一種延性橋面連續板結構的制作方法

本發明涉及一種延性橋面連續板結構。

背景技術：

目前在城市快速市政道路高架橋建設中，一般采用簡支梁形式。相鄰的簡支梁之間保留一定的間隙，以確保不同跨簡支梁的彎矩不會傳遞。而橋面鋪裝層在橋梁間隙處是連續的，需要有一種橋面連續結構來支撐橋梁間隙處鋪裝層荷載。簡支梁之間的橋面連續結構剛度小，服役過程中必須能夠承受大變形。目前簡支梁之間的橋面連續結構通常有三種方式：伸縮縫裝置、延性橋面填充材料、橋面連續板。伸縮縫裝置(比如公開cn1570281、cn1696406)一般為梳型鋼結構裝置，可以承受順橋向的大變形，但是不能承受橋面的扭轉變形，而且施工復雜；延性橋面填充材料(公開號cn101418126)一般為瀝青材料或橡膠混凝土，施工方便且可以承受各種形式的大變形，但是因為它是有機材料，易老化耐久性差；橋面連續板(公開號cn103510465)為混凝土結構，與橋面板一體澆筑施工，通過配置鋼筋、型鋼和鋼纖維以控制裂縫開展，但是由于混凝土自身是脆性材料，在疲勞荷載作用下裂縫還是會發展累積，影響橋面連續板的服役壽命。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是彌補以上幾種橋面連續結構的不足，提供一種能夠在拉伸、剪切、彎曲、扭轉等不同外力作用下發生大變形時仍能保持連續結構完整不斷裂且控制裂縫寬度在極微小的新型延性橋面連續板結構。為此，本發明采用以下技術方案：

一種延性橋面連續板結構，其特征是：所述延性橋面連續板結構分普通混凝土段與超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)段，橋梁連續縫上設置所述超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)段；在順橋向，所述橋面連續板結構擱置在對其支撐的梁上并與兩端的混凝土橋面板澆筑連接，所述橋面連續板結構通過柔性隔離層與橋面連續板下方的梁隔離，不受梁的水平約束而能自由變形；橋面連續板結構內部縱向鋼筋與兩端連接的混凝土橋面板鋼筋連接。

在采用上述技術方案的基礎上，本發明還可采用以下進一步的技術方案：

所用的超高韌性水泥基復合材料，其加水新鮮拌合物2小時可達設計強度的60％以上，其干粉拌合料成分包括水泥、活性礦物摻合料、骨料、纖維、聚竣酸減水劑，活性礦物摻合料采用粉煤灰或粉煤灰與以下一種或一種以上材料的組合：硅灰、粒化高爐礦渣、偏高嶺土；骨料的最大粒徑不超過o.5mm，纖維為聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維中的一種或一種以上的組合，纖維長度為5～25mm、直徑為o.015～0.055mm、彈性模量為30～150gpa、抗拉強度為1000～3500mpa、極限伸長率為2％～15％，水泥和活性礦物摻合料各組分的重量比為:

水泥12％～55％，

粉煤灰45％～85％，

硅灰0～15％，

粒化高爐礦渣0～10％，

偏高嶺土0～20％，

以上水泥和活性礦物摻合料各組分重量比之和滿足100％；

骨料的重量與水泥和活性礦物摻合料總重量之比為1％～70％，水的重量與水泥和活性礦物摻合料總重量之比為18％～58％，纖維的摻量為水泥基復合材料總體積的1.5％～2.5％，聚竣酸減水劑摻量為總質量的0.1％～0.4％。

所述超高韌性水泥基復合材料使用聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維和芳香族聚酰胺纖維三種纖維同時增強時，其配比為：

a)、水泥和活性礦物摻合料各組分重量比為:水泥25％、粉煤灰60％、硅灰2％、粒化高爐礦渣8％、偏高嶺土5％；

b)、骨料的最大粒徑為o.5mm，骨料重量與水泥加活性礦物摻合料總重量之比為40％，水的重量與水泥加活性礦物摻合料總重量之比為25％～45％；纖維的摻量為水泥基復合材料總體積的1.8％～2.3％；

c)、采用的聚乙烯纖維長度為12mm，直徑為0.039mm，抗拉強度為1620mpa，彈性模量為42.8gpa，極限伸長率為6％，摻量為水泥基復合材料總體積的1.2％～1.5％；聚乙烯纖維長度為12.7mm，直徑0.038mm，抗拉強度為2700mpa，彈性模量為120gpa，極限伸長率為3.5％，摻量為水泥基復合材料總體積的o.4％～0.9％；芳香族聚酰胺纖維長度為15mm，直徑為0.015mm，抗拉強度為2800mpa，彈性模量為132gpa，極限伸長率2.4％，摻量為水泥基復合材料總體積的o.2％～0.4％。

當所述的水泥基復合材料使用聚乙烯醇纖維和芳香族聚酰胺纖維兩種纖維同時增強時，所述超高韌性水泥基復合材料配比為:

a)、水泥和活性礦物摻合料各組分重量比為:水泥30％、粉煤灰52％、粒化高爐礦渣3％、偏高嶺土15％；

b)、骨料的最大粒徑為o.5mm，骨料重量與水泥加活性礦物摻合料總重量之比65％，水的重量與水泥加活性礦物摻合料總重量之比為20％～55％；纖維的摻量為水泥基復合材料總體積的1.8％～2.2％；

c)、采用的聚乙烯醇纖維長度為12mm，直徑為0.039mm，抗拉強度為1620mpa，彈性模量為42.8gpa，極限伸長率為6％，摻量為水泥基復合材料總體積的1.6％～2.0％；芳香族聚酰胺纖維長度為15mm，直徑為0.015mm，抗拉強度為2800mpa，彈性模量為132gpa，極限伸長率2.4％，摻量為水泥基復合材料總體積的0.2％～0.4％。

當所述的水泥基復合材料使用聚乙烯醇纖維和聚乙烯纖維兩種纖維同時增強時，所述超高韌性水泥基復合材料配比為:

a)、水泥和活性礦物摻合料各組分重量比為:水泥55％、粉煤灰45％，水泥的型號為p.ii52.5r；

b)、骨料的最大粒徑為o.5mm，骨料的重量與水泥加活性礦物摻合料總重量之比為50％，水的重量與水泥加活性礦物摻合料總重量之比為40％～55％；纖維的摻量為水泥基復合材料總體積的1.8％～2.2％；

c)、采用的聚乙烯醇纖維長度為12mm，直徑為0.039mm、抗拉強度為1620mpa、彈性模量為42.8gpa、極限伸長率為6％，摻量為纖維混凝土總體積的1.2％～1.9％；聚乙烯纖維長度為12.7mm，直徑為0.038mm，抗拉強度為2700mpa，彈性模量為120gpa，極限伸長率為3.5％，摻量為水泥基復合材料總體積的0.3％～0.8％。

活性礦物摻合料包括粉煤灰、硅粉、粒化高爐礦渣中的一種或幾種，精細沙的最大粒徑小于0.6mm。

在鋼筋和纖維聯合增強水泥基復合材料中，纖維相對該復合材料總體積的體積百分比為1.5～2.5％。

由于采用本發明的技術方案，利用超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)的超高韌性與極限應變，使得橋面連續板能夠承受多種荷載作用下橋梁的多向變形，并控制橋面連續板裂縫在0.05mm范圍之內。

附圖說明

圖1為在橋梁中有蓋梁的情況下本發明的應用示意圖。

圖2為在橋梁中沒有蓋梁的情況下本發明的應用示意圖。

圖3a、3b分別為對比實施例中超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)段的受拉應力應變曲線和受壓應力應變曲線圖。

具體實施方式

參照圖1，本發明延性橋面連續板結構100，分普通混凝土段1與超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)段2；在順橋向，橋面連續板結構100擱置在蓋梁與箱梁上并與兩端的混凝土橋面板連接，通過柔性隔離層(如油氈)與蓋梁和箱梁隔離，不受蓋梁水平約束而能自由變形；延性橋面連續板結構100內部雙向布置鋼筋31，其中縱向鋼筋與兩端連接的混凝土橋面板鋼筋32貫通。

超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)段的數量根據不同橋梁，可以是一段或兩段，擱置在橋梁連續縫位置，跨縫設置，其它部位仍為普通混凝土段，通過對橋梁不同荷載工況下的力學數值分析計算，得出超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)段的長度。

針對不同橋梁連續縫，本發明采用不同的形式。如果橋梁中有蓋梁201，本發明一般在橋梁連續縫上設置兩段超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)(如圖1)；設置在橋梁連續縫位置，附圖標號202為箱型梁。

如果橋梁中沒有蓋梁，本發明一般在橋梁連續縫上設置一段超高韌性水泥基復合材料(uhtcc)(如圖2)。附圖標號301為梁，附圖標號302為承臺。

本發明中雙向布置兩層鋼筋，鋼筋貫穿整個橋面連續板且與兩端相鄰橋面板鋼筋相連通。本發明與順橋向兩端的橋面板一體澆筑，但是下部與梁或蓋梁(通過油氈4等形式)隔離以保證不傳遞任何剪切荷載，且能自由變形。

對比實施例

本實例以在有蓋梁的混凝土多跨簡支箱梁工況為例子，分別應用本發明的橋面連續結構與傳統c40混凝土橋面連續結構，通過通用數值分析軟件abaqus分析兩種橋面的連續結構中的最大應力，以證明本發明的有效性。

預制小箱梁采用c50砼，彈性模量ec＝3.45x104mpa，容重γ＝26kn/m3，標準抗壓強度fck＝32.4mpa，標準抗拉強度ftk＝2.65mpa，抗壓強度設計值fcd＝22.4mpa，抗拉強度設計值ftd＝1.83mpa；橋面連續部位兩段各50cm采用彈性混凝土(uhtcc)，彈性模量e＝1.5x104mpa，本構曲線如圖3a、3b所示，其余普通混凝土鋪裝采用c40砼，彈性模量ec＝3.25x104mpa。彈性模量es＝2.0x105mpa，屈服強度＝400mpa。

橋梁連續結構截面尺寸與剛度比混凝土箱梁要小很多，因此在橋梁中是變形集中的部位，容易形成大應變與大應力。引起連續結構變形的主要原因為:局部車輛荷載、上部瀝青鋪裝荷載以及箱梁梁端位移(水平移動和轉動)。而箱梁梁端位移又是由二期恒載、車道荷載、車輛制動力與箱梁溫度變形引起的。要分析連續結構細部的應力應變，最不利荷載組合下的箱梁梁端位移必須首先確定。因此，本分析將橋面構造形式簡化為兩個力學模型：

(1)四跨箱梁：本分析中使用二維梁單元模擬在不同荷載作用下箱梁的梁端會發生水平位移與轉動位移。

(2)橋面連續結構：本分析中使用二維平面實體單元分析其由于箱梁梁端位移引起的應力應變狀態(圖1)。

本分析運用通用有限元軟件abaqus，以二維實體單元模擬橋梁連續結構在荷載作用下的應變場。橋梁連續結構長2.3m，高0.1m。二維實體單元的厚度取為310cm。三層鋼筋如圖至上而下依次排布，以二維桿單元(truss)模擬，與橋梁連續混凝土結構通過粘結作用連接共同受力。粘結作用由鋼筋于混凝土之間的彈簧單元來模擬，鋼筋-混凝土粘結滑移本構模型根據《混凝土結構設計規范(gb50010-2010)》附錄c規定。連續結構下方的蓋梁取高度為50cm，蓋梁下表面固定約束，蓋梁上表面與連續結構下表面通過接觸單元(contact)連接。連續結構與兩側的箱梁剛接(tie)，與下方的箱梁通過接觸單元(contact)連接。連續結構模型所受荷載如下：

(1)車輛荷載取值與縱向分布按照《城市橋梁設計規范cjj11-2011》

(2)橋面連續部位瀝青鋪裝等7.5kn/m；

(3)箱梁梁端的水平移動與轉動(由箱梁受力分析得到)，水平移動與轉動都施加在箱梁梁端的參考點上。參考點水平位置在箱梁支座中心軸上，豎向高度在箱梁的中性層上(見圖1)。

通過比較兩種橋面連續在相同荷載作用下的結構響應來展現uhtcc的作用。在不使用uhtcc的橋面連續中，在橋面連續跨中的應力為35mpa～50mpa，遠大于使用uhtcc橋面連續中uhtcc材料4mpa的拉應力。由此可知使用uhtcc材料可以降低橋面連續的拉應力。

以上所述僅為本發明的具體實施例，但本發明的結構特征并不局限于此，任何本領域的技術人員在本發明的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發明的保護范圍之中。