的养护处理，可保证下蒙皮板13的强度。

优选的，参见图6所示，蜂窝芯材12上前后最外侧的每个巢孔内均设有隔板4，该隔板4垂直于侧蒙皮板，其可用作横向湿接缝6的侧模板，可节约湿接缝处UHPC混凝土用量。

优选的，参见图7和图8所示，组合梁结构为多个，相邻的组合梁结构间设有横向湿接缝6；UHPC蜂窝预制板1与钢箱梁2之间设有纵向湿接缝5，横向湿接缝6和纵向湿接缝5可加强结构之间的连接作用，弥补节段接合面的细小缺陷，密封性好，能有效防止水汽入侵，提高组合梁结构的连接稳固性。

参见图9所示，本申请还提供一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构的施工方法，包括以下步骤：

S1：预制钢箱梁2，并将钢箱梁2运至UHPC混凝土梁场。

S2：预制包括上蒙皮板11、蜂窝芯材12以及侧蒙皮板14在内的蜂窝夹层构件。

S3：在钢箱梁2上设置模板，且在模板上浇筑下蒙皮板13，并将蜂窝夹层构件与下蒙皮板13固定连接形成UHPC蜂窝预制板1。

S4：在UHPC蜂窝预制板1与钢箱梁2之间设置纵向湿接缝5，并向纵向湿接缝5处浇筑UHPC混凝土，待UHPC混凝土凝固后，拆除模板。

优选的，该施工方法还包括以下步骤：组合梁结构为多个，在相邻的组合梁结构间设置横向湿接缝6，并向横向湿接缝6处浇筑UHPC混凝土。

具体的施工方法为：参见图1～图8所示，先在工厂预制拼装多个钢箱梁2，并在钢箱梁2的上翼缘钢板上提前预埋剪力钉，并将预制好的钢箱梁2运至UHPC混凝土梁场；在钢箱梁2上设置模板，并在模板上浇筑下蒙皮板13；在UHPC混凝土梁场预制包括上蒙皮板11、蜂窝芯材12以及侧蒙皮板14在内的蜂窝夹层构件，预制蜂窝夹层构件时，采用特殊模具整体预制，一次成型；并在每个巢孔中心的上蒙皮板11处利用模具预留养生孔洞111；而蜂窝芯材12的的底面利用模具制成马牙槎结构121，并在马牙槎结构121的凹面处预埋剪力钉；在下蒙皮板13凝固之前，将预制好的蜂窝夹层构件精确放置于下蒙皮板13上，确保蜂窝芯材12的马牙槎结构121的凸面及马牙槎结构121凹面处的剪力钉完全没入新浇筑的下蒙皮板13的混凝土中，并将上蒙皮板11、蜂窝芯材12、下蒙皮板13、侧蒙皮板14连接成整体；在UHPC蜂窝预制板1与钢箱梁2之间预留纵向湿接缝5，并向纵向湿接缝5处浇筑UHPC混凝土，形成如图6所示的组合梁结构；对新浇筑的下蒙皮板13、纵向湿接缝5进行养护，其中下蒙皮板13的上表面通过上蒙皮板11预留的养生孔洞111进行浇水养护，待UHPC混凝土凝固后，拆除模板；然后在施工现场通过架桥机整体吊装拼接上述预制好的多个组合梁结构；最后，在多个组合梁结构间设置横向湿接缝6的同时，在蜂窝芯材12上前后最外侧的每个巢孔内均设置隔板4，该隔板4垂直于侧蒙皮板并用作横向湿接缝6的侧模板，并向横向湿接缝6处浇筑UHPC混凝土，浇筑过程中应使蜂窝芯材12前后端最外侧的半格巢孔均没入新浇筑的横向湿接缝6的UHPC混凝土中凝结成整体，并养生等强；重复以上步骤，直至全桥架设完成。

具体的，本实施例中，蜂窝芯材12在纵向湿接缝5处仅保留蜂窝芯材12的部分，与其连接的上蒙皮板11空缺，可方便纵向湿接缝5的浇筑；纵向湿接缝5与下蒙皮板13一起浇筑，并填满整格巢孔直至与上蒙皮板11顶面平齐，纵向湿接缝宽约10cm～15cm。下蒙皮板13的浇筑次序为：浇筑普通区域的下蒙皮板13、放置蜂窝夹层构件、浇筑纵向湿接缝5、等强养生。

具体的，本实施例中，蜂窝芯材12的前后端在横向湿接缝6处仅保留蜂窝芯材12的部分，与其连接的上蒙皮板11空缺，可方便横向湿接缝6的浇筑；相邻两个蜂窝芯材12前后端头的半格巢孔与新浇筑的横向湿接缝6处的混凝土凝结成一体，其可曾强节段间的连接作用，横向湿接缝6成矩形长条状，宽约20cm～25cm；横向湿接缝6与下蒙皮板13一起浇筑，并填满半格巢孔，直至与上蒙皮板11顶面平齐。

因此，本申请采用一种蜂窝夹层结构的UHPC蜂窝预制板代替现有技术中的实心混凝土板，并充分利用材料的高强特性和蜂窝夹层结构的轻质抗压抗弯性能以及结合钢结构的抗剪能力，其可降低桥梁结构自重、减少耗材用量、降低成本和节能环保；此外，桥梁截面通过工厂预制成整体，再运输至现场进行节段拼装，还可以缩短施工工期，提高效率。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，包括钢箱梁(2)，其特征在于，还包括：UHPC蜂窝预制板(1)，所述UHPC蜂窝预制板(1)位于所述钢箱梁(2)上方，所述UHPC蜂窝预制板(1)设为蜂窝夹层结构，所述蜂窝夹层结构从上至下依次包括上蒙皮板(11)、蜂窝芯材(12)、下蒙皮板(13)以及分别与所述蜂窝芯材(12)左、右两侧面紧密连接的两侧蒙皮板(14)，所述下蒙皮板(13)的下表面与所述钢箱梁(2)固定连接，所述上蒙皮板(11)、所述蜂窝芯材(12)、所述下蒙皮板(13)以及所述侧蒙皮板(14)均为UHPC混凝土。

2.如权利要求1所述的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，其特征在于：所述蜂窝芯材(12)的底面设为马牙槎结构(121)。

3.如权利要求2所述的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，其特征在于：所述马牙槎结构(121)的凹面设有第一抗剪连接件(3)，所述第一抗剪连接件(3)和所述马牙槎结构(121)的凸面均嵌入所述下蒙皮板(13)。

4.如权利要求1所述的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，其特征在于：所述蜂窝芯材(12)的每个巢孔上的上蒙皮板(11)上均设有养生孔洞(111)。

5.如权利要求1所述的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，其特征在于：所述蜂窝芯材(12)上前、后最外侧的每个巢孔内均设有隔板(4)。

6.如权利要求1所述的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，其特征在于：所述UHPC蜂窝预制板(1)与所述钢箱梁(2)之间设有纵向湿接缝(5)。

7.如权利要求1所述的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，其特征在于：所述组合梁结构为多个，相邻的所述组合梁结构间设有横向湿接缝(6)。

8.如权利要求1所述的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构，其特征在于：所述钢箱梁(2)的上翼缘钢板(21)上设有第二抗剪连接件(7)，所述钢箱梁(2)通过所述第二抗剪连接件(7)与所述下蒙皮板(13)的下表面连接。

9.一种如权利要求1所述的UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

预制钢箱梁(2)，并将所述钢箱梁(2)运至UHPC混凝土梁场；

预制包括上蒙皮板(11)、蜂窝芯材(12)以及侧蒙皮板(14)在内的蜂窝夹层构件；

在所述钢箱梁(2)上设置模板，且在所述模板上浇筑下蒙皮板(13)，并将所述蜂窝夹层构件与所述下蒙皮板(13)固定连接形成UHPC蜂窝预制板(1)；

在所述UHPC蜂窝预制板(1)与所述钢箱梁(2)之间设置纵向湿接缝(5)，并向所述纵向湿接缝(5)处浇筑UHPC混凝土，待所述UHPC混凝土凝固后，拆除所述模板。

10.如权利要求9所述的一种UHPC蜂窝预制板-钢箱梁的组合梁结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括以下步骤：所述组合梁结构为多个，在相邻的所述组合梁结构间设置横向湿接缝(6)，并向所述横向湿接缝(6)处浇筑UHPC混凝土。

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