波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固拼接结构和施工方法 |
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| 申请号 | CN202311481940.2 | 申请日 | 2023-11-08 | 公开(公告)号 | CN117449223A | 公开(公告)日 | 2024-01-26 |
| 申请人 | 福建江夏学院; | 发明人 | 罗冰清; 佟兆杰; 黄志伟; 于芳; 石宏宇; 乐颖; 章殳革; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 波形 钢 腹板 组合梁的波形钢腹板加固、拼接结构和施工方法，加固结构包括上下两排固定FRP板、一预制压型钢板‑ 混凝土 组合板和钢梁；固定FRP板内侧通过粘接剂粘接在波形钢腹板上；预制压型钢板‑混凝土组合板嵌设在上下两排固定FRP板之间；钢梁的上下两端分别与上下竖向对齐的两固定FRP板外侧固定连接。本加固结构通过预制压型钢板‑混凝土组合板提高波形钢腹板的抗剪整体屈曲承载 力 ，通过低弹模材料及固定FRP板组成的低抗剪连接系统降低预制压型钢板‑混凝土组合板对褶皱效应的影响。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固结构，其特征在于：包括上下两排沿波纹钢腹板(100)的纵向方向设置的固定FRP板(11)、一沿波纹钢腹板(100)的纵向方向设置的预制压型钢板‑混凝土组合板(2)和竖向设置的钢梁(23)；各排固定FRP板(11)包括至少两间隔设置的固定FRP板(11)，上下两排的固定FRP板(11)的数量相同并且在竖向一一对齐，固定FRP板(11)内侧通过粘接剂粘接在波形钢腹板(100)上；预制压型钢板‑混凝土组合板(2)嵌设在上下两排固定FRP板(11)之间，预制压型钢板‑混凝土组合板(2)内侧的压型钢板(21)紧贴波形钢腹板(100)；钢梁(23)与竖向各对齐的两固定FRP板(11)对应设置且位置对齐，钢梁(23)内侧通过连接板埋设在预制压型钢板‑混凝土组合板(2)外侧的钢筋混凝土板(22)中，连接板埋设在混凝土中的部分包裹有低弹模材料(233)，固定FRP板(11)外侧伸至钢梁(23)上方或者下方，钢梁(23)的上下两端分别与对应的上下两固定FRP板(11)外侧固定连接。 |
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| 说明书全文 | 波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固拼接结构和施工方法技术领域[0001] 本发明涉及波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固技术领域，尤其涉及用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固、拼接结构和施工方法。 背景技术[0002] 波形钢腹板组合梁具有预应力效率高、结构自重轻的特点，目前已应用于桥梁工程中。早期桥梁建造中，由于施工、设计、管理等方面的问题以及桥梁荷载的变化，运营中的波形钢腹板组合梁桥需要进行进一步的加固满足后期使用要求。 [0003] 波形钢腹板在组合梁中承担着大部分的剪切荷载，而随着波形钢腹板尺寸的变化，波形钢腹板可能发生整体屈曲破坏、局部屈曲破坏和组合屈曲破坏等。 [0004] 而对于大跨径波形钢腹板组合梁桥，由于其腹板较高，更易发生整体剪切屈曲破坏。为了提高大跨径波形钢腹板组合梁桥的抗剪承载力，可以采用在波形钢腹板外侧浇筑混凝土并与波形钢腹板牢固连接的方式。但该种方式容易造成混凝土开裂，并影响浇筑混凝土段的波形钢腹板褶皱效应。 发明内容[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固、拼接结构和施工方法，以提高大跨径波形钢腹板组合梁桥的整体剪切屈曲承载力。 [0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： [0007] 本发明提供一种用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固结构，包括上下两排沿波纹钢腹板的纵向方向设置的固定FRP板、一沿波纹钢腹板的纵向方向设置的预制压型钢板‑混凝土组合板和竖向设置的钢梁；各排固定FRP板包括至少两间隔设置的固定FRP板，上下两排的固定FRP板的数量相同并且在竖向一一对齐，固定FRP板内侧通过粘接剂粘接在波形钢腹板上；预制压型钢板‑混凝土组合板嵌设在上下两排固定FRP板之间，预制压型钢板‑混凝土组合板内侧的压型钢板紧贴波形钢腹板；钢梁与竖向各对齐的两固定FRP板对应设置且位置对齐，钢梁内侧通过连接板埋设在预制压型钢板‑混凝土组合板外侧的钢筋混凝土板中，连接板埋设在混凝土中的部分包裹有低弹模材料，固定FRP板外侧伸至钢梁上方或者下方，钢梁的上下两端分别与对应的上下两固定FRP板外侧固定连接。 [0008] 作为具体的一种实施方式，预制压型钢板‑混凝土组合板的压型钢板与钢筋混凝土板通过栓钉固定连接。 [0010] 作为具体的一种实施方式，固定FRP板采用拉挤工艺制成，包括与波形钢腹板的波折槽匹配的固定头和与固定头连接的外伸肋板，固定头粘接在波折槽内，外伸肋板外侧伸至钢梁上方或者下方。 [0011] 作为具体的一种实施方式，外伸肋板的外侧部开设螺栓孔，工字钢的中间腹板的上下两端分别开设螺栓孔，外伸肋板与工字钢之间通过连接钢板穿螺栓固定连接。 [0012] 作为具体的一种实施方式，固定头由靠近波折槽侧的内缘板、远离波折槽侧的外缘板和位于内缘板和外缘板之间的侧缘板连接形成梯形框，外伸肋板与外缘板中部连接且向梯形框内延伸至与内缘板中部连接，梯形框内设置有连接内缘板两端端部和外伸肋板与外缘板相交位置的两斜向的内肋板。 [0013] 作为具体的一种实施方式，梯形框的高度等于波形钢腹板的波高，内缘板和两侧的侧缘板组合形成与波形钢腹板的波折槽形状一致的形状，内缘板的长度等于波形钢腹板的波折槽的直幅段长度，侧缘板的长度等于波形钢腹板的波折槽的斜幅段长度。 [0014] 本发明还提供一种用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固拼接结构，其特征在于：包括两个以上用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固结构，压型钢板至少一端的端部伸至钢筋混凝土板对应端的端部外，钢筋混凝土板中的钢筋的至少一端的端部伸至钢筋混凝土板对应端的的端部外，相邻的预制压型钢板‑混凝土组合板的伸出的压型钢板通过焊接连接成一整体，相邻预制压型钢板‑混凝土组合板的钢筋混凝土板的钢筋错开设置，通过在波形钢腹板的波峰直幅段处现浇UHPC进行连接。 [0015] 压型钢板沿钢筋混凝土板长度方向伸出0.5个波形钢腹板的波峰的直幅段长度，钢筋沿钢筋混凝土板长度方向伸出长度0.8个波形钢腹板的波峰的直幅段长度。 [0016] 本发明还提供一种用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固拼接结构的施工方法，用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固拼接结构包括两个以上用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固结构，压型钢板的端部伸至钢筋混凝土板对应端的端部外，钢筋混凝土板中的钢筋的端部伸至钢筋混凝土板对应端的的端部外，相邻的预制压型钢板‑混凝土组合板的伸出的压型钢板通过焊接连接成一整体，相邻预制压型钢板‑混凝土组合板的钢筋混凝土板的钢筋错开设置，通过在波形钢腹板的波峰直幅段处现浇UHPC进行连接； [0017] 所述的施工方法包括以下步骤： [0018] S1、在工厂生产制作压型钢板、带螺栓孔的工字钢、固定FRP板和T形板，将工字钢和T形板进行焊接，并在T形板外侧包裹低弹模材料，将焊接好的工字钢和T形板放置到模框中，布设钢筋，在压型钢板外侧浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后形成预制构件； [0019] S2、在下排固定FRP板的固定头处涂抹粘接剂，在粘接剂凝固前将下排固定FRP板粘贴在波形钢腹板的波折槽中的设计位置； [0020] S3、将预制压型钢板‑混凝土组合板吊装到下排的固定FRP板之上，使用临时支撑将预制压型钢板‑混凝土组合板与波形钢腹板顶紧，在上排固定FRP板的固定头处涂抹粘接剂，在粘接剂凝固前将上排固定FRP板粘贴在波形钢腹板的波折槽中的设计位置，在外伸肋板处钻取螺栓孔，安装连接钢板，安装穿外伸肋板、连接钢板和工字钢的螺栓，拧紧螺栓将工字钢和固定FRP板连接在一起，撤掉临时支撑； [0021] S4、对相邻预制压型钢板‑混凝土组合板的压型钢板的伸出部分进行焊接，在相邻预制压型钢板‑混凝土组合板间的接缝处架设模板，浇筑UHPC，将相邻预制压型钢板‑混凝土组合板连接在一起，完成波形钢腹板组合梁的抗剪加固。 [0022] 本发明具有如下有益效果： [0024] 与传统的混凝土与波形钢腹板通过强的抗剪连接相比，通过低弹模材料、固定FRP板组成的低剪切连接刚度系统，降低了预制压型钢板‑混凝土组合板对波形钢腹板轴向刚度的增强，减少了加固结构对波形钢腹板褶皱效应的影响。同时减少了预制的预制压型钢板‑混凝土组合板承担的荷载，提高了加固结构的新增混凝土部分的抗裂能力。 [0025] 固定FRP板通过环氧树脂与波形钢腹板连接，避免了钻孔或焊接连接对加固波形钢腹板的损害。与工字钢、固定FRP板都预先钻取螺栓孔再进行现场对孔拼接相比，施工过程中采用工厂钻取工字钢螺栓孔、现场钻取固定FRP板螺栓孔的方式，可以降低拼接精度要求。采用拉挤工艺的FRP板便于工厂化生产，制作的FRP板为各项异性材料，纤维主要布设于一个方向，在加固结构中，竖向为纤维方向，弹性模量高，梁纵向为非纤维方向，弹性模量低。 [0027] 图1为本发明的加固装置与组合梁配合的结构示意图； [0028] 图2为加固结构的结构示意图； [0029] 图3为加固FRP件的结构示意图； [0030] 图4为预制压型钢板‑混凝土组合板和钢梁连接的结构示意图； [0031] 图5为钢梁的结构示意图。 具体实施方式[0032] 以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明： [0033] 实施例一、 [0034] 参见图1至图5，用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固结构，包括上下两排沿波纹钢腹板100的纵向方向设置的固定FRP板11、至少一沿波纹钢腹板100的纵向方向设置的预制压型钢板‑混凝土组合板2和连接固定FRP板11和预制压型钢板‑混凝土组合板2的竖向设置的钢梁23。 [0035] 各排固定FRP板11包括至少两个间隔设置通过拉挤工艺制成的固定FRP板11，上下两排的固定FRP板11的数量相同并且在竖向一一对齐。固定FRP板11包括与波形钢腹板100的波折槽形状大小匹配的固定头110和与位于固定头110外的与固定头110连接优选一体成型的横向设置的外伸肋板111。本实施例中，固定头110由靠近波折槽侧的内缘板112、远离波折槽侧的外缘板113和位于内缘板112和外缘板113之间的侧缘板114连接形成梯形框，外伸肋板111与外缘板113中部连接且向梯形框内延伸至与内缘板112中部连接。梯形框内设置有连接内缘板112两端端部和外伸肋板111与外缘板113相交位置的两斜向的内肋板115。外伸肋板111位于梯形框外的外侧部开设螺栓孔。 [0036] 作为较优的实施方式，梯形框的高度(即位于梯形框内的外伸肋板111的长度)等于波形钢腹板100的波高，内缘板112和两侧的侧缘板114组合形成与波形钢腹板100的波折槽形状一致的形状，内缘板112的长度等于波形钢腹板100的波折槽的直幅段长度，侧缘板114的长度等于波形钢腹板100的波折槽的斜幅段长度。 [0037] 固定FRP板11通过涂抹在固定头110的内缘板112和两侧缘板114上的例如环氧树脂等粘接剂横向粘接在波形钢腹板100的波折槽内。两固定FRP板11通过粘接剂粘接在波形钢腹板100同一波折槽内的上下两个位置，粘接后，固定FRP板11整体垂直于波形钢腹板100形成的大致的平面，上下两排固定FRP板11中间预留出容置预制压型钢板‑混凝土组合板2的位置。 [0038] 预制压型钢板‑混凝土组合板2包括由靠近波形钢腹板100的内侧往外侧依次设置的压型钢板21和钢筋混凝土板22，压型钢板21与钢筋混凝土板22通过螺栓、栓钉等固定件连接在一起。本实施例中，预制压型钢板‑混凝土组合板2长度为2～3个波形钢腹板100的波长。优选的，压型钢板21至少一端的端部伸至钢筋混凝土板22对应端的端部外，钢筋混凝土板22中的钢筋221的至少一端的端部伸至钢筋混凝土板22对应端的的端部外，作为较优的实施方式，压型钢板21沿钢筋混凝土板22长度方向伸出0.5个波形钢腹板100的波峰的直幅段长度，钢筋221沿钢筋混凝土板22长度方向伸出长度0.8个波形钢腹板100的波峰的直幅段长度。 [0039] 钢梁23与竖向对齐的两固定FRP板对应设置且位置对齐，本实施例中，钢梁3为竖向设置的工字钢231，工字钢231的内侧翼缘板贴在钢筋混凝土板22外侧面上，工字钢231的中间腹板的上下两端分别开设螺栓孔。工字钢231的内侧翼缘板上下间隔焊接有两个以上的优选T形板232的连接板，T形板232的腹板端部与工字钢231内侧板连接，T形板232的腹板外包裹如泡沫胶的低弹模材料233，T形板232和低弹模材料233通过现场浇筑的方式埋设在钢筋混凝土板22中，使得各钢梁3与钢筋混凝土板22连成一体。 [0040] 预制压型钢板‑混凝土组合板2嵌设在上下两排固定FRP板11之间，预制压型钢板‑混凝土组合板2的压型钢板21紧贴波形钢腹板100，固定FRP板11的外伸肋板111位于工字钢231中间腹板的正上方或者正下方，且外伸肋板111的外侧部与工字钢231的外侧翼缘板齐平。外伸肋板111与工字钢231之间通过连接钢板234穿螺栓固定连接。 [0041] 预制压型钢板‑混凝土组合板2通过工字钢231与波形钢腹板100连接，工字钢231既具有连接的作用，也具有增加预制压型钢板‑混凝土组合板2面外刚度的作用。由于预制压型钢板‑混凝土组合板2对波形钢腹板100面外变形的约束，降低了波形钢腹板100整体屈曲的计算高度，提高了波形钢腹板100整体屈曲承载力。此外，由于工字钢231与钢筋混凝土板22之间的低弹模材料233，降低了预制压型钢板‑混凝土组合板2与波形钢腹板100间的剪切刚度；同时，固定FRP板11采用拉挤工艺生产，在梁纵向的弹性模量较低，也降低了预制压型钢板‑混凝土组合板2与波形钢腹板100间的剪切刚度。通过预制压型钢板‑混凝土组合板2与波形钢腹板100间的低剪切刚度连接，降低了轴向及弯曲荷载下预制压型钢板‑混凝土组合板2的受力，增强了新增混凝土部分的抗裂能力，减少了预制压型钢板‑混凝土组合板对波形钢腹板组合梁1褶皱效应的影响。 [0042] 实施例二、 [0043] 参见图5，用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固拼接结构，包括两个以上如实施例一中的用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固结构。相邻的预制压型钢板‑混凝土组合板2的伸出的压型钢板21通过焊接连接成一整体。相邻预制压型钢板‑混凝土组合板2的钢筋混凝土板22的钢筋221错开设置，通过在波形钢腹板100的波峰直幅段处现浇UHPC(超高性能混凝土)进行连接。 [0044] 本实施例还提供一种用于波形钢腹板组合梁的波形钢腹板加固装置的施工方法，包括以下步骤： [0045] S1、在工厂生产制作压型钢板21、带螺栓孔的工字钢231、固定FRP板11和T形板232，将工字钢231和T形板232进行焊接，并在T形板232外侧包裹低弹模材料233，将焊接好的工字钢231和T形板232放置到模框中，布设钢筋221，在压型钢板21外侧浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后形成预制构件； [0046] S2、在下排固定FRP板11的内缘板112和侧缘板114处涂抹粘接剂，在粘接剂凝固前将下排固定FRP板11粘贴在波形钢腹板100的波折槽中的设计位置； [0047] S3、将预制压型钢板‑混凝土组合板2吊装到底排的固定FRP板11之上，使用临时支撑将预制压型钢板‑混凝土组合板2与波形钢腹板100顶紧，在上排固定FRP板11的固定头处涂抹粘接剂，在粘接剂凝固前将上排固定FRP板11粘贴在波形钢腹板100的波折槽中的设计位置，在外伸肋板111处钻取螺栓孔，安装连接钢板234，安装穿外伸肋板111、连接钢板234和工字钢231的螺栓，拧紧螺栓将工字钢231和固定FRP板11连接在一起，撤掉临时支撑； [0048] S4、对相邻预制压型钢板‑混凝土组合板2的压型钢板21的伸出部分进行焊接，在相邻预制压型钢板‑混凝土组合板2间的接缝处架设模板，浇筑UHPC，将相邻预制压型钢板‑混凝土组合板2连接在一起，完成波形钢腹板100组合梁的抗剪加固。 |
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