CN111041967B - 一种含波折形连接件的钢-混组合梁及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含波折形连接件的钢‑混组合梁及其实施方法，属于钢‑混组合结构。该组合结构中包括钢梁，焊接于钢梁上面板的波折形连接件及贯穿钢筋。波折形连接件两个一组，在钢梁上面板的纵、横两个方向上分别成组设置，呈条带状分布。波折形连接件在其波峰与波谷处均设有开孔，贯穿钢筋穿过开孔，波峰处设置一层钢筋，波谷处设置一层钢筋，呈上、下双层钢筋布置形式。钢梁的上面板上部浇筑高性能纤维混凝土，高性能纤维混凝土包裹住波折形连接件与贯穿钢筋，形成复合剪力件。本发明钢结构焊接工作量少，施工便利，工作效率高，焊接残余应力小，承载能力高，抗疲劳性能好。

Description

一种含波折形连接件的钢-混组合梁及其实施方法

技术领域

本发明涉及桥梁结构技术领域，具体涉及一种含波折形连接件的钢-混组合梁及其实施方法。

背景技术

钢-混组合结构是指将混凝土与钢材两种材料通过一定的连接方式使其相互组合在一起，正确利用两种材料各自的优点，形成更加合理的结构体系。两种材料的结合面处受力复杂，实现可靠的连接对组合结构整体受力性能的发挥尤为重要。

钢-混组合结构结合面的连接形式主要有化学胶结剂、焊接栓钉、型钢连接件以及开孔钢板连接件等。各种连接件由于其结构与施工性能不同，在不同类型的组合结构中均有其适用性与局限性。目前使用较多的连接方式仍是焊接栓钉，但是大量焊接栓钉不仅工作量大，还会在钢板上引入大量焊接残余应力，在疲劳荷载作用下易使钢板产生疲劳裂缝。常规开孔板连接件是在钢梁上焊接开孔钢板，施工较为简便，为进一步增大抗剪刚度，一般会在圆孔中穿入贯穿钢筋，相应地增加了施工的繁琐程度，工作量较大。

综上所述，提出一种方便可靠的钢-混凝土组合梁连接结构是有必要的。波折形连接件可以在横向和纵向上提供上、下两层钢筋放置的位置，当开孔选择凹形槽孔时，钢筋放置方便，可以避免穿入钢筋的繁琐。使用高性能纤维混凝土材料代替传统的混凝土，不仅增强了结构的承载能力，还可以有效缓解混凝土面层开裂的问题，本发明专利对于钢-混凝土组合结构的进一步推广应用具有重要意义。

发明内容

技术问题：本发明目的是提供一种含波折形连接件的钢-混组合梁及其实施方法，采用波折形剪力连接件，克服了背景技术中单独使用栓钉或者开孔钢板连接件的局限性，不仅有焊接面积小的优点，还可以在钢梁的上面板的纵向和横向方便地布置上下两层钢筋。

技术方案：

一种含波折形连接件的钢-混组合梁及其实施方法，包括钢梁，焊接于钢梁上面板的波折形连接件及贯穿钢筋；其中波折形连接件采用每两个一组，在钢梁上面板的纵、横两个方向上分别成组布置所述波折形连接件，所述波折形连接件呈条带状分布；其中波折形连接件在波峰与波谷处均设有开孔，其中所述贯穿钢筋穿过所述开孔，钢梁上面板的上部浇筑高性能纤维混凝土，高性能纤维混凝土包裹住波折形连接件与贯穿钢筋，形成复合剪力件。

本发明的进一步改进在于：所述波折形连接件在钢梁上面板分为纵向波折形连接件和横向波折形连接件，所述纵向波折形连接件与横向波折形连接件之间为垂直关系；每组纵向波折形连接件与横向波折形连接件包含有2个独立的、平行的、外观尺寸一致的第一波折形连接部件和第二波折形连接部件。

本发明的进一步改进在于：所述纵向波折形连接件的长度等于钢梁的纵向长度，横向波折形连接件位于相邻的纵向波折形连接件中间位置处，其长度等于相邻纵向波折形连接件的内间距。

本发明的进一步改进在于：所述第一波折形连接件部件和第二波折形连接件部件由整块钢板切割而成，分为以下几个组成部分：水平下钢条一、倾斜钢条一、水平上钢条、倾斜钢条二、水平下钢条二，为轴对称结构，其中所述水平下钢条一和水平下钢条二垂直焊接于钢梁的上面板上。

本发明的进一步改进在于：波折形连接件部件和波折形连接件部件中的水平下钢条一与倾斜钢条一组成夹角的范围为90°~180°，水平上钢条与倾斜钢条一组成夹角的范围为90°~180°，水平下钢条二与倾斜钢条二组成夹角的范围为90°~180°。

本发明的进一步改进在于：第一波折形连接件部件和第二波折形连接件部件中波峰的数量为1个或者大于1个，波折形连接件部件和波折形连接件部件中波谷的数量为1个或者大于1个。

本发明的进一步改进在于：所述第一波折形连接件部件和第二波折形连接件部件在波峰与波谷处均设有沿板条厚度方向贯通的开孔，所述开孔的形状呈槽型或圆形或异形或其他任意形状等；所述开孔的深度大于贯穿钢筋直径的两倍；所述开孔的数量可以是3个或者大于3个；所述开孔的数量与开孔之间的间距根据贯穿钢筋的横向和纵向布置数量与布置要求控制。

一种含波折形连接件的钢-混组合梁的实施方法，包括如下实施步骤：

步骤（1）工厂分段预制带有上面板的钢梁；

步骤（2）预制波折形第一连接件部件和第二波折形连接件部件，在第一波折形连接件部件和第二波折形连接件部件上按要求设置开孔；

步骤（3）将第一波折形连接件部件和第二波折形连接件部件分别成组地焊接于钢梁上面板纵、横两个方向上。焊接在钢梁上面板纵向上波折形连接件的长度等于钢梁的纵向长度，横向波折形连接件位于相邻的纵向连接件的中间位置处，其长度等于相邻纵向波折形连接件的内间距；

步骤（4）分别在第一波折形连接件部件和第二波折形连接件部件的开孔位置处放置贯穿钢筋，形成上、下两层钢筋。

步骤（5）安装好贯穿钢筋后，在钢梁上面板上侧浇筑高性能纤维混凝土，包裹住纵向波折形连接件部件和横向波折形连接件部件和贯穿钢筋，待高性能纤维混凝土达到龄期后，形成钢-高性能纤维混凝土组合梁。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明提供的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，减小了焊接面积，提高了钢梁与高性能纤维混凝土结合面的刚度，增强了抵抗疲劳荷载的能力。

2、本发明提供的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，通过设置的波折形连接件和贯穿钢筋及波折形连接件波谷下方的高性能混凝土形成钢筋混凝土销，提高了结合面的抗剪和抗拉拔承载性力。

3、本发明提供的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，布置的双层贯穿钢筋和高性能纤维混凝土，改善了混凝土的抗裂性能。

4、本发明提供的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，施工便捷，效率高，适用面广。可以广泛适用于不同截面尺寸、截面形式的钢梁，高性能纤维混凝土可以是添加高性能减水剂和PP纤维、PVA纤维、PE纤维等纤维，不含粗骨料的高性能纤维增强水泥基复合材料。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是一种含波折形连接件的钢-混组合梁连接结构示意图。

图2是焊接波折形连接、安装钢筋后示意图。

图3是一个单元的波折形连接件和波折形连接件上开孔数目示意图。

附图标记：1-钢梁、2-波折形连接件、2-1-纵向波折形连接件、2-2-横向波折形连接件、2-3-第一波折形连接件部件、2-4-第二波折形连接件部件、3-开孔、4-贯穿钢筋、5-高性能混凝土、6-钢梁上面板、7-波峰、8-波谷、21-水平下钢条一、22-倾斜钢条一、23-水平上钢条、24-倾斜钢条二；25-水平下钢条二。

具体实施例

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：

如图1所示，本实施例的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，包括钢梁1，焊接于钢梁上面板6的波折形连接件2及贯穿钢筋4；其中波折形连接件2采用每两个一组，在钢梁上面板6的纵、横两个方向上分别成组布置所述波折形连接件2，所述波折形连接件2呈条带状分布；其中波折形连接件2在波峰7与波谷8处均设有开孔3，其中所述贯穿钢筋4穿过所述开孔3，钢梁上面板6的上部浇筑高性能纤维混凝土5，高性能纤维混凝土5包裹住波折形连接件2与贯穿钢筋4，形成复合剪力件。

如图2所示，波折形连接件2在钢梁上面板分为纵向波折形连接件2-1和横向波折形连接件2-2，纵向波折形连接件2-1与横向波折形连接件2-2之间为垂直关系。每组纵向波折形连接件2-1与横向波折形连接件2-2包含有2个独立的、平行的、外观尺寸一致的第一、二波折形连接部件2-3和2-4。

纵向波折形连接件2-1的长度等于钢梁1的纵向长度，横向波折形连接件2-2位于相邻的纵向波折形连接件2-1中间位置处，其长度等于纵向波折形连接件2-1的内间距；

如图3所示，波折形连接件部件2-3和波折形连接件部件2-4中的水平下钢条一21与倾斜钢条一22组成夹角的范围为90°~180°，水平上钢条23与倾斜钢条一22组成夹角的范围为90°~180°，水平下钢条二25与倾斜钢条二24组成夹角的范围为90°~180°。

波折形连接件部件2-3和波折形连接件部件2-4中波峰7的数量为1个或者大于1个，波折形连接件部件2-3和波折形连接件部件2-4中波谷8的数量为1个或者大于1个。

第一波折形连接件部件2-3和第二波折形连接件部件2-4在波峰7与波谷8处均设有沿板条厚度方向贯通的开孔3，开孔3的形状采用槽型；开孔3的深度大于贯穿钢筋4直径的两倍。

第一波折形连接件部件2-3和第二波折形连接件部件2-4上开孔3的数量可以是3个或者大于3个。开孔数量与开孔间距根据贯穿钢筋4的横向和纵向布置数量与布置要求控制。

分别在纵向波折形连接件部件2-1和横向波折形连接件部件2-2的开孔位置处放置贯穿钢筋4，这样就形成了上、下两层钢筋。

图2中为显示清晰明了，易于观看，并未布置过多的贯穿钢筋4，实际应用中，完全可以增加波折形连接件上的开孔数，以布置达到设计要求数量的贯穿钢筋。

首先在工厂按照设计好的尺寸和形状预制波折形连接件，在一整块钢板上切割出需要的尺寸和形状，分为以下几个组成部分：水平下钢条一21、倾斜钢条一22、水平上钢条23、倾斜钢条二24、水平下钢条二25，为轴对称结构，水平下钢条一21和水平下钢条二25垂直焊接于钢梁的上面板6上。为了制作、运输、安装的方便，可以按单元生产波折形连接件2，然后将若干个单元的波折形连接件2在现场焊接到一起，达到施工要求的长度。

安装好所有钢筋后，在钢梁上面板6上侧浇筑高性能纤维混凝土5，包裹住纵向波折形连接件部件2-1、横向波折形连接件部件2-2和贯穿钢筋4，待高性能纤维混凝土达到龄期后即形成钢-高性能纤维混凝土组合梁。

上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含波折形连接件的钢-混组合梁，其特征在于：包括钢梁（1），焊接于钢梁上面板（6）的波折形连接件（2）及贯穿钢筋（4）；其中波折形连接件（2）采用每两个一组，在钢梁上面板（6）的纵、横两个方向上分别成组布置所述波折形连接件（2），所述波折形连接件（2）呈条带状分布；其中波折形连接件（2）在波峰（7）与波谷（8）处均设有开孔（3），其中所述贯穿钢筋（4）穿过所述开孔（3），钢梁上面板（6）的上部浇筑高性能纤维混凝土（5），高性能纤维混凝土（5）包裹住波折形连接件（2）与贯穿钢筋（4），形成复合剪力件；所述波折形连接件（2）在钢梁上面板（6）分为纵向波折形连接件（2-1）和横向波折形连接件（2-2），所述纵向波折形连接件（2-1）与横向波折形连接件（2-2）之间为垂直关系；每组纵向波折形连接件（2-1）与横向波折形连接件（2-2）包含有2个独立的、平行的、外观尺寸一致的第一波折形连接部件（2-3）和第二波折形连接部件（2-4）。

2.根据权利要求1所述的含波折形连接件的钢-混组合梁，其特征在于：所述纵向波折形连接件（2-1）的长度等于钢梁（1）的纵向长度，横向波折形连接件（2-2）位于相邻的纵向波折形连接件（2-1）中间位置处，其长度等于相邻纵向波折形连接件（2-1）的内间距。

3.根据权利要求1所述的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，其特征在于：所述第一波折形连接件部件（2-3）和第二波折形连接件部件（2-4）由整块钢板切割而成，分为以下几个组成部分：水平下钢条一（21）、倾斜钢条一（22）、水平上钢条（23）、倾斜钢条二（24）、水平下钢条二（25），为轴对称结构，其中所述水平下钢条一（21）和水平下钢条二（25）垂直焊接于钢梁上面板（6）上。

4.根据权利要求3所述的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，其特征在于：第一波折形连接件部件（2-3）和第二波折形连接件部件（2-4）中的水平下钢条一（21）与倾斜钢条一（22）组成夹角的范围为90°~180°，水平上钢条（23）与倾斜钢条一（22）组成夹角的范围为90°~180°，水平下钢条二（25）与倾斜钢条二（24）组成夹角的范围为90°~180°。

5.根据权利要求4所述的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，其特征在于：第一波折形连接件部件（2-3）和第二波折形连接件部件（2-4）中波峰（7）的数量为1个或者大于1个，波折形连接件部件（2-3）和波折形连接件部件（2-4）中波谷（8）的数量为1个或者大于1个。

6.根据权利要求5所述的一种含波折形连接件的钢-混组合梁，其特征在于：所述第一波折形连接件部件（2-3）和第二波折形连接件部件（2-4）在波峰（7）与波谷（8）处均设有沿板条厚度方向贯通的开孔（3），所述开孔（3）的形状呈槽型或圆形或异形或其他任意形状等；所述开孔（3）的深度大于贯穿钢筋（4）直径的两倍；所述开孔（3）的数量可以是3个或者大于3个；所述开孔（3）的数量与开孔（3）之间的间距根据贯穿钢筋（4）的横向和纵向布置数量与布置要求控制。

7.根据权利要求1所述的一种含波折形连接件的钢-混组合梁的实施方法，其特征在于，包括如下实施步骤：步骤（1）工厂分段预制带有上面板的钢梁（1）；步骤（2）预制第一波折形连接件部件（2-3）和第二波折形连接件部件（2-4），在第一波折形连接件部件（2-3）和第二波折形连接件部件（2-4）上按要求设置开孔（3）；步骤（3）将第一波折形连接件部件（2-3）和第二波折形连接件部件（2-4）分别成组地焊接于钢梁上面板（6）纵、横两个方向上；焊接在钢梁上面板（6）纵向上波折形连接件（21）的长度等于钢梁（1）的纵向长度，横向波折形连接件（22）位于相邻的纵向连接件（21）的中间位置处，其长度等于相邻纵向波折形连接件（21）的内间距；步骤（4）分别在第一波折形连接件部件（2-3）和第二波折形连接件部件（2-4）的开孔（3）位置处放置贯穿钢筋（4），形成上、下两层钢筋；步骤（5）安装好贯穿钢筋（4）后，在钢梁上面板（6）上侧浇筑高性能纤维混凝土（5），包裹住纵向波折形连接件部件（2-1）和横向波折形连接件部件（2-2）和贯穿钢筋（4），待高性能纤维混凝土达到龄期后，形成钢-高性能纤维混凝土组合梁。

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