本發(fā)明屬于橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于粘結(jié)栓釘群的鋼纖維混凝土組合鋼橋面板，該方法主要用于提升鋼橋面板疲勞性能、提高鋼橋面板鋪裝層的耐久性、延長鋼橋面板鋪裝層使用壽命。

背景技術(shù)：

正交異性鋼橋面板不僅要承受車輪荷載的直接作用，而且可以作為主梁的一部分參與共同受力，是橋梁結(jié)構(gòu)的重要受力組成。正交異性鋼橋面板因其自重輕、承載能力大、施工速度快、結(jié)構(gòu)美觀等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的大、中跨徑橋梁和開啟橋梁中。按照傳結(jié)構(gòu)體系分析法，帶正交異性鋼橋面板的鋼箱梁可分為主梁體系、橋面板體系及蓋板體系。主梁體系指由蓋板和縱肋組成主梁的上翼緣，是主梁的組成部分；橋面體系指蓋板作為縱肋與橫肋的共同上翼緣，三者組成橋面體系支承在主梁上承受橋面車輪荷載；蓋板體系僅將蓋板視作支承在縱肋和橫肋上的各向同性連續(xù)板，直接承受車輪局部荷載，并把荷載傳遞給縱橫肋。

正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，結(jié)構(gòu)本身存在的缺陷及施工質(zhì)量和直接承受車輪荷載的反復(fù)作用等綜合因素的影響，正交異性鋼橋面板易于遭受疲勞損傷，嚴重影響結(jié)構(gòu)耐久性、降低結(jié)構(gòu)的使用壽命、影響結(jié)構(gòu)安全性。同時鋼橋面板的疲勞裂紋檢查和修復(fù)不易，并且一旦出現(xiàn)裂紋，修復(fù)費用十分昂貴?？傊?，正交異性鋼橋面板易發(fā)生疲勞及有效加固方法研究已是世界各國學者致力于解決的重要工程難題。

本發(fā)明針對正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)疲勞細節(jié)數(shù)量多、耐久性不足、檢測與加固成本高的工程問題，發(fā)明一種新型栓釘連接組件，并引入材料強度高、工作性能好、施工方便的新型橋梁建筑材料——超高性能鋼纖維混凝土，從而提出基于粘結(jié)栓釘群的鋼纖維混凝土組合鋼橋面板。該發(fā)明中提出的采用粘結(jié)新型栓釘群連接組件的組合層結(jié)構(gòu)是綜合考慮降低結(jié)構(gòu)自重和提高結(jié)構(gòu)局部剛度的最佳設(shè)計方法。該方法避免了傳統(tǒng)焊接連接件引入的疲勞細節(jié)、通過組合設(shè)計降低了蓋板處的疲勞應(yīng)力水平、提高了局部剛度、改善了鋪裝層的受力性能。此外，新型栓釘連接組件有助于提高施工速度、保證施工質(zhì)量?？梢姡摪l(fā)明所提出的設(shè)計方法是實現(xiàn)正交異性橋面板長壽命設(shè)計的有效方法，也是該領(lǐng)域加固方式中最為經(jīng)濟有效的設(shè)計方法之一。

目前在已獲準和已受理的專利以及國內(nèi)外文獻中還未發(fā)現(xiàn)本申請內(nèi)容所涉及的基于粘結(jié)栓釘群的鋼纖維混凝土組合鋼橋面板。本發(fā)明針對現(xiàn)有工程問題和技術(shù)的不足，通過新型栓釘連接組件將超高性能鋼纖維混凝土作為組合層應(yīng)用于正交異性鋼橋面板橋梁中。采用試驗測試與分析的手段，驗證本發(fā)明所提出基于粘結(jié)栓釘群的鋼纖維混凝土組合鋼橋面板的有效性和合理性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的典型病害,提供一種新型栓釘連接組件，通過在橋面板蓋板上粘結(jié)新型栓釘連接組件，然后現(xiàn)澆超高性能鋼纖維混凝土，從而實現(xiàn)橋面板蓋板與超高性能鋼纖維混凝土現(xiàn)澆層的理想組合效應(yīng)的鋼橋面板，可提高結(jié)構(gòu)局部剛度，降低疲勞細節(jié)處的應(yīng)力幅，實現(xiàn)正交異性鋼橋面板的長壽命設(shè)計。

解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是具有以下步驟：

s1、對鋼橋面板蓋板采用高壓氣槍進行清理、噴丸處理；

s2、在鋼橋面板蓋板上粘結(jié)栓釘連接組件；

s3、在粘結(jié)栓釘群的鋼橋面板蓋板上現(xiàn)澆超高性能鋼纖維混凝土；

上述的栓釘連接組件為在底板上垂直設(shè)置有至少一個栓釘連接件，所述的栓釘連接件為：第一加勁板和第二加勁板之間設(shè)置有栓釘，第一加勁板和第二加勁板關(guān)于栓釘中心對稱，第一加勁板和第二加勁板上加工有通孔；底板是截面形狀為矩形的鋼板，矩形邊長為140～200mm×140～200mm，第一加勁板為直角梯形鋼板，直角梯形的直角邊與栓釘連接，第二加勁板與第一加勁板的結(jié)構(gòu)相同。

本發(fā)明的栓釘連接組件為在底板上垂直設(shè)置有兩個栓釘連接件，相鄰栓釘連接件之間的距離為150mm～250mm。

本發(fā)明的栓釘連接組件為在底板上垂直設(shè)置有四個栓釘連接件，四個栓釘連接件的中心線的連線為正方形，相鄰栓釘連接件之間的距離為150mm～250mm。

本發(fā)明的栓釘連接組件為在底板上垂直設(shè)置有六個栓釘連接件，六個栓釘連接件的中心線的連線為矩形，相鄰栓釘連接件之間的距離為150mm～250mm。

本發(fā)明的栓釘連接組件通過環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)在鋼橋面板蓋板上。

本發(fā)明的環(huán)氧樹脂膠的厚度為2～4mm。

本發(fā)明的纖維混凝土鋪裝層，設(shè)計抗壓強度為120mpa～150mpa，抗拉彈性極限強度為約6mpa～8mpa，彈性模量為35～45gpa。

本發(fā)明在1m³的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料制成：

上述質(zhì)量配比中，水泥是型號為po425水泥；硅灰的顆粒分布范圍為0.1～0.15μm，比表面積為15～27m²/g；標準砂或河砂的最大粒徑均小于0.8mm；鋼纖維是表面鍍銅的鋼纖維，長為13mm、直徑為0.16mm，減水劑的型號為西卡減水劑，包含2種組分，a組分為西卡3301c型高效減水劑，b組分為西卡微珠粉，a組分與b組分配合使用；

上述的超高性能鋼纖維混凝土制備方法為：

1)按配合比稱取各干粉類材料，依次將水泥、砂、硅灰、減水劑b組分加入強制式攪拌機內(nèi)，干拌5分鐘，拌合均勻，制備成干料。

2)依次將二分之一的減水劑a組分、水加入干料內(nèi)進行攪拌，均速攪拌5～8分鐘。

3)將剩余的二分之一的減水劑a組分與水加入干料內(nèi)進行攪拌，均速攪拌5～8分鐘，攪拌均勻。

4)繼續(xù)均速攪拌，分3～5次加入鋼纖維，持續(xù)攪拌至鋼纖維均勻分布，停止攪拌。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

(1)采用超高性能鋼纖維混凝土組合層替代傳統(tǒng)混凝土鋪裝層，顯著改善了鋪裝層受力性能、延長了其使用壽命。從強度角度，超高性能鋼纖維混凝土鋪裝層抗壓強度高、且具有抗拉強度，提高了直接承受車輛荷載的橋面系的耐久性和使用壽命；從受力角度，采用新型栓釘連接組件將鋼橋面板與鋪裝層組合起來共同受力，可以滿足正交異性鋼橋面復(fù)雜的正、負彎矩區(qū)受力要求，同時超高性能鋼纖維混凝土流動性強，施工方便，不需要振搗，養(yǎng)護方便；在耐久性方面，超高性能鋼纖維混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)密實性高，具有更優(yōu)越的防水、防腐蝕、耐磨耗性能。

(2)根據(jù)正交異性鋼橋面板的受力，進行栓釘群連接組件布置。該組合設(shè)計方法不僅具有優(yōu)越的組合效果，保證超高性能鋼纖維混凝土鋪裝層與蓋板的共同受力，而且本發(fā)明提出的新型栓釘連接組件組沒有方向性要求、施工方便快捷、成本低、容易控制施工質(zhì)量。

(3)采用粘貼新型栓釘連接組件實現(xiàn)超高性能鋼纖維混凝土與橋面板蓋板的組合設(shè)計，可有效提高正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)的受力性能。首先，采用超高性能鋼纖維混凝土鋪裝層的組合設(shè)計不僅可以降低鋪裝層厚度，而且可以降低橋面板蓋板的厚度，在保證結(jié)構(gòu)受力要求的前提下降低結(jié)構(gòu)自重。其次，采用粘貼栓釘連接組件的組合設(shè)計方法避免了傳統(tǒng)焊接連接引入的焊接疲勞細節(jié)，保證了結(jié)構(gòu)耐久性。再次，超高性能鋼纖維混凝土組合層與橋面板蓋板共同受力，可有效提高結(jié)構(gòu)剛度、降低疲勞應(yīng)力幅值尤其是蓋板處、提高結(jié)構(gòu)使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中栓釘連接組件2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是栓釘連接組件2-2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是實施例4齡期為28天的拉伸荷載‐變形曲線。

圖5是實施例4齡期為28天的拉伸試件斷口的照片。

圖6是栓釘連接組件2有兩個栓釘連接件2-2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是栓釘連接組件2有四個栓釘連接件2-2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、鋼橋面板蓋板；2、栓釘連接組件；3、纖維混凝土澆筑層；2-1、底板；2-1、栓釘連接件；2-1-1、栓釘；2-2-2、第一加勁板；2-2-3、第二加勁板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。

實施例1

在圖1、2、3中，本發(fā)明基于粘結(jié)栓釘群的鋼纖維混凝土組合鋼橋面板,具有以下步驟：

s1、對鋼橋面板蓋板1采用高壓氣槍進行清理、噴丸處理；

s2、在鋼橋面板蓋板1上粘結(jié)栓釘連接組件2；本實施例采用環(huán)氧樹脂膠將栓釘連接組件2粘貼在鋼橋面板蓋板1上，所述的環(huán)氧樹脂膠的厚度為2～4mm。進一步地，本實施例采用西卡30進行栓釘連接組件粘結(jié)，在強度方面，該粘結(jié)組合層不僅可滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，而且具有高抗磨損和抗振動性能；在耐久性方面，該環(huán)氧樹脂膠固化后無收縮，具有良好的耐溫性，且在長期荷載下抗蠕變性高；在施工可行性方面，該環(huán)氧樹脂膠容易混合和施工，可用于輕微潮濕的混凝土表面，具有足夠的粘稠度；

s3、在栓釘連接組件的鋼橋面板蓋板1和栓釘連接組件1上現(xiàn)澆纖維混凝土鋪裝層3；本發(fā)明涉及的超高性能鋼纖維混凝土鋪裝層3，設(shè)計抗壓強度為120mpa～150mpa，抗拉彈性極限強度為約6mpa～8mpa，彈性模量為35～45gpa，與傳統(tǒng)混凝土鋪裝層相比，本發(fā)明的纖維混凝土具有抗壓強度高、抗拉強度高、流動性強、自密實等優(yōu)點，這些優(yōu)越的材料特性與栓釘連接組件2可以良好匹配，實現(xiàn)理想的組合效應(yīng)。

上述的栓釘連接組件2為在底板2-1上垂直設(shè)置有至少一個栓釘連接件2-2，所述的栓釘連接件2-2為：第一加勁板2-2-2和第二加勁板2-2-3之間設(shè)置有栓釘2-2-1，第一加勁板2-2-2和第二加勁板2-2-3關(guān)于栓釘2-2-1中心對稱，第一加勁板2-2-2和第二加勁板2-2-3上加工有通孔；底板2-1是截面形狀為矩形的鋼板，矩形邊長尺寸為140～200mm，第一加勁板2-2-2為直角梯形鋼板，直角梯形的直角邊與栓釘2-2-1連接，第二加勁板2-2-3與第一加勁板2-2-2的結(jié)構(gòu)相同。

本實施例1m³的超高性能鋼纖維混凝土的配合比如下：

上述的水泥是型號為po425水泥；硅灰的顆粒分布范圍為0.1～0.15μm，比表面積為15-27m²/g；河砂的最大粒徑均小于0.5mm；鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm；減水劑的型號為西卡減水劑，包含2種組分，a組分為西卡3301c型高效減水劑，b組分為西卡微珠粉，a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果。

發(fā)明人采用本發(fā)明實施例1制備的超高性能鋼纖維混凝土進行了抗壓強度測試、抗拉強度測試，各種實驗情況如下：

1、抗壓強度測試

制備成長×寬×高為150mm×150mm×150mm的立方體試件1組、每組3個,制備長×寬×高為300mm×150mm×150mm的棱柱體試件1組、每組3個，在環(huán)境溫度20℃條件下覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生。采用萬能壓力機，按照《混凝土強度檢驗評定標準》(gb50107-2010)的抗壓強度測試方法，按照萬能壓力機的操作方法，測試試件28天齡期時的抗壓強度。試驗結(jié)果表明：3個立方體試件的平均軸心抗壓強度為108.6mpa；3個棱柱體試件的平均軸心抗壓強度為101.6mpa。

2、拉伸試驗

制備成長×寬×厚為450mm×130mm×30mm的試件1組，每組3個，在環(huán)境溫度20℃條件下覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生28天。采用ans電子拉力試驗機測試試件的抗拉強度。試驗前將導(dǎo)桿引申儀、應(yīng)變片布置在試件的測試標距段內(nèi)。按儀器的操作方法對試件進行拉伸試驗，試驗前、試驗后的照片如圖4、圖5。試驗結(jié)果表明，3個試件的平均抗拉極限強度為9.04mpa。

實施例2

在圖6中，本實施例的栓釘連接組件2為在底板2-1上垂直設(shè)置有兩個栓釘連接件2-2，相鄰栓釘連接件2-2之間的距離為150mm～250mmmm，其余各零部件以及零部件的連接關(guān)系與實施例1相同。

實施例3

在圖7中，本實施例的栓釘連接組件2為在底板2-1上垂直設(shè)置有四個栓釘連接件2-2，四個栓釘連接件2-2的中心線的連線為正方形，相鄰栓釘連接件2-2之間的距離為150mm～250mm，其余各零部件以及零部件的連接關(guān)系與實施例1相同。

實施例4

本實施例的栓釘連接組件2為在底板2-1上垂直設(shè)置有六個栓釘連接件2-2，六個栓釘連接件2-2的中心線的連線為矩形，相鄰栓釘連接件2-2之間的距離為150mm～250mm，其余各零部件以及零部件的連接關(guān)系與實施例1相同。

實施例5

本實施例以1m³的超高性能鋼纖維混凝土為例，在1m³的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料成：

上述的水泥是型號為po425水泥；硅灰的顆粒分布范圍為0.1～0.15μm，比表面積為15-27m²/g；標準砂的最大粒徑均小于0.5mm；鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm；減水劑的型號為西卡減水劑，包含2種組分，a組分為西卡3301c型高效減水劑，b組分為西卡微珠粉，a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果；水為自來水。

其制備方法與實施例1相同。

實施例6

在上述實施例1中，本實施例以1m³的超高性能鋼纖維混凝土為例，在1m³的超高性能鋼纖維混凝土中由下述質(zhì)量配比的材料成：

上述的水泥是型號為po425水泥；硅灰的顆粒分布范圍為0.1～0.15μm，比表面積為15～27m²/g；標準砂的最大粒徑均小于0.5mm；鋼纖維為表面鍍銅的鋼纖維的長為13mm、直徑為0.16mm；減水劑的型號為西卡減水劑，包含2種組分，a組分為西卡3301c型高效減水劑，b組分為西卡微珠粉，a與b兩種組分配合使用可提高減水劑效果。

其制備方法與實施例1相同。

本發(fā)明可用于采用鋼橋面板的橋梁結(jié)構(gòu)，與采用傳統(tǒng)混凝土鋪裝的鋼橋面板相比，采用本發(fā)明中基于粘結(jié)栓釘群的鋼纖維混凝土組合鋼橋面板，在設(shè)計上有以下區(qū)別：(1)傳統(tǒng)設(shè)計中，往往采用厚度35mm～80mm的混凝土鋪裝層或瀝青混合料鋪裝。采用本發(fā)明提出的基于粘結(jié)栓釘群的鋼纖維混凝土組合鋼橋面板時，由于鋼橋面板與鋪裝層的組合設(shè)計、超高性能鋼纖維混凝土層的受力優(yōu)勢，可采用30mm～40mm厚的超高性能鋼纖維混凝土鋪裝層替換傳統(tǒng)鋪裝層，達到提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命且同時降低結(jié)構(gòu)自重的目的；(2)采用本發(fā)明提出的基于粘結(jié)栓釘群的鋼纖維混凝土組合鋼橋面板時，可降低傳統(tǒng)設(shè)計方案中的鋼橋面板的蓋板厚度，降低了用鋼量，減輕了結(jié)構(gòu)自重；(3)本發(fā)明的設(shè)計方法含傳統(tǒng)設(shè)計中未采用的粘結(jié)栓釘群施工，以實現(xiàn)組合效應(yīng)；(4)超高性能鋼纖維混凝土的拌合方法與普通混凝土拌合方法有顯著區(qū)別，應(yīng)按照本發(fā)明提出的超高性能鋼纖維混凝土拌合方法進行施工；由于正交異性鋼橋面板橋梁受力復(fù)雜，因此本發(fā)明中所采用的栓釘連接組可根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)受力部位的不同，選用不同形式的栓釘連接組。

本發(fā)明的設(shè)計方法還可用于加固帶疲勞裂紋的正交異性鋼橋面板橋梁結(jié)構(gòu)，鋼橋面板直接承受車輪荷載的反復(fù)作用，各部位的應(yīng)力影響線較短，車輛荷載引起的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多。縱肋、橫梁、橫隔板焊接到橋面板上，焊接殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中影響大，且焊接質(zhì)量不易保證，容易產(chǎn)生疲勞裂紋。采用本發(fā)明的設(shè)計方法，對既有帶疲勞損傷結(jié)構(gòu)進行加固可作為保證結(jié)構(gòu)安全運營的重要手段，(1)檢測確定疲勞裂紋的位置，然后分析確定需要加固的區(qū)域；(2)清除原有鋪裝層，露出疲勞裂紋，對該疲勞裂紋進行補強；(3)根據(jù)所需加固范圍的面積和受力，粘結(jié)本發(fā)明所提出的新型栓釘連接組，具體采用的栓釘連接組的形式應(yīng)根據(jù)橋梁具體情況進行選擇；(4)現(xiàn)澆鋪裝層。該加固方法，不僅對既有疲勞裂紋進行修補，而且顯著提高了加固后結(jié)構(gòu)的承載能力，避免或推遲了疲勞裂紋的再次萌生和擴展，提高了結(jié)構(gòu)的使用壽命。