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(zhǎng)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國(guó)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(yán)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(shí)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(fèi)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(guó)學(xué)者致力于解決的重要工程難題。

本發(fā)明針對(duì)正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)疲勞細(xì)節(jié)數(shù)量多、耐久性不足、檢測(cè)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(qiáng)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(jì)方法。該方法避免了傳統(tǒng)焊接連接件引入的疲勞細(xì)節(jié)、通過組合設(shè)計(jì)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?，該發(fā)明所提出的設(shè)計(jì)方法是實(shí)現(xiàn)正交異性橋面板長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)的有效方法，也是該領(lǐng)域加固方式中最為經(jīng)濟(jì)有效的設(shè)計(jì)方法之一。

目前在已獲準(zhǔn)和已受理的專利以及國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中還未發(fā)現(xiàn)本申請(qǐng)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(duì)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(yàn)測(cè)試與分析的手段，驗(yàn)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(shí)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(shí)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(xì)節(jié)處的應(yīng)力幅，實(shí)現(xiàn)正交異性鋼橋面板的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)。

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(duì)鋼橋面板蓋板采用高壓氣槍進(jìn)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(gè)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(duì)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(zhǎng)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(gè)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(gè)栓釘連接件，四個(gè)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(gè)栓釘連接件，六個(gè)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(jì)抗壓強(qiáng)度為120mpa～150mpa，抗拉彈性極限強(qiáng)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(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)為13mm、直徑為0.16mm，減水劑的型號(hào)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(qiáng)制式攪拌機(jī)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(jìn)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(jìn)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(duì)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(zhǎng)了其使用壽命。從強(qiáng)度角度，超高性能鋼纖維混凝土鋪裝層抗壓強(qiáng)度高、且具有抗拉強(qiáng)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(lái)共同受力，可以滿足正交異性鋼橋面復(fù)雜的正、負(fù)彎矩區(qū)受力要求，同時(shí)超高性能鋼纖維混凝土流動(dòng)性強(qiáng)，施工方便，不需要振搗，養(yǎng)護(hù)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(shí)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(jìn)行栓釘群連接組件布置。該組合設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)超高性能鋼纖維混凝土與橋面板蓋板的組合設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)方法避免了傳統(tǒng)焊接連接引入的焊接疲勞細(xì)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(gè)實(shí)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(shí)施例4齡期為28天的拉伸荷載‐變形曲線。

圖5是實(shí)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(gè)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(gè)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。

實(shí)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(duì)鋼橋面板蓋板1采用高壓氣槍進(jìn)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(shí)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(jìn)一步地，本實(shí)施例采用西卡30進(jìn)行栓釘連接組件粘結(jié)，在強(qiáng)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(dòng)性能；在耐久性方面，該環(huán)氧樹脂膠固化后無(wú)收縮，具有良好的耐溫性，且在長(zhǎng)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(jì)抗壓強(qiáng)度為120mpa～150mpa，抗拉彈性極限強(qiáng)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(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度高、流動(dòng)性強(qiáng)、自密實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(gè)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(duì)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(zhǎng)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(shí)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(hào)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(zhǎng)為13mm、直徑為0.16mm；減水劑的型號(hào)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(shí)施例1制備的超高性能鋼纖維混凝土進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度測(cè)試、抗拉強(qiáng)度測(cè)試，各種實(shí)驗(yàn)情況如下：

1、抗壓強(qiáng)度測(cè)試

制備成長(zhǎng)×寬×高為150mm×150mm×150mm的立方體試件1組、每組3個(gè),制備長(zhǎng)×寬×高為300mm×150mm×150mm的棱柱體試件1組、每組3個(gè)，在環(huán)境溫度20℃條件下覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生。采用萬(wàn)能壓力機(jī)，按照《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(gb50107-2010)的抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法，按照萬(wàn)能壓力機(jī)的操作方法，測(cè)試試件28天齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：3個(gè)立方體試件的平均軸心抗壓強(qiáng)度為108.6mpa；3個(gè)棱柱體試件的平均軸心抗壓強(qiáng)度為101.6mpa。

2、拉伸試驗(yàn)

制備成長(zhǎng)×寬×厚為450mm×130mm×30mm的試件1組，每組3個(gè)，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(yàn)機(jī)測(cè)試試件的抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)前將導(dǎo)桿引申儀、應(yīng)變片布置在試件的測(cè)試標(biāo)距段內(nèi)。按儀器的操作方法對(duì)試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)前、試驗(yàn)后的照片如圖4、圖5。試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)試件的平均抗拉極限強(qiáng)度為9.04mpa。

實(shí)施例2

在圖6中，本實(shí)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(gè)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(shí)施例1相同。

實(shí)施例3

在圖7中，本實(shí)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(gè)栓釘連接件2-2，四個(gè)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(shí)施例1相同。

實(shí)施例4

本實(shí)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(gè)栓釘連接件2-2，六個(gè)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(shí)施例1相同。

實(shí)施例5

本實(shí)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(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)為13mm、直徑為0.16mm；減水劑的型號(hào)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(lái)水。

其制備方法與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例6

在上述實(shí)施例1中，本實(shí)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(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)為13mm、直徑為0.16mm；減水劑的型號(hào)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(shí)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(jì)上有以下區(qū)別：(1)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往采用厚度35mm～80mm的混凝土鋪裝層或?yàn)r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(shí)，由于鋼橋面板與鋪裝層的組合設(shè)計(jì)、超高性能鋼纖維混凝土層的受力優(yōu)勢(shì)，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(dá)到提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命且同時(shí)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(shí)，可降低傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)方法含傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中未采用的粘結(jié)栓釘群施工，以實(shí)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(jìn)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(jì)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?？v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(jì)方法，對(duì)既有帶疲勞損傷結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固可作為保證結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營(yíng)的重要手段，(1)檢測(cè)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(duì)該疲勞裂紋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；(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(jìn)行選擇；(4)現(xiàn)澆鋪裝層。該加固方法，不僅對(duì)既有疲勞裂紋進(jìn)行修補(bǔ)，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(kuò)展，提高了結(jié)構(gòu)的使用壽命。