一种NC-UHPC混合刚构桥的接缝构造、混合刚构桥及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁设计技术领域，具体而言，涉及一种NC(普通混凝土)-UHPC(超高性能混凝土)混合刚构桥的接缝构造、混合刚构桥及其施工方法。

背景技术

普通混凝土连续梁桥(连续刚构)因其良好的经济性与成熟的施工工艺在工程领域得到了较早应用，但由于普通混凝土本身存在的一些缺陷阻碍了其大规模应用：(1)梁体开裂。普通混凝土抗拉强度低，梁体易开裂，开裂后雨水渗入，钢筋锈蚀膨胀加剧混凝土开裂或剥离。(2)主梁过度下挠。普通混凝土收缩徐变效应复杂，普通混凝土预应力箱梁桥主梁在工程实践中的长期下挠问题突出。主梁下挠会加剧梁体裂缝发展，导致梁体刚度降低，从而进一步加剧挠度的发展。

目前研究较多的全UHPC预制节段拼装连续梁及连续刚构桥也可以解决上述问题，但受造价过高及部分构造有待进一步试验研究的影响，目前仍没有得到实桥应用。

为解决上述问题，现有主跨超过200m的连续刚构桥一般采用普通混凝土-钢混合刚构桥，跨中梁段(一般80m～110m)采用钢箱梁整体吊装，其余部分采用普通混凝土悬浇或悬拼施工。但该结构存在钢混结合段受力复杂、普通混凝土灌注难密实后期存在开裂风险，钢箱梁部分存在后期养护难等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种NC-UHPC混合刚构桥的接缝构造、混合刚构桥及其施工方法，该接缝构造施工方便、受力良好，该混合刚构桥桥梁自重轻、造价低、受力良好，解决了普通混凝土大跨径连续刚构桥跨中下挠和腹板开裂的问题，以及普通混凝土-钢混合刚构桥钢混结合段受力复杂、钢箱梁段养护难的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种NC-UHPC混合刚构桥的接缝构造，混合刚构桥包括普通混凝土梁段和超高性能混凝土梁段，接缝构造包括第一连接钢板组件、第二连接钢板组件和湿接缝，第一连接钢板组件的一端预埋设置在普通混凝土梁段的端部，另一端从普通混凝土梁段的端部伸出；第二连接钢板组件的一端预埋设置在超高性能混凝土梁段的端部，另一端从超高性能混凝土梁段的端部伸出，并与第一连接钢板组件相连接；湿接缝包裹第一连接钢板组件和第二连接钢板组件。

进一步地，第一连接钢板组件包括第一波形钢腹板，第一波形钢腹板的上下两端分别连接有第一上翼缘板和第一下翼缘板，第一上翼缘板的上侧沿纵桥向设有第一上开孔钢板，第一下翼缘板的下侧沿横桥向设有第一下开孔钢板，第一波形钢腹板、第一上翼缘板、第一下翼缘板和第一上开孔钢板均部分埋设在普通混凝土梁段内，第一上开孔钢板上沿横桥向穿设有顶板贯穿钢筋，第一下开孔钢板上沿纵桥向穿设有底板贯穿钢筋。

进一步地，第一上翼缘板的上侧沿纵桥向设置有多块第一上开孔钢板，多块第一上开孔钢板沿横桥向间隔设置，顶板贯穿钢筋同时穿设在多块第一上开孔钢板上；第一下翼缘板的下侧沿横桥向设置有多块第一下开孔钢板，多块第一下开孔钢板沿纵桥向间隔设置，底板贯穿钢筋同时穿设在多块第一下开孔钢板上。

进一步地，第二连接钢板组件包括第二波形钢腹板，第二波形钢腹板的上下两端分别连接有第二上翼缘板和第二下翼缘板，第二上翼缘板的上侧沿纵桥向设有第二上开孔钢板，第二下翼缘板的下侧沿横桥向设有第二下开孔钢板，第二波形钢腹板、第二上翼缘板、第二下翼缘板和第二上开孔钢板均部分埋设在超高性能混凝土梁段内，第二上开孔钢板上沿横桥向穿设有顶板贯穿钢筋，第二下开孔钢板上沿纵桥向穿设有底板贯穿钢筋。

进一步地，第二上翼缘板的上侧沿纵桥向设置有多块第二上开孔钢板，多块第二上开孔钢板沿横桥向间隔设置，顶板贯穿钢筋同时穿设在多块第二上开孔钢板上；第二下翼缘板的下侧沿横桥向设置有多块第二下开孔钢板，多块第二下开孔钢板沿纵桥向间隔设置，底板贯穿钢筋同时穿设在多块第二下开孔钢板上。

进一步地，第一波形钢腹板和第二波形钢腹板之间通过高强螺栓相连接。

进一步地，第一波形钢腹板和第二波形钢腹板的两侧均连接有剪力钉，剪力钉从第一波形钢腹板和第二波形钢腹板沿横桥向向外延伸，湿接缝包裹剪力钉。

根据本发明的另一方面，提供了一种NC-UHPC混合刚构桥，包括普通混凝土梁段和超高性能混凝土梁段，超高性能混凝土梁段为跨中梁段，超高性能混凝土梁段的两端通过上述的接缝构造分别与一个普通混凝土梁段相连接。

进一步地，在普通混凝土梁段、超高性能混凝土梁段和湿接缝内设有预应力钢筋；预应力钢筋沿纵桥向贯穿湿接缝，且两端分别伸入普通混凝土梁段和超高性能混凝土梁段内；混合刚构桥于接缝构造连接处的上下部均设置有预应力钢筋。

根据本发明的又一方面，提供了一种上述的NC-UHPC混合刚构桥的施工方法，包括以下步骤：

采用悬浇或悬拼法现场施工两段普通混凝土梁段；

将预制的超高性能混凝土梁段吊装在两段普通混凝土梁段之间，吊装前对超高性能混凝土梁段的上部和下部张拉预应力；

超高性能混凝土梁段吊装到位后，在普通混凝土梁段与超高性能混凝土梁段的连接处施工接缝构造，并张拉主跨体外束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)通过在普通混凝土梁段的端部预埋设置第一连接钢板组件，在超高性能混凝土梁段的端部预埋设置第二连接钢板组件，施工时超高性能混凝土梁段吊装后将第一连接钢板组件和第二连接钢板组件相连接，可实现普通混凝土梁段和超高性能混凝土梁段的快速对接，无需长时间吊装超高性能混凝土梁段，施工更加方便。

(2)该接缝构造采用第一波形钢腹板和第二波形钢腹板进行连接，不仅能在梁段起吊后快速完成临时固结，而且波形钢腹板抗剪可靠，较常规混凝土湿接缝不存在开裂风险，且波形钢腹板纵向刚度小，主梁纵向预应力张拉时波形钢腹板产生的纵向压应力小，预应力效率更高；抗剪采用钢板栓接且被混凝土包裹，钢板不用养护，耐久性好。

(3)本发明通过在两个普通混凝土梁段中间设置超高性能混凝土梁段作为跨中梁段，普通混凝土梁段与超高性能混凝土梁段之间通过接缝构造进行连接；超高性能混凝土梁段减轻了桥梁自重，将其作为跨中梁段整孔吊装，使跨中梁段悬浇负弯矩变为简支正弯矩，大大降低了墩顶负弯矩，减小了根部梁段的徐变效应，解决了现有的普通混凝土大跨径连续刚构桥跨中下挠和腹板开裂的问题。

(4)本发明的混合刚构桥中不存在常规的钢混结合段，也不存在钢箱梁段，避免了现有的普通混凝土-钢混合刚构桥钢混结合段受力复杂、钢箱梁段养护难的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的混合刚构桥的结构示意图。

图2为本发明实施例的混合刚构桥中普通混凝土梁段与超高性能混凝土梁段连接处的内部结构示意图(剪力钉未示出)。

图3为图2中A处的局部放大图。

图4为本发明实施例的混合刚构桥的接缝构造的立体示意图。

图5为本发明实施例的混合刚构桥的接缝构造的正视示意图。

图6为本发明实施例的混合刚构桥的接缝构造的断面示意图(剪力钉未示出)。

图7为本发明实施例的混合刚构桥的接缝构造的俯视示意图(剪力钉未示出)。

图8为本发明实施例的混合刚构桥中波形钢腹板、上开孔钢板和顶板贯穿钢筋组合时的立体结构示意图。

图9为本发明实施例的混合刚构桥中波形钢腹板、下开孔钢板、底板贯穿钢筋和倒U形钢筋组合时的立体结构示意图。

图10为本发明实施例的混合刚构桥中波形钢腹板、上开孔钢板和顶板贯穿钢筋组合时的断面示意图。

图11为本发明实施例的混合刚构桥中波形钢腹板、下开孔钢板、底板贯穿钢筋和倒U形钢筋组合时的断面示意图。

图12为本发明实施例的混合刚构桥中倒U形钢筋的结构示意图(剪力钉未示出)。

图13为本发明实施例的混合刚构桥中下翼缘板、下开孔钢板和倒U形钢筋组合时的侧视结构示意图。

图14为本发明实施例的混合刚构桥中两块波形钢腹板的连接结构示意图。

图15为本发明实施例的混合刚构桥中两块波形钢腹板连接处的结构示意图。

图16为本发明实施例的混合刚构桥施工完成普通混凝土梁段后的示意图。

图17为本发明实施例的混合刚构桥吊装施工超高性能混凝土梁段时的示意图。

图18为本发明实施例的混合刚构桥施工完成后的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、第一连接钢板组件；12、第二连接钢板组件；13、湿接缝；14、顶板贯穿钢筋；15、底板贯穿钢筋；16、高强螺栓；17、剪力钉；18、倒U形钢筋；19、预应力钢筋；100、普通混凝土梁段；110、钢筋混凝土桥墩；111、第一波形钢腹板；112、第一上翼缘板；113、第一下翼缘板；114、第一上开孔钢板；115、第一下开孔钢板；120、承台；121、第二波形钢腹板；122、第二上翼缘板；123、第二下翼缘板；124、第二上开孔钢板；125、第二下开孔钢板；130、封底；140、桩基；200、超高性能混凝土梁段。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以通过其他中间连接件间接的连接。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

实施例1：

参见图2至图13，一种本发明实施例的NC-UHPC(普通混凝土-超高性能混凝土)混合刚构桥的接缝构造，该混合刚构桥包括普通混凝土梁段100和超高性能混凝土梁段200；接缝构造包括第一连接钢板组件11、第二连接钢板组件12和湿接缝13；第一连接钢板组件11的一端预埋设置在普通混凝土梁段100的端部，其另一端从普通混凝土梁段100的端部伸出；第二连接钢板组件12的一端预埋设置在超高性能混凝土梁段200的端部，其另一端从超高性能混凝土梁段200的端部伸出，并与第一连接钢板组件11相连接；湿接缝13包裹该第一连接钢板组件11和第二连接钢板组件12，将普通混凝土梁段100和超高性能混凝土梁段200连接形成整体。湿接缝13所采用的混凝土为超高性能混凝土。

上述的NC-UHPC混合刚构桥的接缝构造，通过在普通混凝土梁段100的端部预埋设置第一连接钢板组件11，在超高性能混凝土梁段200的端部预埋设置第二连接钢板组件12，施工时超高性能混凝土梁段200吊装后将第一连接钢板组件11和第二连接钢板组件12相连接，可实现普通混凝土梁段100和超高性能混凝土梁段200的快速对接，无需长时间吊装超高性能混凝土梁段200，能在梁段起吊后快速完成临时固结，施工更加方便。

具体来说，在本实施例中，第一连接钢板组件11包括第一波形钢腹板111，在该第一波形钢腹板111的上下两端分别连接有一块第一上翼缘板112和第一下翼缘板113；在第一上翼缘板112的上侧沿纵桥向设置有第一上开孔钢板114；在第一下翼缘板113的下侧沿横桥向设置有第一下开孔钢板115；第一波形钢腹板111、第一上翼缘板112、第一下翼缘板113和第一上开孔钢板114均部分埋设在普通混凝土梁段100内；在第一上开孔钢板114上开设有贯穿孔，该贯穿孔内沿横桥向穿设有顶板贯穿钢筋14，部分的贯穿孔位于普通混凝土梁段100内，相应的穿设在这些贯穿孔内的顶板贯穿钢筋14埋设在普通混凝土梁段100内；在第一下开孔钢板115上也开设有贯穿孔，在该贯穿孔内沿纵桥向穿设有底板贯穿钢筋15，该底板贯穿钢筋15部分埋设在普通混凝土梁段100内，从普通混凝土梁段100的端部伸出。

该接缝构造采用第一波形钢腹板111和第二波形钢腹板121进行连接，不仅能在梁段起吊后快速完成临时固结，而且波形钢腹板抗剪可靠，较常规混凝土湿接缝不存在开裂风险，且波形钢腹板纵向刚度小，主梁纵向预应力张拉时波形钢腹板产生的纵向压应力小，预应力效率更高。

进一步地，在第一上翼缘板112的上侧沿纵桥向设置有多块第一上开孔钢板114，多块第一上开孔钢板114沿横桥向间隔设置，顶板贯穿钢筋14同时穿设在多块第一上开孔钢板114上；参见图7，在第一下翼缘板113的下侧沿横桥向设置有多块第一下开孔钢板115，多块第一下开孔钢板115沿纵桥向间隔设置，底板贯穿钢筋15同时穿设在多块第一下开孔钢板115上。

同样地，在本实施例中，第二连接钢板组件12包括第二波形钢腹板121，该第二波形钢腹板121的上下两端分别连接有第二上翼缘板122和第二下翼缘板123；在第二上翼缘板122的上侧沿纵桥向设置有第二上开孔钢板124，在第二下翼缘板123的下侧沿横桥向设置有第二下开孔钢板125；该第二波形钢腹板121、第二上翼缘板122、第二下翼缘板123和第二上开孔钢板124均部分埋设在超高性能混凝土梁段200内；在第二上开孔钢板124上开设有贯穿孔，该贯穿孔内沿横桥向穿设有顶板贯穿钢筋14，部分的贯穿孔位于超高性能混凝土梁段200内，相应的穿设在这些贯穿孔内的顶板贯穿钢筋14埋设在超高性能混凝土梁段200内；在第二下开孔钢板125上也开设有贯穿孔，在该贯穿孔内沿纵桥向穿设有底板贯穿钢筋15，该底板贯穿钢筋15部分埋设在超高性能混凝土梁段200内，从超高性能混凝土梁段200的端部伸出。

进一步地，在第二上翼缘板122的上侧沿纵桥向设置有多块第二上开孔钢板124，该多块第二上开孔钢板124沿横桥向间隔设置，顶板贯穿钢筋14同时穿设在多块第二上开孔钢板124上；在第二下翼缘板123的下侧沿横桥向设置有多块第二下开孔钢板125，该多块第二下开孔钢板125沿纵桥向间隔设置，底板贯穿钢筋15同时穿设在多块第二下开孔钢板125上。

具体地，第一连接钢板组件11、第二连接钢板组件12中的第一波形钢腹板111和第二波形钢腹板121之间通过多根高强螺栓16相连接。在第一波形钢腹板111和第二波形钢腹板121的两侧均连接有多根剪力钉17，该剪力钉17从第一波形钢腹板111和第二波形钢腹板121沿横桥向向外侧延伸，湿接缝13包裹住上述剪力钉17，实现外包混凝土与波形钢腹板的紧密连接。

进一步地，在底板贯穿钢筋15上还设置有倒U形钢筋18，在第一下开孔钢板115和第二下开孔钢板125上均并排穿设有多根底板贯穿钢筋15，多根底板贯穿钢筋15位于倒U形钢筋18的两臂之间，倒U形钢筋18的连接段(即连接两臂的水平段)位于底板贯穿钢筋15的上方，且位于底板贯穿钢筋15与第一下开孔钢板115或第二下开孔钢板125之间。这样设置，可以更好地实现波形钢腹板与混凝土的连接。通过上开孔钢板、下开孔钢板、顶板贯穿钢筋14、底板贯穿钢筋15、倒U形钢筋18与波形钢腹板组合形成接缝构造的钢结构，提高了接缝构造钢构件与混凝土梁段之间的连接强度，有利于波形钢腹板与混凝土紧密连接，实现剪力的传递。

实施例2：

参见图1至图18，一种本发明实施例的NC-UHPC混合刚构桥，该混合刚构桥主要包括普通混凝土梁段100和超高性能混凝土梁段200。其中，普通混凝土梁段100的下方设有钢筋混凝土桥墩110、承台120、封底130和桩基140；而超高性能混凝土梁段200为跨中梁段，其下部悬空(参见图1)。该超高性能混凝土梁段200的两端通过本发明实施例1的接缝构造分别与一个普通混凝土梁段100相连接。接缝构造的具体结构如实施例1记载，在此不再赘述。

上述的NC-UHPC混合刚构桥，在两个普通混凝土梁段100中间设置超高性能混凝土梁段200作为跨中梁段，普通混凝土梁段100与超高性能混凝土梁段200之间通过本发明的接缝构造1进行连接。采用超高性能混凝土梁段200减轻了梁段自重，将其作为跨中梁段整孔吊装，使跨中梁段悬浇负弯矩变为简支正弯矩，大大降低了墩顶负弯矩，减小了根部梁段的徐变效应，解决了现有的普通混凝土大跨径连续刚构桥跨中下挠和腹板开裂的问题。

该混合刚构桥中不存在常规的钢混结合段，也不存在钢箱梁段，避免了现有的普通混凝土-钢混合刚构桥钢混结合段受力复杂、钢箱梁段养护难的问题。

通常情况下，采用湿接缝13将普通混凝土梁段100与超高性能混凝土梁段200进行连接时，在跨中梁段(超高性能混凝土梁段200)起吊后难以临时固结，支模和浇筑混凝土难度较大。本发明的混合刚构桥，通过采用特殊的接缝构造将普通混凝土梁段100与超高性能混凝土梁段200进行连接，能在跨中梁段起吊后快速完成临时固结，施工方便，受力良好。

进一步地，在本实施例中，在普通混凝土梁段100、超高性能混凝土梁段200和湿接缝13内还设置有多根预应力钢筋19；该预应力钢筋19沿纵桥向贯穿湿接缝13，且预应力钢筋19的两端分别伸入普通混凝土梁段100和超高性能混凝土梁段200内；混合刚构桥于接缝构造连接处的上下部(顶板和底板内)均设置有预应力钢筋19。如此设置，通过设置预应力钢筋19保证了混合刚构桥于接缝构造连接处顶板和底板处于受压状态。

该NC-UHPC混合刚构桥的施工方法如下：

采用悬浇或悬拼法现场施工两段普通混凝土梁段100(参见图16)；

将预制的超高性能混凝土梁段200吊装在两段普通混凝土梁段100之间(参见图17)，吊装前对超高性能混凝土梁段200的上部和下部张拉预应力；

超高性能混凝土梁段200吊装到位后，在普通混凝土梁段100与超高性能混凝土梁段200的连接处施工接缝构造，并张拉主跨体外束，完成主梁主体施工(参见图18)。

总体而言，本发明的NC-UHPC混合刚构桥，采用超高性能混凝土梁段200作为跨中梁段，减轻了桥梁自重，且超高性能混凝土梁段200整孔吊装，将跨中梁段悬浇负弯矩变为简支正弯矩，大大降低了墩顶负弯矩，减小了根部梁段的徐变效应，降低了根部梁高；设置由波形钢腹板、顶板贯穿钢筋14、底板贯穿钢筋15、剪力钉17、倒U形钢筋18等共同组成的钢结构，采用后浇混凝土湿接缝13包裹，两块波形钢腹板栓接，使得普通混凝土梁段100和超高性能混凝土梁段200之间连接良好，能在跨中梁段起吊后快速完成临时固结，施工方便，受力良好；接缝构造内的钢板不用养护，耐久性好；在接缝构造连接处的混合刚构桥顶板和底板内设置预应力钢筋19，保证了接缝构造连接处的桥梁顶板、底板处于受压状态。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。