CN103046462B - 一种钢箱组件及由其组成的钢箱—混凝土组合u型梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢箱组件，它主要由U型钢件、n型钢件及设于U型钢件跨中位置的钢管组成，n型钢件设置于U型钢件两端处的U形空间内，n型钢件的长度方向与U型钢件的纵向方向一致，n型钢件的内侧板下端固定在U型钢件的底板上，并与U型钢件的底板围括成具有内、外端口的中空浇注室，n型钢件的顶板上开有浇注孔；浇注室的内端口设有竖向的封口板，钢管悬空设置且其两端管口分别连接在所述封口板上并由其封堵；U型钢件与n型钢件、钢管之间分别具有间隙。还公开了由上述钢箱组件组成的钢箱—混凝土组合U型梁。本发明节约了施工成本、缩短了施工工期、提高了承载力及梁支座处的抗弯能力，减少支座处的配筋面积及约25%的自重。

Description

一种钢箱组件及由其组成的钢箱—混凝土组合U型梁

技术领域

本发明涉及建筑领域中的梁结构，特别是涉及一种钢箱组件，还涉及由该钢箱组件组成的钢箱—混凝土组合U型梁，可作为应用于桥梁、工业建筑、民用建筑结构中承载力大、跨度大、截面面积受限制的梁。

背景技术

钢骨混凝土梁包括型钢—混凝土梁、钢箱—混凝土梁等，其中，型钢—混凝土梁是指混凝土内配置轧制型钢或焊接型钢和钢筋的结构，如图1所示，钢箱-混凝土梁30是指：用钢板焊接成横截面为方形或矩形的梁，在梁的密闭空间内灌注混凝土并配置钢筋，钢箱-混凝土梁30用做楼面梁时，直接固定在楼板40的下板面上。钢骨混凝土梁兼具钢结构和钢筋混凝土结构的特性，能够同时发挥钢材抗拉强度高和混凝土抗压强度高的优点，目前，钢骨混凝土梁作为重荷载梁、吊车梁、高层建筑的转换梁、大荷载梁已经广泛应用于工业建筑领域中。

但是，现有的型钢—混凝土梁、钢箱-混凝土梁还存在以下的缺陷：

⑴与钢筋混凝土梁相比，现有型钢—混凝土梁的用钢量较多，不仅自重大，而且钢材的耗费量较多。

⑵现有钢箱-混凝土梁在施工时，需要向密闭的矩形钢箱截面内浇注混凝土，浇筑难度大，容易出现混凝土灌注不密实、振捣不到位的现象，继而影响钢箱的钢板与混凝土之间的摩擦、咬合效果及二者的结合能力，从而影响梁的承载力。

⑶在现有型钢-混凝土梁的负弯矩区段，一般负弯矩最大区段为梁两端的支座处，位于下方的型钢存在受压稳定问题，为了保证受压稳定，往往会增设侧向拉结部件，比如隅撑或者拉杆等，这就使得结构更为复杂，有时还会影响建筑使用要求。

⑷现有型钢-混凝土组合梁中的型钢固定混凝土楼板的下板面上，型钢除了上翼缘的上表面与混凝土接触外，其余各表面均裸露于外，因此外露部分较多，防腐防火面积也相应较大，导致处理费用较高，成本增加；钢箱-混凝土梁也同样存在这样的问题。

⑸现有组合梁的施工过程一般需要先搭建施工模板，然后再浇注混凝土以形成组合梁，之后再将施工模板拆除，这样不仅增加了施工成本，而且还延长了施工工期。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种结构简单、施工方便、承载力强、可提高抗弯能力、减少钢材消耗量、具有经济节约性、能够减小自重、缩短工期的钢箱组件，可与任意的钢牛腿连接而实现与次梁的顺利相接。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种钢箱组件，其特征在于它主要由U型钢件、n型钢件及设于U型钢件跨中位置的钢管组成，所述U型钢件由长形底板及一对外侧板组成，所述外侧板竖向设置在底板两侧上；所述n型钢件由一对竖向设置的长形内侧板与设于该对内侧板上端的顶板组成，所述n型钢件设置于所述U型钢件两端处的U形空间内，所述n型钢件的长度方向与U型钢件的纵向方向一致，所述n型钢件的内侧板下端固定在U型钢件的底板上，并与U型钢件的底板围括成具有内、外端口的中空浇注室，所述n型钢件的顶板上开有用于将混凝土灌注入浇注室中的浇注孔；所述浇注室的内端口设有竖向的封口板，所述钢管悬空设置且其两端管口分别连接在所述封口板上并由其封堵；所述U型钢件与n型钢件、钢管之间分别具有用于灌注混凝土的间隙。

本发明采用U型钢件除了作为U型梁钢箱组件的组成部分之外，同时可作为施工支承模板，因此，在施工过程中无需另外搭建模板或者施工后拆除模板，不仅节约了施工成本，而且缩短了施工工期；本发明的U型钢箱组件基本为开放式结构，故容易浇注混凝土，混凝土灌注密实、可振捣到位，钢箱与混凝土之间的摩擦和咬合效果好，提高了梁的承载力；在U型钢件的两端支座处设置了n型钢件，即在整段梁的负弯矩最大处设置n型钢件，相当于加设了配有抵抗梁负弯矩的型钢，有钢箱梁的作用，可大大提高梁支座处的抗弯能力，同时减少支座处的配筋面积；另外，外形尺寸小于现有的钢箱-混凝土梁，而且，钢管内未浇注混凝土，可减小约25%的自重。

本发明作为楼面梁时，在所述U型钢件外侧板的顶面上增设上翼缘，所述上翼缘沿外侧板的纵向水平设置，所述n型钢件顶板的上板面高于所述上翼缘的上表面，以便使n型钢件的顶板伸入混凝土楼板并与其结合，而所述上翼缘固定在楼板的下板面上。n型钢件的顶板伸入楼板中，仅U型钢件外露，使得防腐防火面积减小，节省了施工成本，而且保证了楼板的双向底筋能够顺利通过，另外，本发明与混凝土楼板形成整体结构，能有效地改善梁的侧板拉结现象。

为了提高浇注室与外界的连通性，便于向浇注室中浇注混凝土，作为本发明的一种改进，可以在所述n型钢件的内端与所述钢管的端部之间增设过渡件，所述过渡件包括由n型钢件的内侧板向U型钢件跨中位置延伸而成的延伸板和设置在延伸板上端的盖板，所述盖板上开有用于灌注混凝土的长条形开孔，所述开孔纵向延伸并贯通所述盖板，所述封口板设置在盖板与延伸板形成的开口上，即所述盖板与延伸板、封口板共同构成的空间是由所述浇注室延伸而成，所述开口的下部与所述U型钢件内相通。

作为本发明的进一步改进，所述钢管的外壁侧面与所述U型钢件的外侧板内壁之间设有数个为竖板的加劲肋，所述加劲肋沿U型钢件的纵向排布。加劲肋提高了外侧板的稳定性。

作为本发明的一种优选实施方式，所述加劲肋沿U型钢件的横向设置，所述加劲肋主要由两块对应设置的连接板组成，其中一块连接板的一端连接在钢管的外壁侧面上，另一块连接板的一端连接在U型钢件的外侧板内壁上，该两块连接板的另一端相连。

作为本发明的推荐实施方式，两块连接板采用螺纹连接结构相连，螺纹连接结构包括螺栓、螺母及螺孔，所述螺孔开设在所述两块连接板的连接端上，所述螺栓穿过螺孔后由螺母固定实现两块连接板连接。另外，也可以采用焊接连接的方式，但是，因操作空间相当狭小，焊接操作不方便。

为了进一步减小用钢量，本发明在所述U型钢件跨中位置底板的上方靠近所述底板的上板面纵向设有数条跨中钢筋，所述U型钢件的外侧板与n型钢件的内侧板之间且靠近底板的上板面纵向设有数条底筋，该底筋沿U型钢件长度方向通长设置，所述钢筋与底筋均沿U型钢件底板的横向排布。

作为本发明的进一步改进，本发明作为楼面梁，在所述底筋与其上下对应的楼面筋外围设有箍筋，所述箍筋箍紧底筋与楼面筋，所述箍筋沿U型钢件纵向排列。

本发明还可以做以下改进，在所述U型钢件底板的上板面上设有竖向的肋板，所述肋板纵横向分布成格状。肋板不但可以提高钢板的局部稳定性，而且能够增强钢板与混凝土之间的连接能力，改善其剪力传递。

本发明还具有以下实施方式，所述n型钢件顶板的两侧边沿伸出所述内侧板；所述盖板的侧边伸出所述延伸板。所述n型钢件内侧板及过渡件延伸板的下部设有通孔，所述通孔沿纵向排列。

本发明的另一个目的在于提供一种由上述钢箱组件组成的钢箱—混凝土组合U型梁。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种由上述钢箱组件组成的钢箱—混凝土组合U型梁，其特征在于包括所述钢箱组件和混凝土，所述混凝土灌注在所述钢箱组件的中空浇注室内和所述U型钢件与n型钢件、钢管之间的间隙中。

本发明可出任意钢牛腿与次梁连接，所述U型梁连接有钢牛腿，所述钢牛腿主要由至少一个工字钢组成，数个工字钢并列排布，钢牛腿的上翼缘与U型钢件的上翼缘相对应连接，U型钢件的上翼缘与n型钢件的内侧板外壁之间设有水平的第一加劲肋，钢牛腿的下翼缘及腹板与U型钢件外侧板的外壁连接，n型钢件的内侧板与U型钢件外侧板之间设有竖向的第二加劲肋，第二加劲肋与钢牛腿的腹板相对应且通过水平的第三加劲肋与U型钢件外侧板的内壁连接，所述第三加劲肋与钢牛腿的下翼缘相对应。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明采用U型钢件（U型型钢）直接作为施工支承模板，因此在施工过程中无需另外搭建施工模板和拆除模板，不仅节约了施工成本，而且缩短了工期；向U型钢件内灌注混凝土时，混凝土可以浇注到任何部位，型钢和混凝土的结合力好，提高了梁的承载力；混凝土与外侧板结合，可提高外侧板的稳定性。

⑵本发明在U型型钢的两端支座处设置n型型钢（n型钢件），即在整段梁的负弯矩最大处设置n型型钢，相当于加设了配有抵抗梁负弯矩的型钢，可大大提高梁支座处的抗弯能力，同时大大减少了支座处的负钢的配筋面积。

⑶本发明作为楼面梁时，顶面（U型型钢的上翼缘与n型型钢的顶板）与楼板的底部结合，其中，顶板伸入楼板内，而且与现有钢箱梁相比，本发明的体积尺寸减小，所以本发明型钢外露的部分减少，使得防腐防火面积减小，进一步节省了成本，提高了经济性。

⑷本发明U型型钢可出任意钢牛腿与次梁连接，而无需拘泥于某一特定结构的钢牛腿，因此施工方便。

⑸本发明跨中部的U型型钢的底板与外侧板均可直接参与受力，作为受弯筋；设置的钢筋与箍筋在保证承载力的前提下，能够进一步减小用钢量。

⑹本发明的钢管内没有灌注混凝土，因此可在不降低梁的承载力的前提下，大大减少自重，约可减小25%的自重。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有钢箱梁与楼板结合的结构示意图；

图2是本发明的立体结构示意图；

图3是本发明应用于实际施工时的侧视示意图（画出型钢节点）；

图4是本发明应用于实际施工时的俯视示意图；

图5是沿图3中B－B线的剖视图；

图6是沿图3中C－C线的剖视图；

图7是钢管与U型钢件的装配示意图；

图8是沿图3中D－D线的剖视图；

图9是沿图3中E－E线的剖视图；

图10是本发明与楼面板结合设置配筋的示意图之一；

图11是本发明与楼面板结合设置配筋的示意图之二；

图12是本发明连接钢牛腿以实现与次梁连接的示意图；

图13是沿图12中F－F线的剖视图。

具体实施方式

如图2-13所示，是本发明一种钢箱组件，它主要由U型钢件1、n型钢件2及设于U型钢件1跨中位置的钢管3组成，钢管的长度占约U型钢件长度的一半，U型钢件1由长形底板11、一对外侧板12及上翼缘13组成，外侧板12竖向设置在底板11两侧上，上翼缘13设置在U型钢件外侧板12的顶面上，上翼缘13沿外侧板12的纵向水平设置；n型钢件2由一对竖向设置的长形内侧板21与设于内侧板21上端的顶板22组成，n型钢件2设置于U型钢件两端处的U形空间内，顶板22的两侧边沿伸出内侧板21；n型钢件2的长度方向与U型钢件1的纵向方向一致。n型钢件2的内侧板下端固定在U型钢件1的底板上，并与U型钢件1的底板11围括成具有内、外端口的中空浇注室14，n型钢件2的顶板22上开有用于将混凝土灌注入浇注室中的浇注孔23；浇注室14的内端口设有竖向的封口板7，钢管3悬空设置且其两端管口分别连接在封口板7上并由其封堵；U型钢件与n型钢件、钢管之间分别具有用于灌注混凝土的间隙。n型钢件顶板的上板面高于上翼缘的上表面，n型钢件的顶板伸入混凝土楼板并与其结合，而上翼缘固定在楼板的下板面上。

n型钢件2的内端与钢管3的端部之间增设过渡件，过渡件包括由n型钢件的内侧板向U型钢件跨中位置延伸而成的延伸板和设置在延伸板上端的盖板5，盖板5上开有用于灌注混凝土的长条形开孔6，开孔6纵向延伸并贯通盖板5，盖板5的侧边伸出延伸板，n型钢件内侧板及过渡件延伸板的下部设有通孔50，通孔50沿纵向排列。封口板7设置在盖板5与延伸板形成的开口上，即盖板与延伸板、封口板共同构成的空间是由浇注室延伸而成，开口的下部51与U型钢件1内相通。

钢管3的外壁侧面与U型钢件1的外侧板内壁之间设有数个为竖板的加劲肋8，加劲肋8沿U型钢件1的纵向排布，加劲肋8沿U型钢件1的横向设置，加劲肋8主要由两块对应设置的连接板81、82组成，其中一块连接板81的一端连接在钢管3的外壁侧面上，另一块连接板82的一端连接在U型钢件1的外侧板内壁上，该两块连接板81、82的另一端作为连接端通过连接结构连接固定。在本实施例中，连接结构采用螺纹连接结构，螺纹连接结构包括螺栓、螺母91及螺孔9，螺孔9开设在两块连接板的连接端上，螺栓穿过螺孔9后由螺母固定实现两块连接板81、82连接。另外，也可以采用焊接连接的方式，但是，因操作空间相当狭小，焊接操作不方便。

为了进一步减小用钢量，参见图10及图11，在U型钢件1跨中位置底板11的上方靠近底板11的上板面纵向设有数条跨中钢筋10，U型钢件1的外侧板12与n型钢件2的内侧板21之间且靠近底板11的上板面纵向设有数条底筋60，该底筋60沿U型钢件1长度方向通长设置，钢筋10与底筋60均沿U型钢件1底板11的横向排布。在底筋60与其上下对应的楼面筋31外围设有箍筋32，箍筋32箍紧底筋60与楼面筋31，箍筋32沿U型钢件1纵向排列。在U型钢件1底板11的上板面上设有竖向的肋板33，肋板33纵横向分布成格状。

由上述钢箱组件组成的钢箱—混凝土组合U型梁，它包括钢箱组件和混凝土，混凝土灌注在钢箱组件的中空浇注室内和U型钢件与n型钢件、钢管之间的间隙中。

如图12、13所示，是本发明U型梁连接钢牛腿实现其与次梁连接的示意图，本发明可出任意钢牛腿与次梁顺利连接，一般地，钢牛腿可由一个或多个工字钢并列排布而成，在本实施例中，钢牛腿由两个工字钢并列排布构成，在次梁39中且位于钢牛腿的上、下方设有纵向的钢筋34，钢筋34由箍筋35箍紧，钢牛腿的上翼缘41与U型钢件的上翼缘13相对应连接，U型钢件的上翼缘13与n型钢件的内侧板外壁之间还设有水平的第一加劲肋36，钢牛腿的下翼缘42及腹板43与U型钢件1外侧板12的外壁连接，n型钢件2的内侧板21与U型钢件1外侧板12之间设有竖向的第二加劲肋37，第二加劲肋37通过水平的第三加劲肋38与U型钢件1外侧板12的内壁连接，第三加劲肋38与钢牛腿的下翼缘42相对应，钢牛腿与次梁39的钢骨连接，从而实现本发明U型梁与次梁39的连接。

本发明的施工过程是：

1.制作U型梁与砼柱连接的型钢节点；

2.分段制作U型型钢与n型型钢的结合体，一般分成支座段与过渡段、跨中段：支座段的n型钢件内侧板上底部开设通孔、顶板上开设浇注孔；过渡段的n型型钢除延伸板底部上开设通孔外，还对盖板开长条形开孔；跨中段只有U型型钢。若某段长度较大，则可根据运输及吊装能力再细分；

3.制作跨中段的空心钢管及其封口板；

4.现场吊装U型梁与砼柱连接的型钢节点，并就位固定；

5.现场吊装支座段型钢就位固定，并与梁柱连接处的型钢节点进行焊接连接；

6.现场先后吊装过渡段、跨中段等各段型钢，就位、固定并焊接连接；

7.在跨中段U型型钢的底板上方，布置钢筋；

8.现场吊装跨中段的空心钢管，通过钢管外壁的连接板与U型型钢外侧板内壁的连接板的螺栓连接将钢管就位固定，然后将其端部封口板与过渡段的n型型钢内端焊接连接；

9.楼板支模（若为钢筋桁架、压型钢板等楼层板，则可省略该步骤）；

10.布置楼板钢筋以及U型梁的梁面钢筋；

11.现场焊缝检测合格后，浇注U型梁及周边楼板的混凝土；

12.混凝土养护等后续工作；

13.梁身质量检测合格后，进行U型型钢底板及外侧板等钢材外露面的防火防护表面处理。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还具有多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢箱组件，其特征在于：它主要由U型钢件、n型钢件及设于U型钢件跨中位置的钢管组成，所述U型钢件由长形底板及一对外侧板组成，所述外侧板竖向设置在底板两侧上；所述n型钢件由一对竖向设置的长形内侧板与设于该对内侧板上端的顶板组成，所述n型钢件设置于所述U型钢件两端处的U形空间内，所述n型钢件的长度方向与U型钢件的纵向方向一致，所述n型钢件的内侧板下端固定在U型钢件的底板上，并与U型钢件的底板围括成具有内、外端口的中空浇注室，所述n型钢件的顶板上开有用于将混凝土灌注入浇注室中的浇注孔；所述浇注室的内端口设有竖向的封口板，所述钢管悬空设置且其两端管口分别连接在所述封口板上并由其封堵；所述U型钢件与n型钢件、钢管之间分别具有用于灌注混凝土的间隙。

2.根据权利要求1所述的钢箱组件，其特征在于：在所述U型钢件外侧板的顶面上增设上翼缘，所述上翼缘沿外侧板的纵向水平设置，所述n型钢件顶板的上板面高于所述上翼缘的上表面以使n型钢件的顶板伸入混凝土楼板并与其结合，而所述上翼缘固定在楼板的下板面上。

3.根据权利要求2所述的钢箱组件，其特征在于：所述n型钢件的内端与所述钢管的端部之间增设过渡件，所述过渡件包括由n型钢件的内侧板向U型钢件跨中位置延伸而成的延伸板和设置在延伸板上端的盖板，所述盖板上开有用于灌注混凝土的长条形开孔，所述开孔纵向延伸并贯通所述盖板，所述封口板设置在盖板与延伸板形成的开口上，即所述盖板与延伸板、封口板共同构成的空间是由所述浇注室延伸而成，所述开口的下部与所述U型钢件内相通。

4.根据权利要求3所述的钢箱组件，其特征在于：所述钢管的外壁侧面与所述U型钢件的外侧板内壁之间设有数个为竖板的加劲肋，所述加劲肋沿U型钢件的纵向排布。

5.根据权利要求4所述的钢箱组件，其特征在于：所述加劲肋沿U型钢件的横向设置，所述加劲肋主要由两块对应设置的连接板组成，其中一块连接板的一端连接在钢管的外壁侧面上，另一块连接板的一端连接在U型钢件的外侧板内壁上，该两块连接板的另一端相连。

6.根据权利要求5所述的钢箱组件，其特征在于：在所述U型钢件底板的上板面上设有竖向的肋板，所述肋板纵横向分布成格状；所述n型钢件内侧板及过渡件延伸板的下部设有通孔，所述通孔沿纵向排列。

7.根据权利要求6所述的钢箱组件，其特征在于：在所述U型钢件跨中位置底板的上方靠近所述底板的上板面纵向设有数条跨中钢筋，所述U型钢件的外侧板与n型钢件的内侧板之间且靠近底板的上板面纵向设有数条底筋，该底筋沿U型钢件长度方向通长设置，所述钢筋与底筋均沿U型钢件底板的横向排布。

8.根据权利要求7所述的钢箱组件，其特征在于：在所述底筋与其上下对应的楼面筋外围设有箍筋，所述箍筋箍紧底筋与楼面筋，所述箍筋沿U型钢件纵向排列。

9.一种由权利要求1～8任一项所述钢箱组件组成的钢箱—混凝土组合U型梁，其特征在于：它包括所述钢箱组件和混凝土，所述混凝土灌注在所述钢箱组件的中空浇注室内和所述U型钢件与n型钢件、钢管之间的间隙中。

10.根据权利要求9所述的钢箱—混凝土组合U型梁，其特征在于：所述U型梁连接有钢牛腿，所述钢牛腿主要由至少一个工字钢组成，当工字钢为数个时，数个工字钢并列排布，钢牛腿的上翼缘与U型钢件的上翼缘相对应连接，U型钢件的上翼缘与n型钢件的内侧板外壁之间设有水平的第一加劲肋，钢牛腿的下翼缘及腹板与U型钢件外侧板的外壁连接，n型钢件的内侧板与U型钢件外侧板之间设有竖向的第二加劲肋，第二加劲肋与钢牛腿的腹板相对应，所述第二加劲肋通过水平的第三加劲肋与U型钢件外侧板的内壁连接，所述第三加劲肋与钢牛腿的下翼缘相对应。