[发明专利]装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型装配式组合结构，涉及预制混凝土桥面板与预制RPC梁、钢梁形成的混合结构形式以及其连接方式。

背景技术

钢筋混凝土结构已成为当今世界土木工程中最主要的结构形式，然而世界各国(包括我国)都有大量服役的普通钢筋混凝土连续桥梁存在许多严重的裂缝，直接地危及桥梁结构的安全性，虽然高性能混凝土在突飞猛进的发展，但是混凝土施工阶段出现的裂缝问题却有增无减的发生，这些裂缝快的在浇筑后数小时就出现，有的则在拆模后发现，在养护中发展，以后继续发展并且慢慢趋于稳定。同时，在桥梁运营后，不少混凝土梁出现了比较严重的开裂，典型裂缝是在边跨、跨中底板及支座附近腹板斜裂缝，超出设计许可的结构裂缝对箱梁桥耐久性和运营安全构成了威胁。除此之外，钢筋混凝土结构自重大，如中等跨度预应力混凝土梁式桥中，恒载作用效应将占结构总作用效应的60％以上，钢筋混凝土梁桥的跨径受到了严重的限制。

随后，钢-混凝土组合结构出现并受到广泛的应用，相对于钢筋混凝土结构，组合结构有很多的优点，比如上部结构高度较低、自重较轻、地震作用较小、施工费用低、施工速度快等等。钢-混凝土组合结构桥梁发展日渐成熟，对于适用于较大跨径的连续组合梁桥，跨中正弯矩区上部混凝土桥面板受压、下部的钢梁受拉，将钢材和混凝土具有各自不同的性能完美地组合在一起共同作用，能综合传统钢筋混凝土结构和钢结构的优势，但对于支点附近的负弯矩区，由于混凝土桥面板受拉、下部的钢梁受压，其受力较为不利，即负弯矩区钢梁的受压稳定性较差以及混凝土桥面板开裂成为钢-混凝土组合结构的主要病害，且随着时间的推移，负弯矩区可能出现以下两种情况：

(1)组合梁桥混凝土桥面板中产生的拉应力导致桥面开裂，影响结构的耐久性和使用性能，同时降低组合截面的轴向刚度和抗弯刚度。

(2)钢梁下翼缘受压导致局部失稳，由于部分钢板屈曲后退出工作，使构件的有效截面减小，会加速构件整体失稳而丧失承载能力。

从经济上来说，桥面板开裂造成桥面板的维护和更换费用十分巨大；更重要的是桥体失稳导致整体或部分桥梁坍塌不仅会造成长时间的交通中断，而且所产生的社会影响和经济损失更是无法估计。

对此，提出一种新型材料活性粉末混凝土(RPC)和一种装配式的混合结构，即将RPC预制成梁段替代负弯矩范围内混凝土梁段，而正弯矩区采用预制的钢梁段，在钢梁与RPC梁上铺设预制的混凝土面板，这三种不同材料预制成型采用装配的方式形成混合结构。这样能充分发挥钢材和RPC材料轻质、高强、耐久等优点，例如减轻结构自重，增大结构跨径，降低工程建设和使用的综合造价，同时能显著改善钢梁下翼缘受压稳定性能和混凝土桥面板以及负弯矩区混凝土的开裂，避免用厚钢板带来的施工操作困难等问题。20世纪90年代后，国外已有RPC材料应用于桥梁中，取得了较好的经济和社会效益。

但RPC材料存在以下不足：①由于RPC制作需要在热养护的条件下，所以现浇难度较大，只能采用工厂预制；②预制RPC梁段之间的连接方式，若采用普通混凝土湿接缝连接，造成连接段提前开裂，结构整体性差。因此开发受力合理，施工方便，连接可靠的RPC梁间连接方式是非常必要的。同时装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构的合理构造形式、连接方式、基本受力性能的开发和研究还未见诸各文献，严重制约了此类结构的广泛应用。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提出一种新型的RPC材料与钢、混凝土组合的合理结构形式和连接方式。本发明提出的技术方案为：一种装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构及连接方式；梁的负弯矩区采用预制的RPC梁段，正弯矩区采用预制的钢梁段，在预制桥面板上预留孔洞与钢梁栓钉连接以及与RPC梁预埋螺栓连接；钢梁段与RPC梁段连接处：钢梁端腹板与外套钢板焊接，RPC梁与外套槽型钢板采用高强螺栓固定连接，而钢梁和RPC梁连接段上下端翼缘板采用搭接钢板和高强螺栓连接；同时RPC梁段上的预制混凝土面板里设置纵向预应力筋，三者形成整体共同受力。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，可以解决混凝土梁开裂和负弯矩区钢梁失稳问题，同时极大地提高结构的跨越能力。

2、本发明的装配式RPC-钢-混凝土混合梁结构，RPC梁、钢梁以及混凝土面板均可在工厂预制，现场直接拼接成型，施工方便快捷。