一种钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构
技术领域
本实用新型属于土木工程技术领域，特别涉及一种钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构。
背景技术
在桥梁修建中，为了充分发挥不同材料的性能，设计出了钢混结合梁桥即钢箱梁3与混凝土箱梁12相结合的梁桥并广泛应用于斜拉桥桥型中。钢混结合梁桥的钢混结合段为两种不同的材料进行连接的梁段，即钢箱梁与混凝土箱梁粘结性连接结合段，钢混结合段设置在弯矩较小的部位墩塔附近处。
钢混结合梁桥制作方法是，先将钢箱梁安装到位，钢混结合段范围内的钢箱梁，为多钢格室结构，钢格室内侧布置剪力钉，混凝土箱梁与钢混结合段内混凝土同时浇筑，待混凝土强度达到设计强度后，张拉预应力筋和钢混结合段结合局部预应力筋，张拉端设置在钢箱梁一侧，保证钢箱梁与预应力混凝土箱梁连成整体。
钢混结合梁桥的钢混结合段是刚度突变点，传力不连续，受力复杂，容易形成结构体系的弱点。连接部位的传力途径是：首先将钢箱梁中的应力通过其补强部分加以分散(一般采用变高的肋板过渡)，然后将这些力通过钢格室后面板、抗剪连接件及钢板与混凝土之间粘接力等的作用传递到填充混凝土中，最后再传递到预应力混凝土箱梁中。
部分钢混结合梁桥的钢混结合段，由于施工误差及混凝土硬化微收缩等原因，经一段时间的使用后，常常在钢箱梁顶板与混凝土顶面间产生空隙，引起局部脱空。局部脱空后，在使用活载的冲击下，局部振动加剧，剪力连接装置受力较大，致使剪力连接装置发生局部破损，影响钢混结合段整体性；另外，由于钢混结合段，钢箱梁与混凝土箱梁结合面处刚度突变较大，在车辆活载作用下，结合段受到较大冲击作用，还容易引起局部横裂等病害；在综合作用下，钢混结合段桥面铺装易产生开裂、破损、坑槽等病害，且较难彻底维修。
桥面铺装出现的坑槽、网裂、推移等病害进一步导致钢混结合段受力不均，受冲击明显，过大的纵向剪力或者反复作用均将加速剪力连接件弯曲或者剪断，失去功能作用，钢梁与混凝土桥面板发生错位，最终将导致钢混结合段结构破坏。
以往对于钢混结合段病害常用维修方法有：
①封闭部分车道，对桥面铺装局部破损进行维修。
②如果连接部位的剪力连接件出现破损，在桥面板钢板原连接件附近处凿眼，混凝土内转眼植筋作为剪力件，将剪力连接件与钢梁顶板连接；检测钢混结合段桥面板顶板与混凝土顶面是否有空隙，若果有空隙，钢箱梁顶板空隙部位钻眼，进行注胶，将钢箱梁顶板与混凝土顶面间空隙注满；恢复桥面铺装层。
以往对钢混结合段桥面铺装破损维修主要存在以下缺陷：
①钢混结合段的刚度突变问题，采用桥面沥青铺装无法实现刚度改变，结合段车辆冲击引起的裂缝等病害无法较有效的解决。
②钢混结合段新补的抗剪剪切装置补充后，顶端需与钢箱梁顶板顶面齐平，导致剪力钉只能采取与顶板焊接，较难施加有效的预压力，将钢混结合段更加有效的连接在一起。
③以往维修仅局限于钢箱梁混凝土箱梁结合段即钢混结合段10，而对钢混结合段以外的钢箱梁延伸段4即钢混结合段向钢箱梁方向扩展一定距离的钢箱梁段、混凝土箱梁延伸段13即钢混结合段向混凝土箱梁方向扩展一定距离的混凝土箱梁段没有采取相应措施，在一定程度上大大影响维修效果。
针对上述存在问题，经研究分析和试验实践，采用钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构并将钢箱梁延伸段和混凝土箱梁延伸段各五米范围纳入钢混结合段形成综合加固段一并维修加固，具有较好效果，采用原方法维修仅能使用三年左右，而采用钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构，可使维修效果维持至少五年以上。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种刚度过渡平缓、应力分散合理、钢混结合紧密、抗冲击能力强、可有效降低钢混结合段及桥面沥青铺装层破损风险的钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构，包括沥青层、注胶层，其特征在于：还包括综合加固铺装层，注胶层灌注于钢箱梁顶板与混凝土箱梁顶面之间，综合加固铺装层铺装于综合加固段顶面，沥青层铺装于综合加固铺装层之上，所述综合加固铺装层，由剪力装置、超高韧性混凝土层组成，剪力装置设置于综合加固段段顶面，超高韧性混凝土层铺装于综合加固段段顶面。
而且，所述超高韧性混凝土层，其厚度为四十五毫米，由钢筋网、超高韧性混凝土组成，钢筋网铺装于综合加固段段顶面，超高韧性混凝土与钢筋网对应浇筑于综合加固段段顶面。
而且，所述钢筋网，由多个纵桥向钢筋、多个横桥向钢筋间隔三十七点五毫米编织组而成。
而且，所述剪力装置，由蘑菇钉、调平排空螺栓、紧固连接螺栓、剪力钉组成，蘑菇钉均布于钢混结合段及钢箱梁延伸段顶面，剪力钉均布于混凝土箱梁延伸段顶面，调平排空螺栓、紧固连接螺栓交替设置于钢混结合段顶面蘑菇钉之间。
而且，所述蘑菇钉、调平排空螺栓、紧固连接螺栓、剪力钉均为多个，其桥面上高度均为三十五毫米，多个蘑菇钉在钢箱梁延伸段纵横间距一百五十毫米呈矩形布置，在钢混结合段纵横间距三百毫米呈矩形布置，多个调平排空螺栓与多个紧固连接螺栓分两排交替设置于钢混结合段顶面蘑菇钉之间，多个剪力钉纵横间距四百五十毫米呈矩形设置于混凝土箱梁延伸段顶面。
而且，所述钢箱梁，其钢混结合段钢箱梁顶板上制有注胶口、出气口，其钢混结合段范围内的钢箱梁，为多钢格室结构，钢格室内侧布置剪力连接件。
本实用新型的优点和有益效果为：
1.本钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构设置有超高韧性混凝土(STC)作为桥面铺装可改善钢结构局部受力，实现局部区段的刚度平缓过渡，降低钢混结合段应力集中，降低钢混结合段及桥面沥青铺装层破损风险。
2.本钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构设置有调平排空螺栓和紧固连接螺栓，可进行钢混结合段钢箱梁顶板调平，及钢板与混凝土间注胶后缝隙调整，排除空气，实现钢混紧密结合与牢固连接，有效降低局部结合面的冲击振动影响。
3.本钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构结设置于注胶层，可有效避免钢混之间局部脱空及脱空引起的局部横裂等病害。
4.本钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构设置有剪力装置，可使应力分散合理、抗冲击能力增强。
5.本钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构结构设计科学合理，具有刚度过渡平缓、应力分散合理、钢混结合紧密、抗冲击能力强、可有效降低钢混结合段及桥面沥青铺装层破损风险等优点，是一种具有较高创新性的钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为超高韧性混凝土层结构图；
图3为剪力装置结构布置示意图。
1-沥青层，2-蘑菇钉，3-钢箱梁，4-钢箱梁延伸段，5-钢箱梁顶板，6-剪力连接件，7-调平排空螺栓，8-紧固连接螺栓，9-注胶层，10-钢混结合段，11-剪力钉，12-混凝土箱梁，13-混凝土箱梁延伸段，14-超高韧性混凝土层，15-超高韧性混凝土，16-横桥向钢筋，17-纵桥向钢筋，18-注胶口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构，包括沥青层1、注胶层9，其创新之处在于：还包括综合加固铺装层。注胶层灌注于钢箱梁顶板5与混凝土箱梁顶面之间，综合加固铺装层铺装于综合加固段顶面，沥青层铺装于综合加固铺装层之上。
综合加固铺装层，由剪力装置、超高韧性混凝土层14组成，剪力装置设置于综合加固段段顶面，超高韧性混凝土层铺装于综合加固段段顶面。
超高韧性混凝土层，其厚度为四十五毫米，由钢筋网、超高韧性混凝土15组成，钢筋网铺装于综合加固段段顶面，超高韧性混凝土与钢筋网对应浇筑于综合加固段段顶面。超高韧性混凝土(STC)是近年新研发的一种材料，通过对活性粉末混凝土改性而得到的。该材料抗压强度大于120MPa、抗拉强度大于40MPa、弹性模量为42GPa，可在钢桥面形成永久结构层。
钢筋网，由多个纵桥向钢筋17、多个横桥向钢筋16间隔三十七点五毫米编织组而成。
剪力装置，由蘑菇钉2、调平排空螺栓7、紧固连接螺栓8、剪力钉11组成，蘑菇钉均布于钢混结合段及钢箱梁延伸段顶面，剪力钉均布于混凝土箱梁延伸段顶面，调平排空螺栓、紧固连接螺栓交替设置于钢混结合段顶面蘑菇钉之间。调平排空螺栓可在注胶后调平钢箱梁顶面板并可排除注胶层内空气，使钢箱梁与混凝土箱梁实现有效连接；紧固连接螺栓可使钢箱梁与混凝土箱梁实现更加紧密和牢固的连接。蘑菇钉密度较大、剪力钉植入混凝土内较深，均具有良好的分散应力作用。
蘑菇钉、调平排空螺栓、紧固连接螺栓、剪力钉均为多个，其桥面上高度均为三十五毫米，多个蘑菇钉在钢箱梁延伸段纵横间距一百五十毫米呈矩形布置，在钢混结合段纵横间距三百毫米呈矩形布置，多个调平排空螺栓与多个紧固连接螺栓分两排交替设置于钢混结合段顶面蘑菇钉之间，多个剪力钉纵横间距四百五十毫米呈矩形设置于混凝土箱梁延伸段顶面。
钢箱梁，其钢混结合段钢箱梁顶板上制有注胶口18、出气口，其钢混结合段范围内的钢箱梁，为多钢格室结构，钢格室内侧布置剪力连接件6。注胶口用于注胶，出气口用于排气。
本实用新型的工作原理为：
钢混结合梁桥钢混结合段顶板脱空的综合加固结构技术路线为：钢混结合段铺装剔除及破损检测→转孔安装高强螺栓剪力键，紧固高强螺栓，钢板与混凝土面间缝隙内注胶→紧固高强螺杆→桥面板焊接剪力钉，混凝土段植筋→补防腐油漆，钢筋网安装→现浇超高韧性混凝土(STC)铺装层→蒸汽高温养护→施工沥青磨耗层。
1.按照常规方法进行钢混结合段铺装剔除，对局部破损和钢混结合脱开等问题进行检测，确定病害范围。在钢桥面铺装剔除后，应对钢桥面平整度、坡度进行精确测量，测点需画50cmx50cm网格测试，根据测量结果情况对后续的特殊铺装层厚度进行局部调整；
2.对存在钢混结合段钢板与混凝土顶面间脱空及剪力连接装置破坏等病害，进行相应位置钢板转眼，混凝土内植M16高强螺杆即调平排气螺栓，螺栓桥面上高度为35毫米，钢板顶板与混凝土存在间隙内注胶，胶体抗压性能不低于60MPa，抗弯强度不低于50MPa；
3.调整调平排气螺栓，确保钢板与混凝土间胶体注满，没有空洞，通过高强螺栓与注胶的联合作用，实现钢板与混凝土段的有效连接；
4.调平排气螺栓安装及注胶完成后，进行钢箱梁段防腐施工，钢箱梁段喷砂除锈清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达Rz 40μm～80μm，喷涂多道防腐漆，混凝土段进行松动混凝土层清除。
防腐等施工完成后，桥面剪力装置布置：
钢箱梁段：
①防腐处理完成后，钢箱梁顶进行密集布置蘑菇钉，蘑菇钉的位置在桥面板上定位，纵横向蘑菇钉间距为150mm；
②采用螺柱焊机在桥面焊接蘑菇钉，桥面上高度为35毫米；
③蘑菇钉周围防腐涂装补涂。
钢混结合段：
①蘑菇钉的位置在桥面板上定位，横向两U肋中间进行钢板钻透，纵向间距为300mm，与第2和3步中施作的高强螺杆结合布置，在第2和3部已布置的调平排气螺栓的不再布置蘑菇钉，在混凝土内钻300mm，混凝土内植M16高强螺杆即紧固连接螺栓，硬化后拧螺栓，将混凝土梁体与钢桥面板牢固连接，剪力钉高度35mm。
②蘑菇钉及紧固连接螺栓周围防腐涂装补涂。
混凝土箱梁段：
①混凝土顶面凿毛处理，剪力钉的位置在桥面顶板板上定位，纵横向植筋间距450mm；
②在定位好的位置处植Φ16钢筋即剪力钉，剪力钉桥面上高度为35毫米。
5.钢筋网：在超高韧性混凝土(STC)铺装层中配置37.5×37.5mm的钢筋网，纵桥向和横桥向钢筋均为直径d＝10mm，fsk＝400MPa。施工时如遇钢筋位置与剪力钉布置有冲突，可适当调整钢筋的横向位置，特别注意钢筋纵向接头处的钢筋布置。
6.现浇超高韧性混凝土(STC)铺装层：在梁顶浇筑厚度45mm的超高韧性混凝土(STC)，STC是近年新出现的一种材料，通过对活性粉末混凝土改性而得到的。该材料抗压强度大于120MPa、抗拉强度大于40MPa、弹性模量为42GPa，在钢桥面形成永久结构层。完成原材料准备、测量放样、导线架设、模板支立、轨道铺设等准备工作，并对摊铺机进行调试。
①摊铺前在表面进行洒水润湿，检查坍落度，制作检测抗压抗折强度的试件。摊铺过程中，机械间断时间不大于混合料的初凝时间；
②摊铺作业过后，要用铝合金直尺进行平整度初查，确保表面平整、不缺料。
7.蒸汽高温养护，通过了高温蒸汽养生的STC材料收缩应变可以在早期基本完成，实现致密性、高强度、高韧性，消除后期收缩变形的必要手段。浇筑20～24h后，在STC层上搭设蒸汽养护棚，养护期间蒸汽每小时升温10～15℃，直至养护温度达到80℃以上，恒温养护60～72h，然后进行降温处理，降温速度低于10℃/每小时，直至降为环境温度；
8.上面层沥青混凝土施工。需要完成混合料的摊铺、压实、接缝等工作。
尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
