專利名稱：一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置及橋面連續方法
技術領域：
本發明涉及簡支梁橋的橋面連續裝置及橋面連續方法。
背景技術：
簡支梁橋是現代橋梁建設中使用最早、普及最廣泛的橋型之一，具有鮮明的特點。首先，它屬于單孔靜定結構，受カ簡單，施工方便，結構尺寸可以設計為各種標準跨徑的裝配式結構，有利于エ業化標準施工，可以采用大規模預制生產的方式提高橋梁建設效率。其次，簡支梁只有正彎矩，可以采用空心板梁、T梁、小箱梁等構造簡單的形式，它在溫度變化、混凝土收縮徐變以及張拉預應カ等情況下均不會在梁中產生次生應力。另外，簡支結構對于橋址的地質條件要求較低，可以適用于相對較差的地質條件。基于上述諸多優點，簡支梁橋廣泛分布在全國各個區域的公路以及城市道路中。但是，在修建多孔簡支梁橋時，需要在每個墩(臺)上設置伸縮縫裝置。隨著橋梁跨數的増加，橋面伸縮縫裝置的數量也不斷增多，不僅提高了橋梁的造價，而且會降低橋面的整體性，使得車輛在伸縮縫處出現跳車現象，對行車的速度、安全和舒適性都有很大的影響。另外，伸縮縫長期暴露在外，易損難修，而且破壞的伸縮縫又會引起額外的車輛沖擊現象，從而大大降低了橋梁的使用壽命。為了解決這些問題，橋梁設計人員提出了“橋面連續簡支梁橋”的想法，如圖1所示。橋面連續簡支梁橋是指多孔簡支梁橋根據橋梁的跨徑、長度和支座的型式，將3跨或者更多跨合并為I聯，每聯的跨與跨之間取消伸縮縫裝置，而是把橋面鋪裝連接在一起，僅在聯與聯之間設置伸縮縫。例如，鄭州黃河公路大橋設置了五跨50m —聯和六跨40m—聯的橋面連續。甚至有些橋梁設計，全橋僅在橋臺處設伸縮縫裝置，其余均為橋面連續。例如，全長1287 m的美國奧溫爾橋，僅在橋臺處設置大位移伸縮裝置，成為世界上最長的橋面連續簡支梁橋。橋面連續結構減少甚至消除了連續跨內的伸縮縫裝置，提供了連續的行車道，保證了車輛行駛的平穩性、舒適性。同時，橋面連續簡支梁橋在垂直力作用下，各跨依然保持了簡支梁橋的受カ特點。我國自20世紀70年代橋面連續結構問世以來，這種裝置已得到了廣泛應用。圖2為傳統型橋面連續裝置示意圖。這種橋面連續裝置與橋面鋪裝的主要區別是沿橋梁橫向每隔一定間距設置了長約2. 3m的連接鋼筋，鋼筋兩端0. 65m長澆注于橋面鋪裝混凝土內，中間Im段做無粘結處理，埋置于橋面連續混凝土內。Im長的橋面連續混凝土與兩端橋面鋪裝混凝土之間設0.3cm (寬)X3cm (深)割縫，割縫下埋軟木條。之所以這樣處理，是由橋面連續的受カ特點決定的。橋面連續構造位于相鄰橋跨之間，其結構厚度及混凝土材料均與橋面鋪裝相同，與梁體的結構剛度和強度相比較弱，在受到交通荷載以及溫度荷載作用時，左右兩側橋跨發生較大的相對變形，這種受力通過橋面連續的連接鋼筋從橋面鋪裝傳至橋面連續混凝土。理論上，連接鋼筋與橋面連續混凝土之間是無粘結的，因此連接鋼筋上的拉カ是傳遞不到混凝土上的，但是由于施工不佳及無粘結材料耐久性差等問題，實際是無法達到“無粘結”效果的。傳遞到橋面連續混凝土上的拉カ依靠橋面連續鋼筋和橋面鋪裝鋼筋網無法抵抗，在橋面連續部位容易發生混凝土開裂，造成實際使用過程中，橋面連續混凝土開裂及雨水下滲問題嚴重，有些橋梁甚至運營不滿一年橋面連續構造就產生了混凝土開裂等不同程度的病害，并影響了橋梁的行車平整性。針對這ー問題，對簡支梁橋的橋面連續結構進行改善，研發新型橋面連續結構十分必要。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置，以結構優化為目的，提出八字形鋼板橋面連續裝置的構造措施。為此，本發明采用以下技術方案所述橋面連續裝置包括八字形結構，八字形結構的兩側具有用于和橋面梁體連接的安裝部位，所述安裝部位與橋面梁體之間通過Z字形鋼筋連接，Z字形鋼筋連接八字形結構的部分高度低于連接橋面鋪裝的部分。八字形結構使得橋面連續部位的混凝土呈現受壓狀態，避免該部位混凝土在運營期發生開裂現象，并且該裝置形式簡單、制造容易，現場施工的可操作性強。Z字形鋼筋能加強橋面連續和橋面鋪裝兩部分混凝土的整體性，提高橋面連續部位的行車平順性；并且，Z字形鋼筋將縱向拉力傳遞到八字形結構的兩側末端，八字形結構整體受到拉力作用，從而使得八字形結構上方的混凝土承受壓力，徹底消除了橋面連續部分混凝土發生開裂的可能性。作為優選,所述八字形結構采用8 16mm厚度的鋼板作為裝置材料，以適應橋面連續部位承受集中的拉應力作用及車輛局部載荷作用。作為優選，所述Z字形鋼筋采用直徑14 22mm的螺紋鋼筋。進ー步地，所述安裝部位上設有螺栓孔，通過螺栓將所述的橋面連續裝置與下部混凝土梁板連接，將橋面連續裝置與梁體連接為整體，為了不限制梁體縱向的伸縮變形，所述螺栓孔為腰形孔。進ー步地，所述八字形結構由中間板塊、連接中間板塊的兩塊八字斜向翼板及連接在八字斜向翼板外側的安裝部位構成，所述的八字斜向翼板上設置剪カ釘，剪力釘沿橋面連續裝置長度方向的間距為10 15cm，以保證八字形結構與橋面連續部分混凝土充分粘結，共同受力。本發明所要解決的另一個技術問題是提供ー種橋面連續方法，它提供有上述橋面連續裝置，還包括以下步驟
I)、將所述橋面連續裝置放置在橋面連續部位兩側的混凝土梁體上，將所述安裝部位通過螺栓與橋面連續部位兩側的梁體連接，安裝部位與梁體之間鋪設橡膠墊層；橡膠墊層使得安裝部位與梁體緊密結合，同時約束其縱向形變。2)、澆注混凝土，在橋面連續部位與橋面鋪裝部位之間設置Z字形縱向連接鋼筋；Z字形鋼筋能加強橋面連續和橋面鋪裝兩部分混凝土的整體性，提高橋面連續部位的行車平順性；并且，Z字形鋼筋將縱向拉力傳遞到八字形結構的兩側末端，八字形結構整體受到拉カ作用，從而使得八字形結構上方的混凝土承受壓力，徹底消除了橋面連續部分混凝土發生開裂的可能性。3)、在所述八字形結構的八字斜向翼板中心線處焊接剪カ釘；以保證八字形結構與橋面連續部分混凝土充分粘結，共同受力。
進ー步地，橋面連續裝置的上方設置鋼筋網。作為優選，所述橡膠墊層的厚度為0. 3 1. 0mm。作為優選，剪力釘沿橋面連續裝置長度方向的間距為10 15cm。本發明的有益效果表現在
本發明的橋面連續裝置應用于橋梁上，可以防止橋面連續部位混凝土開裂的現狀，確保橋梁的行車安全性。本發明改變傳統橋面連續的形式，利用八字形鋼板裝置結合Z字形縱向連接鋼筋，將連接橋面鋪裝和橋面連續部分的縱向鋼筋中的拉カ傳遞到八字形鋼板裝置中，使得八字形鋼板上方橋面連續部位的混凝土受壓，達到避免橋面連續部位混凝土發生開裂的目的。此外，本發明提出的橋面連續裝置，結構形式簡單，在エ廠易于加工，在現場便于施工，質量容易保證。本專利裝置制造エ藝簡單，現場施工難度低，通過對這種新型橋面連續裝置的防治病害作用進行的理論研究表明，本發明的橋面連續裝置及橋面連續方法對于防止橋面連續簡支梁橋結構在橋面連續部位混凝土的開裂病害具有很好的效果。
圖1為現有的橋面連續簡支梁橋的結構示意圖。圖2為傳統橋面連續裝置的示意圖。圖3為本發明的橋面連續裝置的截面示意圖。圖4為本發明的橋面連續裝置的三維透視圖。圖5為本發明的橋面連續裝置理論分析的有限元模型。圖6為本發明的橋面連續裝置與梁體之間的橡膠墊層示意圖。附圖標號1一八字形結構，2—安裝部位，3—Z字形鋼筋,4一螺栓孔,5—八字斜向翼板，6—剪カ釘，7—螺栓，8—梁體，9—橡膠墊層，10—鋼筋網，11—橋面連續部位，12-橋面鋪裝部位，13一支座，14一伸縮縫,15一橋墩。
具體實施例方式實施例1,橋面連續裝置。參照附圖3、4。本發明包括八字形結構1，八字形結構I采用8 16mm厚度的鋼板作為裝置材料，八字形結構I的兩側具有用于和橋面梁體8連接的安裝部位2，安裝部位2與橋面梁體8之間通過Z字形鋼筋3連接，Z字形鋼筋3采用直徑14 22mm的螺紋鋼筋。安裝部位2上設有螺栓孔4，所述螺栓孔4為腰形孔。八字形結構I的八字斜向翼板5上設置剪カ釘6，剪カ釘6沿橋面連續裝置長度方向的間距為10 15cm。考慮運輸和施工的方便性，在エ廠加工成長度為Im的八字形鋼板標準段(約重50kg)和標準長度120cm的Z字形鋼筋，到施工現場再進行焊接拼裝。施工中待梁體8拼裝完成后，清理伸縮縫14兩側各30cm范圍內的梁體8端部表面，盡量保持表面平整無過大高差。伸縮縫13兩側與接觸八字形結構I接觸的位置沿橋梁全寬鋪2條橡膠墊層9，每條寬度為12cm。將八字形鋼板標準段放置于橡膠墊層9上，拼接定位后焊成一體(非整數橋梁寬度的可在エ廠預制非標段八字形鋼板裝置)。在腰型孔4位置所對應的梁體8上鉆孔，用膨脹螺釘將橋面連續裝置與梁體連接牢固。在八字形結構I的兩側焊接Z字形鋼筋3，最后綁扎橋面連續頂部鋼筋網及橋面鋪裝鋼筋網10，澆筑混凝土。圖中，標號11為橋面連續部位，標號12為為橋面鋪裝部位,標號13為支座,標號15為橋墩，標號16為切縫。實施例2，橋面連續方法。參照附圖3、4、6。本發明的橋面連續方法將實施例1的橋面連續裝置應用到簡支梁橋上，所述的橋面連續方法還包括以下步驟
I)、將實施例1的橋面連續裝置放置在橋面連續部位兩側的混凝土梁體6上，將安裝部位2通過螺栓7與橋面連續部位兩側的梁體8連接，安裝部位2與梁體8之間鋪設橡膠墊層9，橡膠墊層的厚度為0. 3 1. 0mm，橡膠墊層9使得安裝部位2與梁體8緊密結合，同時約束其縱向形變。2)、澆注混凝土，在橋面連續部位11與橋面鋪裝部位12之間設置Z字形鋼筋3進行縱向連接；Z字形鋼筋3能加強橋面連續和橋面鋪裝兩部分混凝土的整體性，提高橋面連續部位11的行車平順性；并且，Z字形鋼筋3將縱向拉カ傳遞到八字形結構I的兩側末端，八字形結構I整體受到拉力作用，從而使得八字形結構I上方的混凝土承受壓力，徹底消除了橋面連續部分混凝土發生開裂的可能性。3)、在八字形結構I的八字斜向翼板5中心線處焊接剪カ釘6，剪カ釘6沿橋面連續裝置長度方向的間距為10 15cm，以保證八字形結構I與橋面連續部分混凝土充分粘結，共同受力。實施例3，橋面連續裝置的有限元分析。參照附圖5。本發明裝置的仿真模擬采用大型通用有限元程序ABAQUS 6. 9，除了精細模擬幾何模型外，對鋼筋的分布、材料特性也嚴格按設計條件進行仿真模擬。模擬過程包括兩個步驟
(I)分別建立傳統型橋面連續裝置及八字型橋面連續裝置兩者的有限元仿真模型。(2)模擬實際橋梁結構，通過施加活荷載及溫度作用，比較兩者計算結果，論證本發明的效用。橋面連續部位應カ起控制作用的是由梁體變形(伸縮、下撓)引起該部位變形(イ申縮、轉角)而產生的，為了驗證本發明裝置的效用，以傳統型橋面連續構造為比較對象，用有限元方法分析對比兩種裝置在各種形式荷載作用下的變形和應カ特性。模型計算中兩種橋面連續取用相同的計算エ況，即橋梁跨中施加集中荷載進行比較，其結果如表I所示。結果表明，傳統型橋面連續裝置在橋面外荷載作用下橋面連續混凝土主拉應カ為3. 3MPa，而采用本發明裝置時，橋面連續混凝土完全受壓，不存在發生開裂的可能性。表I相同計算條件下兩種橋面連續混凝土主拉應カ對比(単位MPa)
權利要求
1.一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置，其特征是所述橋面連續裝置包括八字形結構，八字形結構的兩側具有用于和橋面梁體連接的安裝部位，所述安裝部位與橋面梁體之間通過Z字形鋼筋連接。
2.如權利要求1所述的一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置，其特征是所述八字形結構采用8 16mm厚度的鋼板。
3.如權利要求1所述的一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置，其特征是所述安裝部位上設有螺栓孔，所述螺栓孔為沿橋面連續裝置長度方向的腰形孔。
4.如權利要求1所述的一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置，其特征是所述Z字形鋼筋采用直徑14 22mm的螺紋鋼制成。
5.如權利要求1所述的一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置，其特征是所述八字形結構的八字斜向翼板上設置剪力釘。
6.如權利要求5所述的一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置，其特征是所述剪力釘沿橋面連續裝置長度方向的間距為10 15cm。
7.一種應用于簡支梁橋的橋面連續方法，其特征是它提供有權利要求1、2、3、4或5 所述的橋面連續裝置，所述橋面連續方法包括以下步驟1)、將所述橋面連續裝置放置在橋面連續部位兩側的混凝土梁體上，將所述安裝部位通過螺栓與橋面連續部位兩側的梁體連接，安裝部位與梁體之間鋪設橡膠墊層；2)、澆注混凝土，在橋面連續部位與橋面鋪裝部位之間設置Z字形縱向連接鋼筋；3)、在所述八字形結構的八字斜向翼板中心線處焊接剪力釘。
8.如權利要求7所述的一種應用于簡支梁橋的橋面連續方法，其特征是在步驟2) 中，橋面連續裝置的上方設置鋼筋網。
9.如權利要求7所述的一種應用于簡支梁橋的橋面連續方法，其特征是在步驟2) 中，所述橡膠墊層的厚度為O. 3 1. 0mm。
10.如權利要求6或7所述的一種應用于簡支梁橋的橋面連續方法，其特征是所述剪力釘沿橋面連續裝置長度方向的間距為10 15cm。
全文摘要
本發明提供一種應用于簡支梁橋的橋面連續裝置，包括八字形結構，八字形結構的兩側具有用于和橋面梁體連接的安裝部位，所述安裝部位與橋面梁體之間通過Z字形鋼筋連接。本發明還提供應用上述橋面連續裝置的橋面連續方法，將橋面連續裝置放置在橋面連續部位兩側的混凝土梁體上，將安裝部位通過螺栓與橋面連續部位兩側的梁體連接，安裝部位與梁體之間鋪設橡膠墊層；橡膠墊層使得安裝部位與梁體緊密結合，同時約束其縱向形變。本發明改變傳統橋面連續的形式，利用八字形鋼板裝置結合Z形鋼筋，達到避免橋面連續部位混凝土發生開裂的目的。此外，本發明提出的橋面連續裝置，結構形式簡單，在工廠易于加工，在現場便于施工，質量容易保證。
文檔編號E01D21/00GK103015313SQ20121058817
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者王崗, 申永剛, 張鶴, 謝旭 申請人:浙江大學