CN103866864A - 一种螺栓剪力连接件及其利用弹簧增强剪切强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺栓剪力连接件及其利用弹簧增强剪切强度的方法，包括螺帽、螺杆、螺纹、螺母、螺垫和弹簧，所述螺杆穿过钢梁翼缘上预设的孔洞，并通过上、下两个螺母紧固于钢梁翼缘上，钢梁翼缘下面与螺母之间设有螺垫，所述螺杆的顶端设有螺帽，所述弹簧围绕螺杆设置，弹簧底部一圈弹簧与钢梁翼缘表面焊接，弹簧顶面高度与螺杆顶面齐平，并且螺杆处于弹簧内中心处。本发明螺栓连接件周围安置的弹簧增加了剪力连接件的刚度和抗剪强度，采用螺栓连接替代常用的焊接式连接，工艺简单，施工操作方便，节省人力物力和时间，同时连接质量容易保证。本发明适用于一般桥梁桥跨、建筑楼盖等结构体系中，用以连接钢梁与混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑工程中的新型结构，具体涉及一种螺栓剪力连接件及其利用弹簧增强剪切强度的方法。
背景技术
钢-混凝土组合梁充分发挥钢材抗拉性能好和混凝土抗压强度高的优势，具有优良的力学性能和较高的经济性。目前，钢-混凝土组合梁广泛应用于桥梁和建筑等领域，其性能优势和经济效益不断得到体现。钢-混凝土组合梁中，钢梁与混凝土结合面的剪力连接件起到将这两种材料组合在一起的作用，是组合梁中的关键部件。如今，工程界普遍应用的是一种焊接式栓钉剪力连接件，该剪力连接件构造简单（包括钉头、钉杆、以及底部与钢梁翼缘的焊接部分），各向抗剪性能相同（钉杆呈圆形），但是施工麻烦，需要焊枪等设备，并且要保证一定的焊接质量。
自从焊接式栓钉剪力连接件得以应用以来，已经有不少专利对该类连接件进行了构造和形状上的改进，例如中国专利第201210514720.0号公开了一种剪力连接件。它基于焊接式栓钉的原型，在栓钉的根部沿钉杆方向设有至少一条裂缝，缝隙内填有弹性件，在保证钢与混凝土结合面抗剪强度的同时，减小结合面的抗剪刚度，有效减小温度等因素引起的微应变影响。专利号为201220279711.3的实用新型专利提供了一种不锈钢连接件，并带有配套使用的瓷套环，该新型栓钉稳定性好，操作方便，可应用于对材料有特殊要求的一些建筑中。专利号为200520008119.X的实用新型专利公开的是一种螺纹栓钉，其创新理念是通过钉杆周身的螺纹增加连接件与混凝土之间的粘结力。该栓钉剪力连接件包括钉头、钉杆、螺纹和焊药，与目前通常使用的焊接式栓钉构造基本相同，唯一的改进之处是在钉杆周身有自上而下的螺纹，该连接件就是通过这种凹凸形状的螺纹肋与混凝土的咬合来增加粘结作用。再有专利号为201010103492.9的发明专利对栓钉进行了构造上的改进，其特征在于焊接栓钉承压的一侧与角钢或者槽钢等板块焊接成了整体，从而增大了栓钉剪力连接件的承压面积，增加了纵向抗剪强度。
如上所述，目前各类新型剪力连接件主要是通过对焊接式剪力连接件的形状和构造上的改进，使剪力连接件的抗剪强度得到增加或者抗剪刚度得以减小。但是，现有的剪力连接件形式仍有一些不足：
1）改进过的连接件形式复杂，导致制作工艺繁琐，施工难度加大，会耗费较多的人力和物力，导致造价增加、施工周期延长。同时，由于连接件形状不规则，导致在实际工作中受力复杂，难以进行理论分析。
2）焊缝质量受人为影响因素比较大，难以得到保证，从而会影响组合梁的安全可靠性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种螺栓剪力连接件及其利用弹簧增强剪切强度的方法，本发明螺栓连接件周围安置的弹簧在组合梁中形成一个圆柱体的抗剪区域，增加了剪力连接件的刚度和抗剪强度；该剪力连接件中，采用螺栓连接替代常用的焊接式连接，这种装配式连接工艺简单，施工操作方便，节省人力物力和时间，同时连接质量容易保证。
本发明采用的技术方案为：一种螺栓剪力连接件，包括螺帽、螺杆、螺纹、螺母、螺垫和弹簧，所述螺杆穿过钢梁翼缘上预设的孔洞，并通过上、下两个螺母紧固于钢梁翼缘上，钢梁翼缘下面与螺母之间设有螺垫，所述螺杆的顶端设有螺帽，所述弹簧围绕螺杆设置，弹簧底部一圈弹簧与钢梁翼缘表面焊接，弹簧顶面高度与螺杆顶面齐平，并且螺杆处于弹簧内中心处。
所述螺帽尺寸参照国标外六角头螺栓规范，并根据实际需要确定。
所述螺杆径宽尺寸和强度等级采用现有螺栓规格表中所提供的，考虑到所承受的抗剪强度以及对螺栓可能施加的预应力，使用8.8级以上的高强螺栓。
所述螺杆突出钢梁翼缘表面的高度值取大于三倍的螺杆直径。
所述螺杆上螺纹的牙距参考国标六角头螺栓规范，螺纹长度则两倍的螺母厚度值加上钢梁翼缘厚度值。
所述螺母取与螺栓直径匹配的尺寸规格（参考国标外六角头螺栓规范）。
所述弹簧螺旋向上形成的中空柱体直径取40mm～60mm。
本发明包括弹簧和螺栓连接件，螺栓剪力连接件中栓杆穿过钢梁翼缘预先钻好的孔洞，并通过上下螺母紧固于钢梁翼缘上，用来传递抵混凝土板和钢梁之间的纵向剪力，抗钢梁和混凝土板之间的相对滑移，同时，螺母与钢梁之间的摩擦力也提供了部分纵向抗剪承载力。另外，将弹簧安置于螺栓杆外围，弹簧以一定径宽自下而上螺旋状围绕螺栓栓杆，有效增强连接件的整体刚度和抗剪强度。
本发明所述剪力连接件适用于一般桥梁桥跨、建筑楼盖等结构体系中，用以连接钢梁与混凝土。
一种上述螺栓剪力连接件利用弹簧增强剪切强度的方法，包括步骤如下：
a、制作钢梁；
1）钢构厂选取一定规格尺寸的型钢钢梁；
2）于型钢钢梁翼缘板处，按照一定尺寸要求使用专业的钢板开孔设备开设所需直径的孔洞；
b、定制一定规格的螺栓（一般取M16以上，强度等级取8.8级以上的高强螺栓）和螺母以及相应的螺垫；
c、按照尺寸要求特别制作螺旋状弹簧；
d、螺栓连接件的组装和螺旋状弹簧的安置；
1）将螺母从螺杆下端向上拧，直至螺母底部与螺杆顶部的距离达到螺栓连接件突出钢梁翼缘所需的高度；
2）将上述装配的螺杆和螺母从翼缘孔洞一侧插入；
3）在翼缘另一侧，使用一螺母从螺杆底部向上拧紧，具体操作可视为使用扳手固定住螺栓连接件一侧的螺杆和螺母，另一扳手将翼缘另一侧的螺母向上拧紧；
4）按照径宽和高度要求选购或特别制作弹簧，将弹簧套在螺栓连接件上，调整位置使螺杆处于弹簧内空心圆柱的中心处；
5）将弹簧底部焊接（点焊）在钢梁上；
e、将钢梁构件吊装；
f、混凝土板支模，绑扎钢筋；
1）按照构件尺寸架设模板，并用铅丝绑扎钢筋；
2）浇筑混凝土，养护。
有益效果：钢-混凝土组合梁是通过剪力连接件将混凝土板与钢梁组合在一起，作为组合梁的重要组成部分，本发明提供了一种应用螺旋状弹簧增强抗剪强度的螺栓剪力连接件。与现有技术相比，本发明有以下特点和有益效果：
（1）本发明所述剪力连接件中使用螺栓连接，相比于一般的焊接形式，螺栓剪力连接件的使用可以节省较多的人力物力，以及施工时间，另外因为焊接产生的费用也得以减少。
（2）本发明所述螺栓剪力连接件使用螺母连接栓杆与钢梁，施工操作方便，并且这种装配式连接的质量较稳定，离散性不大，从而使得剪力连接件整体上的质量得到保证，增加了组合结构的安全可靠性。本发明所述剪力连接件中使用螺栓连接，替代了目前常用的焊接。现有常用的剪力连接件：例如焊接式栓钉剪力连接件，通过焊接形式与钢梁连接，其焊缝对连接件的抗剪承载力有一定的贡献作用，但是由于其内部的复杂和不稳定性，焊接质量往往不易保证；本发明所述的螺栓连接形式，在了解螺母与钢梁间摩擦系数的情况下，很容易计算出用以抵抗剪切作用的摩擦力。
（3）本发明所述剪力连接件中使用螺旋状弹簧围绕螺栓剪力连接件安置于钢梁翼缘上，该构造的原理是利用了螺旋状弹簧跟周围混凝土组合成的整体区域提高剪力连接件的抗剪承载力和刚度。该螺旋弹簧构造简单，制作方便，采用点焊将其固定在钢梁翼缘上。
（4）本发明所述剪力连接件包含了装配式的螺栓剪力连接件和通过简单点焊的螺旋状弹簧，操作简易，且施工质量容易保证。实际施工过程中，采用本发明所述剪力连接件在优化了上述结构形式和受力状态的同时仍旧保留了原焊接式栓钉剪力连接件的优点，如：螺帽拥有抗掀起作用，螺杆圆形截面保证了连接件的各向受力等效性等等。
附图说明
图1为本发明螺栓结构示意图；
图2为本发明弹簧结构示意图；
图3为本发明螺栓剪力连接件结构示意图；
图4为本发明螺栓剪力连接件应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1、2、3和4所示：一种螺栓剪力连接件，包括螺帽1、螺杆2、螺纹3、螺母4、螺垫5和弹簧6，所述螺杆2穿过钢梁翼缘上预设的孔洞，并通过上、下两个螺母4紧固于钢梁翼缘7上，钢梁翼缘7下面与螺母4之间设有螺垫5，所述螺杆2的顶端设有螺帽1，所述弹簧6围绕螺杆2设置，弹簧6底部一圈弹簧与钢梁翼缘7表面焊接，弹簧6顶面高度与螺杆2顶面齐平，并且螺杆2处于弹簧6内中心处。
所述螺杆2使用8.8级以上的高强螺栓。所述螺杆2突出钢梁翼缘7表面的高度值取大于三倍的螺杆2直径。所述螺杆2上螺纹长度是两倍的螺母厚度值加上钢梁翼缘7厚度值。所述弹簧6螺旋向上形成的中空柱体直径取40mm～60mm。
一种上述螺栓剪力连接件利用弹簧增强剪切强度的方法，包括步骤如下：
a、制作钢梁；
1）钢构厂选取一定规格尺寸的型钢钢梁；
2）于型钢钢梁翼缘板处，按照一定尺寸要求使用专业的钢板开孔设备开设所需直径的孔洞；
b、定制一定规格的螺栓（一般取M16以上，强度等级取8.8级以上的高强螺栓）和螺母以及相应的螺垫；
c、按照尺寸要求特别制作螺旋状弹簧；
d、螺栓连接件的组装和螺旋状弹簧的安置；
1）将螺母从螺杆下端向上拧，直至螺母底部与螺杆顶部的距离达到螺栓连接件突出钢梁翼缘所需的高度；
2）将上述装配的螺杆和螺母从翼缘孔洞一侧插入；
3）在翼缘另一侧，使用一螺母从螺杆底部向上拧紧，具体操作可视为使用扳手固定住螺栓连接件一侧的螺杆和螺母，另一扳手将翼缘另一侧的螺母向上拧紧；
4）按照径宽和高度要求选购或特别制作弹簧，将弹簧套在螺栓连接件上，调整位置使螺杆处于弹簧内空心圆柱的中心处；
5）将弹簧底部焊接（点焊）在钢梁上；
e、将钢梁构件吊装；
f、混凝土板支模，绑扎钢筋；
1）按照构件尺寸架设模板，并用铅丝绑扎钢筋；
2）浇筑混凝土，养护。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种螺栓剪力连接件，其特征在于：包括螺帽、螺杆、螺纹、螺母、螺垫和弹簧，所述螺杆穿过钢梁翼缘上预设的孔洞，并通过上、下两个螺母紧固于钢梁翼缘上，钢梁翼缘下面与螺母之间设有螺垫，所述螺杆的顶端设有螺帽，所述弹簧围绕螺杆设置，弹簧底部一圈弹簧与钢梁翼缘表面焊接，弹簧顶面高度与螺杆顶面齐平，并且螺杆处于弹簧内中心处。
2.根据权利要求1所述的一种螺栓剪力连接件，其特征在于：所述螺杆使用8.8级以上的高强螺栓。
3.根据权利要求1所述的一种螺栓剪力连接件，其特征在于：所述螺杆突出钢梁翼缘表面的高度值取大于三倍的螺杆直径。
4.根据权利要求1所述的一种螺栓剪力连接件，其特征在于：所述螺杆上螺纹长度是两倍的螺母厚度值加上钢梁翼缘厚度值。
5.根据权利要求1所述的一种螺栓剪力连接件，其特征在于：所述弹簧螺旋向上形成的中空柱体直径取40mm～60mm。
6.一种权利要求1所述螺栓剪力连接件利用弹簧增强剪切强度的方法，其特征在于：包括步骤如下：
a、制作钢梁；
1）钢构厂选取型钢钢梁；
2）于型钢钢梁翼缘板处，使用钢板开孔设备开设所需直径的孔洞；
b、定制螺栓和螺母以及相应的螺垫；
c、制作螺旋状弹簧；
d、螺栓连接件的组装和螺旋状弹簧的安置；
1）将螺母从螺杆下端向上拧，直至螺母底部与螺杆顶部的距离达到螺栓连接件突出钢梁翼缘所需的高度；
2）将上述装配的螺杆和螺母从翼缘孔洞一侧插入；
3）在翼缘另一侧，使用一螺母从螺杆底部向上拧紧，具体操作可视为使用扳手固定住螺栓连接件一侧的螺杆和螺母，另一扳手将翼缘另一侧的螺母向上拧紧；
4）按照径宽和高度要求选购或制作弹簧，将弹簧套在螺栓连接件上，调整位置使螺杆处于弹簧内空心圆柱的中心处；
5）将弹簧底部焊接在钢梁上；
e、将钢梁构件吊装；
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2）浇筑混凝土，养护。
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