[发明专利]适用于悬臂状态的型钢-UHPC组合桥面结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种适用于悬臂状态的型钢‑UHPC组合桥面结构及其施工方法，型钢‑UHPC轻型组合桥面板主要由型钢、焊有短栓钉的钢板条以及UHPC板组合而成，型钢作为纵肋沿横桥向间隔布置，钢板条沿顺桥向间隔布置在型钢上翼缘板上；纵、横向接缝构造均为T型接缝。本发明采用成品型钢，造价低，焊接量很少，极大地降低了疲劳开裂的风险，同时具有更高的抗弯惯性矩，降低了桥面板的开裂风险，增强了桥面板底面横向的抗拉能力，将纵向接缝处UHPC由受拉转换为受压，使得桥面板在横向悬臂状态不需配置预应力即可保证运营阶段不开裂，同时还可避免在高拉应力区出现断裂，避免出现收缩裂缝，减轻了桥面板自重，操作简单，易于施工。

技术领域

本发明属于桥梁构件及其施工技术领域，特别是一种悬臂状态的型钢-UHPC组合桥面结构及其施工方法。

背景技术

传统钢-混凝土组合梁由于其受力合理，充分利用钢受拉、混凝土受压的优势，使得其组合后的性能要优于两种材料性能简单的叠加，从而具有良好的技术和经济效益。但随着桥梁跨径的增大，当钢-混凝土组合梁应用于连续体系桥梁和大跨柔性体系桥梁时，其负弯矩区内面临着上缘混凝土出现受拉开裂的风险，而常规抗裂措施的效果又不甚理想。

传统组合梁斜拉桥中由于混凝土桥面板要承担来自斜拉索的水平分力，故其平均厚度较厚，一般大于26cm，导致桥面板占主梁总重量的比值较大，往往在70％以上，过重的主梁是限制桥梁跨径上限的主要因素，使得钢-混凝土连续体系梁桥的跨径超过110m时不经济，组合梁斜拉桥经济跨径上限为600m，对于悬索桥，由于加劲梁自重完全由主缆系统承担，而传统组合梁的那个约为钢梁的两倍，因此采用组合梁并不经济。国内外大量工程实践表明，钢-混凝土组合梁桥普遍存在着主梁自重过大和混凝土桥面板易开裂的难题，长期困扰工程界，成为制约传统钢-混凝土组合梁进一步发展的主要技术瓶颈。

传统钢-混凝土组合梁中存在上述难题的根本性原因是普通混凝土材料本身的力学性能的限制，普通混凝土材料抗压强度有限、抗拉强度偏低、收缩、徐变效应及温度作用下极易产生约束拉应力，致使传统钢-混凝土组合梁混凝土桥面板厚度较大、自重大、运营过程中存在开裂风险，从而限制了其发展。

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，UHPC，以下简称UHPC)具有优良的力学性能，具有较高的弹性模量和抗压、抗拉强度，同时又具有优异的抗裂性能，且经高温蒸汽养护后其后期收缩为零，徐变系数大幅降低，只有0.2，使得其徐变变形很小，基本消除了负弯矩区混凝土桥面板的开裂风险。其出现使桥梁建筑结构的发展趋向于大跨化、轻型化。然而，由于UHPC造价较高，采用较厚的板厚不能充分利用UHPC的经济优势，且实际桥梁结构中，桥面板纵横向的受力是不同的，一般以一个方向为主(一般为纵向)，而只采用平板型纯UHPC板作桥面板势必会造成一个方向的富余度过大，造成材料浪费，经济性偏差。

对于钢主梁支撑条件在中间区域时(如南京五桥的斜拉索35布置在主梁中间区域，如图1所示)，钢主梁36横向呈悬臂状态，此时桥面板横向受拉，再加上恒载+活载的影响，其横向拉应力势必较高，为确保桥面板在此横向拉应力作用下不出现肉眼可见裂缝(即最大裂缝宽度不超过0.05mm)，传统做法为设置横向预应力。但为布置预应力筋，桥面板截面尺寸较大。所以宜优化桥面板结构，使得其在不配置横向预应力的情况下仍能满足不出现肉眼可见裂缝的要求。

同时由于接缝处新老UHPC交界面处钢纤维不连续，其抗拉强度降低，若采用传统的竖直平面接缝，则很容易因界面薄弱且接缝处拉应力较高出现开裂，因此，对于钢-UHPC组合梁的桥面板，宜优化接缝处构造，降低接缝的开裂风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种结构简单、便于施工的适用于悬臂状态的型钢-UHPC组合桥面板结构，大幅度降低桥面板的自重，增大组合梁的跨越能力，同时降低桥面板在不配置横向预应力的情况下的开裂风险。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：