一种预制装配式钢-混组合梁桥抗剪连接件及施工方法 |
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| 申请号 | CN202210510472.6 | 申请日 | 2022-05-11 | 公开(公告)号 | CN114892499B | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 北京工业大学; | 发明人 | 韩强; 倪玉龙; 胡梦涵; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种预制装配式 钢 ‑混组合梁桥抗剪连接件及施工方法，属于 土木工程 钢‑混组合梁桥领域。其主要包括预制 混凝土 桥面 板、工字钢梁、预制双排Y形带 槽口 开孔钢板、普通钢板、U形贯穿 钢筋 、预制顶层带端头普通钢筋、预制底层带端头普通钢筋、弯钩、 铁 环、铁丝、高性能灌浆料；预制双排Y形带槽口开孔钢板 焊接 在工字钢梁上，普通钢板焊接在预制双排Y形带槽口开孔钢板两端，预制底层带端头普通钢筋与穿过预制双排Y形带槽口开孔钢板的U形贯穿钢筋用弯钩钩紧，并与预制顶层带端头普通钢筋用铁丝进行绑扎，最后在混凝土桥面板的剪 力 槽内浇筑灌浆料。本发明能充分保证混凝土桥面板与工字钢梁之间剪力的有效传递，抗剪性能以及抗疲劳性能良好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件，其包括工字钢梁(2)及其上设置的预制混凝土桥面板(1)，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件及施工方法技术领域背景技术[0002] 随着城镇化建设的快速发展和改扩建需求的日益增长，桥梁快速建造技术(ABC)理念越来越受到工程界的重视。主要得益于其具有改善桥梁结构现场可施工性、保证材料质量与结构的耐久性、降低施工对周边环境及公民生活的影响、后期的维修更换更加方便快捷等优点。 [0003] 钢‑混组合梁桥凭借其受力合理、整体稳定性和局部稳定性好、预制施工方便、组合了混凝土和钢材的优点、跨度适用范围广、高效益性等优点在国内外得到了迅速的发展，广泛的应用于桥梁领域，并取得了显著的经济效益。我国现有的钢‑混组合梁桥中，大部分桥面板采用现场浇注混凝土的方式，这种方式不仅浇筑量大，而且养护所需时间也较长，极大程度上增加施工周期，降低施工效率，并影响周边的交通和居民生活。因此，将预制装配技术引入钢‑混组合梁桥建设中颇有必要，不仅可以加快施工进度，而且可以降低人工成本，提高钢‑混组合梁桥整体的质量。 [0004] 在钢‑混组合梁桥中，通常使用抗剪连接件来实现几种不同材料或结构的协同作用。抗剪连接件是钢材和混凝土协同工作的保证。其主要作用有两个：一是用来承受并传递钢材与混凝土间的纵向剪力；二是用来抵抗钢材与混凝土之间的掀起作用。目前较常用的抗剪连接件有栓钉连接件、开孔板连接件、型钢连接件。栓钉连接件的抗疲劳性能较差，且拉拔力非常弱。开孔板连接件存在贯穿钢筋定位困难且难以布置的问题。型钢连接件的抗拉拔性能较弱，容易发生钢与混凝土的分离。每一种连接方式都有着各自在施工以及受力性能方面的优点和局限性。并且在长期繁重的交通荷载与恶劣的环境作用下，传统钢‑混组合梁桥出现了耐久性差、力学性能退化快、易开裂等问题，已成为桥梁工程界急需解决的问题。 [0005] 因此为了加快钢‑混组合梁桥的快速建造，研究一种连接可靠、施工便捷、整体性能良好的抗剪连接件是目前钢‑混组合桥梁工程建设的当务之急，为此提出了一种新型预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件，将高性能灌浆料应用到了预制混凝土桥面板与钢梁的连接中，保证了桥面板与钢梁的剪力传递，并提高了其抗剪性能和耐疲劳性能。 发明内容[0006] 为了解决传统钢‑混组合梁桥出现的耐久性差、力学性能退化快、易开裂等问题，减小现场浇筑混凝土的用量，并提高抗剪连接件的力学性能，本发明提出了一种预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件及施工方法，用于传递混凝土桥面板与钢梁之间的剪力。 [0007] 为解决上述技术问题，实现本发明所采取的技术方案是： [0008] 一种预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件，其包括工字钢梁及其上设置的预制混凝土桥面板，所述预制混凝土桥面板内设置有剪力槽；剪力槽内设置有预制双排Y形带槽口开孔钢板、普通钢板、U形贯穿钢筋、预制顶层带端头普通钢筋、预制底层带端头普通钢筋、弯钩、铁环以及铁丝，且剪力槽内浇筑有灌浆料； [0009] 所述预制双排Y形带槽口开孔钢板焊接在工字钢梁上，普通钢板焊接在预制双排Y形带槽口开孔钢板的两侧，使普通钢板和预制双排Y形带槽口开孔钢板形成一个整体；所述预制双排Y形带槽口开孔钢板由两块相同的Y形带槽口开孔钢板构成，且每块Y形带槽口开孔钢板从顶部每隔一段距离垂直向下切割有一段距离，形成多段钢板，相邻两段钢板相向弯折形成有一定角度，且每段钢板上设置有一个孔洞，孔洞外边缘设置有槽口； [0010] U形贯穿钢筋垂直穿过预制双排Y形带槽口开孔钢板的孔洞中心，并垂直向下扣设在预制双排Y形带槽口开孔钢板上； [0011] 所述剪力槽两侧的预制混凝土桥面板内壁上、下部分别设置有预制顶层带端头普通钢筋以及预制底层带端头普通钢筋； [0012] 所述预制底层带端头普通钢筋与穿过预制双排Y形带槽口开孔钢板的U形贯穿钢筋底端用弯钩钩紧，弯钩另一端焊接有铁环，铁环上绑有铁丝，铁丝另一端绑扎在预制顶层带端头普通钢筋上，用于使预制底层带端头普通钢筋和U形贯穿钢筋共同承受剪力。 [0013] 进一步地，所述预制混凝土桥面板中的预制顶层带端头普通钢筋和预制底层带端头普通钢筋均伸出预制混凝土桥面板剪力槽内壁一段距离，且预制顶层带端头普通钢筋的外伸距离略小于预制底层带端头普通钢筋的外伸距离；所述预制顶层带端头普通钢筋和预制底层带端头普通钢筋可增加预制混凝土桥面板和后浇灌浆料的粘结强度和整体性。 [0014] 进一步地，所述U形贯穿钢筋两端向下弯折，用以增大其抗剪接触面的面积，并便于和预制底层带端头普通钢筋进行连接。 [0015] 进一步地，所述U形贯穿钢筋的直径小于预制双排Y形带槽口开孔钢板的孔洞直径以及槽口宽度。 [0016] 进一步地，所述预制双排Y形带槽口开孔钢板沿顺桥向与预制混凝土桥面板两端预留有一段距离，以发挥预制双排Y形带槽口开孔钢板的端部抗剪性能。 [0017] 进一步地，所述预制底层带端头普通钢筋至预制双排Y形带槽口开孔钢板间预留一小段距离，防止吊装预制混凝土桥面板时两者发生碰撞。 [0018] 进一步地，所述预制混凝土桥面板剪力槽内表面凿毛，以使预制混凝土和灌浆料之间有足够的抗剪强度。 [0019] 进一步地，所述灌浆料为超高性能混凝土UHPC。 [0020] 上述预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件的施工方法，包括以下步骤： [0021] 步骤一：在工厂制备预制构件，具体步骤如下： [0022] 1)在预制混凝土桥面板的模板内布置纵向钢筋以及预制顶层带端头普通钢筋、预制底层带端头普通钢筋； [0023] 2)浇筑预制混凝土桥面板的混凝土； [0024] 3)按照设计尺寸制备工字钢梁、普通钢板、U形贯穿钢筋； [0025] 4)按照设计尺寸制备弯钩和铁环，并把铁环焊接在弯钩尾端，铁环上缠绕一定长度的铁丝； [0026] 5)按照设计尺寸制备预制双排Y形带槽口开孔钢板：通过角磨机在Y形带槽口开孔钢板上每隔一定间距进行部分切割，并把切割部分两侧钢板相向弯折一定角度，在每个弯折的钢板中心处进行开孔，并开槽形成槽口； [0027] 6)将预制好的预制双排Y形带槽口开孔钢板焊接在工字钢梁上，并将普通钢板焊接在预制双排Y形带槽口开孔钢板的两侧，围合成一个整体； [0028] 步骤二：现场拼装及浇筑预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件，具体步骤如下： [0029] 1)将预制双排Y形带槽口开孔钢板和普通钢板表面涂抹润滑油，以消除摩擦对连接件抗剪性能的影响； [0030] 2)用起吊机吊装预制混凝土桥面板就位； [0031] 3)用弯钩将每根U形贯穿钢筋的两端部与预制底层带端头普通钢筋钩紧，弯钩另一端用铁丝与预制顶层带端头普通钢筋绑扎； [0032] 4)在预制混凝土桥面板的剪力槽内浇筑灌浆料。 [0033] 相对于现有技术，本发明具有如下技术效果： [0035] 2.本发明将贯穿钢筋与预制带端头普通钢筋进行绑扎，不仅能发挥预制桥面板中钢筋的防止混凝土开裂的作用，更发挥了其抗剪功能，提高了该构造的抗剪承载力和延性。 [0036] 3.本发明将开孔钢板每隔一段距离进行一定角度的弯折，与传统的通长布置式开孔钢板抗剪连接件相比，更好地利用了开孔钢板的端部承压作用，具有更高的抗剪承载力和初始刚度以及更好的延性。 [0037] 4.本发明在Y形带槽口开孔钢板的顶部开槽，可以使贯穿钢筋直接从开槽处垂直放置，并且能精确定位贯穿钢筋的位置。与传统的开孔钢板抗剪连接件相比，具有减少穿孔作业，减少施工难度的优势。 [0038] 5.本发明是一种连接可靠的抗剪连接件，能保证混凝土桥面板与钢梁形成组合截面共同抵抗桥梁整体受力产生的效应，具有较高的抗剪承载力和较好的延性。不仅能够实现无支架施工，现浇工程少，加快整体施工进程，而且耐疲劳性能良好。附图说明 [0039] 图1为预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件的整体示意图； [0040] 图2为图1的A‑A剖面图； [0041] 图3为图1的B‑B剖面图； [0042] 图4为预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件的俯视图； [0043] 图5为焊有普通钢板的预制双排Y形带槽口开孔钢板的整体示意图； [0044] 图6为带有铁环和铁丝的弯钩平面示意图； [0045] 图7为预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件的剪力槽内局部示意图； [0046] 图8为预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件的施工流程示意图； [0047] 图中，1‑预制混凝土桥面板、2‑工字钢梁、3‑预制双排Y形带槽口开孔钢板、4‑普通钢板、5‑U形贯穿钢筋、6‑预制顶层带端头普通钢筋、7‑预制底层带端头普通钢筋、8‑弯钩、9‑铁环、10‑铁丝、11‑灌浆料。 具体实施方式[0048] 下面结合实施例以及附图1‑8对本发明进行详细说明。 [0049] 如图1‑7所示，本发明的一种预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件，其包括工字钢梁2及其上设置的预制混凝土桥面板1，预制混凝土桥面板1内设置有剪力槽。剪力槽内设置有预制双排Y形带槽口开孔钢板3、普通钢板4、U形贯穿钢筋5、预制顶层带端头普通钢筋6、预制底层带端头普通钢筋7、弯钩8、铁环9以及铁丝10，且剪力槽内浇筑有灌浆料11，本实施例中，灌浆料11为超高性能混凝土UHPC。 [0050] 预制双排Y形带槽口开孔钢板3焊接在工字钢梁2上，普通钢板4焊接在预制双排Y形带槽口开孔钢板3的两侧，使普通钢板4和预制双排Y形带槽口开孔钢板3形成一个整体。如图5所示，预制双排Y形带槽口开孔钢板3由两块相同的Y形带槽口开孔钢板构成，且每块Y形带槽口开孔钢板从顶部每隔一段距离垂直向下切割有一段距离，形成多段钢板，相邻两段钢板相向弯折形成有一定角度，且每段钢板上设置有一个孔洞，孔洞外边缘设置有槽口。 [0051] 如图1‑4所示，U形贯穿钢筋5垂直穿过预制双排Y形带槽口开孔钢板3的孔洞中心，并垂直向下扣设在预制双排Y形带槽口开孔钢板3上。U形贯穿钢筋5两端向下弯折，用以增大其抗剪接触面的面积，并便于和预制底层带端头普通钢筋7进行连接。U形贯穿钢筋5的直径小于预制双排Y形带槽口开孔钢板3的孔洞直径以及槽口宽度。剪力槽两侧的预制混凝土桥面板1内壁上、下部分别设置有预制顶层带端头普通钢筋6以及预制底层带端头普通钢筋7。预制混凝土桥面板1中的预制顶层带端头普通钢筋6和预制底层带端头普通钢筋7均伸出预制混凝土桥面板1剪力槽内壁一段距离，且预制顶层带端头普通钢筋6的外伸距离略小于预制底层带端头普通钢筋7的外伸距离。预制顶层带端头普通钢筋6和预制底层带端头普通钢筋7可增加预制混凝土桥面板1和后浇灌浆料的粘结强度和整体性。 [0052] 如图6‑7所示，预制底层带端头普通钢筋7与穿过预制双排Y形带槽口开孔钢板3的U形贯穿钢筋5底端用弯钩8钩紧，弯钩8另一端焊接有铁环9，铁环9上绑有铁丝10，铁丝10另一端绑扎在预制顶层带端头普通钢筋6上，用于使预制底层带端头普通钢筋7和U形贯穿钢筋5共同承受剪力。 [0053] 本实施例中，预制双排Y形带槽口开孔钢板3沿顺桥向与预制混凝土桥面板1两端预留有一段距离，以发挥预制双排Y形带槽口开孔钢板3的端部抗剪性能。预制底层带端头普通钢筋7至预制双排Y形带槽口开孔钢板3间预留一小段距离，防止吊装预制混凝土桥面板1时两者发生碰撞。预制混凝土桥面板1剪力槽内表面凿毛，以使预制混凝土和灌浆料之间有足够的抗剪强度。 [0054] 原理为：钢‑混组合梁桥正常工作时，新型预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件能够防止钢梁和混凝土桥面板的水平向和垂直向分离，同时能够通过传递钢梁与预制混凝土桥面板1之间的剪力来确保二者之间的协同变形。此外，钢‑混组合梁在使用过程中，钢梁和预制混凝土桥面板1发生相对滑移，从而在界面处产生剪力。本发明主要由预制双排Y形带槽口开孔钢板3、普通钢板4和U形贯穿钢筋5提供抗剪能力。其中，预制双排Y形带槽口开孔钢板3的弯折部分钢板能起到端部抗剪作用，沿着不同方向弯折的两块钢板之间会形成混凝土榫，同时开槽及开孔处也能形成混凝土榫，能发挥其优异的抗剪能力。普通钢板4能提高抗剪连接件整体的抗剪刚度。U形贯穿钢筋5通过弯钩8与铁丝10与预制顶层带端头普通钢筋6和预制底层带端头普通钢筋7绑扎，形成一个整体。在剪力作用下，U形贯穿钢筋5与预制顶层带端头普通钢筋6和预制底层带端头普通钢筋7协同工作，共同发挥抗剪能力。当钢梁与混凝土桥面板之间产生相对滑移时，预制双排Y形带槽口开孔钢板3中的混凝土榫率先发挥其抗剪性能，当混凝土榫强度不足时，会被双排Y形带槽口开孔钢板3割裂或者压碎，此时主要由U形贯穿钢筋5同预制顶层带端头普通钢筋6和预制底层带端头普通钢筋7发挥抗剪作用，当荷载继续增加，U形贯穿钢筋5逐渐进入屈服状态，最终表现为U形贯穿钢筋5的弯剪破坏。 [0055] 如图8所示，上述预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件的施工方法，包括以下步骤： [0056] 步骤一：在工厂制备预制构件，具体步骤如下： [0057] 1)在预制混凝土桥面板1的模板内布置纵向钢筋以及预制顶层带端头普通钢筋6、预制底层带端头普通钢筋7。 [0058] 2)浇筑预制混凝土桥面板1的混凝土。 [0059] 3)按照设计尺寸制备工字钢梁2、普通钢板4、U形贯穿钢筋5。 [0060] 4)按照设计尺寸制备弯钩8和铁环9，并把铁环9焊接在弯钩8尾端，铁环9上缠绕一定长度的铁丝10。 [0061] 5)按照设计尺寸制备预制双排Y形带槽口开孔钢板3：通过角磨机在Y形带槽口开孔钢板上每隔一定间距进行部分切割，并把切割部分两侧钢板相向弯折一定角度，在每个弯折的钢板中心处进行开孔，并开槽形成槽口。 [0062] 6)将预制好的预制双排Y形带槽口开孔钢板3焊接在工字钢梁2上，并将普通钢板4焊接在预制双排Y形带槽口开孔钢板3的两侧，围合成一个整体。 [0063] 步骤二：现场拼装及浇筑预制装配式钢‑混组合梁桥抗剪连接件，具体步骤如下： [0064] 1)将预制双排Y形带槽口开孔钢板3和普通钢板4表面涂抹润滑油，以消除摩擦对连接件抗剪性能的影响。 [0065] 2)用起吊机吊装预制混凝土桥面板1就位。 [0066] 3)用弯钩8将每根U形贯穿钢筋5的两端部与预制底层带端头普通钢筋7钩紧，弯钩8另一端用铁丝10与预制顶层带端头普通钢筋6绑扎。 [0067] 4)在预制混凝土桥面板1的剪力槽内浇筑灌浆料11。 |
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