本發(fā)明涉及橋梁設(shè)計(jì)，具體涉及一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、鋼制伸縮縫裝置作為橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，設(shè)置在相鄰兩跨簡支梁之間或者梁端與橋臺之間，主要目的是吸收由于溫度、收縮和徐變等引起的拉壓變形。伸縮縫裝置安裝后，在伸縮縫與相鄰混凝土鋪裝層之間澆筑混凝土過渡區(qū)。由于鋼制伸縮縫與過渡區(qū)混凝土彈性模量的差異性，二者變形不一致，在車輛荷載作用下伸縮縫或混凝土易遭受破壞，導(dǎo)致有害離子下滲到橋梁主梁和下部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鋼筋混凝土主梁和下部結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕，嚴(yán)重影響橋梁耐久性和使用壽命，還會引起橋頭跳車，影響行車舒適度。

2、針對伸縮縫病害，一些學(xué)者采用橋面連接板替換伸縮縫，制備橋面無縫連接板，使整個(gè)橋梁連續(xù)平坦而無縫。橋面無縫連接板替換伸縮縫，橋面無縫連接板位于負(fù)彎矩區(qū)，但連接板長度并不等于伸縮縫長度，需要進(jìn)行橋面無縫連接板長度計(jì)算、配筋設(shè)計(jì)及筋材粘結(jié)錨固長度設(shè)計(jì)。

3、目前關(guān)于橋面連接板相關(guān)專利報(bào)道如表1所示。

4、表1對比現(xiàn)有專利中橋面連接板研究現(xiàn)狀

5、

6、

7、由表1可知，已有關(guān)于橋面無縫連接板專利中均未涉及具體連接板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，無法為橋面無縫連接板推廣提供理論依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有橋面連接板缺乏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，考慮高延性混凝土拉伸本構(gòu)關(guān)系、frp筋增強(qiáng)高延性混凝土受彎構(gòu)件的抗彎設(shè)計(jì)方法、frp筋粘結(jié)錨固長度計(jì)算，融合理論計(jì)算和數(shù)值模擬方法，提供一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬可以確定橋面無縫連接板長度、配筋率、frp筋錨固長度等設(shè)計(jì)參數(shù)。為中小型鋼筋混凝土橋梁無縫化提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)，也可為解決伸縮縫裝置病害提供一種有效方法。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板，采用與相鄰混凝土鋪裝層彈性模量相近且具有大彎拉變形能力的高延性混凝土，選用frp筋作為增強(qiáng)筋，以frp筋增強(qiáng)高延性混凝土制備橋面無縫連接板；所述高延性混凝土使用100％煤矸石細(xì)骨料，高延性混凝土強(qiáng)度等級不低于c40、極限延伸率不低于1.0％、干燥收縮不高于600με。

3、一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

4、第一步，基于橋梁承受荷載、溫度和混凝土收縮特點(diǎn)，假定橋面無縫連接板脫粘區(qū)長度和兩側(cè)的過渡區(qū)長度，從而確定無縫連接板總長，無縫連接板總長＝脫粘區(qū)長度+2倍過渡區(qū)長度；

5、第二步，行車方向frp筋配筋率是按照正常使用極限狀態(tài)中的最大裂縫寬度進(jìn)行frp筋配筋計(jì)算；橫向frp筋配筋率按照構(gòu)造配筋，即單位寬度上橫向截面配筋不小于單位寬度上受力筋的15％，且配筋率不小于0.15％；

6、第三步，行車方向frp筋粘結(jié)錨固長度為12～22倍frp筋直徑；

7、第四步，基于數(shù)值模擬得到高延性混凝土和frp筋內(nèi)力，并與高延性混凝土和frp筋自身性能進(jìn)行比較，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

8、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，第一步中連接板脫粘區(qū)長度ldz的具體計(jì)算如公式(1)所示：

9、

10、其中，δ活-荷載引起梁端位移，

11、δ溫-溫差引起的變形，

12、δ收縮-高延性混凝土自身收縮引發(fā)的變形，

13、εt—高延性混凝土拉伸應(yīng)變設(shè)計(jì)值。

14、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，第一步中過渡區(qū)長度按照一側(cè)不低于0.5m取值。

15、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述frp筋為bfrp筋或者gfrp筋，或者二者復(fù)合。

16、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，第二步中行車方向frp筋直徑d為10～16mm，橫向frp筋直徑d為8～10mm。

17、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，第二步中行車方向frp筋布置在橫向frp筋上方，行車方向frp筋保護(hù)層厚度不低于25mm。

18、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，第二步中最大裂縫寬度計(jì)算方法如公式(2)所示：

19、

20、其中，wmax—受彎構(gòu)件的最大裂縫寬度；

21、ψ—裂縫間縱向受拉frp筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，取值范圍為0.2～1.0；

22、σfk—荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下frp筋的應(yīng)力；

23、ef—frp筋的彈性模量；

24、deq—受拉區(qū)縱向frp筋的等效直徑(mm)；

25、c—保護(hù)層厚度(mm)，取值范圍20mm～65mm；

26、ρte—按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉frp筋的配筋率。

27、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，第四步在數(shù)值模擬中，依托整個(gè)橋梁，分析車輛荷載、季節(jié)性溫差和收縮三個(gè)因素耦合作用下橋面無縫連接板高延性混凝土和frp筋中內(nèi)力、以及鋪裝層筋材和混凝土內(nèi)力是否滿足材料自身性能要求。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果：

29、1)本發(fā)明針對伸縮縫病害和承受拉壓變形，采用與相鄰混凝土鋪裝層彈性模量相近且具有大彎拉變形能力的高延性混凝土，選用frp筋作為增強(qiáng)筋，以frp筋增強(qiáng)高延性混凝土制備橋面無縫連接板。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法具體涉及連接板長度計(jì)算方法、配筋設(shè)計(jì)方法和frp筋粘結(jié)錨固長度計(jì)算方法以及數(shù)值模擬驗(yàn)證方法?？蔀闃蛎鏌o縫連接板取代伸縮縫的推廣應(yīng)用提供完整設(shè)計(jì)理論。

30、2)采用數(shù)值模擬驗(yàn)證橋面無縫連接板受力分析，以整個(gè)橋梁為依托工程，考慮橋面無縫連接板和鋪裝層混凝土承受車輛荷載、季節(jié)性溫差和收縮多因素耦合作用，符合實(shí)際工程應(yīng)用中橋面無縫連接板受力情況，對橋面無縫連接板工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

31、3)橋面無縫連接板采用耐蝕筋材frp筋和高延性混凝土，材料耐久性好，從全壽命周期角度可以減少維修次數(shù)，可降低經(jīng)濟(jì)成本；在高延性混凝土制備中采用煤矸石，實(shí)現(xiàn)對固廢物資源化利用；減少維修帶來的銑刨噪音，提高無縫橋的行車舒適度，提高人們生活質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板，其特征在于，采用與相鄰混凝土鋪裝層彈性模量相近且具有大彎拉變形能力的高延性混凝土，選用frp筋作為增強(qiáng)筋，以frp筋增強(qiáng)高延性混凝土制備橋面無縫連接板；所述高延性混凝土使用100％煤矸石細(xì)骨料，高延性混凝土強(qiáng)度等級不低于c40、極限延伸率不低于1.0％、干燥收縮不高于600με。

2.一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，第一步中連接板脫粘區(qū)長度ldz的具體計(jì)算如公式(1)所示：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，第一步中過渡區(qū)長度按照一側(cè)不低于0.5m取值。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述frp筋為bfrp筋或者gfrp筋，或者二者復(fù)合。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，第二步中行車方向frp筋直徑d為10～16mm，橫向frp筋直徑d為8～10mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，第二步中行車方向frp筋布置在橫向frp筋上方，行車方向frp筋保護(hù)層厚度不低于25mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，第二步中最大裂縫寬度計(jì)算方法如公式(2)所示：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種frp筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，第四步在數(shù)值模擬中，依托整個(gè)橋梁，分析車輛荷載、季節(jié)性溫差和收縮三個(gè)因素耦合作用下橋面無縫連接板高延性混凝土和frp筋中內(nèi)力、以及鋪裝層筋材和混凝土內(nèi)力是否滿足材料自身性能要求。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種FRP筋增強(qiáng)高延性混凝土橋面無縫連接板及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；首先，基于橋梁承受荷載、溫度和混凝土收縮特點(diǎn)，假定橋面無縫連接板脫粘區(qū)長度和過渡區(qū)長度；其次，基于正常使用極限狀態(tài)中的最大裂縫寬度進(jìn)行行車方向的FRP筋配筋計(jì)算，橫向FRP筋配筋率按照構(gòu)造配筋。然后，行車方向FRP筋粘結(jié)錨固長度為12D~22D。最后，采用數(shù)值模擬分析高延性混凝土和FRP筋內(nèi)力，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性；本發(fā)明采用新型建筑材料高延性混凝土和FRP筋制備橋面無縫連接板，解決了伸縮縫頻繁破壞維修時(shí)費(fèi)力費(fèi)財(cái)問題，提高行車舒適度，為中小型橋梁無縫化提供理論設(shè)計(jì)依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：柴麗娟,岳中華,范高宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14