CN102635067A - 基于u形槽钢的组合梁板结构 - Google Patents

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Abstract

一种基于U形槽钢的组合梁板结构，它包括横截面主体呈U形的U形槽钢（1）、混凝土（3）、横向钢筋（4）和纵向钢筋（5），混凝土（3）主体浇铸在U形槽钢（1）中，横向钢筋（4）和纵向钢筋（5）分别沿U形槽钢（1）的横向和纵向浇埋在混凝土（3）高出U形槽钢（1）上表面的表层中，其特征是所述的U形槽钢（1）为连接冷弯成形或热轧成形型的槽钢，在组成U形结构的三个面中至少有一个面上设有向U形槽内内凸的用于提高槽钢抗屈曲能力的内凸结构（12）。具有轻质、经济、高效、节约用钢量等特点。

Description

基于U形槽钢的组合梁板结构
技术领域
本发明涉及一种在土木工程结构领域中使用的，可用于已有结构加固改造和新建结构，特别适用于作为桥梁工程和建筑工程结构中的主梁、桥面板和楼面板等受力构件的混凝土结构，尤其是一种钢和混凝土组合梁板结构，具体地说是一种基于U形槽钢的组合梁板结构。
背景技术
众所周知，现有大跨桥梁和大跨空间结构大多采用钢和混凝土组合形式的梁、板结构，将钢材和混凝土通过合理的设计组合在一起，可充分利用混凝土抗压强度较高和钢材抗拉强度较高且延性较好等特点，使得组合结构的力学和经济等性能超过单一材料的结构。
目前钢-混凝土组合桥面板主要有1）钢底板-混凝土面板组合形式，钢底板和混凝土面板之间通过焊钉、开孔板内插钢筋及钢管连接件等方式相连；2）夹层式组合形式，上下钢面板之间为夹芯混凝土，且通过钢腹板增强桥面板的抗剪能力。钢-混凝土组合梁主要有1）组合钢板梁，2）组合箱型梁，3）组合桁架梁等结构形式，分别由混凝土面板与工字型钢、开口（或闭口）槽型钢及钢桁架梁通过预埋件连接。
混凝土面板与钢板或钢梁之间通过大量的剪力钉连接，需要耗费大量的钢连接件及人工费安装，和全钢结构梁板结构相比没有太大的经济优势。全钢结构梁板也存在钢板容易局部屈曲，焊缝连接处在往复荷载作用下容易疲劳破坏等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有的混凝土钢梁或板存在的制造不便，重量大、成本高的问题，设计一种利用型钢并对型钢进行改进，可减少制造步骤又可提高强度的基于U形槽钢的组合梁板结构。
本发明的技术方案是：
一种基于U形槽钢的组合梁板结构，它包括横截面主体呈U形的U形槽钢1、混凝土3、横向钢筋4和纵向钢筋5，混凝土3主体浇铸在U形槽钢1中，横向钢筋4和纵向钢筋5分别沿U形槽钢1的横向和纵向浇埋在混凝土3高出U形槽钢1上表面的表层中，其特征是所述的U形槽钢1为连接冷弯成形或热轧成形型的槽钢，在组成U形结构的三个面上均至少设有一个向U形槽内内凸的用于提高槽钢抗屈曲能力的内凸结构12。
所述的混凝土3中预埋有用于减重的减重管2，减重管2的形状可为圆形或多边形。
所述的减重管2为钢带或钢丝增强高密度PE管。
所述的为高密度PE减重管2的表面缠绕有呈螺旋形的带钢9或钢丝10。
所述的带钢9的厚度为0.2mm～4mm，钢丝10的直径不小于0.2mm。
所述的混凝土3中预埋有加劲钢板7，加劲钢板7的一边与减重管2表面相抵或焊接相连，另一边与U形槽钢1的内拐角相连（焊接）。
所述的加劲钢板7的表面设有减重增强孔13，加劲钢板7的长度与U形槽钢的长度相配，减重增强孔13可为圆孔或多边孔。
本发明的有益效果：
本发明将传统的钢、混凝土和HDPE相结合，通过截面的合理结构设计与先进成型工艺使得组合构件不仅解决了传统组合结构连接、安装复杂等缺点，而且能充分发挥各种材料的特点，具有轻质、经济、高效、节约用钢量等特点。既可用做公路、铁路和城市立交桥主梁和桥面板，又可用做大跨建筑结构、高层框架结构的主梁和楼面、屋面板等结构。它具有以下明显的优点：
1. 本发明中的内外双壁钢管和钢带（钢丝）增强HDFE管约束混凝土组合构件，充分利用了钢材强度高、模量高和延性较好等优点，和HDPE轻质、经济且具有一定的拉压强度等特点，又对混凝土形成三向约束，大大提高了混凝土的抗压强度，使得该种结构具有较高的承载能力，促进了U型钢组合构件向大直径、轻质的承重件方向发展，U型钢内壁与钢带（钢丝）增强HDFE管外壁之间焊接的圆孔钢板能限制内管向内屈曲，保证了混凝土受到双壁约束。
2. 圆形或方形HDPE管的外表面可缠绕不同角度、不同方向、不同厚度和宽度的钢带或钢丝，充分利用了钢材良好的拉伸性能，且用钢量较少，自重更轻，具体可根据受力要求进行设计，能够取代钢管的作用。
3. 内管和U型槽钢之间的开孔钢板不仅能防止内管向内屈曲，提高截面的抗剪强度，而且开孔板使得浇筑的混凝土连成一体，避免了各块混凝土单独受力的不利情况。
4. 本发明中用做桥面板的U型冷弯钢板与传统三明治夹芯和钢板-混凝土组合桥面板相比，减少了受拉区混凝土用量，受力更合理，自重更轻。为了进一步减轻桥面板自重，也可以设置钢带或钢丝缠绕HDPE内管，形成中空结构。
附图说明
图1是本发明图1中空组合梁横截面示意图之一。
图2是本发明图1中空组合梁横截面示意图之二。
图3是本发明的加劲中空组合梁横截面示意图之一。
图4是本发明的加劲中空组合梁横截面示意图之二。
图5是本发明的实心组合桥面板横截面示意图。
图6是本发明的中空组合桥面板横截面示意图。
图7是本发明的加劲（圆孔）钢板示意图。
图8是本发明的钢带缠绕HDPE管示意图。
图9是本发明的钢丝缠绕HDPE管示意图。
图中标号：1为U型槽钢，2为钢带（钢丝）缠绕HDPE管，3为混凝土，4为横向钢筋，5为纵向钢筋，6为连接螺栓，7为加劲带圆孔钢板，8为连接钢板，9为缠绕钢带，10为缠绕钢丝，11为HDPE管，12为内凸结构，13为增强减重孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
    实施例一。
如图1所示。
一种基于U形槽钢的组合梁结构，它包括横截面主体呈U形的U形槽钢1、混凝土3、横向钢筋4和纵向钢筋5，混凝土3主体浇铸在U形槽钢1中，横向钢筋4和纵向钢筋5分别沿U形槽钢1的横向和纵向浇埋在混凝土3高出U形槽钢1上表面的表层中，是所述的U形槽钢1为连接冷弯成形或热轧成形型的槽钢，在组成U形结构的三个面（也可为其中的一个或二个面）上设有均至少设有一个向U形槽内内凸的用于提高槽钢抗屈曲能力的内凸结构12。为了减轻组合梁的重量，本实施例的混凝土3中预埋有横截面为长方形（也可为其它三边以上的多边形结构）的用于减重的减重管2，如图1所示，减重管2可采用高密度PE管（HDPE），为了增加减重管2的强度和刚度，具体实施时可在HDPE管11的表面缠绕有呈螺旋形的带钢9（如图8）或钢丝10（如图9），带钢9的厚度为0.2mm～4mm，钢丝10的直径不小于0.2mm。相邻的组合梁之间可通过连接钢板8和连接螺栓6相连成一个整体。
实施例二。
如图2所示。
本实施例与实施例一的区别在于减重管2的截面呈圆形。
实施例三。
如图3所示。
本实施例与实施例一的区别是为了增加强度，在混凝土3中预埋有四个加劲钢板7，每个加劲钢板7的一边与减重管2表面相抵，最好是与减重管2表面缠绕的钢带或钢丝焊接在一起，另一边与U形槽钢1的内拐角焊接在一起，加劲钢板7的长度与U形槽钢的长度相配，在加劲钢板7的表面设有减重增强孔13，减重增强孔13可为图7所示的圆孔，也可为多边孔或组合孔。
实施例四。
如图4所示。
本实施例与实施例三的区别是所述的减重孔2的截面形状为圆孔。
实施例五。
如图5所示。
一种基于U形槽钢的组合面板结构，它包括横截面主体呈U形的U形槽钢1、混凝土3、横向钢筋4和纵向钢筋5，混凝土3主体浇铸在U形槽钢1中，横向钢筋4和纵向钢筋5分别沿U形槽钢1的横向和纵向浇埋在混凝土3高出U形槽钢1上表面的表层中，是所述的U形槽钢1为连接冷弯成形或热轧成形型的槽钢，在组成U形结构的三个面（也可为其中的一个或二个面）上设有向U形槽内内凸的用于提高槽钢抗屈曲能力的内凸结构12。为了减轻组合梁的重量，本实施例的混凝土3中预埋有横截面为长方形（也可为其它三边以上的多边形结构）的用于减重的减重管2，如图5所示，相邻的组合面板之间需通过连接钢板和连接螺栓相连成一个整体。
实施例六。
如图6所示。
一种基于U形槽钢的组合面板结构，它包括横截面主体呈U形的U形槽钢1、混凝土3、横向钢筋4和纵向钢筋5，混凝土3主体浇铸在U形槽钢1中，横向钢筋4和纵向钢筋5分别沿U形槽钢1的横向和纵向浇埋在混凝土3高出U形槽钢1上表面的表层中，是所述的U形槽钢1为连接冷弯成形或热轧成形型的槽钢，在组成U形结构的三个面（也可为其中的一个或二个面）上设有向U形槽内内凸的用于提高槽钢抗屈曲能力的内凸结构12。为了减轻组合梁的重量，本实施例的混凝土3中预埋有横截面为圆形（也可为三边以上的多边形或组合形状的结构）的用于减重的减重管2，如图6所示，减重管2可采用高密度PE管（HDPE），为了增加减重管2的强度，具体实施时可在HDPE管11的表面缠绕有呈螺旋形的带钢9（如图8）或钢丝10（如图9），带钢9的厚度为0.2mm～4mm，钢丝10的直径不小于0.2mm。相邻的组合面板之间也需通过连接钢板8和连接螺栓6相连成一个整体。
本发明的关键是采用冷弯或热轧薄壁槽钢为模块，沿着截面高度和宽度方向均设计了波形槽以提高槽钢的局部抗屈曲能力。为了减轻自重，构件内部可内置圆管或方管形成中空截面。内置圆管与方管采用轻质价廉的钢带（或钢丝）缠绕HDPE（高密度聚乙烯）管，在HDPE管的外表面敷设粘结胶体或树脂，然后缠绕厚度0.2mm-4mm的钢带，或者缠绕直径大于0.2mm的钢丝。以槽型钢和钢带（钢丝）增强HDFE管为永久模具，浇筑混凝土，并对混凝土形成三向约束，能够提高混凝土的强度。为了防止内管局部屈曲，提高夹芯混凝土的抗剪强度，在槽型钢内壁和内管外壁之间焊接带圆孔的钢板，钢板以安装于槽钢折角为宜。
对于组合桥面板，目前高速公路分离式高桥桥单面宽度一般不超过20米，桥面板横向整体预制，无需连接，顺桥向根据桥长和运输能力分段通过高强螺栓组装。
对于组合主梁，桥梁横断面可由一个或多个主梁组成，主梁之间可用过螺栓连接。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种基于U形槽钢的组合梁板结构，它包括横截面主体呈U形的U形槽钢（1）、混凝土（3）、横向钢筋（4）和纵向钢筋（5），混凝土（3）主体浇铸在U形槽钢（1）中，横向钢筋（4）和纵向钢筋（5）分别沿U形槽钢（1）的横向和纵向浇埋在混凝土（3）高出U形槽钢（1）上表面的表层中，其特征是所述的U形槽钢（1）为连接冷弯成形或热轧成形型的槽钢，在组成U形结构的三个面上均至少设有一个向U形槽内内凸的用于提高槽钢抗屈曲能力的内凸结构（12）。
2.根据权利要求1所述的基于U形槽钢的组合梁板结构，其特征是所述的混凝土（3）中预埋有用于减重的减重管（2）。
3.根据权利要求2所述的基于U形槽钢的组合梁板结构，其特征是所述的减重管（2）为高密度PE管。
4.根据权利要求3所述的基于U形槽钢的组合梁板结构，其特征是所述的为高密度PE管的表面缠绕有带钢（9）或钢丝（10）。
5.根据权利要求4所述的基于U形槽钢的组合梁板结构，其特征是所述的钢带（9）的厚度为0.2mm～4mm，钢丝（10）的直径不小于0.2mm。
6.根据权利要求2所述的基于U形槽钢的组合梁板结构，其特征是所述的混凝土（3）中预埋有加劲钢板（7），加劲钢板（7）的一边与减重管（2）表面相抵或与减重管（2）表面缠绕的带钢（9）或钢丝（10）焊接相连，另一边与U形槽钢（1）的内拐角相连。
7.根据权利要求6所述的基于U形槽钢的组合梁板结构，其特征是所述的加劲钢板（7）的表面设有减重增强孔（13），加劲钢板（7）的长度与U形槽钢的长度相配。
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