專利名稱：一種鋼橋面組合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于橋梁工程領(lǐng)域，具體涉及一種鋼箱梁橋面組合體。
背景技術(shù)：
鋼橋面由于具有施工方便、自重輕、經(jīng)濟省等特點而越來越廣泛的被應(yīng)用于大跨徑橋梁，國內(nèi)外現(xiàn)有的大量橋梁使用了這種橋面結(jié)構(gòu)形式。鋼橋面鋪裝一般是指在鋼板上鋪設(shè)10cm厚的瀝青面層，橋面與瀝青面層之間通過粘結(jié)劑結(jié)合在一起。在夏季高溫條件下，鋼橋面的溫度將達到60~80℃左右，致使粘結(jié)材料因軟化而失效，瀝青混凝土穩(wěn)定性變差，在車輛荷載特別是重載車的作用下極易造成鋼橋面與瀝青面層脫粘，瀝青面層產(chǎn)生推移、擁包、車轍等病害，最終將降低橋面的路用性能，增加維修費用，嚴重時會導致交通工程事故的發(fā)生。目前，幾乎所有的鋼箱梁橋都在夏季遇到了上述的嚴重問題，即使有些橋梁在使用年限內(nèi)沒有出現(xiàn)上述病害，但它們都是在限制重載車通行的前提下才取得的這種效果。該問題已是本領(lǐng)域的專家和學者所公認的世界性難題。
針對上述問題，目前主要通過四種鋪裝技術(shù)方案和鋪裝材料來解決澆筑式瀝青混凝土、瀝青瑪碲脂混合料、改性環(huán)氧樹脂瀝青和雙層瀝青瑪蹄脂混合料SMA(Stone MasticAsphalt)。這四種鋪裝方案都有各自的特點，但是都沒有很好的解決目前鋼橋面鋪裝所存在的問題。特別是雙層SMA(組合體)鋪裝近年來在國內(nèi)使用較多，其破壞都是由于粘結(jié)劑性能不佳，在界面剪切的作用下產(chǎn)生滑移破壞。曾經(jīng)有些設(shè)計部門也采取過其他一些鋪裝材料和技術(shù)，如用混凝土來取代瀝青混合料層，但是由于這種方式既增加了橋面的自重，同時普通混凝土彈模高、脆性大，鋪裝層容易在重載和動荷載的作用下產(chǎn)生脆斷破壞，進而影響橋面的工作性能，因而該種方案沒有取得預(yù)期的效果。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上鋼橋面鋪裝中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種具有路用性能好的鋼橋面組合體。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是一種鋼橋面組合體，它包括鋼橋面鋼板、瀝青混凝土層，其特征是鋼橋面鋼板4上焊接有栓釘8，鋼橋面鋼板4上鋪裝有摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1位于素輕質(zhì)混凝土的中和軸7下，預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)2位于摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1內(nèi)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1與瀝青混凝土層9之間設(shè)有素輕質(zhì)混凝土層5。
本實用新型在瀝青混凝土層和鋼橋面鋼板4之間設(shè)置摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土(不摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土)層，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土具有自重輕、韌性高、抗變形性能好、彈性模量低、抗?jié)B性好、保溫和隔熱等特點，能有效解決鋪裝層的開裂、推移、擁抱和防水等問題；同時，在鋼橋面鋼板4上設(shè)置栓釘，在混凝土內(nèi)部施加預(yù)應(yīng)力鋼絲形式來使鋼板和鋪裝層結(jié)合更牢固，一致變形，抵抗掀起，提高鋼板-混凝土組合層的工作性能和力學性能，即提高了路用性能，有效地解決了目前存在的問題。
本實用新型具有如下特點(1)在鋼板和瀝青混合料鋪裝層之間鋪設(shè)摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土層，具有自重輕、彈性模量低、韌性高、抗變形性能好、抗?jié)B性能好、隔熱、密實的高性能輕質(zhì)復合材料層，有效克服了目前鋼橋面鋪裝普遍存在易推移、開裂、擁抱等缺點；現(xiàn)有的1立方重2400公斤，本實用新型的摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土層1立方重1950公斤，與現(xiàn)有相比每立方輕50公斤；(2)在鋼板表面設(shè)置抗剪栓釘，有效的阻止了鋪裝層因重載車及動荷載作用下而產(chǎn)生的推移等問題的發(fā)生。同時，栓釘是連接鋼板與混凝土的過渡單元，有力的保證了鋼板和鋪裝層的一致變形和協(xié)同工作，提高組合層的綜合工作效能；(3)在輕質(zhì)復合材料中摻入纖維和鋼筋網(wǎng)，提高混凝土的力學性能、韌性性能和抗變形性能；(4)對混凝土施加預(yù)應(yīng)力，提高混凝土抗變形能力。
圖1是本實用新型鋪裝組合層的施工方法圖圖2是本實用新型栓釘布置圖圖3是本實用新型栓釘結(jié)構(gòu)圖圖4是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖中1——摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層，位于中和軸以下；2——預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)，用專用的錨具錨固在張拉臺座上，鋼筋網(wǎng)綁扎在栓釘上；3——張拉臺座，采用焊接方式焊接于鋼板上；4——鋼橋面鋼板，正交異性鋼箱梁的頂板，厚度為12cm；5——素輕質(zhì)混凝土層，不摻鋼纖維，位于中和軸以上；6——錨具，專用預(yù)應(yīng)力錨固工具；7——素輕質(zhì)混凝土的中和軸；8——栓釘，采用拉弧式焊接法焊接于鋼板上；9——瀝青混凝土層；H——栓釘?shù)目偢叨?；H0——栓釘冒的高度；H1——栓釘桿身的高度；φ1——栓釘冒的直徑；φ2——栓釘柱身的直徑；L1——栓釘?shù)臋M向間距，600mm≥L1≥6φ2；L2——栓釘?shù)目v向間距，600mm≥L2≥6φ2。
具體實施方式
如圖4所示，一種鋼橋面組合體，它包括鋼橋面鋼板4、瀝青混凝土層9，鋼橋面鋼板4上焊接有栓釘8，鋼橋面鋼板4上鋪裝有摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1位于素輕質(zhì)混凝土的中和軸7下，預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)2位于摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1內(nèi)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1與瀝青混凝土層9之間為素輕質(zhì)混凝土層5。
所述摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度為S，50mm≤S≤80mm。
如圖2、圖3所示，所述的栓釘?shù)母叨葹镠，栓釘柱身的直徑為φ2，且有0.95S≥H≥4φ2；栓釘?shù)臋M向間距為L1，縱向間距為L2，且應(yīng)滿足600mm≥L1≥6φ2、600mm≥L2≥6φ2。
所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲離鋼板4上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度S的1/3-1/2處。
鋼筋網(wǎng)離鋼板4上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度S的40％-50％。
所述的摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1的厚度為30~50mm，素輕質(zhì)混凝土層5的厚度為20~30mm。
上述鋼橋面組合體的鋪裝方法，包括如下步驟1.制備摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和制備素輕質(zhì)混凝土a.制備摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土主要由水、預(yù)處理后的輕集料、水泥、細集料、硅灰、高效減水劑FDN、鋼纖維和水溶性聚合物組成，按重量份數(shù)比水∶預(yù)處理后的輕集料∶水泥∶細集料∶硅灰＝1∶3.00~3.50∶2.90~3.50∶3.80~3.95∶0.15~0.40，高效減水劑FDN按水泥用量％的0.8~1.4，鋼纖維按摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土體積％的0.1~1.5，水溶性聚合物按水泥用量％的10~20；將上述組份攪拌均勻制成混合料，即得產(chǎn)品。
性能指標如下
制備素輕質(zhì)混凝土(不摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土)素輕質(zhì)混凝土主要由水、預(yù)處理后的輕集料、水泥、細集料、硅灰、高效減水劑FDN和水溶性聚合物組成，按重量份數(shù)比水∶預(yù)處理后的輕集料∶水泥∶細集料∶硅灰＝1∶3.00~3.50∶2.90~3.50∶3.80~3.95∶0.15~0.40，高效減水劑FDN按水泥用量％的0.8~1.4，水溶性聚合物按水泥用量％的10~20；將上述組份攪拌均勻制成混合料，即得產(chǎn)品。
所述水泥為42.5#或52.5#普通硅酸鹽水泥。
所述硅灰比表面積大于2000m2/kg。
所述的細集料為河砂，細度模數(shù)為2.6~2.8。
所述的預(yù)處理后的粗集料為粒徑5-20mm、表觀密度1200-1500kg/m3，堆積密度700-1100kg/m3，筒壓強度≥6.5Mpa的粘土陶?；蝽搸r陶粒或粉煤灰陶粒，使用前在水中浸泡24~72h。
所述的減水劑FDN為萘系磺酸鹽FDN系列高效減水劑，減水率為10-30％。
所述纖維為端鉤型鋼纖維，長徑比為55~65，長度為30~35mm；所述水溶性聚合物為改性聚丙烯酸類聚合物乳液或改性聚乙烯醇類聚合物乳液，固含量為55％~65％。
2.鋼橋面預(yù)處理
(1)噴砂除銹首先檢查鋼橋面外觀，如有焊渣、飛濺物和毛刺等，應(yīng)通過打磨消除；其次要將噴砂除銹的橋面進行預(yù)清潔處理，用高壓水槍或表面清潔劑進行表面清潔，清除鋼板表面由于一道工序后造成的塵垢、油和油脂等污染；最后，待鋼板表面干燥后，開始噴砂除銹，作業(yè)溫度嚴格控制高于露點3℃，相對濕度應(yīng)≤80％，如遇下雨或下雪等氣候，應(yīng)嚴禁除銹作業(yè)。
(2)噴涂防銹漆和粘結(jié)層為了防止鋼板被二次污染，應(yīng)在噴砂除銹4小時后完成富鋅底漆的噴涂。防護鋼板與鋪裝層良好的結(jié)合是通過防水粘結(jié)層來實現(xiàn)的，它是在作好防銹涂裝的鋼板上噴灑粘結(jié)劑。
3.栓釘?shù)暮附硬捎美∈铰葜附臃椒ㄔ阡摌蛎嫔虾附铀ㄡ?，螺柱焊接頻率12個/min，熔深為2~3mm，栓釘規(guī)格及布置方式見圖2、圖3。栓釘?shù)母叨葹镠，柱身的直徑為φ2，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層和素輕質(zhì)混凝土層總厚度為S，且有0.95S≥H≥4φ2；栓釘?shù)臋M向間距為L1，縱向間距為L2，且應(yīng)滿足600mm≥L1≥6φ2、600mm≥L2≥6φ2。
鋼筋網(wǎng)的綁扎4.鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑根據(jù)輕質(zhì)混凝土層厚度選定，網(wǎng)孔規(guī)格為100×100mm。鋼筋網(wǎng)的材質(zhì)LL550級冷軋帶肋鋼筋。將焊接成型的鋼筋網(wǎng)通過鋼絲綁在栓釘柱身的槽口處，鋼筋網(wǎng)位于中和軸7以下，鋼筋網(wǎng)離鋼板4上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度S的40％-50％，使鋼筋網(wǎng)在輕質(zhì)混凝土的受拉區(qū)，提高混凝土的抗拉強度和抗裂性能。
5.預(yù)應(yīng)力鋼絲的選擇及預(yù)應(yīng)力的施加預(yù)應(yīng)力鋼絲預(yù)應(yīng)力鋼絲采用直徑較小的冷拉鋼絲，其抗拉強度為1470~1670MPa。
如圖1所示，張拉工藝預(yù)應(yīng)力鋼絲位于中和軸7以下與鋼筋網(wǎng)同層，預(yù)應(yīng)力鋼絲離鋼板4上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度S的1/3-1/2處，采取先張法施加預(yù)應(yīng)力，張拉控制應(yīng)力取為40％fptk，其中fptk為預(yù)應(yīng)力鋼絲的極限張拉應(yīng)力(沒有取70％是因為考慮到預(yù)應(yīng)力過大將會造成構(gòu)件反拱過大或預(yù)拉區(qū)出現(xiàn)裂縫)。在鋼板4上上焊接角鐵作為張拉臺座3，按設(shè)計規(guī)定的張拉筋束，并用錨具6臨時錨固，再澆筑混凝土(摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土)。待混凝土強度達到設(shè)計強度的70％后，放張，讓筋束回力。
預(yù)應(yīng)力鋼絲的間距預(yù)應(yīng)力鋼筋的間距不小于其公稱直徑或等效直徑的1.5倍，對熱處理鋼筋及鋼絲而言，其間距不應(yīng)小于15mm。
6.摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土的鋪裝鋼橋面鋼板4上攤鋪摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1(即下層，位于中和軸7以下)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土上攤鋪素輕質(zhì)混凝土層5(即中層，位于中和軸以上)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1的厚度為30~50mm，素輕質(zhì)混凝土層5的厚度為20~30mm。
7.SMA的制備(為已有成熟技術(shù))(1)原材料的準備瀝青選用改性AH-50或者AH-70號重焦瀝青，具有良好的耐高溫性能；集料玄武巖，珞衫磯磨耗值小于30％，針片狀含量小于20％，與瀝青粘結(jié)力為5級，最大粒徑小于16mm；礦粉磨細石灰石；纖維采用耐高溫、彈性模量高的化學纖維，德蘭尼特AS瀝青路面專用纖維；(2)高性能瀝青混凝土的制備高性能瀝青混凝土由瀝青、集料、礦粉、纖維組成，為已有成熟技術(shù)；集料組分配合比見表2。
表2集料級配
注○油石比6.0~6.2％ ○纖維摻量為0.3％(3)素輕質(zhì)混凝土層5上攤鋪瀝青混凝土層9(即上層)。
路面保養(yǎng)5-15天后，即可使用。
權(quán)利要求1.一種鋼橋面組合體，它包括鋼橋面鋼板、瀝青混凝土層，其特征是鋼橋面鋼板(4)上焊接有栓釘(8)，鋼橋面鋼板(4)上鋪裝有摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)位于素輕質(zhì)混凝土的中和軸(7)下，預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)(2)位于摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)內(nèi)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)與瀝青混凝土層(9)之間設(shè)有素輕質(zhì)混凝土層(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是所述摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層和素輕質(zhì)混凝土層總厚度為S，50mm≤S≤80mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是所述的栓釘?shù)母叨葹镠，栓釘柱身的直徑為φ2，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層和素輕質(zhì)混凝土層總厚度為S，且有0.95S≥H≥4φ2；栓釘?shù)臋M向間距為L1，縱向間距為L2，且應(yīng)滿足600mm≥L1≥6φ2、600mm≥L2≥6φ2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲離鋼板(4)上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)和素輕質(zhì)混凝土層(5)的總厚度S的1/3-1/2處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是鋼筋網(wǎng)離鋼板(4)上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)和素輕質(zhì)混凝土層(5)的總厚度S的40％-50％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是所述的摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)的厚度為30~50mm，素輕質(zhì)混凝土層(5)的厚度為20~30mm。
專利摘要本實用新型涉及一種鋼橋面組合體。一種鋼橋面組合體，它包括鋼橋面鋼板、瀝青混凝土層，其特征是鋼橋面鋼板(4)上焊接有栓釘(8)，鋼橋面鋼板(4)上鋪裝有摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)位于素輕質(zhì)混凝土的中和軸(7)下，預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)(2)位于摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)內(nèi)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)與瀝青混凝土層(9)之間設(shè)有素輕質(zhì)混凝土層(5)。本實用新型能夠有效解決目前鋼橋面鋪裝普遍存在的瀝青面層發(fā)生車轍、推移、擁包等技術(shù)難題，顯著改善了鋼橋面鋪裝層的路用性能，提高了鋼橋的使用壽命。
文檔編號E01D19/12GK2752316SQ20042005790
公開日2006年1月18日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者胡曙光, 林漢清, 丁慶軍, 林青, 張鋒, 周成昀, 王發(fā)洲, 彭波, 呂林女, 何永佳, 劉沐宇 申請人:武漢理工大學