竹材-混凝土組合橋面板的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種竹材-混凝土組合橋面板，包括位于上層的混凝土板和位于下層的竹材橋面板。竹材橋面板包括若干竹材層積板單元、縱向預應力筋和錨具配件。縱向預應力筋通過預應力將多個竹材層積板單元疊合成下層整體橋面板。竹材層積板單元由多個竹膠板制成的竹材橋面板單板依次首尾榫接而成，兩相鄰竹材層積板單元的榫接部位相錯開。橫橋向依據橋梁橫斷面寬度通過各竹材橋面板單板依次首尾榫接來達到所需橋面寬度。下層竹材橋面板疊合層上面安置設計數量的螺栓，其上部再澆筑一層混凝土板，以形成竹材-混凝土組合橋面板。本發明組合橋面板的基本竹材單板便于工廠預制，施工簡單快速，是一種能夠滿足使用功能和耐久性功能的組合橋面板。
【專利說明】竹材-混凝土組合橋面板
【技術領域】
[0001]本發明屬于橋梁結構【技術領域】，涉及一種適用于普通公路橋梁和城市立交橋的橋面板。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的發展和社會的進步，橋面板作為橋梁上部結構中直接承受車輛荷載和將荷載傳遞給主梁的重要部件，自然也被賦予了新的要求和使命。目前，傳統的橋面板主要包括鋼筋混凝土橋面板和鋼橋面板。在近些年，國內還出現了一些新型橋面板，如型鋼板-混凝土組合橋面板、FRP-鋼筋混凝土復合橋面板，鋁制橋面板，在美國木橋面板也是廣泛使用的橋面板形式之一。這些橋面板均因其獨特的優勢獲得了一定的應用。
[0003]傳統的在用橋面板主要優點如下:
[0004]造價低，施工方便，整體性好。這主要指的是鋼筋混凝土橋面板，因為是現場澆注，便于施工控制，這也是目前中小型橋梁廣泛采用的一種橋面板型式。
[0005]自重輕，極限承載能力大，建筑高度低。這主要指的是鋼橋面板，FRP-鋼筋混凝土復合橋面板，尤其是FRP-鋼筋混凝土復合橋面板，充分利用了混凝土的抗壓能力和FRP材料的抗拉能力，大大減輕了橋面板的自重，提高了承載能力。而鋼橋面板目前是大跨徑橋梁橋面板的不二選擇。
[0006]施工周期短。除了鋼筋混凝土橋面板以外，上述其他橋面板都可以在工廠中提前預制，現場安裝，需要另外澆注混凝土的最后直接澆注混凝土。
[0007]在國外有關層積板木橋的相關研究中，美國的學者詳細介紹了該種木板梁橋的裝配工藝。該木板梁橋由沿橋梁縱向側立的膠合木板沿橫向排列而成，每塊木板在縱向可用指接方式進行拼接接長，同時在長度方向上(縱向)每隔一定距離都必須張拉預應力筋(橫向)，把沿橫向排列的獨立模板擠壓在一起，形成一個整體板式結構。其中所用的橫向預應力筋的錨固端沿縱向間隔3英尺(91.44cm)布置，錨固孔直徑41mm，外部貼有槽鋼和鋼墊片以減小后期預應力損失。此板式結構作為主梁來使用，板梁的兩端支撐在橋梁墩上。板梁長度根據實際木材長度來控制，如果為了跨度加大的需要，木板梁可進行縱向接長，但必須保證相鄰的接縫不在一處。
[0008]無論是采用上述哪種在用橋面板，都會存在以下一種或幾種不足:
[0009]1、制作工藝復雜。鋼橋面板需要將蓋板，縱橫加勁肋一一焊接或是螺栓連接，增加了工序；FRP-鋼筋混凝土復合橋面板需要考慮混凝土和FRP結構的連接，主要措施包括螺栓連接和開孔板連接件。
[0010]2、金屬橋面的造價較高。這主要指的是鋼橋面板和鋁橋面板，另外FRP材料價格也較高，不過FRP-鋼筋混凝土復合橋面板則相對降低了造價。
[0011]3、所用材料不環保。無論是傳統橋面板還是上述的新型橋面板，其所用的建材都為鋼材、水泥，甚至是木材，鋼筋水泥無法回收利用，也無法被自然界自行消解，木材生長周期長，在我國伐林造橋無疑與環保相悖。隨著可持續發展觀念深入人心，采用環保、低能耗且能滿足使用要求的“綠色建材”無疑是眾望所歸。
[0012]4.橋面板易開裂破壞。對于鋼筋混凝土橋面板而言，混凝土的開裂是一個嚴重影響結構耐久性的問題，另外對于鋼橋面也存在同樣的問題。
[0013]5、根據美國對層積板材橋梁的系列研究成果表明，由于可用木材成品的長度限制以及木材本身強度的限制，木板梁的縱向承載能力及其剛度不足是一大難題，傳統層積板木橋即使在指接之后單跨跨徑也無法超過9.2m,因此，縱向連接及由此引起的跨越能力不足問題是層積板木橋所面臨的主要問題。另外由于橫向預應力鋼筋的長度較短，預應力損失較大，最終形成的有效預應力偏低，將影響板式結構的整體剛度及其承載能力。
[0014]竹膠板是以毛竹材料作主要架構和填充材料，經高壓成坯的建材，主要用途是建筑架模灌漿，車箱箱體板和箱底板，大型機械外包裝板，及各種需要用板材的場所。由于竹膠板硬度高，抗折，抗壓，在很多使用區域已經替代了鋼模板。又由于竹是易培養，成林快的林木,三到五年就可以砍劃，能替換木材，因此，國家林業部政策支持大力發展以竹材為主要加工材料的人造板，已經在很多地方替換了木材類板材的使用。
【發明內容】
[0015]技術問題:本發明提供了一種制作工藝簡單，成本較低，結構整體性良好，材料環保耐久，能夠滿足使用要求的竹材-混凝土組合橋面板。本發明的竹材-混凝土組合橋面板可與鋼主梁形成組合結構橋梁，滿足各種跨度橋梁設計的需要。
[0016]技術方案:本發明的竹材-混凝土組合橋面板,包括竹材橋面板、位于竹材橋面板上方的混凝土板，混凝土板與竹材橋面板之間通過螺栓固定連接。竹材橋面板包括沿橋縱向疊合排列設置的多個竹材層積板單元和將多個竹材層積板單元錨固拉緊的預應力筋，預應力筋沿橋縱向穿過多個竹材層積板單元，預應力筋的兩端設置有墊板并用錨具固定拉緊，將多個竹材層積板單元束縛并連接為整體。竹材層積板單元由多個竹膠板制成的竹材橋面板單板依次首尾榫接而成，兩相鄰竹材層積板單元的榫接部位相錯開。
[0017]本發明的一種優選方案中，竹材橋面板單板的一端設置有槽寬沿進槽方向逐漸增大的榫槽，與之相鄰的橋面板單板一端設置有與榫槽相匹配的榫頭，榫頭嵌入榫槽中。
[0018]本發明中，竹材橋面板單板上設置有供預應力筋穿過的安裝孔。
[0019]有益效果:與現有專利技術相比，本發明的優點在于:
[0020]1.本發明的竹材-混凝土組合橋面板，借鑒了已有層積木板梁橋的構造形式，但對于竹膠板的用途進行了調整，其基本思路為:首先竹板材僅用于構造橋面板，單塊矩形竹膠板的軸線方向為橫橋向，多塊竹膠板沿縱向排列在一起形成竹材層積板單元，然后采用縱向預應力鋼筋使多塊竹膠板縱向擠壓后形成整體竹材橋面板結構，再在其上部澆筑一層混凝土板，上述兩種材料之間用螺栓進行連接，以形成竹材-混凝土組合橋面板結構。因此本發明在結構用途和竹材單板的排列方向上與美國等國家的木結構橋梁是不一樣的，縱向預應力鋼筋的長度可大大延長，可有效降低預應力損失程度，同時單塊竹材層積板單元的接長拼接形式改指接為榫接，加強連接強度。
[0021]2.本發明的竹材-混凝土組合橋面板，充分發揮了混凝土抗壓強度高和竹材順紋抗拉強度高的材料性能。研究表明:竹篾層壓板的順紋抗壓強度可達到70MPa，竹材層級材的抗拉強度約為127MPa，橫紋抗壓強度也可達到25MPa，厚度方向抗壓強度為34MPa，但是竹材耐久性能不如混凝土材料；混凝土抗壓強度高，耐久性能好，但抗拉強度低，混凝土或鋼筋混凝土橋面板在行車荷載作用下，其受拉區容易出現裂縫，從而銹蝕板內鋼筋，使橋面板發生破壞。因此，綜合考慮上述混凝土橋面板與竹材橋面板的不足，利用混凝土抗壓強度高與竹材抗拉強度高的特性，發明上層為混凝土板、下層為竹材橋面板的竹材-混凝土組合橋面板，將很大程度上提高橋面板的性能和使用壽命。
[0022]3.如果直接在竹材橋面板上行車的話，容易對竹材本身造成磨損，影響使用壽命。本項專利在原有橋面板上鋪設混凝土橋面鋪裝層，形成了更有效的受力結構，同時對下層的竹材部分也能夠進行很好地保護。
[0023]4.如果竹材橋面板一旦與下部主梁形成復合結構的話，竹材橋面板將處于受壓狀態，而且根據原有竹材橋面板的構成方式，從整體結構來看竹膠板剛好是處于厚度方向受壓。根據竹材膠合板厚度方向的抗壓強度特性來看，竹膠板厚度方向抗壓強度比較低，只有順紋抗壓強度的一半，作為受壓結構不是很理想。本項專利則是在原有竹材橋面板上澆上一層混凝土，形成復合結構，在與下部主梁形成復合結構以后，可以作為上部受壓區發揮有效作用。
[0024]除此以外，本項專利與現有常規技術相比尚有如下優點:
[0025]1.本發明的竹材-混凝土組合橋面板工廠化生產程度高，生產效率高。所有的竹材單板和連接接頭均可在工廠預制切割穿孔，并組成竹材橋面板單元，之后基本單元運到現場直接裝配即可。
[0026]2.與鋼筋混凝土橋面板相比，下層竹材橋面板可作為上層混凝土澆筑的底模來使用，節省模板數量，降低勞動強度和施工成本。同時下層竹材橋面板結構不會開裂，避免了鋼筋混凝土結構常見的裂縫問題。
[0027]3.本發明的竹材-混凝土組合橋面板成本較低，所用竹材綠色環保。竹材作為我國重要的速生、可再生森林資源之一，具有生長快，成材早，產量高，一次造林可以持續利用的特點。力學性能絲毫不遜色于木材，且其生長速度也比木材快得多，與混凝土和鋼材相t匕，在加工過程中能耗低，廢棄物少，是當之無愧的“綠色建材”。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明組合橋面板的結構示意圖。
[0029]圖2是本發明組合橋面板的俯視平面圖。
[0030]圖3是本發明組合橋面板的橫橋向剖面圖。
[0031]圖4是本發明組合橋面板的順橋向剖面圖。
[0032]圖5是本發明組合橋面板的竹材橋面板單板圖。
[0033]圖6是本發明組合橋面板的多個竹材橋面板單板組合安裝圖。
[0034]圖中有:竹材層積板單元1、竹材橋面板單板2、預應力筋3、錨具4、墊板5、竹材橋面板6、混凝土板10、螺栓11、榫槽21、榫頭22。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0036]本發明的竹材-混凝土組合橋面板，包括混凝土板10、預應力筋3和疊合的多個竹材層積板單元1，竹材層積板單元I由多個竹膠板制成的竹材橋面板單板2依次首尾榫接而成，竹材層積板單元I上的竹材橋面板單板2的一端設置有槽寬沿進槽方向逐漸增大的榫槽21,與之相鄰的竹材橋面板單板2 —端設置有與榫槽21相匹配的榫頭22,榫頭22嵌入榫槽21中，兩相鄰竹材層積板單元I的榫接部位相錯開。竹材橋面板單板2上設置有供預應力筋3穿過的安裝孔，預應力筋3通過安裝孔穿過多個竹材層積板單元I，預應力筋3的兩端穿過墊板5并用錨具4固定拉緊，束縛多個竹材層積板單元1，竹材層積板單元I疊合后形成的竹材橋面板6上部澆筑一層混凝土板10，兩者用螺栓11連接。
[0037]本發明竹材-混凝土組合橋面板的制作工藝為:
[0038]I)竹材橋面板單板2由竹膠板原型板材根據設計尺寸要求切割而成，并通過榫頭和榫槽橫向連接接長，使板長滿足橋面設計寬度要求，如兩車道橋寬8.5m，則在橫向至少需要4塊竹材橋面板單板2拼接，拼接接頭采取榫接頭形式，竹材橋面板單板2 —側加工出開口寬度沿進槽方向逐漸增大(漏斗形)的榫槽21，另一側加工出與之匹配的榫頭22，接縫處還事先涂有環氧樹脂膠結劑，以加強連接完整性，形成設計要求數量的竹材層積板單元I。
[0039]2)事先在竹材層積板單元I上按設計位置開孔，以供預應力鋼筋3通過。
[0040]3)每個竹材層積板單元I沿橫向側立，多個板層側立后相互擠靠在一起，形成竹材層積板單元集合體；
[0041]4)待所有竹材層積板單元I在縱向均放置到位后，在其開孔位置兩端放置墊板5，將預應力筋3穿過墊板5和所有安裝孔，然后通過預應力筋3的張拉在兩端形成一個預壓壓力而使所有竹材層積板單元I結成竹材橋面板6 ；
[0042]5)竹材橋面板6形成后，在其上部按要求間距布設螺栓；
[0043]6)在竹材橋面板6上部澆筑一層符合設計要求的混凝土板10，形成竹材-混凝土組合橋面板結構。
[0044]預應力鋼筋3宜采用粗直徑鋼筋，利用鋼筋螺紋錨具固定:即借粗鋼筋兩端的螺紋，在鋼筋張拉后直接擰上螺帽進行錨固，鋼筋的回縮力由螺帽經支承墊板承壓傳遞給梁體而獲得預應力。采用該種錨具的好處是:受力明確，錨固可靠；構造簡單，施工方便；預應力損失小，還可以簡便地采用套筒接長。
[0045]本發明竹材-混凝土組合橋面板在工程施工中的具體安裝工序步驟如下:
[0046]I)在工廠按照圖紙將包括榫接接頭21、22，安裝孔的竹材橋面板單板2預制好后，在工廠直接進行拼裝成多個竹材層積板單元1，并進行排列編號；
[0047]拼裝時在橫向接頭處涂環氧樹脂膠合劑，通過榫接將竹材橋面板單板2進行橫向拼接接長，成為竹材層積板單元I ;
[0048]2)多個竹材層積板單元I運至施工現場，在已經架設好的主梁上方，將單片竹材層積板單兀I縱向一片一片對齊疊合排列，為施工方便可事先預制一塊和實際橋面板大小相同的模板，重疊放置完成以后，將模板拆除；
[0049]3)在預應力筋3表面涂一層環氧樹脂；
[0050]4)將預應力筋3先后穿過18mm墊板5和竹材層積板單元I中央的孔洞，孔洞直徑41mm，預應力筋直徑25.4mm,其極限抗拉強度1570MPa，墊板5厚度18mm，面積127mmX 127mm ；
[0051]5)張拉預應力筋3，張拉控制應力710MPa，將錨具4固定于竹材橋面板6兩端，完成整個橋面板竹材板部分的制作；
[0052]6)在竹材橋面板6頂部按要求間距布設螺栓11剪力件；
[0053]7)在竹材橋面板6頂部澆筑一層混凝土板10，形成竹材-混凝土組合橋面板。
[0054]本發明的實施例和試驗中所采用的竹膠板材料為外購浙江省安吉市中奧竹膠板廠的產品。
[0055]竹膠板主要有以下幾個生產流程:竹材切片-去青-截斷-輾壓-干燥-浸膠-干燥-組坯-熱壓-裁邊，具體生產工藝為:
[0056]1.將原竹切成片，去掉最外層和強度相對較低的最內層；
[0057]2.用繩索將竹片連起來，做成竹席或竹簾，這樣便于組坯；
[0058]3.將竹簾曬干，殺死竹材內的害蟲以及去除水份，防止竹材蟲害及因水份而腐爛，曬干的竹簾再放入酚醛樹脂膠池中；
[0059]4.待竹簾浸膠充分后，從膠池內將竹簾撈起，晾干；
[0060]5.接下來便是竹膠合板的生產階段，將晾干的竹簾組成坯；
[0061]6.組完壞后，即可將竹坯送入機器內，進行高溫蒸壓，大約二十分鐘；7.冷卻后，去掉不整齊的邊，將竹膠合板制作成相應尺寸。
【權利要求】
1.竹材-混凝土組合橋面板，其特征在于，該組合橋面板包括竹材橋面板(6)、位于所述竹材橋面板(6)上方的混凝土板(10)，所述混凝土板(10)與竹材橋面板(6)之間通過螺栓(11)固定連接；竹材橋面板(6)包括沿橋縱向疊合排列設置的多個竹材層積板單元(I)和將所述多個竹材層積板單元(I)錨固拉緊的預應力筋(3)，所述預應力筋(3)沿橋縱向穿過多個竹材層積板單元(1)，預應力筋(3)的兩端設置有墊板(5)并用錨具(4)固定拉緊，將多個竹材層積板單元(I)束縛并連接為整體；所述竹材層積板單元(I)由多個竹膠板制成的竹材橋面板單板(2)依次首尾榫接而成，兩相鄰竹材層積板單元(I)的榫接部位相錯開。
2.根據權利要求1所述的竹材-混凝土組合橋面板，其特征在于，所述竹材橋面板單板(2)的一端設置有槽寬沿進槽方向逐漸增大的榫槽(21)，與之相鄰的橋面板單板(2) —端設置有與所述榫槽(21)相匹配的榫頭(22)，所述榫頭(22)嵌入榫槽(21)中。
3.根據權利要求1或2所述的竹材層積板單元(I)，其特征在于，所述竹材橋面板單板(2)上設置有供預應力筋(3)穿過的安裝孔。
【文檔編號】E01D19/12GK103614965SQ201310662382
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】吳文清, 宋林, 張立志, 車慧敏 申請人:東南大學