本發(fā)明屬于混凝土箱梁技術領域，涉及一種UHPC組合箱梁。

背景技術：

UHPC是一種超高強高性能混凝土，相對于普通高強混凝土來說，UHPC具有更好的延性，更高的抗拉強度和極高的極限抗壓強度，因為普通商品混凝土變形能力和強度的限制，高強鋼筋不能在鋼筋混凝土構件中充分地發(fā)揮作用，這在一定程度上影響了混凝土梁橋的跨越能力以及混凝土橋梁中的梁高。目前，UHPC價格相對較高，使用全截面UHPC箱梁并不經(jīng)濟。

箱梁作為一種常用的截面形式，傳統(tǒng)的鋼混組合箱梁的連接易發(fā)生破壞，并且鋼板和混凝土不能很好地協(xié)同工作。本發(fā)明中UHPC組合箱梁只需要材料自身的粘結性就可以保證可靠的連接并且連接處不易破壞，耐久性好。此外UHPC具有超高極限拉應變，底板UHPC與其內(nèi)的普通鋼筋可以全程協(xié)同工作，保證鋼筋屈服前UHPC也僅有不可見的微裂紋，與傳統(tǒng)混凝土開裂即退出工作產(chǎn)生巨大差異，將是一種全新的結構形式和設計理念。傳統(tǒng)的混凝土箱梁，在計算抗彎承載力時不計入受拉區(qū)混凝土的抗拉作用。本發(fā)明中，在計算抗彎承載力時必須考慮受拉區(qū)UHPC的抗拉貢獻。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術所存在的缺陷，現(xiàn)提供一種UHPC組合箱梁，對箱梁截面進行合理地修改和優(yōu)化，通過將構件制成UHPC組合構件，使其兼具優(yōu)異的工作性能和經(jīng)濟性。通過實驗和計算表明UHPC底板組成的組合箱梁抗彎極限承載力約為普通C60混凝土箱梁的2倍左右。同時使用高強鋼筋可以降低用鋼量，達到節(jié)約環(huán)保的作用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：提供一種UHPC組合箱梁，包括由普通混凝土多面圍合的箱梁本體，所述箱梁本體的至少一面承載面為UHPC混凝土。

優(yōu)選地，所述箱梁本體包括普通混凝土材質(zhì)的頂板、腹板以及UHPC混凝土材質(zhì)的底板，所述底板與所述腹板粘結連接。各個構件的連接無需設置連接裝置或使用剪力釘，不需要特殊處理。

優(yōu)選地，所述底板內(nèi)設置高強抗彎鋼筋。

優(yōu)選地，圍繞所述箱梁本體的橫截面穿設有抗剪箍筋。

優(yōu)選的，除底板外設置高強抗彎鋼筋外，頂板鋼筋、分布鋼筋、箍筋依然采用普通鋼筋。

優(yōu)選地，所述高強抗彎鋼筋具有多個且分別設置于所述底板以及所述頂板與所述腹板的交接處，所述抗剪箍筋圍繞緊箍于多個所述高強抗彎鋼筋上。

優(yōu)選地，所述底板與所述腹板連接的兩端部分別向所述腹板所在板面內(nèi)延伸進而形成底板轉角。

優(yōu)選地，處于所述底板轉角內(nèi)的所述抗剪箍筋加密。

優(yōu)選地，所述UHPC混凝土材質(zhì)的底板含有水泥600-1200kg、礦物摻合料50-200kg、細骨料800-1200kg、鋼纖維78-300kg、減水劑(固含量)3-15kg、消泡劑0.6-5kg、膨脹劑60-129kg、水100-250kg。

優(yōu)選地，所述礦物摻合料包含有活性SiO₂質(zhì)量百分比為48％至77％、CaO質(zhì)量百分比為0.1％至40％、SO₃質(zhì)量百分比為0.4％至28％、Al2O₃質(zhì)量百分比為0.2％至7％；所述礦物摻和料的平均粒徑為0.1μm至8.0μm，礦物摻和料為水泥質(zhì)量的10％至40％。

優(yōu)選地，所述減水劑為包含木質(zhì)素減水劑、萘系高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑或聚羧酸高性能減水劑中一種或至少兩種的混合減水劑，所述減水劑的固含量質(zhì)量為水泥和礦物摻和料質(zhì)量和的0.1％至2.0％；所述消泡劑為包含非離子表面活性劑、有機硅消泡劑和聚合物消泡劑中一種或至少兩種的混合消泡劑，所述消泡劑用量為水泥和礦物摻和料質(zhì)量和的0.01％至2％。

本發(fā)明UHPC組合箱梁的有益效果包括：

1、所述箱梁中混凝土材質(zhì)的底板澆筑時有自流平、自密實的特點，不需要人為刮抹，節(jié)省了人工。UHPC組合箱梁只需常溫養(yǎng)護，養(yǎng)護時間短，施工方便；

2、所述底板具有較高的抗拉強度，組合箱梁的工作性能大大提高，和常規(guī)的混凝土箱梁相比具有更大的抗彎承載力。計算抗彎承載力時需要計入受拉區(qū)UHPC的抗拉作用，并適合高強抗彎鋼筋的使用，而傳統(tǒng)混凝土箱梁不建議采用高強鋼筋；

3、此種組合截面，實驗與計算結果可知其抗彎極限承載力大約是普通C60混凝土材料箱梁的2倍。在大幅提高抗彎承載力的同時，也可提高抗剪承載力，原因是：一方面UHPC底板可以增大混凝土的受壓區(qū)從而增強原普通混凝土剪壓區(qū)的抗剪能力，另一方面UHPC還具有超高的抗剪強度(試驗證明抗剪強度標準值22MPa)，自身也可以提高抗剪能力；

4、與普通混凝土箱梁不同，由于UHPC的超高極限拉應變，底板UHPC與其內(nèi)的普通鋼筋可以全程協(xié)同工作，保證鋼筋屈服前UHPC也僅有不可見的微裂紋，與傳統(tǒng)混凝土開裂即退出工作產(chǎn)生巨大差異，將是一種全新的結構形式和設計理念；

5、在組合箱梁中，各個構件的連接無需設置連接裝置或使用剪力釘，不需要特殊處理，靠材料的自身粘結性就可以提供可靠的連接。減少了連接處發(fā)生問題的可能。并且減少了制作的工序，縮短了時間；

6、此種組合箱梁，底板UHPC耐久性好，防水性好，布置于箱梁的底板，可以更好地防止外界腐蝕條件的侵入，保證箱梁更好的耐久性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明UHPC組合箱梁中第一實施例的截面剖視結構示意圖；

圖2為本發(fā)明UHPC組合箱梁中第二實施例的截面剖視結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明進一步加以說明。

實施例一：

如圖1所示，本發(fā)明首先提供了一種UHPC組合箱梁，包括由普通混凝土多面圍合的箱梁本體，所述箱梁本體的至少一面承載面3為UHPC混凝土。

具體地，所述箱梁本體包括普通混凝土材質(zhì)的頂板1、腹板2以及UHPC混凝土材質(zhì)的底板3，所述底板3與所述腹板2粘結連接。

較為優(yōu)選地，所述底板3內(nèi)設置有高強抗彎鋼筋5。圍繞所述箱梁本體的橫截面設置有抗剪箍筋4。所述高強抗彎鋼筋5具有多個且分別設置于所述底板3以及所述頂板1與所述腹板2的交接處，所述抗剪箍筋4圍繞緊箍于多個所述高強抗彎鋼筋5上。

在具有上述結構特征后，本發(fā)明可按以下過程實施：

現(xiàn)場澆筑或預制普通混凝土材質(zhì)的頂板1，普通混凝土材質(zhì)的腹板2和UHPC材質(zhì)的底板3，其中包含彎剪部位配置的抗剪箍筋4和底板內(nèi)沿箱梁長度方向均勻間隔配置的多根高強抗彎鋼筋5。

在現(xiàn)場先進行箍筋4和高強鋼筋5的鋼筋籠骨架的設置，由于成型后的超高強混凝土UHPC底板3具有較高的抗拉強度，同時具有大于普通鋼筋的極限拉應變，可以與鋼筋全程協(xié)同工作，因此適合配置高強鋼筋5。之后，進行UHPC材質(zhì)的底板3的澆筑，澆筑時底板模板內(nèi)混凝土具有自流平的特點無需人工抹刮。組合箱梁的連接處一般會發(fā)生耐久性病害，并且需要設置剪力件進行連接。相比于鋼-混組合箱梁，本發(fā)明中組合箱梁構造簡單與普通混凝土箱梁類似，連接處靠材料自身的粘結力就能保證足夠的連接，不需要進行特別處理。在底板澆筑完成后，進行腹板2的澆筑，腹板2和底板3的連接不需要特殊處理，按照常規(guī)混凝土連接處理即可，材料自身的粘結性就可以保證可靠的連接。本發(fā)明中的組合箱梁連接和構造簡單，施工人員無需特殊培訓即可施工操作，并且相比于普通混凝土箱梁，大大幅提高抗彎性能和抗剪性能。

設置的抗剪箍筋除了具有抗剪的功能，進一步加強組合箱梁各個構件之間的連接。

實施例二：

在實施例一的基礎上，本實施例做了進一步的結構改進。具體地，在現(xiàn)場先進行底板3中的箍筋4和高強鋼筋5的鋼筋籠骨架的設置，由于成型后的超高強混凝土UHPC底板具有一定的抗拉強度，高強鋼筋5的用量可適當?shù)臏p少。然后進行UHPC材質(zhì)的底板3的澆筑，澆筑時延伸至腹板2處一小段長度，并將延伸段中的鋼筋與腹板2中的鋼筋進行搭接，底板模板內(nèi)混凝土具有自流平的特點無需人工抹刮。底板澆筑完成后，進行腹板2的澆筑，腹板2和底板3的連接斷面處的模板不需重新制作，直接利用底板3延伸處的端面作為模板即可，連接處的箍筋4進行加密以確保連接的可靠，除此之外不需要特殊處理，按照常規(guī)混凝土連接處理即可，材料自身的粘結性就可以保證可靠的連接。由于還設置了箍筋，進一步加強了頂板1，腹板2和底板3的連接，所以無需設置剪力釘?shù)冗B接件。正常使用階段，頂板1，腹板2和底板3的連接處不需要進行特別處理。

同時，本實施例也在材料組分配比上做了細化改進。具體地，每立方米的UHPC混凝土包含：水泥600-1200kg，礦物摻合料50-200kg，細骨料800-1200kg，鋼纖維78-300kg，減水劑(固含量)3-15kg，消泡劑0.6-5kg，膨脹劑60-129kg，水100-250kg。所述水泥為強度等級42.5及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。所述細骨料的粒徑不大于5mm，粒徑在1mm及其以下的細骨料占細骨料總質(zhì)量的42-100％；所述細骨料為石英砂、河砂、海砂、石灰石骨料、高爐礦渣細骨料、銅礦渣細骨料和電氣爐酸化礦渣細骨料中的一種至少兩種的混合。所述礦物摻合料包含：活性SiO₂質(zhì)量百分比為48-77％，CaO質(zhì)量百分比為0.1-40％，SO₃質(zhì)量百分比為0.4-28％，Al₂O₃質(zhì)量百分比為0.2-7％；所述礦物摻和料的平均粒徑為0.1-8.0μm，礦物摻和料為水泥質(zhì)量的10-40％。所述的鋼纖維長度為6-25mm，直徑為0.1-0.3mm，體積摻量范圍為1％-3％。所述減水劑為包含木質(zhì)素減水劑、萘系高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑或聚羧酸高性能減水劑中的一種或至少兩種的混合；所述減水劑的固含量質(zhì)量為水泥和礦物摻和料質(zhì)量和的0.1-2.0％。所述消泡劑為包含非離子表面活性劑、有機硅消泡劑和聚合物消泡劑中的一種或至少兩種的混合；所述消泡劑的用量為水泥和礦物摻和料質(zhì)量和的0.01-2％。所述膨脹劑為包含氧化鈣、氧化鎂類膨脹劑的任意一種或兩種材料的混合物。

完成上述實施過程后，應能體現(xiàn)出本發(fā)明的以下特點：

1)目前UHPC價格相對較高，使用全截面UHPC箱梁并不經(jīng)濟。所以本發(fā)明創(chuàng)新之處的是將普通混凝土和UHPC相結合，在獲得更好的性能的同時保證具有足夠的經(jīng)濟性。

2)通過實驗和計算表明UHPC底板組成的組合箱梁抗彎極限承載力約為普通C60混凝土箱梁的2倍左右。超高強混凝土(UHPC)澆筑的底板3具有較高的抗拉強度，強度在10MPa以上。在計算抗彎承載力時需要考慮底板混凝土的抗拉作用，因此組合箱梁的工作性能大大提高，結合高強鋼筋的使用，可提高抗剪承載力。

3)同時使用高強鋼筋可以降低用鋼量，達到節(jié)約環(huán)保的作用。

4)在現(xiàn)場澆筑過程中，超高強混凝土(UHPC)具有自流平的特點，倒入模板后，這種物質(zhì)可根據(jù)模板的高低不平順勢流動，在模板內(nèi)進行自動找平，整個過程不依賴人工抹刮。

5)本專利所用超高性能混凝土(UHPC)只需常溫養(yǎng)護，避免了傳統(tǒng)UHPC需要的高溫蒸汽養(yǎng)護，適合于現(xiàn)場澆筑，且能滿足強度以及收縮徐變要求。且能夠實現(xiàn)早強(2小時30MPa)，養(yǎng)護時間短，施工方便。

6)所述組合箱梁的頂板，腹板和底板均為混凝土材料，利用自身的粘結性就可以構成可靠的連接，并且相同性質(zhì)的材料可以很好地解決組合梁中常見的連接性問題。連接處不設置剪力釘?shù)瘸Ｒ?guī)連接件，連接處不易發(fā)生破壞。

7)UHPC的超高極限拉應變(>4000微應變，>鋼筋屈服應變)，底板UHPC與其內(nèi)的普通鋼筋可以全程協(xié)同工作，保證鋼筋屈服前UHPC也僅有不可見的微裂紋，與傳統(tǒng)混凝土開裂即退出工作產(chǎn)生巨大差異，將是一種全新的結構形式和設計理念。

8)底板UHPC耐久性好，防水性好，布置于箱梁的底板，可以更好地防止外界腐蝕條件的侵入，保證箱梁更好的耐久性。

上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。