[发明专利]采用超高性能混凝土填料的空心板梁桥结构及施工方法

说明书

本发明涉及采用超高性能混凝土填料的空心板梁桥结构及施工方法，该结构包括多片并排放置的空心板梁(2)和连接多片空心板梁(2)的铰缝(1)，所述铰缝(1)沿空心板梁(2)的长度方向设置，包括上下依次连接的倾斜区段(8)和竖直区段(9)，所述倾斜区段(8)采用超高性能混凝土填料填充，所述竖直区段(9)无填充。与现有技术相比，本发明克服了传统空心板梁铰缝形式存在的结构质量或受力模式的局限性，保障了铰缝区域的剪力传递，并以优异的抗开裂性和抗渗水性提高了空心板梁在寿命周期内的横向连接性能和整体受力性能，保证了桥梁施工场地及其下部区域的环境整洁，提高了环境友好程度。

技术领域

本发明涉及属于桥梁工程设计与施工技术领域，具体涉及采用超高性能混凝土填料的空心板梁桥结构及施工方法。

背景技术

空心板梁桥是我国桥梁工程建设中常用的一种桥梁结构，广泛地使用与城市桥梁与公路桥梁的实际应用中。我国在采用空心板梁这一结构形式的初期(约20世纪80年代前)，空心板梁铰缝的形式多为“小铰缝”，即浅铰缝构造。在当时混凝土材料力学性能和耐久性能的背景下，这种铰缝构造尺寸小、断面窄、缝内无拉筋，导致两块空心板梁之间的横向联系较为薄弱。另一方面，由于浅铰缝上口的预留尺寸较小，在现场浇筑时无法采用振捣方式实现混凝土骨料的均匀分布，仅能插捣铰缝花瓶口以上的混凝土填料，严重影响了铰缝混凝土的浇筑质量。

针对浅铰缝不易振捣、铰缝混凝土质量难以有效保证的问题，20世纪90年代以后，工程界在建设装配式空心板梁时大多改用“大铰缝”，即深铰缝构造。这一构造加大了铰缝的断面面积，便于混凝土的充分振捣，从而保障了铰缝区域混凝土的浇筑质量。然而，在装配式空心板梁桥中采用深铰缝仍存在不可忽视的问题。一方面，在深铰缝的设计与施工中往往不配置铰缝钢筋或仅配置少量抗剪钢筋，导致铰缝区域在车辆荷载作用下的抗力不足；另一方面，传统铰接板理论的基本假定是铰缝在纵桥方向可绕板梁转动，但采用深铰缝后，随着铰缝区域面积的增大，自由转动受到约束，铰缝横向弯曲刚度提高，其传递的横向弯矩不可忽略，而铰缝区域的配筋仍基于剪力传递的计算模式，导致深铰缝在车辆荷载作用下出现较大的弯曲应力，使铰缝区域出现早期弯曲裂缝，进而导致空心板梁桥的横向连接性能下降，对结构的整体性和耐久性产生不利影响。

目前，桥梁工程从业人员已意识到空心板梁深铰缝的上述局限性，主要尝试从铰缝钢筋、填充材料、铰缝形式等方面提升深铰缝的受力性能，在一定程度上优化了深铰缝的受力性能，解决了空心板梁桥服役过程中深铰缝处存在的部分问题，但应当指出：其中一部分方法仍无法很好地解决铰缝区域早期劣化导致的一系列后续问题(如顶板开裂、桥面渗水、单板受力等)，而另一部分方法采用构造复杂、施工工序繁多、控制难度增大，也不利于装配式空心板梁桥快速施工的推进。

针对装配式空心板梁桥横向连接的优化与提升已出现瓶颈，传统的铰缝设计及后续的相关变式无法同时满足现代化桥梁受力性能、施工性能、耐久性能的要求。近年来，土木工程材料领域取得了突破性的进展，尤其是关于超高性能混凝土开展了深入的研究，但在这一材料的应用模式方面仍出于初步探索阶段。采用超高性能混凝土后空心板梁铰缝构造设计特点的调整及针对性的辅助支架，成为进一步提高铰缝服役性能和结构耐久性能的关键环节。

专利CN108951418A公开了一种预制装配式空心板梁的铰缝构造，包括第一预制空心板梁和第二预制空心板梁，第一预制空心板梁和第二预制空心板梁之间通过铰缝连接；第一预制空心板梁内设有第一弯折钢筋，第一弯折钢筋从第一预制空心板梁的下缘伸出进入铰缝内向上弯折；第二预制空心板梁内设有第二弯折钢筋，第二弯折钢筋从第二预制空心板梁的下缘伸出进入铰缝内向上弯折，第一弯折钢筋和第二弯折钢筋位于铰缝内的部分形成闭合的箍筋。该铰缝构造的铰缝内需要设置钢筋，且除了钢筋以外的铰缝区域全部采用混凝土进行填充，会出现深铰缝受力状态与计算假定不匹配的情况，且混凝土使用量巨大，不易于环境友好。

发明内容