高强主梁、高强组合梁及高强组合梁的制造方法 |
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| 申请号 | CN202311559967.9 | 申请日 | 2023-11-21 | 公开(公告)号 | CN117569177A | 公开(公告)日 | 2024-02-20 |
| 申请人 | 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司; 上海市政工程设计有限公司; | 发明人 | 顾民杰; 许树壮; 赵陈嘉皇; 王青桥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高强主梁、高强组合梁及高强组合梁的制造方法，高强主梁包括梁本体与剪 力 键，剪力键由梁本体的高强 钢 腹板 的一端直接切割成型，该高强主梁不必在梁本体的顶端设置上翼缘或顶板以供连接剪力键，减少了材料的消耗量。本技术方案中的剪力键的强度较焊钉剪力键更强，且因与高强钢腹板一体成型，可以通过调整梁本体的选材来调整剪力键的强度；通过改变切割出的剪力键形状，可以方便地调整剪力键的 刚度 ，避免引起连接部位的 混凝土 的损伤。剪力键的远离梁本体的一端的截面积大于靠近梁本体的一端的截面积，在高强组合梁中，混凝土能够嵌入剪力键侧且被剪力键的远离梁本体的一端卡住，使得连接部位的强度满足高强组合梁的使用需求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高强主梁，其特征在于，其包括梁本体与剪力键，所述剪力键由所述梁本体的高强钢腹板的一端直接切割成型，所述高强钢腹板采用Q460及以上等级的钢板，所述剪力键的远离所述梁本体的一端的截面积大于靠近所述梁本体的一端的截面积。 |
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| 说明书全文 | 高强主梁、高强组合梁及高强组合梁的制造方法技术领域背景技术[0002] 钢‑混凝土组合梁常用于大跨度的高架桥梁结构，可以使得钢较强的抗拉强度与混凝土较强的抗压强度相结合，提升桥梁的整体结构强度。现有技术中，钢‑混凝土组合梁通常由钢主梁、混凝土顶板、剪力键组成，其中剪力键是连接钢主梁与混凝土桥面板的关键部件，也是提升钢‑混凝土组合梁的结构强度的关键部件。 [0003] 目前，钢‑混凝土组合梁通常选用焊钉、开孔板、型钢等传统组合梁剪力键，但带来的问题是：焊钉剪力键强度有限，对采用超高强材料的高强度组合梁，焊钉往往成为控制承载能力的关键部位，影响高强材料性能的发挥,例如：在组合梁的其他部分还完好的情况下，焊钉由于处在关键受力部位，从钢梁顶端脱落。而开孔板、型钢等剪力键刚度较大，容易引起连接部位混凝土的局部损伤。而且，传统组合梁剪力键还需要在钢主梁的顶端设置上翼缘或顶板以供连接，增加了材料的消耗量。 发明内容[0005] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题： [0006] 一种高强主梁，其包括梁本体与剪力键，所述剪力键由所述梁本体的高强钢腹板的一端直接切割成型，所述高强钢腹板采用Q460及以上等级的钢板，所述剪力键的远离所述梁本体的一端的截面积大于靠近所述梁本体的一端的截面积。 [0007] 本技术方案提供一种高强主梁，其包括梁本体与剪力键，剪力键由梁本体的高强钢腹板的一端直接切割成型，该高强主梁不必在梁本体的顶端设置上翼缘或顶板以供连接剪力键，减少了材料的消耗量。本技术方案中的剪力键的强度较焊钉剪力键更强，且因与采用Q460及以上等级的钢板的高强钢腹板一体成型，可以通过调整梁本体的选材来调整剪力键的强度；通过改变切割出的剪力键形状，可以方便地调整剪力键的刚度，避免引起连接部位的混凝土的损伤。剪力键的远离梁本体的一端的截面积大于靠近梁本体的一端的截面积，在高强组合梁中，混凝土能够嵌入剪力键侧且被剪力键的远离梁本体的一端卡住，使得连接部位的强度满足高强组合梁的使用需求。 [0008] 优选地，所述剪力键呈垛口状排列，所述剪力键的间距为D。 [0009] 在本技术方案中，通过设置剪力键呈垛口状排列，可以使得混凝土能够均匀地嵌入剪力键之间，且该处的混凝土能够被两个剪力键的远离梁本体的一端卡住，形成混凝土销轴，提高连接部位的强度。剪力键的间距为D，通过调整D的数值可以改变剪力键的抗剪刚度。 [0010] 优选地，所述剪力键的间距D的范围为150mm‑500mm。 [0011] 在本技术方案中，通过设置剪力键的间距D的范围为150mm‑500mm，可以使得剪力键的抗剪刚度合理。 [0012] 优选地，所述剪力键的高度的范围为60mm‑200mm。 [0013] 在本技术方案中，通过设置剪力键的高度的范围为60mm‑200mm，可在提高剪力键的抗拔强度的同时，避免剪力键过分深入高强混凝土顶板，破坏高强混凝土顶板的强度。 [0014] 优选地，所述剪力键的宽度为0.568D，所述剪力键的高度为0.400D。 [0015] 在本技术方案中，通过设置所述剪力键的宽度为0.568D，所述剪力键的高度为0.400D，可较为优化剪力键的强度，同时避免剪力键过分深入高强混凝土顶板。 [0016] 优选地，所述剪力键的外轮廓为回旋曲线轮廓，所述回旋曲线轮廓包括头尾相连的第一回旋曲线、第二回旋曲线、连接线、第三回旋曲线、第四回旋曲线，所述第二回旋曲线、连接线、第三回旋曲线共同组成所述剪力键的远离所述梁本体的一端，所述第一回旋曲线的方向和所述第四回旋曲线的方向朝向所述梁本体，所述第二回旋曲线的方向和所述第三回旋曲线的方向远离所述梁本体。 [0017] 在本技术方案中，通过设置剪力键的外轮廓为回旋曲线轮廓，头尾相连的第一回旋曲线、第二回旋曲线、连接线、第三回旋曲线、第四回旋曲线共同构成钺状的剪力键外轮廓。第二回旋曲线、连接线、第三回旋曲线共同组成剪力键的远离梁本体的一端，第二回旋曲线的方向和第三回旋曲线的方向远离梁本体，可以使得剪力键远离所述梁本体的一端形成钩状部分，与所述混凝土的结合更加紧密。第一回旋曲线的方向和第三回旋曲线的方向朝向梁本体，可以使得混凝土的嵌入相邻剪力键之间的部分的中部的横截面面积大于混凝土的嵌入相邻钩状部分处的横截面面积，形成混凝土销轴，进一步提高所述剪力键的抗拔刚度。 [0018] 优选地，所述高强主梁具有第一中心线和第二中心线，所述第一中心线为两个所述剪力键之间的中心线，所述第二中心线为所述剪力键的中心线，所述第一中心线和所述高强钢腹板的交点为第一基准点，所述第二中心线与所述高强钢腹板的交点为第二基准点，所述第一回旋曲线、所述第二回旋曲线均为圆弧曲线。 [0019] 剪力键的各参数通过数值仿真分析进行优化，目标使高强混凝土顶板、剪力键、高强主梁的协同强度最优，破坏模式为高强混凝土顶板达到抗压屈服强度，高强主梁达到抗拉屈服强度，剪力键的连接不失效。 [0020] 所述第一回旋曲线的圆心与所述第一基准点的垂直于所述第一中心线的距离为0.119D‑0.216D，沿所述第一中心线方向的距离为0.121D‑0.279D，所述第一回旋曲线的半径为0.112D‑0.279D； [0021] 所述第二回旋曲线的圆心与所述第二基准点的垂直于所述第二中心线的距离为0.119D‑0.139D，沿所述第二中心线方向的距离为0.121D‑0.188D，所述第二回旋曲线的半径为0.209D‑0.279D； [0022] 所述第三回旋曲线和所述第二回旋曲线相对于所述第二中心线轴对称，所述第四回旋曲线和所述第一回旋曲线相对于所述第二中心线轴对称。 [0023] 在本技术方案中，通过设置以上系列参数取值范围，能够使混凝土与剪力键之间的刚度相匹配，更好发挥剪力键的抗剪刚度、抗拔刚度和混凝土的抗劈裂强度，充分发挥两者结合的协同受力性能。同时，具体的参数取值也便于直接在高强钢腹板顶端通过激光切割机或等离子切割机数控切割出剪力键。 [0024] 一种高强组合梁，其包括高强混凝土顶板和箍筋，其包括如上所述的高强主梁，所述高强主梁通过所述剪力键与所述高强混凝土顶板相连接，所述高强混凝土顶板采用超高性能混凝土(UHPC)材料，所述箍筋平行于所述高强钢腹板的截面的短边。 [0025] 本技术方案提供一种高强组合梁，其包括高强混凝土顶板和箍筋，其包括如上所述的高强主梁，高强主梁通过剪力键与高强混凝土顶板相连接，箍筋平行于高强钢腹板的截面的短边，以满足剪力键与混凝土的连接部位的抗剪强度。 [0026] 优选地，所述箍筋的直径不小于8mm，所述箍筋的间距不大于300mm。 [0027] 在本技术方案中，通过设置箍筋的直径不小于8mm，箍筋的间距不大于300mm，可以使得连接部位的抗剪强度合理。 [0028] 一种高强组合梁的制造方法，其制造如上所述的高强组合梁，其步骤包括： [0029] S1、将所述高强钢腹板(Q460及以上等级钢板)的一端切割出剪力键； [0031] S3、在所述剪力键处浇注超高性能混凝土(UHPC)，形成所述高强混凝土顶板。 [0032] 本技术方案提供一种高强组合梁的制造方法，其制造如上所述的高强组合梁，可以方便地制造出如上所述的剪力键与混凝土的连接部位的强度合理匹配的高强组合梁。 [0033] 本发明的积极进步效果在于： [0034] 通过提供一种高强主梁、高强组合梁及高强组合梁的制造方法，高强主梁包括梁本体与剪力键，剪力键由梁本体的高强钢腹板的一端直接切割成型，该高强主梁不必在梁本体的顶端设置上翼缘或顶板以供连接剪力键，减少了材料的消耗量。本技术方案中的剪力键的强度较焊钉剪力键更强，且因与高强钢腹板一体成型，可以通过调整梁本体的选材来调整剪力键的强度；通过改变切割出的剪力键形状，可以方便地调整剪力键的刚度，避免引起连接部位的混凝土的损伤。剪力键的远离梁本体的一端的截面积大于靠近梁本体的一端的截面积，在高强组合梁中，混凝土能够嵌入剪力键侧且被剪力键的远离梁本体的一端卡住，形成混凝土销轴，使得连接部位的强度满足高强组合梁的使用需求。附图说明 [0035] 图1为本发明一实施例的剪力键的结构示意图。 [0036] 图2为本发明一实施例的高强组合梁的剪力键与混凝土的连接部位的结构示意图。 [0037] 图3为本发明一实施例的高强组合梁的制造方法的流程图。 [0038] 附图标记说明： [0039] 高强主梁1 [0040] 梁本体11 [0041] 高强钢腹板111 [0042] 剪力键12 [0043] 第一中心线121 [0044] 第一基准点122 [0045] 第二中心线123 [0046] 第二基准点124 [0047] 第一回旋曲线125 [0048] 第二回旋曲线126 [0049] 连接线127 [0050] 第三回旋曲线128 [0051] 第四回旋曲线129 [0052] 高强混凝土顶板2 [0053] 箍筋21 [0054] 钢筋22 具体实施方式[0055] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。 [0056] 如图1‑图2所示，本实施例提供一种高强主梁1，其包括梁本体11与剪力键12，剪力键12由梁本体11的高强钢腹板111的一端直接切割成型，剪力键12的远离梁本体11的一端的截面积大于靠近梁本体11的一端的截面积。 [0057] 在本实施例中，高强主梁1包括梁本体11与剪力键12，剪力键12由梁本体11的高强钢腹板111的一端直接切割成型，该高强主梁1不必在梁本体11的顶端设置上翼缘或顶板以供连接剪力键12，减少了材料的消耗量。本技术方案中的剪力键12的强度较焊钉剪力键12更强，且因与高强钢腹板111一体成型，可以通过调整梁本体11的选材来调整剪力键12的强度；通过改变切割出的剪力键12形状，可以方便地调整剪力键12的刚度，避免引起连接部位的混凝土的损伤。剪力键12的远离梁本体11的一端的截面积大于靠近梁本体11的一端的截面积，在高强组合梁中，混凝土能够嵌入剪力键12侧且被剪力键12的远离梁本体11的一端卡住，形成混凝土销轴，使得连接部位的强度满足高强组合梁的使用需求。 [0058] 本实施例中，剪力键12呈垛口状排列，剪力键12的间距为D。 [0059] 这样，通过设置剪力键12呈垛口状排列，可以使得混凝土能够均匀地嵌入剪力键12之间，且该处的混凝土能够被两个剪力键12的远离梁本体11的一端卡住，形成混凝土销轴，提高连接部位的强度。剪力键12的间距为D，通过调整D的数值可以改变剪力键12的抗剪刚度。 [0060] 本实施例中，剪力键12的间距D＝500mm。 [0061] 这样，通过设置剪力键12的间距D＝500mm，可以使得剪力键12的抗剪刚度合理。当然，在其他实施例中，剪力键12的间距D还可以取150mm‑500mm范围内的其他值。 [0062] 本实施例中，剪力键12的高度H＝＝0.400D＝200mm。当然，在其他实施例中，剪力键12的高度H还可以取60mm‑200mm范围内的其他值。本实施例中，剪力键12的宽度为L0＝0.568D＝284mm。当然，在其他实施例中，剪力键12的宽度L0还可以取保证间距D能够取到如上范围的内的值的其他值。这样设置可较为优化剪力键的强度，同时避免剪力键过分深入高强混凝土顶板2。 [0063] 本实施例中，剪力键12的外轮廓为回旋曲线轮廓，回旋曲线轮廓包括头尾相连的第一回旋曲线125、第二回旋曲线126、连接线127、第三回旋曲线128、第四回旋曲线129，第二回旋曲线126、连接线127、第三回旋曲线128共同组成剪力键12的远离梁本体11的一端，第一回旋曲线125的方向和第四回旋曲线129的方向朝向梁本体11，第二回旋曲线126的方向和第三回旋曲线128的方向远离梁本体11。 [0064] 这样，通过设置头尾相连的第一回旋曲线125、第二回旋曲线126、连接线127、第三回旋曲线128、第四回旋曲线129，可以构成钺状的剪力键12外轮廓。第二回旋曲线126、连接线127、第三回旋曲线128共同组成剪力键12的远离梁本体11的一端，第二回旋曲线126的方向和第三回旋曲线128的方向远离梁本体11，可以使得剪力键12远离梁本体11的一端形成钩状部分，与混凝土的结合更加紧密。第一回旋曲线125的方向和第三回旋曲线128的方向朝向梁本体11，可以使得混凝土的嵌入相邻剪力键12之间的部分的中部的横截面面积大于混凝土的嵌入相邻钩状部分处的横截面面积，进一步提高剪力键12的抗拔刚度。 [0065] 本实施例中，高强主梁1具有第一中心线121和第二中心线123，第一中心线121为两个剪力键12之间的中心线，第二中心线123为剪力键12的中心线，第一中心线121和高强钢腹板111的交点为第一基准点122，第二中心线123与高强钢腹板111的交点为第二基准点124，第一回旋曲线125、第二回旋曲线126均为圆弧曲线。 [0066] 剪力键12的各参数通过数值仿真分析进行优化，目标使高强混凝土顶板2、剪力键12、高强主梁1的协同强度最优，破坏模式为高强混凝土顶板2达到抗压屈服强度，高强主梁 1达到抗拉屈服强度，剪力键12的连接不失效。 [0067] 第一回旋曲线125由四段收尾相接的圆弧曲线构成，其参数依次为： [0068] 第一圆弧，其第一圆心与第一基准点122的垂直于第一中心线121的距离为L11＝0.119D＝0.0595mm，沿第一中心线121方向的距离为L12＝0.279D＝0.1395mm，半径为 0.279D＝0.1395mm，角度α1＝15.8°； [0069] 第二圆弧，其第二圆心与第一基准点122的垂直于第一中心线121的距离为L21＝0.138D＝0.0690mm，沿第一中心线121方向的距离为L22＝0.201D＝0.1005mm，半径为 0.279D＝0.1395mm，角度α2＝43.4°； [0070] 第三圆弧，其第三圆心与第一基准点122的垂直于第一中心线121的距离为L31＝0.195D＝0.0975mm，沿第一中心线121方向的距离为L32＝0.212D＝0.1060mm，半径为 0.143D＝0.0715mm，角度α3＝78.4°； [0071] 第四圆弧，其第三圆心与第一基准点122的垂直于第一中心线121的距离为L41＝0.216D＝0.1008mm，沿第一中心线121方向的距离为L42＝0.212D＝0.1060mm，半径为 0.143D＝0.0715mm，角度α4＝42.4°； [0072] 第二回旋曲线126由两端首尾相接的圆弧曲线构成，其参数依次为： [0073] 与第四圆弧相连的第五圆弧，其第五圆心与第二基准点124的垂直于第二中心线123的距离为L51＝0.139D＝0.0695mm，沿第二中心线123方向的距离为L52＝0.188D＝ 0.0094mm，半径为0.209D＝0.1045mm，角度α5＝30.3°； [0074] 与连接线127相连的第六圆弧，其第六圆心与第二基准点124的垂直于第二中心线123的距离为L61＝0.119D＝0.0595mm，沿第二中心线123方向的距离为L62＝0.121D＝ 0.0605mm，半径为0.279D＝0.1395mm，角度α6＝16.6°； [0075] 第三回旋曲线128和第二回旋曲线126相对于第二中心线123轴对称，第四回旋曲线129和第一回旋曲线125相对于第二中心线123轴对称。 [0076] 这样，通过设置以上系列参数，能够使混凝土与剪力键12之间的刚度相匹配，更好发挥剪力键12的抗剪刚度、抗拔刚度和混凝土的抗劈裂强度，充分发挥两者结合的协同受力性能。同时，具体的参数取值也便于直接在高强钢腹板111顶端通过激光切割机或等离子切割机数控切割出剪力键12。当然，在其他实施例中，第一回旋曲线125的各圆弧曲线的圆心与第一基准点122的垂直于第一中心线121的距离还可以取0.119D‑0.216D范围内的其他值，沿第一中心线121方向的距离还可以取0.121D‑0.279D范围内的其他值，第一回旋曲线125的半径还可以取0.112D‑0.279D范围内的其他值；第二回旋曲线126的各圆弧曲线的圆心与第二基准点124的垂直于第二中心线123的距离还可以取0.119D‑0.139D范围内的其他值，沿第二中心线123方向的距离还可以取0.121D‑0.188D范围内的其他值，第二回旋曲线 126的半径还可以取0.209D‑0.279D范围内的其他值。 [0077] 本实施例还提供一种高强组合梁，其包括高强混凝土顶板2和箍筋21，其包括如上的高强主梁1，高强主梁1通过剪力键12与高强混凝土顶板2相连接，箍筋21平行于高强钢腹板111的截面的短边。 [0078] 这样，通过将高强组合梁设置为包括高强混凝土顶板2和箍筋21，其包括如上的高强主梁1，高强主梁1通过剪力键12与高强混凝土顶板2相连接，箍筋21平行于高强钢腹板111的截面的短边，以满足剪力键12与混凝土的连接部位的抗剪强度。 [0079] 本实施例中，箍筋21的直径D1＝8mm，箍筋21的间距D2＝250mm。 [0080] 这样，通过设置箍筋21的直径D1＝8mm，箍筋21的间距D2＝250mm，可以使得连接部位的抗剪强度合理。当然在其他实施例中，箍筋21的直径D1还可以设置为不小于8mm的其他值，箍筋21的间距D2还可以设置为不大于300mm的其他值。 [0081] 如图3所示，本实施例还提供一种高强组合梁的制造方法，其制造如上所述的高强组合梁，其步骤包括： [0082] S1、将高强钢腹板111的一端切割出剪力键12； [0083] S2、在剪力键12处搭设高强混凝土顶板2的模板，布置、绑扎、焊接高强混凝土顶板2的钢筋224，并施工箍筋21； [0084] S3、在剪力键12处浇注超高性能混凝土(UHPC)，形成高强混凝土顶板2。 [0085] 本技术方案提供一种高强组合梁的制造方法，其制造如上所述的高强组合梁，可以方便地制造出如上所述的剪力键12与混凝土的连接部位的强度合理匹配的高强组合梁。 |
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