[发明专利]混凝土桥面板负弯矩区预应力UHPC抗弯加固结构及其设计和施工方法

说明书

本发明提供混凝土桥面板负弯矩区预应力UHPC抗弯加固结构，包括铺设于混凝土桥面板的预应力钢绞线、浇筑于混凝土桥面板并与预应力钢绞线粘结形成整体的UHPC加固层、预制UHPC锚固装置及预制钢‑UHPC转向装置，所述UHPC加固层采用速凝、减缩UHPC材料现浇而成，并配置增韧钢筋网，所述预制钢‑UHPC转向装置实现预应力钢绞线由混凝土桥面板上缘向混凝土桥面板下缘的方向转变，所述预应力钢绞线由所述预制UHPC锚固装置锚固在混凝土桥面板下缘。本发明提供的混凝土桥面板负弯矩区预应力UHPC抗弯加固结构，施工便捷、加固高效、耐久性良好。本发明还提供一种混凝土桥面板负弯矩区预应力UHPC抗弯加固结构的设计方法和施工方法。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种混凝土桥面板负弯矩区预应力UHPC抗弯加固结构及其设计和施工方法。

背景技术

我国公路桥梁由于环境侵蚀、材料性能老化、重/超载、混凝土强度低、施工质量差等原因已经出现了许多严重的病害。桥面板作为直接承受车轮荷载的重要构件，病害问题尤为突出。一方面，在负弯矩作用下，墩顶混凝土桥面板容易出现开裂、渗水、接缝破坏等病害。另一方面，在外部复杂环境因素下，开裂桥面板由于氯离子渗透、混凝土碳化、有害物质侵蚀等原因产生了耐久性问题。因此，为了保证桥梁结构的正常安全运营、并延长其耐久性和使用寿命，对负弯矩区桥面板进行加固维修十分必要。

混凝土桥梁传统抗弯加固方法有：①粘贴加固法(钢板、FRP片材)轻质高强、抗裂性好；但其耐高温和耐久性差，界面有机粘胶易老化而导致加固层剥离，同时应力滞后使得加固材料高强性能利用率较低。②预应力加固法能够充分发挥材料的高强性能、显著提升结构抗弯能力和刚度、加固效率高，但体外预应力锚固点应力集中，力筋存在耐久性和振动疲劳问题；预应力钢丝绳+砂浆法虽然部分解决了体外预应力加固存在的问题，但砂浆层抗拉能力有限，韧性较差，存在受弯开裂风险；而且砂浆与混凝土之间的粘接界面剂(有机物)在交替变化环境作用下会老化失效，造成砂浆层剥离、影响加固耐久性；③简支变连续加固法，利用内力重分布(增加支点负弯矩、降低跨中正弯矩)来改善桥梁受力，可有效提升桥梁荷载等级；但实践表明，简支变连续桥梁在运营过程中经常在墩顶负弯矩区(湿接缝结合面)出现横向裂缝，导致梁顶钢筋和预应力筋锈蚀甚至破坏、存在耐久性风险。

可见，常用混凝土桥梁抗弯加固方法虽然加固效率高、但其加固耐久性欠佳，且无法对混凝土桥面板漏水、钢筋锈蚀等耐久性病害提供有效防护，难以满足劣化混凝土桥梁耐久性加固改造的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有混凝土桥面加固技术的不足，提供一种施工便捷、加固高效、耐久性良好的预应力UHPC(超高性能混凝土，Ultra-High PerformanceConcrete，UHPC)抗弯加固结构及其设计和施工方法。

本发明的技术方案如下：

一种混凝土桥面板负弯矩区预应力UHPC抗弯加固结构，包括铺设于混凝土桥面板的预应力钢绞线、浇筑于混凝土桥面板并与预应力钢绞线粘结形成整体的UHPC加固层、预制UHPC锚固装置及预制钢-UHPC转向装置，所述UHPC加固层采用速凝、减缩UHPC材料现浇而成，并配置增韧钢筋网，所述预制钢-UHPC转向装置实现预应力钢绞线由混凝土桥面板上缘向混凝土桥面板下缘的方向转变，所述预应力钢绞线由所述预制UHPC锚固装置锚固在混凝土桥面板下缘。

进一步地，所述混凝土桥面板进行凿毛处理，并在凿毛表面植插桥面板植筋；在混凝土桥面板设计位置开设用于铺设预应力钢绞线的预应力钢绞线凹槽通道、用于安装预制钢-UHPC转向装置的转向装置安装凹槽和用于预应力钢绞线穿过桥面板的桥面板预应力钢绞线孔道，并在所述转向装置安装凹槽处钻设转向装置植筋孔，在预制UHPC锚固装置对应位置钻设锚固装置螺栓孔。

进一步地，所述预应力钢绞线按设计荷载计算进行配置，且所述UHPC加固层与混凝土桥面板通过新老混凝土粘结作用和桥面板植筋连接固定。