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一种三明治型顶 底板抗剪加固的 混凝土板梁结构

阅读：548发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构，包括：混凝土板梁；顶部混凝土整体化层，所述顶部混凝土整体化层的底面与所述混凝土板梁的顶面固结，其抗压强度标准值≥60MPa，其在混凝土板梁的顶面全部加固，厚度50～150mm；底部加固层，所述底部加固层的顶面与混凝土板梁的底面固结，其抗拉强度设计值≥15MPa，其在混凝土板梁的底面沿梁的长度方向在整宽度或局部宽度加固，厚度8～50mm。本实用新型能够分别充分发挥混凝土板梁的顶部混凝土整体化层、底部加固层的材料抗压、抗拉性能，大幅提升结构抗剪承载能力，可有效解决在役钢筋及预应力混凝土板梁桥普遍存在设计荷载等级低、抗剪承载力不足的问题。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构，其特征在于，包括：
混凝土板梁；
顶部混凝土整体化层，所述顶部混凝土整体化层的底面与所述混凝土板梁的顶面固结；
底部加固层，所述底部加固层的顶面与混凝土板梁的底面固结。
2.根据权利要求1所述的混凝土板梁结构，其特征在于，所述顶部混凝土整体化层在混凝土板梁的顶面全部加固，厚度为50～150mm，其抗压强度标准值≥60MPa。
3.根据权利要求2所述的混凝土板梁结构，其特征在于，还包括：
钢筋网片，所述钢筋网片沿梁的长度方向水平设置于顶部混凝土整体化层中间，所述钢筋网片直径为8～12mm、以横纵向100～150mm的间距水平地设置于所述顶部混凝土整体化层厚度方向的中间位置。
4.根据权利要求1所述的混凝土板梁结构，其特征在于，所述底部加固层在混凝土板梁的底面沿梁的长度方向在整个宽度或局部加固，厚度为8～50mm，抗拉强度设计值≥15MPa。
5.根据权利要求4所述的混凝土板梁结构，其特征在于，当底部加固层的抗拉强度设计值≤20MP，且其厚度≥40mm时，所述底部加固层在厚度方向的中间位置布置直径8mm、间距
100～150mm的钢筋网片。
6.根据权利要求4所述的混凝土板梁结构，其特征在于，
所述底部加固层采用厚度30～50mm的改性聚合物混凝土或厚度为8～16mm的钢板。
7.根据权利要求1所述的混凝土板梁结构，其特征在于，还包括：
纵向钢筋，所述纵向钢筋沿梁的长度方向水平设置于混凝土板梁中；
箍筋，所述箍筋竖直设置于混凝土板梁中。
8.根据权利要求1所述的混凝土板梁结构，其特征在于，还包括：
植筋，所述植筋竖直地设置于顶部混凝土整体化层的底面与混凝土板梁的顶面之间，所述植筋沿梁长度方向间距为300～500mm、沿梁横向方向间距为200～300mm，直径为8～
12mm。
9.根据权利要求1所述的混凝土板梁结构，其特征在于，所述混凝土板梁的顶部和底部表面混凝土进行凿毛处理，露出混凝土粗骨料，处理厚度为10～20mm。

说明书全文

一种三明治型顶底板抗剪加固的 混凝土板梁结构

技术领域

[0001] 本实用新型涉及桥梁加固领域，尤其涉及一种三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构。

背景技术

[0002] 混凝土板梁由于预制简单、安装方便、造价低廉等优点，在中小跨径桥梁中得到了广泛应用。但是，随着国民经济、重型交通车辆的发展，我国在役的钢筋混凝土和预应力混凝土板梁桥普遍存在抗剪承载力不足、混凝土开裂、钢筋锈蚀、铰缝连接失效等病害。这些病害，尤其是抗剪承载力不足，严重影响了其使用寿命，带来了巨大的交通安全隐患。

[0003] 对于抗剪承载力不足的混凝土板梁，通常的作法是对其进行拆除，更换为新的截面加强、高度加高的新梁。但是，更换新梁的方法不仅改扩建工期很长、消耗大量的钢筋混凝土材料、增加大量的建设成本，而且拆除的混凝土板梁还将产生大量的建筑垃圾，带来严重的环保问题。因此，采用对既有混凝土板梁进行加固的方法是节能环保的有效途径。

[0004] 目前，混凝土板梁抗剪加固方法有增大截面法、表面粘贴法、体外预应力及改变体系加固法等。传统增大截面法会明显减少桥下净高，并增加了结构自重。粘贴碳纤维布的方法则存在黏结剂老化剥落，碳纤维布耐火性差等问题。体外预应力及改变体系加固法，则存在加固工艺复杂等诸多问题。近几年来，国外采用超高性能混凝土对普通混凝土梁进行加固，但该方法中超高性能混凝土仅在受拉区进行应用，其抗剪承载力提高幅度有限。同时，还存在超高性能混凝土成本高，梁底部施工、养护困难等问题。

[0005] 因此，亟需研发一种效率高、造价低、施工方便、绿色环保的混凝土板梁抗剪承载力加固新型结构。实用新型内容

[0006] (一)要解决的技术问题

[0007] 本实用新型提供了一种三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

[0008] (二)技术方案

[0009] 根据本实用新型的一个方面，提供了一种三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构，包括：

[0010] 混凝土板梁；

[0011] 顶部混凝土整体化层，所述顶部混凝土整体化层的底面与所述混凝土板梁的顶面固结；

[0012] 底部加固层，所述底部加固层的顶面与混凝土板梁的底面固结。

[0013] 在一些实施例中，所述顶部混凝土整体化层在混凝土板梁的顶面全部加固，厚度为50～150mm，其抗压强度标准值≥60MPa。

[0014] 在一些实施例中，所述的混凝土板梁结构，还包括：

[0015] 钢筋网片，所述钢筋网片沿梁的长度方向水平设置于顶部混凝土整体化层中间，所述钢筋网片直径为8～12mm、以横纵向100～150mm的间距水平地设置于所述顶部混凝土整体化层厚度方向的中间位置。

[0016] 在一些实施例中，所述底部加固层在混凝土板梁的底面沿梁的长度方向在整个宽度或局部加固，厚度为8～50mm，抗拉强度设计值≥15MPa。

[0017] 在一些实施例中，当底部加固层的抗拉强度设计值≤20MP，且其厚度≥40mm时，所述底部加固层在厚度方向的中间位置布置直径8mm、间距100～150mm的钢筋网片。

[0018] 在一些实施例中，所述底部加固层采用厚度30～50mm的改性聚合物混凝土或厚度为8～16mm的钢板。

[0019] 在一些实施例中，所述的混凝土板梁结构，还包括：

[0020] 植筋，所述植筋竖直地设置于顶部混凝土整体化层的底面与混凝土板梁的顶面之间，所述植筋沿梁长度方向间距为300～500mm、沿梁横向方向间距为200～300mm，直径为8～12mm。

[0021] 在一些实施例中，所述混凝土板梁的顶部和底部表面混凝土进行凿毛处理，露出混凝土粗骨料，处理厚度为10～20mm。

[0022] (三)有益效果

[0023] 从上述技术方案可以看出，本实用新型三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构至少具有以下有益效果其中之一：

[0024] (1)本实用新型能够分别充分发挥混凝土板梁的顶部混凝土整体化层、底部加固层的材料抗压、抗拉性能，大幅提升结构抗剪承载能力，可有效解决在役钢筋及预应力混凝土板梁桥普遍存在设计荷载等级低、抗剪承载力不足的问题；

[0025] (2)本实用新型顶部混凝土整体化层的材料抗压强度标准值≥60MPa，可采用含粗骨料的超高性能混凝土材料，其抗压强度高，抗剪承载力提高能力强，施工不需要蒸养，施工周期短；并且，顶部混凝土整体化层可以提高既有混凝土板梁顶板的抗裂性能及抗冲击性能，减少桥面顶板开裂与局部破损现象，大幅提高桥梁耐久性；

[0026] (3)本实用新型底部加固层的材料抗拉强度设计值≥15MPa，可采用厚度30～50mm的改性聚合物混凝土(MPC)或厚度为8～16mm的钢板，底部加固层的厚度薄，施工方便，施工期短，可有效保证梁下净空要求。而且，底部加固层可以提高既有混凝土板梁底板的抗裂性能，减少桥面底板开裂与局部破损现象，大幅提高桥梁耐久性。

[0027] (4)本实用新型提供了抗剪加固后混凝土板梁的总抗剪承载力计算方法，概念清晰，实用方便，可操作性强，为抗剪加固设计提供了有效方法；

[0028] (5)本实用新型提供具有抗剪承载力提高效率高、造价低、设计简单、施工方便、绿色环保、经济性好、耐久性好、适用性广等优点。附图说明

[0029] 图1(a)为本实用新型实施例混凝土板梁加固结构纵向剖面示意图。

[0030] 图1(b)为本实用新型实施例为单条局部加固的底部加固层的混凝土板梁加固结构横断面示意图。

[0031] 图1(c)为本实用新型实施例底部加固层为三条局部加固的混凝土板梁加固结构横断面示意图。

[0032] 图2(a)为本实用新型实施例高韧性材料的底部加固层为单条局部加固的钢筋混凝土板梁结构抗剪承载力计算方法分解示意图。

[0033] 图2(b)本实用新型实施例中高韧性材料的底部加固层为三条局部加固的的钢筋混凝土板梁结构抗剪承载力计算方法分解示意图。

[0034] 【附图中本实用新型实施例主要元件符号说明】

[0035] 1、混凝土板梁；

[0036] 101、纵向钢筋； 102、箍筋；

[0037] 2、顶部混凝土整体化层；

[0038] 201、钢筋网片；

[0039] 3、底部加固层； 4、植筋

具体实施方式

[0040] 本实用新型提供了一种三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

[0041] 本实用新型某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本实用新型的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本实用新型满足适用的法律要求。

[0042] 图1(a)为本实用新型实施例三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构纵向剖面示意图。包括：混凝土板梁1、顶部混凝土整体化层2、底部加固层3、混凝土板梁1的纵向钢筋101、混凝土板梁1的箍筋102、顶部混凝土整体化层的钢筋网片201、植筋4。

[0043] 其中，顶部混凝土整体化层2的底面与混凝土板梁1的顶面固结，底部加固层3的顶面与混凝土板梁1的底面固结。所述纵向钢筋101沿梁的长度方向水平设置于混凝土板梁1的底部，所述箍筋102沿混凝土板梁1周向竖直桥轴线设置于混凝土板梁1主体中，所述钢筋网片201沿梁的长度方向水平设置于顶部混凝土整体化层2中间，所述植筋4设置于顶部混凝土整体化层2的底面与混凝土板梁1的顶面之间。

[0044] 以下对本实施例三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构的各个部分进行详细说明。

[0045] 具体地，所述混凝土板梁1内部沿梁的长度方向可具有空心结构，所述混凝土结构可以为长方体等形状。

[0046] 所述顶部混凝土整体化层2采用高性能混凝土材料，其材料抗压强度标准值≥60MPa，其在混凝土板梁1的顶面全部加固，厚度50～150mm，厚度方向的中间位置布置直径8～12mm、间距100～150mm的钢筋网片201。

[0047] 进一步地，所述顶部混凝土整体化层2可采用含粗骨料的超高性能混凝土材料，其配比如下：

[0048]

[0049] 所述底部加固层3采用高韧性材料，其材料抗拉强度设计值≥15MPa，其在混凝土板梁的底面沿梁的长度方向上在整个宽度或局部宽度范围内加固，其厚度8～50mm。

[0050] 图1(b)为本实用新型实施例为单条局部加固的底部加固层的混凝土板梁加固结构横断面示意图。图中b1为加固前混凝土板梁、顶部混凝土整体化层的宽度；b2为底部加固层的总宽度；本实施例中，bi＝2*b2，即单条局部加固宽度约为0.5倍的梁底宽度。

[0051] 图1(c)为本实用新型实施例底部加固层为三条局部加固的混凝土板梁加固结构横断面示意图。图中b1为加固前混凝土板梁、顶部混凝土整体化层的宽度；b2为底部加固层的总宽度；本实施例中，n＝3。

[0052] 图2(a)为本实用新型实施例高韧性材料的底部加固层为单条局部加固的钢筋混凝土板梁结构抗剪承载力计算方法分解示意图。其中h1为加固前混凝土板梁的高度；h2为底部加固层的高度；h3为顶部混凝土整体化层的高度。

[0053] 图2(b)为本实用新型实施例中高韧性材料的底部加固层为三条局部加固的钢筋混凝土板梁结构抗剪承载力计算方法分解示意图。其中h1为加固前混凝土板梁的高度；h2为底部加固层的高度；h3为顶部混凝土整体化层的高度。

[0054] 当底部加固层3的抗拉强度设计值≤20MP，且其厚度≥40mm时，其厚度方向的中间位置布置直径8mm、间距100～150mm的钢筋网片。

[0055] 进一步地，所述底部加固层3可采用厚度30～50mm的改性聚合物混凝土(MPC)或厚度为8～16mm的钢板。

[0056] 所述三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构，其抗剪承载力计算方法为：

[0057]

[0058]

[0059]

[0060]

[0061] 式中，

[0062] VR——加固后混凝土板梁结构的总抗剪承载力；

[0063] α1、α2、α3——不同类型梁的影响系数；

[0064] b1——加固前混凝土板梁、顶部混凝土整体化层的宽度；

[0065] b2——底部加固层的总宽度；

[0066] h1——加固前混凝土板梁的高度；

[0067] h2一—底部加固层的高度；

[0068] h3——顶部混凝土整体化层的高度；

[0069] β——顶部混凝土整体化层的抗压强度增强系数；

[0070] P1——加固前混凝土板梁在斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率；

[0071] P2——底部加固层在斜截面内等效为纵向受拉钢筋的配筋百分率；

[0072] fcu，k——加固前混凝土板梁的混凝土抗压强度标准值(MPa)；

[0073] f顶，k——顶部混凝土整体化层的混凝土抗压强度标准值(MPa)；

[0074] f底——底部加固层的抗拉强度设计值(MPa)；

[0075] ρsv——斜截面内箍筋配筋率；

[0076] fsv——箍筋的抗拉强度设计值(MPa)；

[0077] fs——钢筋的抗拉强度设计值(MPa)。

[0078] 优选地，所述三明治型顶底板抗剪加固的混凝土板梁结构中，顶部混凝土整体化层2、混凝土板梁1之间还可以通过植筋4的方式来增加整体性能，植筋4沿梁轴线方向间距为300～500mm、沿梁垂直桥轴线方向间距为200～300mm，直径为8～12mm。

[0079] 进一步优选地，所述混凝土板梁1的顶部和底部表面混凝土需要进行凿毛处理，露出坚硬的混凝土粗骨料，一般处理厚度为10～20mm。

[0080] 至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

[0081] 还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

[0082] 并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

[0083] 除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本实用新型的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

[0084] 再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

[0085] 此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

[0086] 本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

[0087] 类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

[0088] 以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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