[发明专利]一种钢板托-斜钉组合式界面连接钢-UHPC薄板组合结构体系

说明书

本发明公开一种钢板托‑斜钉组合式界面连接钢‑UHPC薄板组合结构体系，采用超高性能混凝土（UHPC）制成超薄的桥面板，能够降低结构自重，增强结构跨越能力；同时在界面处采用含板托的附有斜钉的组合式连接件进行界面连接时，可以发挥钢板作为刚性连接件和栓钉作为柔性连接件的综合优势，使其在正常使用阶段利用钢板板托的刚性连接，减小界面滑移量，在极限状态时，采用栓钉柔性连接件特点，弥补钢板托作为刚性连接件延性不足的缺陷。在UHPC板中，短斜钉的交错布置可以形成UHPC板的加劲桁架腹杆，提高UHPC板的刚度，从而增强组合截面的整体刚度。

技术领域

本发明属于土木工程领域中的组合结构领域，具体涉及一种由钢梁和超薄UHPC桥面板组成的组合桥梁结构体系及与之相关的界面连接技术。

背景技术

传统钢混组合结构主要将钢梁与普通混凝土桥面板通过栓钉等剪力连接件形成组合截面共同受力。相对于钢桥结构体系，组合结构桥梁能够降低结构造价，而相对于混凝土桥梁，组合结构桥梁又能有效降低结构自重。因此该结构体系充分发挥了钢结构与混凝土结构在施工性能和力学性能方面的优势，同时又具备良好的经济性。但国内外学者的研究表明：普通钢混组合桥梁结构由于其混凝土桥面板自重大，限制了结构的跨越能力。而且上部结构的较大自重将导致下部结构的建设费用较高，进一步约束了组合结构的适用性。同时普通混凝土桥面板由于抗拉强度低等特性使得结构存在易开裂等问题，影响结构的耐久性等。

为解决普通混凝土桥面板易发生开裂等问题，目前工程中应用的最广泛的技术手段是采用预应力技术施加一定的压应力储备，这些措施虽然在一定程度上能够对开裂问题等加以限制，但其增加了施工成本和难度，且混凝土本身的收缩徐变也容易导致部分预应力损失。

针对普通钢混组合结构桥梁的桥面板自重较大等问题，目前工程中主要采用空心截面或施加一定水平预应力等减轻结构自重。虽然这些措施在一定程度上能够减轻结构自重，但同时使得施工过程复杂，不便于实施。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种钢板托-斜钉组合式界面连接钢-UHPC薄板组合结构体系，主要利用UHPC较高的抗压强度来减小受压区板厚，从而达到减轻结构自重的目的。同时在UHPC中配有混杂纤维，能够较大提高UHPC的抗拉强度，达到防止UHPC桥面板开裂的效果。在界面连接上，通过使用大直径短钉和钢板托相结合形成组合式剪力连接技术，使得钢板托与栓钉连接件在正常使用阶段和极限状态分别发挥作用，形成不同阶段刚-柔可控的组合结构新体系。既提高了组合结构的极限承载力，同时弥补了刚性连接件延性不足的缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种钢板托-斜钉组合式界面连接钢-UHPC薄板组合结构体系，包括钢梁、UHPC薄板、钢板托、短钉，所述钢板托为等腰梯形结构，多个钢板托的底面与钢梁连接，所述短钉垂直设置在钢板托两侧的斜面上，所述UHPC薄板设置在钢梁上方，钢板托与短钉的组合体均匀分布在UHPC薄板内部。

进一步的，所述的短钉采用直径为30mm的大直径栓钉，其栓钉高度与UHPC板厚相适应。

进一步的，所述的钢板托斜边长度根据栓钉直径和斜边倾角确定，而钢板纵向焊缝长度根据斜边长度和倾角确定，斜边最佳角度控制在30至60度为宜。

进一步的，所述的UHPC薄板需要采用掺入混杂纤维的UHPC进行制作，主要采用体积掺量分别为1%的平直钢纤维和1%的端部弯钩纤维。

进一步的，所述的50-80mm厚的UHPC薄板主要根据钢板板托厚度、栓钉倾角和栓钉高度的几何关系确定。

本发明的有益效果是：

1.该发明在界面处采用直径为30mm的大短钉连接，将其焊接于板托斜边上，增大了栓钉和板托界面抗剪强度，提高了栓钉和板托连接的整体性。