[发明专利]超高性能混凝土桁架拱片单元、桁架拱片桥梁及施工方法

说明书

本发明涉及桥梁工程技术领域，公开了一种超高性能混凝土桁架拱片单元、桁架拱片桥梁及施工方法。超高性能混凝土桁架拱片单元包括上弦杆、腹杆和下弦杆，其腹杆和下弦杆呈近似等边三角形结构；单元之间通过钢‑超高性能混凝土槽形连接构造浇注成桁架拱片，通过在数片桁架拱片间浇注桥面板和挂梁等构成超高性能混凝土桁架拱片桥梁。该桥梁的架设方法为：分段卧式预制桁架拱片单元，在连接处预留钢‑超高性能混凝土结构的槽形构造，现场架设桁架拱片并浇筑连接处超高性能混凝土，安装挂梁和现浇桥面板。采用该桁架拱片架设的桥梁具有自重轻、耐久性好、施工便捷迅速、可降低结构开裂风险、结构经济、外形美观等优点，符合装配式桥梁发展要求，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土桁架拱片单元、桁架拱片桥梁及施工方法。

背景技术

面对我国中小跨径桥梁通病根治和可靠性提升的现实需求，改进创新现有中小跨径桥梁结构体系，加大新结构、新材料、新工艺和新装备的研发与应用力度，提升整体化性能，推动中小型桥梁建设向工厂化、标准化、高耐久性发展是我国桥梁建设的发展方向之一。

钢筋混凝土桁架拱桥是指中间用实腹段，两侧用拱形桁架片构成的拱桥。桁架拱片之间用桥面系与横向联结系(横向撑架、剪刀撑)连接成整体。特点是实腹段与两侧拱形桁架片起着拱的受力作用，拱脚有水平推力可减小跨中弯矩。这种桥比一般带拱上建筑的肋拱桥受力合理，可节省材料，减小自重，适用于地基较差的场合，整体上有施工简便、质量轻、造价低、外形美观、设计灵活等特点。

桁架拱桥的大部分构件都是预制安装的，同时施工工序少，对吊装能力适应性强，且桁架拱片构件预制可与下部结构施工平行作业，工期可相应缩短。此外，从施工角度，现有的桁架拱桥存在模板较复杂，构件纤细，故浇筑和运输桁架拱片易损坏，在一些受拉、受弯部位及刚性节点处，容易出现裂缝。另外，在运营阶段，由于桁架拱桥节点是刚性连接，活载作用下节点应力集中，使交会于节点的竖杆、斜杆易开裂，影响整体刚度和耐久性，而且难以维修养护。特别是近年来随着交通量增加、汽车载重量增大等因素，公路上早期修建的钢筋混凝土桁架拱桥出现比较明显的病害，主要表现为：节点混凝土开裂、钢筋锈蚀，整体刚度不足导致变形过大、行车不舒适。特别是由于超载，桥梁产生不可恢复的变形，增加或增大裂缝，加速混凝土的劣化及钢筋的腐蚀。以上各种成因可以同时存在，相互作用，进而加速病害的发展。目前部分普通混凝土桁架拱桥、组合式桁架拱桥面临或废弃或拆除的境地，这种桥型亟待技术上的革新。

超高性能混凝土是一种具有超高强度、韧性、耐久性及高阻裂性能的水泥基复合材料，是由多元活性粉末掺合料、无机胶凝材料、连续级配细骨料、钢纤维等组成，使用高效减水剂，通过最大密实度理论，将材料的内部缺陷降到最低。由于超高性能混凝土中钢纤维的存在，使材料的抗拉强度得到了较大提高，是普通混凝土的4～6倍，极限抗拉应变是普通混凝土的70～80倍，力学性能和变形性能大大优于普通混凝土和高强混凝土。随着超高性能混凝土桥梁的进一步研究、改进与实际应用，其性能优异、施工便捷、长期效益显著、维护量小、绿色环保等优点，有可能使得超高性能混凝土桥梁结构最有可能成为公路及市政工程中一种常态化的结构形式。

桁架拱桥采用传统普通混凝土材料，有承载潜力低、横向稳定性差、耐久性差等缺陷，超高性能混凝土材料性能介于普通混凝土及钢材性能之间，若将超高性能混凝土材料与该桥型相结合，并优化结构布置则得到超高性能混凝土桁架拱桥结构，可充分发挥桁架拱桥桥型的一些优点，避免其缺点。可大大提高桁架拱桥的适应范围。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有普通混凝土桁架拱桥存在的节点易开裂、横向联系开裂退化、承载潜力低等问题，提供一种超高性能混凝土桁架拱片单元及连接构造，该超高性能混凝土桁架拱片单元采用整体卧式预制，通过特有的连接构造进行现场浇注安装，对上下弦杆和腹杆节点连接位置、横向连接位置、现浇接头部位进行构造加强，整体结构具有施工便捷、结构牢靠、自重轻、耐久性好等优点。