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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310570636.9(22)申请日 2023.05.19(71)申请人 长安大学地址 710064 陕西省西安市长安中路33号(72)发明人 王春生张洋段兰(74)专利代理机构 西安永生专利代理有限责任公司 61201专利代理师 郝燕燕(51)Int.Cl.E01D 19/12(2006.01)C04B 28/04(2006.01)C04B 16/06(2006.01)C04B 14/48(2006.01)E01D 101/30(2006.01)E01D 101/24(2006.01)E0。
2、1D 101/26(2006.01)(54)发明名称一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板(57)摘要一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，通过在钢桥面板上设置均匀分布的万向式冷连接键连接超高性能水泥基复合材料层，万向式冷连接键与钢桥面板通过粘接的方式连接；超高性能水泥基复合材料层为共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层或混杂纤维超高性能水泥基复合材料层。本发明采用了万向式冷连接键，避免了传统焊接剪力连接引入的疲劳细节，同时连接键具备360度万向抗剪，抗剪适应性好，连接可靠等优势，与共聚甲醛纤维或混杂纤维UHPFRC搭配使用，可显著提高组合结构组合刚度，提升钢桥面板的疲劳性。
3、能。在我国桥梁工程领域有着广阔的应用前景。权利要求书2页 说明书9页 附图4页CN 116607409 A2023.08.18CN 116607409 A1.一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，包括钢桥面板，其特征在于：钢桥面板上通过均匀分布的万向式冷连接键连接有超高性能水泥基复合材料层，所述万向式冷连接键与钢桥面板通过粘接的方式连接；所述超高性能水泥基复合材料层为共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层或混杂纤维超高性能水泥基复合材料层；所述共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层，1m3的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：2.根据权利要求1所述一种采用万向式。
4、冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述万向式冷连接键包括圆形的钢板底座、栓钉、环氧树脂胶层，所述钢板底座中心通过螺纹连接有栓钉，所述钢板底座通过环氧树脂胶层与钢桥面板连接。3.根据权利要求2所述一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述钢板底座直径为100150mm、厚度为610mm，所述钢板底座中心加工有螺孔。4.根据权利要求2所述一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述栓钉直径为816mm，栓钉长度为4580mm，所述栓钉下部设置有螺纹，所述栓钉纵横桥向间距为300500mm。5.根据权利要求2所述一种采用万向式冷连接键的UH。
5、PFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述粘贴万向式连接键钢板底座的环氧树脂胶层厚度为1.53mm。6.根据权利要求1所述一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；所述硅灰的颗粒分布范围0.10.15 m、比表面积为1527m2/g；所述标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；所述减水剂A组份为3301c型高效减水剂；所述减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用；所述共聚甲醛纤维的规格长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315。7.根据权利要求1所述一种采用万向式冷连接键。
6、的UHPFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述混杂纤维超高性能水泥基复合材料层，1m3的混杂纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：权利要求书1/2 页2CN 116607409 A28.根据权利要求6所述一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述共聚甲醛纤维长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315。9.根据权利要求6所述一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；所述硅灰的颗粒分布范围0.10.15 m、比表面积为1527m2/g；。
7、标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；所述减水剂A组份为3301c型高效减水剂；所述减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用。10.根据权利要求6所述的一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，其特征在于：所述钢纤维表面镀铜，长度为13mm、直径为0.2mm。权利要求书2/2 页3CN 116607409 A3一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板技术领域0001本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及到一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板。背景技术0002钢混组合结构通过剪力键将钢结构与混凝土结构结合起来协同作用，剪力键的构造形式和传力机理是影响组合结构受力与安全。
8、的关键。0003目前应用在钢混结构中的剪力键主要有“栓钉连接件”、“PBL连接件”、“型钢连接件”等。这些常用的连接键都需要通过焊接与钢钢桥面板相连，焊接会导致结构引入疲劳细节，使得结构更加容易出现疲劳破坏。同时，焊接工艺一次成型，不可更换，后期维护成本高。“栓钉连接件”中栓钉焊接数量大，其焊接质量和施工效率受焊接工艺影响较大；“PBL连接件”、“型钢连接件”用钢量大，经济性不高，同时剪力键布置具有方向性，抗剪适应性较差。发明内容0004本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种结构简单、抗剪适应性强、施工及维护效率高的采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板。0005解。
9、决上述技术问题所采用的技术方案是：一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，包括钢桥面板，钢桥面板上通过均匀分布的万向式冷连接键连接有超高性能水泥基复合材料层，所述万向式冷连接键与钢桥面板通过粘接的方式连接；所述超高性能水泥基复合材料层为共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层或混杂纤维超高性能水泥基复合材料层；0006所述共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层，1m3的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：00070008作为一种优选的技术方案，所述万向式冷连接键包括圆形的钢板底座、栓钉、环氧树脂胶层，所述钢板底座中心通过螺纹连接有栓钉，所述钢板底座通过环氧树脂胶层与。
10、钢桥面板连接。说明书1/9 页4CN 116607409 A40009作为一种优选的技术方案，所述钢板底座直径为100150mm、厚度为610mm，所述钢板底座中心加工有螺孔。0010作为一种优选的技术方案，所述栓钉直径为816mm、栓钉长度为4580mm所述栓钉下部设置有螺纹，所述栓钉纵横桥向间距为300500mm。0011作为一种优选的技术方案，所述粘贴万向式连接键钢板底座的环氧树脂胶层厚度为1.53mm。0012作为一种优选的技术方案，所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；所述硅灰的颗粒分布范围0.10.15 m、比表面积为1527m2/g；所述标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；所述减水。
11、剂A组份为3301c型高效减水剂；所述减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用；所述共聚甲醛纤维的规格长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315。0013作为一种优选的技术方案，所述混杂纤维超高性能水泥基复合材料层，1m3的混杂纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：00140015作为一种优选的技术方案，所述共聚甲醛纤维长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315。0016作为一种优选的技术方案，所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；所述。
12、硅灰的颗粒分布范围0.10.15 m、比表面积为1527m2/g；标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；所述减水剂A组份为3301c型高效减水剂；所述减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用。0017作为一种优选的技术方案，所述钢纤维表面镀铜，长度为13mm、直径为0.2mm。0018本发明的有益效果如下：0019本发明采用了万向式冷连接键，避免了传统焊接剪力连接引入的疲劳细节，同时连接键具备360度万向抗剪，抗剪适应性好，连接可靠等优势，与共聚甲醛纤维或混杂纤维超高性能水泥基复合材料层搭配使用，可显著提高组合结构组合刚度，提升钢桥面板的疲劳性能。在我国桥梁工程领域有着广阔的应用前景。附图说。
13、明0020图1是本发明一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板示意图。0021图2是本发明万向式冷连接键的结构示意图。说明书2/9 页5CN 116607409 A50022图3是本发明实施例1中共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料的扩展度的照片。0023图4是本发明实施例1中共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料龄期为14天的立方体抗压试件破坏形态照片。0024图5是本发明实施例1中共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料龄期为28天的立方体抗压试件破坏形态照片。0025图6是本发明实施例1中共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料龄期为14天试件抗弯试验后的照片。0026图7是本发明实施例1中共聚甲。
14、醛纤维超高性能水泥基复合材料龄期为28天试件抗弯试验后的照片。0027图8是本发明实施例4中混杂纤维超高性能水泥基复合材料的扩展度的照片。0028图9是本发明实施例4中混杂纤维超高性能水泥基复合材料龄期为14天的立方体抗压试件破坏形态照片。0029图10是本发明实施例4中混杂纤维超高性能水泥基复合材料龄期为28天的立方体抗压试件破坏形态照片。0030图11是本发明实施例4中混杂纤维超高性能水泥基复合材料龄期为14天试件抗弯试验后的照片。0031其中：UHPFRC为超高性能水泥基复合材料。0032图中：1、钢板底座；2、栓钉；3、环氧树脂胶层；4、钢桥面板；5、超高性能水泥基复合材料层。具体实施。
15、方式0033为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。0034实施例10035在图1中，本实施例的一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板由钢桥面板4、万向式冷连接键、超高性能水泥基复合材料层5构成。0036钢桥面板4上通过均匀分布的万向式冷连接键连接有超高性能水泥基复合材料层5，万向式冷连接键与钢桥面板4通过粘接的方式连接，超高性能水泥基复合材料层5为共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层；00371m3的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料。
16、组成：说明书3/9 页6CN 116607409 A600380039上述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；硅灰的颗粒分布范围0.10.15 m、比表面积为1527m2/g；标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；减水剂A组份为3301c型高效减水剂；减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用；共聚甲醛纤维的规格长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315。0040在图2中，本实施例的万向式冷连接键包括圆形的钢板底座1、栓钉2、环氧树脂胶层3，钢板底座直径为100150mm、厚度为610mm，钢板底座1中心加工有螺孔，栓钉2直径。
17、为816mm、栓钉2下部加工有螺纹与钢板底座1的螺孔相匹配，栓钉2安装在钢板底座1中心的螺孔内，钢板底座1通过环氧树脂胶层3与钢桥面板4连接，环氧树脂胶层厚度为1.53mm。本实施例的万向式冷连接键全冷连接的设计，避免了传统焊接剪力连接引入的疲劳细节，大大提升了组合结构的疲劳性能和耐久性；可工厂化预制拼装、式施工，大幅提高施工及维护效率，降低施工及维护成本；本实施例的万向式冷连接键具有360度万向抗剪，与传统各向异性的抗剪连接键相比，具备更好的抗剪适应性，与共聚甲醛纤维或混杂纤维超高性能水泥基复合材料层搭配使用，可显著提高组合结构组合刚度，提升钢桥面板的疲劳性能。0041实施例20042本实施。
18、例一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板的钢桥面板4上通过均匀分布的万向式冷连接键连接超高性能水泥基复合材料层，万向式冷连接键与钢桥面板通过粘接的方式连接，超高性能水泥基复合材料层为共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层；00431m3的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：0044说明书4/9 页7CN 116607409 A70045上述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；硅灰的颗粒分布范围0.10.15 m、比表面积为1527m2/g；标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；减水剂A组份为3301c型高效减水剂；减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用；共聚甲醛。
19、纤维的规格长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315。0046其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。0047实施例30048本实施例一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板的钢桥面板4上通过均匀分布的万向式冷连接键连接超高性能水泥基复合材料层，万向式冷连接键与钢桥面板通过粘接的方式连接，超高性能水泥基复合材料层为共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层；00491m3的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：00500051上述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；硅灰的颗粒分布范围0.10.15 。
20、m、比表面积为1527m2/g；标准砂或河砂最大粒径小于0.8mm；减水剂A组份为3301c型高效减水剂；减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用；共聚甲醛纤维的规格长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315。0052其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。0053实施例40054本实施例一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板的钢桥面板4上通过均匀分布的万向式冷连接键连接超高性能水泥基复合材料层，万向式冷连接键与钢桥面板通过粘接的方式连接，超高性能水泥基复合材料层为混杂纤维超高性能水泥基复合材料层；005。
21、51m3的混杂纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：说明书5/9 页8CN 116607409 A800560057上述质量配比中，水泥为PO42.5的普通硅酸盐水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.10.15 m，比表面积为1527m2/g；的河砂最大粒径小于0.8mm；减水剂A组份为3301c型高效减水剂；减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用；共聚甲醛纤维，其长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315，钢纤维是表面镀铜的钢纤维，长度为13mm、直径为0.2mm。0058其他零部件及零部件的连接关系与实施例。
22、1相同。0059实施例50060本实施例一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板的钢桥面板4上通过均匀分布的万向式冷连接键连接超高性能水泥基复合材料层，万向式冷连接键与钢桥面板通过粘接的方式连接，超高性能水泥基复合材料层为混杂纤维超高性能水泥基复合材料层；00611m3的混杂纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比的材料组成：006200630064上述质量配比中，水泥为PO42.5的普通硅酸盐水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.10.15 m，比表面积为1527m2/g；河砂最大粒径小于0.8mm；减水剂A组份为3301c型高效减水剂；减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用；共聚甲醛。
23、纤维，其长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315，钢纤维是表面镀铜的钢纤维，长度为13mm、直径为0.2mm。0065其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。0066实施例60067本实施例一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板的钢桥面板4上通过均匀分布的万向式冷连接键连接超高性能水泥基复合材料层，万向式冷连接键与钢桥面板通过粘接的方式连接，超高性能水泥基复合材料层为混杂纤维超高性能水泥基复合材料层；说明书6/9 页9CN 116607409 A900681m3的混杂纤维超高性能水泥基复合材料由下述质量配比。
24、的材料组成：006900700071上述质量配比中，水泥为PO42.5的普通硅酸盐水泥；硅灰的颗粒分布范围为0.10.15 m，比表面积为1527m2/g；标准砂的最大粒径小于0.8mm；减水剂A组份为3301c型高效减水剂；减水剂B组份为微珠粉，与减水剂A组份配合使用；共聚甲醛纤维，其长度为12mm，直径为200 m，弹性模量为10GPa，断裂强度为7.08.5cN/dtex，断裂伸长率为1315，钢纤维是表面镀铜的钢纤维，长度为13mm、直径为0.2mm。0072其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。0073试验10074为了验证本发明的有益效果，发明人对实施例1一种采用万向式冷连接。
25、键的UHPFRC组合钢桥面板的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料进行了扩展度测试、抗压强度测试、抗弯强度测试，各种试验情况如下：00751、坍落度与扩展度试验0076采用本发明实施例1的材料配比，按照 混凝土坍落度的试验方法(JIS A11012005)，对拌合好的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料进行坍落度试验。试验后，观测所拌合的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料流动性良好，扩展度直径达到42.6cm，试验结果见图3。00772、抗压强度试验0078采用本发明实施例1的材料配比制备长宽高为100mm100mm100mm的立方体试件1组，其中1个试件养护14天，两个试件养护28天，长宽高为1。
26、50mm150mm150mm的立方体试件1组，有三个试件，所有试件均在室温条件下覆盖塑料薄膜和湿棉养生。按照 混凝土强度检验评定标准(GB501072010)的测试方法采用万能压力机测试试件的立方体抗压强度。0079试验结果表明：第1组龄期为14天的1个试件，平均立方体抗压强度为105.2MPa，换算成150mm标准试件的立方体抗压强度为100MPa，龄期为28天的2个试件，换算后的平均立方体抗压强度为95.8MPa，试验后试件的破坏形态如图4所示；第2组的平均立方体抗压强度为95.8MPa，试验后试件的破坏形态如图5所示；混凝土结构设计规范 中混凝土最高强度等级C80对应的抗压强度为80MP。
27、a，本发明试件的抗压强度远高于 混凝土结构设计规范 中最高强度等级的抗压强度，因此，本发明的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料层具有较高的抗压强度。00803、抗弯试验说明书7/9 页10CN 116607409 A100081采用本发明实施例1的材料配制备长宽厚为500mm100mm50mm的抗弯试件1组，共4个试件，其中1个试件养护14天，3个试件养护28天，所有试件均在室温条件下覆盖塑料薄膜和湿棉被养生。采用SANS公司MTS试验机测试试件的抗弯强度。试验前将应变片布置在试件底部测试段处，同时将XTDIC(三维全场应变测量系统)放置在试件正前方计算位置处。按照设备的操作方法对试件进行抗弯。
28、试验，试验后照片如图6、7。0082试验结果表明，养护14天的试件抗弯强度为14.3MPa；养护28天试件的平均抗弯强度为13.4MPa。钢纤维混凝土结构设计标准 中要求桥面铺装层的钢纤维混凝土的弯拉强度标准值不低于5.5MPa，本发明试件的抗弯强度远高于 钢纤维混凝土结构设计标准 要求，因此，本发明的共聚甲醛纤维超高性能水泥基复合材料具有较高的弯拉强度。0083试验20084发明人采用本发明实施例4一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板的混杂纤维超高性能水泥基复合材料进行了扩展度测试、抗压强度测试、抗弯强度测试，各种试验情况如下：00851、坍落度与扩展度试验0086采用实施例4材。
29、料配比，按照 混凝土坍落度的试验方法(JIS A11012005)，对拌合好的混杂纤维超高性能水泥基复合材料进行坍落度试验。试验后，观测所拌合的混杂纤维超高性能水泥基复合材料流动性良好，扩展度直径达到49.5cm，试验结果见图8。00872、抗压强度试验0088采用上述材料配比分别制备长宽高为100mm100mm100mm的立方体试件1组，共3个试件，其中1个试件养护14天，两个试件养护28天，长宽高为150mm150mm150mm的立方体试件1组，共3个试件，所有试件均在室温条件下覆盖塑料薄膜和湿棉被养生。按照 混凝土强度检验评定标准(GB501072010)的测试方法采用万能压力机测试试件。
30、的立方体抗压强度。0089试验结果表明：第1组龄期为14天的1个试件，平均立方体抗压强度为109.9MPa，换算成150mm标准试件的立方体抗压强度为104.4MPa，龄期为28天的2个试件，平均立方体抗压强度为114.7MPa，换算成150mm标准试件的立方体抗压强度为109.0MPa，试验后试件的破坏形态如图9所示；第2组的平均立方体抗压强度为98.4MPa，试验后试件的破坏形态如图10所示，两组试件计算得到平均立方体抗压强度相差较大，这说明混杂纤维超高性能水泥基复合材料有较大的尺寸效应。混凝土结构设计规范 中混凝土最高强度等级C80对应的抗压强度为80MPa，本发明试件的抗压强度远高于 。
31、混凝土结构设计规范 中最高强度等级的抗压强度。因此，本发明的混杂纤维超高性能水泥基复合材料层具有较高的抗压强度。00903、抗弯试验0091采用上述材料配比及其制备方法制备长宽厚为500mm100mm50mm的抗弯试件1组，共1个试件，试件在室温条件下覆盖塑料薄膜和湿棉被养生14天。采用SANS公司MTS试验机测试试件的抗弯强度。试验前将应变片布置在试件底部测试段处，同时将XTDIC(三维全场应变测量系统)放置在试件正前方计算位置处。按照设备的操作方法对试件进行抗弯试验测试，试验试验后的照片如图11。0092试验结果表明，养护14天的试件抗弯强度为12.9MPa，钢纤维混凝土结构设计标准 中要。
32、求桥面铺装层的钢纤维混凝土的弯拉强度标准值不低于5.5MPa，本发明试件的抗说明书8/9 页11CN 116607409 A11弯强度远高于 钢纤维混凝土结构设计标准 要求，因此，本发明的混杂纤维超高性能水泥基复合材料具有较高的弯拉强度。0093综上所述，本发明一种采用万向式冷连接键的UHPFRC组合钢桥面板，由于超高性能水泥基复合材料具有较强的抗弯性能和抗压性能，同时，万向式冷连接键在连接超高性能水泥基复合材料层与钢桥面板时，避免了焊接疲劳细节得引入，可大幅度提高组合钢桥面板结构的刚度和抗疲劳性能。说明书9/9 页12CN 116607409 A12图1图2图3说明书附图1/4 页13CN 116607409 A13图4图5图6说明书附图2/4 页14CN 116607409 A14图7图8图9说明书附图3/4 页15CN 116607409 A15图10图11说明书附图4/4 页16CN 116607409 A16。