1.本技术涉及桥梁建筑结构技术领域，具体涉及一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构。
背景技术：2.正交异性钢桥面板因其具有自重轻、承载能力高、适用性广、施工便捷等突出优点，在现代大跨和超大跨度钢结构桥梁以及景观桥梁和城市桥梁中得到了广泛应用。但由结构体系和受力特性、焊接缺陷及残余应力、装配误差、服役荷载等诸多因素的共同影响，导致钢桥面板结构疲劳开裂和桥面铺装损坏案例频发，并呈现“普遍性、早发性、多发性、再现性”的典型特征，严重影响桥梁结构的服役安全和使用寿命，已成为阻碍钢结构桥梁应用和发展的关键技术难题。随机交通车辆局部轮载作用下的应力集中问题以及桥面板面外变形引起的次应力问题，是导致正交异性钢桥面板疲劳开裂的根本性内因，而钢桥面板的局部刚度不足和服役环境恶劣则是导致桥面铺装层耐久性差甚至损坏的主要原因。
3.随着钢桥面新型制造和焊接工艺的发展，纵肋与顶板新型构造细节以及纵肋与横隔板交叉部位新型开孔形式逐步被提出，并在既有正交异性钢桥面板结构得到推广应用；针对桥面铺装层问题，则引入纤维增强混凝土结构层改进铺装层的受力特性。但在传统钢桥面板结构中仅采用新型构造细节或纤维增强混凝土结构层，只能在一定程度上改善桥面板疲劳开裂和铺装层损坏的状况。钢桥面板通常存在多个典型疲劳易损细节，任一细节发生疲劳开裂均会缩短其使用寿命，并且疲劳开裂与桥面铺装损坏相互影响，进一步缩短钢桥面板的使用寿命。
技术实现要素：4.本发明的目的在于，提供一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，在钢桥面板典型疲劳易损部位采用双面角焊缝设计，并在纵肋与横隔板交叉部位设置新型开孔，同时引入超高性能纤维增强混凝土结构层，并通过剪力连接件将两者相结合形成协同受力体系，解决现有技术中正交异性钢桥面板结构典型构造细节疲劳开裂频发和桥面铺装损坏两类病害问题。
5.本发明采取的技术方案是：一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，包括钢-混凝土组合桥面板以及与钢-混凝土组合桥面板连接的下部支撑结构，所述钢-混凝土组合桥面板包括钢顶板、u形纵肋、上部横隔板、设于钢顶板上的钢筋网结构以及浇筑于钢顶板和钢筋网结构上并通过连接件与钢顶板相连接的混凝土结构层；所述下部支撑结构包括下部横隔板；所述上部横隔板和下部横隔板连接，所述上部横隔板设置在所述钢顶板两端，并且上部横隔板上设置有梯形通孔和u型通孔；所述梯形通孔的底部与u型通孔的顶部连接，所述梯形通孔的形状与u形纵肋的外轮廓一致；所述u型通孔两端为半圆弧型，半圆弧的半径大于u型通孔的底边到梯形通孔底边的距离；所述u形纵肋贯穿两端上部横隔板上的梯形通孔，并与所述钢顶板连接，u形纵肋和钢顶板的连接处设置有双面角焊缝。
6.进一步地，所述u型通孔为左右对称结构，所述半圆弧与梯形通孔的侧边相切。
7.进一步地，所述半圆弧的半径为20~40mm。
8.进一步地，所述u型通孔的底边到梯形通孔底边的距离为10~12mm。
9.进一步地，所述上部横隔板的底端和下部横隔板的顶端分别设置有下翼缘板和上翼缘板；所述下翼缘板和上翼缘板通过连接件连接。
10.进一步地，所述混凝土结构层为超高性能纤维增强水泥基材料结构层，材质为ecc混凝土层、rpc混凝土层或stc混凝土层，厚度为60~85mm。
11.进一步地，所述钢筋网结构包括相互连接的横向钢筋和纵向钢筋。
12.进一步地，所述下翼缘板和上翼缘板的厚度为12~16mm，宽度为200mm。
13.进一步地，所述下翼缘板和上翼缘板通过高强螺栓连接，所述高强螺栓的高度为35~40mm，高强螺栓直径为10~16mm。
14.进一步地，混凝土结构层与钢顶板相连接的连接件为栓钉。
15.本发明的有益效果在于：（1）所述u型纵肋与钢顶板连接处设置有双面角焊缝结构采用部分熔透焊或全熔透焊方式，相较于传统正交异性钢桥面板中纵肋与钢顶板通过单面角焊缝进行焊接连接，本发明可有效根除焊根部位的“类裂纹”构造，减少焊接焊接过程在焊根部位引入的各类初始焊接缺陷，从而降低焊接细节的疲劳应力幅值，提高u型纵肋与钢顶板焊接细节的疲劳抗力；（2）钢顶板与混凝土结构层间通过抗剪连接件，即栓钉，形成协同受力的结构体系，可进一步降低混凝土结构层厚度和自重，既满足所需刚度和耐久性要求，同时可实现结构体系轻质高强；（3）相较于传统正交异性钢桥面板结构中的u型纵肋与上部横隔板交叉构造细节，本发明采用的梯形通孔和u型通孔可显著改善轮载作用下u型纵肋与上部横隔板交叉构造细节的局部受力特性并降低疲劳应力幅，并且上部横隔板在u型纵肋结束位置预留一定长度的宽边，通过打磨使其圆滑过渡，能够大幅度低u型纵肋与上部横隔板交叉位置应力集中效应，使两者之间焊缝的传力途径更佳，从而显著提升该构造细节疲劳强度的目的，从而延长其服役疲劳寿命；（4）混凝土结构层为超高性能纤维增强水泥基材料结构层，具有抗拉和抗压强度高、延性和耐久性好等突出优点，可显著降低桥面板结构层厚度，具有广泛的适用性；通过在组合桥面板中引入超高性能纤维增强混凝土结构层，可与钢桥面板协同受力，充分发挥钢桥面板抗拉强度和超高性能纤维增强混凝土抗压强度高的力学特性；与传统的钢桥面铺装材料相比，超高性能纤维增强混凝土具有更高的弹性模量，作为铺装层的下层并通过栓钉剪力键与钢顶板形成整体，显著增大钢顶板的刚度，大幅减少车轮荷载作用下钢桥面板因局部应力集中效应突出导致的疲劳开裂问题，使组合桥面板具有良好的疲劳性能；（5）所述钢-混凝土组合桥面板结构和下部支撑结构均可分别在预制场进行分段预制，现场架设时钢-混凝土组合桥面板结构和下部支撑结构可通过设置于上部横隔板底端的下翼缘板和高强螺栓进行装配式拼装；上部钢-混凝土组合桥面板和下部支撑结构全部制作工序均可在工厂内完成，运输至现场通过高强螺栓连接进行组装，可显著提高装配化生产效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1为本发明实施例的结构示意图；图2为本发明实施例的横断面图；图3为本发明实施例的立面图；图4为图2中a部分的局部放大图；图5为本发明实施例u型纵肋与上部横隔板交叉构造细节示意图；图6为常规钢桥面板u型纵肋与上部横隔板交叉构造细节示意图。
18.附图标记解释：1-钢顶板，2-u形纵肋，3-上部横隔板，4-下部横隔板，5-高强螺栓，6-栓钉，7-钢筋网结构，8-混凝土结构层，9-双面角焊缝，30-梯形通孔，31-u型通孔，32-下翼缘板，41-上翼缘板。
具体实施方式
19.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
20.如图1~图5所示，一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，包括钢-混凝土组合桥面板以及与钢-混凝土组合桥面板连接的下部支撑结构，所述钢-混凝土组合桥面板以及下部支撑结构能够同时在预制场进行分段预制，运输至现场通过高强螺栓5进行装配，可显著缩短桥梁的建设时间，提高装配化生产效率。
21.所述钢-混凝土组合桥面板包括钢顶板1、u形纵肋、上部横隔板3、设于钢顶板1上的钢筋网结构7以及浇筑于钢顶板1和钢筋网结构7上并通过连接件与钢顶板1相连接的混凝土结构层8；所述下部支撑结构包括下部横隔板4，所述上部横隔板3和下部横隔板4连接。在本发明实施例中，所述钢筋网结构7包括相互连接的横向钢筋和纵向钢筋；所述上部横隔板3的底端和下部横隔板4的顶端分别设置有下翼缘板32和上翼缘板41；所述下翼缘板32和上翼缘板41的厚度为12~16mm，宽度为200mm；所述下翼缘板32和上翼缘板41通过连接件连接。所述连接件为高强螺栓5，所述高强螺栓5的高度为35~40mm，高强螺栓5直径为10~16mm。所述混凝土结构层8为超高性能纤维增强水泥基材料结构层，材质为ecc混凝土层、rpc混凝土层或stc混凝土层，厚度为60~85mm，具有抗拉和抗压强度高、延性和耐久性好等突出优点，可显著降低桥面板结构层厚度，具有广泛的适用性。混凝土结构层8与钢顶板1相连接的连接件为抗剪连接件，例如栓钉6。钢顶板1与混凝土结构层8间通过抗剪连接件形成协同受力的结构体系，可进一步降低混凝土结构层8厚度和自重，既满足所需刚度和耐久性要求，同时可实现结构体系轻质高强。
22.所述上部横隔板3设置在所述钢顶板1两端，并且上部横隔板3上设置有梯形通孔30和u型通孔31。梯形通孔30和u型通孔31用于安装u形纵肋，所述梯形通孔30的底部与u型
通孔31的顶部连接，所述梯形通孔30的形状与u形纵肋的外轮廓一致。所述u形纵肋贯穿两端上部横隔板3上的梯形通孔30，并与所述钢顶板1连接，u形纵肋和钢顶板1的连接处设置有双面角焊缝9。所述双面角焊缝9结构采用部分熔透焊或全熔透焊方式，相较于传统正交异性钢桥面板中纵肋与钢顶板1通过单面角焊缝进行焊接连接，双面角焊缝9可有效根除焊根部位的“类裂纹”构造，减少焊接焊接过程在焊根部位引入的各类初始焊接缺陷，从而降低焊接细节的疲劳应力幅值，提高u型纵肋2与钢顶板1焊接细节的疲劳抗力。
23.所述u型通孔31两端为半圆弧型，半圆弧的半径r大于u型通孔31的底边到梯形通孔30底边的距离d。在本发明实施例中，所述u型通孔31为左右对称结构，所述半圆弧与梯形通孔30的侧边相切。所述半圆弧的半径r为40~80mm，所述u型通孔31的底边到梯形通孔30底边的距离d为10~12mm。如图6所示，常规钢桥面板，如eurocode3，在u型纵肋2与上部横隔板3交叉构造处设置的u型通孔31的宽度始终保持一致；而本发明实施例则将u型通孔31两端的半径加大，同时上部横隔板3在纵肋结束位置预留一定长度的宽边，即u型通孔31的底边与梯形通孔30底边之间留有距离d，并通过打磨使整个u型通孔31圆滑过渡，可显著改善轮载作用下交叉构造细节的局部受力并降低其疲劳应力幅，从而延长其服役疲劳寿命。
24.本发明实施例相较于传统的正交异性钢桥面板结构而言，在u型纵肋2与钢顶板1焊接细节以及u型纵肋2与上部横隔板3交叉构造细节分别采用双面角焊缝9和横隔板新型开孔形式，有效降低u型纵肋2与钢顶板1焊接细节以及u型纵肋2与上部横隔板3交叉构造细节等疲劳易损部位的应力集中效应。同时引入超高性能纤维增强混凝土结构层8，通过抗剪连接件形成协同受力的整体结构，改善桥面铺装层的材料力学特性和结构层形式，可显著提升组合桥面板结构的疲劳性能，具有轻质高强、刚度大、整体性好、耐久性优异等突出特点，有效提升正交异性钢桥面板结构的疲劳寿命和桥面铺装层的耐久性，从而促进钢结构桥梁的可持续发展。本发明实施例施工便捷且可采用工厂化、装配化的方式建造，因而具有重大的实用价值和良好的经济效益，在钢-混凝土组合结构桥梁的建造中具有广阔的应用前景。
25.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，包括钢-混凝土组合桥面板以及与钢-混凝土组合桥面板连接的下部支撑结构，其特征在于，所述钢-混凝土组合桥面板包括钢顶板、u形纵肋、上部横隔板、设于钢顶板上的钢筋网结构以及浇筑于钢顶板和钢筋网结构上并通过连接件与钢顶板相连接的混凝土结构层；所述下部支撑结构包括下部横隔板；所述上部横隔板和下部横隔板连接，所述上部横隔板设置在所述钢顶板两端，并且上部横隔板上设置有梯形通孔和u型通孔；所述梯形通孔的底部与u型通孔的顶部连接，所述梯形通孔的形状与u形纵肋的外轮廓一致；所述u型通孔两端为半圆弧型，半圆弧的半径大于u型通孔的底边到梯形通孔底边的距离；所述u形纵肋贯穿两端上部横隔板上的梯形通孔，并与所述钢顶板连接，u形纵肋和钢顶板的连接处设置有双面角焊缝。2.根据权利要求1所述的一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，其特征在于，所述半圆弧的半径为20~40mm。3.根据权利要求1所述的一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，其特征在于，所述u型通孔的底边到梯形通孔底边的距离为10~12mm。4.根据权利要求1所述的一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，其特征在于，所述上部横隔板的底端和下部横隔板的顶端分别设置有下翼缘板和上翼缘板；所述下翼缘板和上翼缘板通过连接件连接。5.根据权利要求1所述的一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，其特征在于，所述混凝土结构层为超高性能纤维增强水泥基材料结构层，材质为ecc混凝土层、rpc混凝土层或stc混凝土层，厚度为60~85mm。6.根据权利要求1所述的一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，其特征在于，所述钢筋网结构包括相互连接的横向钢筋和纵向钢筋。7.根据权利要求4所述的一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，其特征在于，所述下翼缘板和上翼缘板的厚度为12~16mm，宽度为200mm。8.根据权利要求4所述的一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，其特征在于，所述下翼缘板和上翼缘板通过高强螺栓连接，所述高强螺栓的高度为35~40mm，高强螺栓直径为10~16mm。
技术总结本申请涉及一种装配式钢-混凝土组合桥面板结构，它包括钢顶板、U形纵肋、上部横隔板、下部横隔板、设于钢顶板上的钢筋网结构以及通过连接件与钢顶板相连接的混凝土结构层；U形纵肋和钢顶板的连接处设置有双面角焊缝；上部横隔板上设置有梯形通孔和U型通孔，梯形通孔的底部与U型通孔的顶部连接，U型通孔两端为半圆弧型，半圆弧的半径大于U型通孔的底边到梯形通孔底边的距离。本发明在钢桥面板典型疲劳易损部位采用双面角焊缝设计，并在纵肋与横隔板交叉部位设置新型开孔，同时引入混凝土结构层，并通过剪力连接件形成协同受力体系，解决现有技术中正交异性钢桥面板结构典型构造细节疲劳开裂频发和桥面铺装损坏两类病害问题。节疲劳开裂频发和桥面铺装损坏两类病害问题。节疲劳开裂频发和桥面铺装损坏两类病害问题。
技术研发人员：王志宏 李秉海 谭超 华志强 蒋放 袁泽洲
受保护的技术使用者：中国建筑第五工程局有限公司
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
