CN103061418A - 连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土木工程技术领域，具体地，涉及一种用于钢-混凝土组合结构中的钢-混凝土结合段。连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段，包括钢梁、混凝土梁、开孔钢板和带肋贯穿钢筋；开孔钢板焊接在钢梁翼缘的表面；钢梁的腹板上开有与开孔钢板对应的圆孔；带肋贯穿钢筋从开孔钢板以及钢梁腹板上的圆孔中心穿过；混凝土梁浇筑在钢梁的外围，包裹所述开孔钢板、带肋贯穿钢筋。本发明改善了钢-混凝土结合段中剪力键的荷载分布状态、钢-混凝土结合段的应力分布状态，能够提高钢-混凝土结合段的安全系数，且施工方便、施工效率高，无需复杂的施工设备。

Description

连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体地，涉及一种用于钢-混凝土组合结构中的钢-混凝土结合段。
背景技术
钢-混凝土结合段是连接钢梁与混凝土梁的关键构造。在钢-混凝土结合段中，需要设置剪力连接件来传递剪力，以保证钢梁与混凝土梁共同受力，PBL剪力键是一种常用的剪力连接件，通常在钢-混凝土结合段中沿梁轴向布置。在轴向荷载作用下，由于钢梁与混凝土梁自身存在轴向变形，导致轴向荷载主要由钢-混凝土结合段端部的3~5排剪力键承担，剪力键的荷载分布呈现两端大、中间小的不均匀状态，相应地，钢梁与混凝土梁的应力分布也呈现两端大、中间小的不均匀状态。这样的荷载与应力分布状态会导致钢-混凝土结合段的端部构件先于中部构件发生破坏，降低了钢-混凝土组合结构的安全系数。
钢-混凝土结合段中剪力键的荷载分布状态与钢梁、混凝土梁以及剪力键的抗剪刚度有关。在钢-混凝土结合段中，钢梁和混凝土梁的刚度是根据其承受的荷载事先确定的，只能通过改变剪力键的抗剪刚度来改善钢-混凝土结合段的荷载分布。剪力键的抗剪刚度越大，则其荷载分布越不均匀；减小剪力键的抗剪刚度能改善荷载分布不均匀的状态，但会导致钢梁与混凝土梁之间的相对变形过大，从而降低钢-混凝土结合段的整体力学性能。基于此，亟需一种既能改善钢-混凝土结合段中的剪力键荷载分布，又不降低其力学性能的结构形式。
发明内容
为克服现有钢-混凝土结合段中剪力键的荷载分布状态不均匀的缺点，改善钢-混凝土结合段的受力状态，本发明提供了一种便于实施、简单可靠的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段。
本发明采用以下技术方案来实现上述目的：
连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段，包括钢梁、混凝土梁、开孔钢板和带肋贯穿钢筋；开孔钢板焊接在钢梁翼缘的表面；钢梁的腹板上开有与开孔钢板对应的圆孔；带肋贯穿钢筋从开孔钢板以及钢梁腹板上的圆孔中心穿过；混凝土梁浇筑在钢梁的外围，包裹所述开孔钢板、带肋贯穿钢筋。
优选地，开孔钢板焊接在钢梁的翼缘的上和/或下表面。
优选地，从结合段两端向结合段中心，带肋贯穿钢筋的直径依次减小。
优选地，开孔钢板的圆孔直径为固定值，圆孔边缘与开孔钢板边缘的最小距离不小于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离不小于1.5倍的圆孔直径。
优选地，所述带肋贯穿钢筋为普通热轧或冷轧带肋钢筋，其直径不大于30mm，且不小于16mm。
优选地，开孔钢板通过沿梁纵向的角焊缝焊接在钢梁翼缘的表面。
上述的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)、按照设计需要选择钢梁与混凝土梁4的截面尺寸以及钢-混凝土结合段长度，并在钢梁3腹板上开圆孔；
(2)、将开孔钢板2通过纵向角焊缝焊接在钢梁表面，使得开孔钢板走向与钢梁3走向相同；
(3)、将带肋贯穿钢筋穿过开孔钢板2的圆孔，使之与开孔钢板垂直，从端部自跨中，带肋贯穿钢筋的直径依次减小；
(4)、进行混凝土梁的浇筑工作。
由于采用上述技术方案，本发明之连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段构造具有以下有益效果：
1、本发明改善了钢-混凝土结合段中剪力键的荷载分布状态。通过增加端部剪力键带肋贯穿钢筋的直径来减小其抗剪刚度，从而减小端部剪力键承担的荷载；从钢-混凝土结合段的端部至跨中，剪力键的抗剪刚度连续降低，使得钢-混凝土结合段中所有剪力键的内力水平趋于一致。
2、本发明改善了钢-混凝土结合段的应力分布状态。通过连续变刚度的剪力键布置形式改善了剪力键的内力不均匀状态，相应地，钢-混凝土结合段端部的钢梁与混凝土梁的应力集中现象也能得到改善。
3、本发明能够提高钢-混凝土结合段的安全系数。增加带肋贯穿钢筋的直径能减小剪力键的抗剪刚度，同时，也能提高剪力键的承载能力。端部剪力键的带肋贯穿钢筋直径更大，承载力更高，提高了钢-混凝土结合段的安全系数。
4、本发明构思巧妙、结构简单并能满足结构设计的要求，且施工方便、施工效率高。无需复杂的施工设备，仅仅通过变换带肋贯穿钢筋的直径即可调整剪力键的抗剪刚度，进而改善钢-混凝土结合段的受力性能，可广泛应用于桥梁与建筑结构中。
附图说明
图1为本发明连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段构造示意图；
图2为本发明图1的侧视示意图；
图3为本发明图1的俯视示意图；
图4为本发明图3的A-A剖面示意图；
图中：1、带肋贯穿钢筋，2、开孔钢板，3、钢梁，4、混凝土梁。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段作进一步的说明。
如图1所示，该钢-混凝土结合段构造包括：钢梁3、混凝土梁4、开孔钢板2和带肋贯穿钢筋1；开孔钢板2通过沿梁纵向的角焊缝焊接在钢梁3上、下翼缘的上下表面；钢梁3的腹板上开有与开孔钢板2对应的圆孔；带肋贯穿钢筋1从开孔钢板2以及钢梁3腹板上的圆孔中心穿过；混凝土梁4浇筑在钢梁3的外围，包裹所述开孔钢板、带肋贯穿钢筋。通过开孔钢板圆孔中的混凝土榫和带肋贯穿钢筋抵抗钢梁与混凝土梁之间的剪力。
如图2、图3所示，从结合段两端向结合段中心，带肋贯穿钢筋1的直径依次减小(即：由两端的第一排至第五排，带肋贯穿钢筋1的直径依次减小，自第五排起向中间方向，所有带肋贯穿钢筋1的直径一致)，抗剪刚度依次增大，承载力依次减小，既能缓解端部的应力集中现象，又能增大端部剪力键的承载力，提高钢-混凝土结合段的安全系数。
如图4所示，开孔钢板2焊接在钢梁3的翼缘的上、下表面；开孔钢板的圆孔直径为固定值，圆孔边缘与开孔钢板边缘的最小距离不小于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离不小于1.5倍的圆孔直径。
所述带肋贯穿钢筋为普通热轧或冷轧带肋钢筋，其直径不大于30mm，且不小于16mm。
本发明所述的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段构造的制作方法如下：
1、按照设计需要选择钢梁3与混凝土梁4的截面尺寸以及钢-混凝土结合段长度，并在钢梁3腹板上开圆孔；
2、将开孔钢板2通过纵向角焊缝焊接在钢梁3表面，使得开孔钢板2走向与钢梁3走向相同；
3、将带肋贯穿钢筋1穿过开孔钢板2的圆孔，使之与开孔钢板2垂直，从端部自跨中，带肋贯穿钢筋的直径依次减小；
4、进行混凝土梁4的浇筑工作。

Claims (7)

1.连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段，包括钢梁、混凝土梁、开孔钢板和带肋贯穿钢筋；其特征在于：开孔钢板焊接在钢梁翼缘的表面；钢梁的腹板上开有与开孔钢板对应的圆孔；带肋贯穿钢筋从开孔钢板以及钢梁腹板上的圆孔中心穿过；混凝土梁浇筑在钢梁的外围，包裹所述开孔钢板、带肋贯穿钢筋。
2.根据权利要求1所述的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段，其特征在于：开孔钢板焊接在钢梁的翼缘的上和/或下表面。
3.根据权利要求1-2所述的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段，其特征在于：从结合段两端向结合段中心，带肋贯穿钢筋的直径依次减小。
4.根据权利要求1-3所述的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段，其特征在于：开孔钢板的圆孔直径为固定值，圆孔边缘与开孔钢板边缘的最小距离不小于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离不小于1.5倍的圆孔直径。
5.根据权利要求1-4所述的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段，其特征在于：所述带肋贯穿钢筋为普通热轧或冷轧带肋钢筋，其直径不大于30mm，且不小于16mm。
6.根据权利要求1-5所述的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段，其特征在于：开孔钢板通过沿梁纵向的角焊缝焊接在钢梁翼缘的表面。
7.权利要求1-6所述的连续变刚度剪力键式钢-混凝土结合段的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)、按照设计需要选择钢梁与混凝土梁4的截面尺寸以及钢-混凝土结合段长度，并在钢梁3腹板上开圆孔；
(2)、将开孔钢板2通过纵向角焊缝焊接在钢梁表面，使得开孔钢板走向与钢梁3走向相同；
(3)、将带肋贯穿钢筋穿过开孔钢板2的圆孔，使之与开孔钢板垂直，从端部自跨中，带肋贯穿钢筋的直径依次减小；
(4)、进行混凝土梁的浇筑工作。
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