CN105569271A - 一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件及其制作安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件及其制作安装方法,剪力连接件包括采用钢筋弯制的剪力连接件与穿过剪力连接件的销栓钢筋。具体的制作安装方法包括:制作钢梁以及弯制并焊接剪力连接件;钢梁的运输吊装;混凝土楼板模板支护;在剪力连接件穿入销栓钢筋,并一同绑扎混凝土结构件的钢筋网;浇筑混凝土并正常养护完成后拆模。本发明通过剪力连接件与型钢钢梁焊接固连,再通过穿过剪力连接件的销栓钢筋与现场浇筑的混凝土结构件形成一个整体,大大提高了钢-混凝土组合结构的抗剪强度和刚度,有效地实现了混凝土板与钢梁的协同受力,具有结构简单、加工简便、价格低廉、降低工程造价、现场安装速度快、焊接质量有保障的优点。

Description

一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件及其制作安装方法
技术领域
本发明属于土木工程建造技术领域,具体涉及一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件及其制作安装方法。
背景技术
钢-混凝土组合结构能够发挥钢和混凝土各自的力学性能,受力合理,承载能力高,刚度大,施工进度快,综合经济性好,在国内外的桥梁建设、工业与民用建筑中得到了越来越广泛的作用。其中,剪力连接件是钢-混凝土组合结构中的关键部件之一,其作用是防止界面处二者水平相互滑移和分离,使组合结构中钢构件和混凝土构件之间构成一个整体而共同工作。
应用在钢-混凝土组合结构中剪力连接件形式有很多种,目前国内外常用的技术手段主要有剪力栓钉、PBL连接件(即开孔钢板连接件)、型钢剪力连接件及弯筋连接件等,这几类剪力连接件中,均具有一定的优点和不足之处。
如剪力栓钉连接件结构简单,但其属于柔性连接件,变形能力较大,承载力随着变形的进展出现大幅度降低,钉帽的抗掀能力有限,其与混凝土连接位置的存在显著的应力集中现象,导致剪力连接的疲劳性能较为薄弱,同时对焊接施工质量要求高,需要专门的栓钉焊接设备,施工速度较慢。
PBL剪力连接件是在钢板上开孔后浇注混凝土,利用穿过孔中的混凝土及穿入的钢筋来抵抗剪力。PBL剪力连接件刚度大,滑移小,但是其变形能力较小,容易出现脆性破坏,剪力连接钢板的用钢量,在钢板上钻孔的加工成本较高,且钢板的设置不利于钢筋网片的铺设,其将混凝土明显分隔不利于混凝土的施工和发挥整体作用。
型钢剪力连接件剪切刚度大,抗剪强度高,但其体积较大,用钢量大,连接件焊接容易导致钢板上产生较大的残余应力和变形。
弯筋连接件是通过在钢板与混凝土之间布置有角度的钢筋,来抵抗钢板和混凝土界面之间的剪力流。弯筋连接件制作简单,施焊时不需要专用设备,抗剪切和抗掀起能力较强,但对其设置方向要求较为严格,对施工的要求高,且连接件的弯起段不利于混凝土中钢筋网片的布置。
发明内容
本发明解决的技术问题是:针对现有的剪力连接件存在的不足之处,提供一种新型的钢-混凝土结构的复合型剪力连接件及其制作安装方法,剪力连接件结构简单、加工简便、抗剪强度高、刚度大、滑移小,并且现场安装速度快、焊接质量有保障、工程造价低。
本发明采用如下技术方案实现:
一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件,包括所述剪力连接件1和销栓钢筋2;
所述剪力连接件1由钢筋弯制,分为两组对称连接的平直段11和弯起段12,以及两组弯起段12之间连接的螺旋式圆环13;
所述剪力连接件1的平直段11固定焊接在下部型钢钢梁3上,所述销栓钢筋2横向垂直穿过剪力连接件1的螺旋式圆环13,并将剪力连接件1和销栓钢筋2一同埋设在与下部型钢钢梁3连接的上部现浇混凝土结构件4中。
进一步的,所述剪力连接件1沿销栓钢筋2的轴线方向成对布置,剪力连接件之间的横向间距为销栓钢筋直径的6-20倍。
进一步的,所述销栓钢筋2沿下部型钢钢梁的方向等间距平行布置若干组,至少为两组,其纵向间距根据抗剪承载力验算及混凝土结构件上层横向钢筋的间距综合确定。
在本发明中,所述剪力连接件1两端的平直段11的长度为弯制钢筋直径的4-6倍,所述平直段11底端搁置在下部型钢钢梁的上翼缘的顶面,并通过双面焊接与上翼缘的顶板固定连接。
进一步的,所述剪力连接件1的弯起段12弯起角度为30°-60°,同一组的弯起段12与平直段11之间采用圆弧过渡连接,所述螺旋式圆环13的起点和终点位置分别与两组弯起段12之间采用切向连接。
进一步的,所述剪力连接件1的弯制钢筋直径为8mm-22mm。
进一步的,所述销栓钢筋2的直径为8mm-20mm,所述螺旋式圆环13的圆孔内径比销栓钢筋2直径大10mm-30mm,以方便施工阶段销栓钢筋的穿入。
本发明还包括一种上述钢-混凝土结构的复合型剪力连接件的制作安装方法,包括以下步骤:
S301、制作钢梁及剪力连接件,焊接剪力连接件;
S302、钢梁的运输及吊装;
S303、混凝土结构件模板支护;
S304、销栓钢筋穿过剪力连接件,并绑扎混凝土结构件的钢筋网;
S305、浇筑上部混凝土结构件;
S306、混凝土正常养护完成后拆模。
进一步的,所述剪力连接件采用高延性的热轧带肋钢筋弯制而成,弯制过程中需对钢筋进行热处理,避免弯制过程中钢筋表面出现裂纹。
进一步的,所述混凝土结构件的钢筋网中的上层横向钢筋作为销栓钢筋穿过剪力连接件,使其同时发挥销栓钢筋的作用,以进一步减少钢筋用量。
本发明提供的复合型剪力连接件及其制作安装方法,通过钢筋弯制的剪力连接件与型钢钢梁的上翼缘顶板焊接起来,再通过穿过剪力连接件螺旋圆孔的销栓钢筋或混凝土结构件中的横向钢筋与混凝土形成一个整体,大大提高了钢梁-混凝土组合构件的抗剪强度和刚度,有效地实现了混凝土结构件与钢梁的协同受力。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、本发明的复合型剪力连接件不仅具备弯筋连接件制作简单,施焊简便,抗剪切和抗掀起能力强等优点,而且具备PBL剪力连接件刚度大,滑移小等优点,便于现浇混凝土结构件钢筋网片的铺设及混凝土的浇筑施工;
2、本发明的复合型剪力连接件的平直段与钢板沿着纵向双侧焊接,并且与钢梁在工程进行焊接操作,焊接质量有保障,且不会显著影响混凝土翼板的纵向抗弯刚度和强度;
3、本发明的复合型剪力连接件用钢量比弯筋剪力连接件和PBL剪力连接件大幅度降低,其结构简单、加工简便、价格低廉,具有广阔的市场前景。
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
附图说明
图1为实施例中的钢-混凝土结构安装复合型剪力连接件后的示意图。
图2为实施例中的复合型剪力连接件的结构示意图。
图3为实施例中的复合型剪力连接件的制作安装施工流程图。
图中标号:1-剪力连接件,11-平直段,12-弯起段,13-螺旋式圆环,2-销栓钢筋,3-下部型钢钢梁,4-上部现浇混凝土结构件。
具体实施方式
实施例
如图1和图2所示,本发明实施例的复合型剪力连接件,包括采用钢筋弯制的剪力连接件1与穿过连接件圆孔的销栓钢筋2,由钢筋弯制的剪力连接件1由两组分别设有平直段11和弯起段12的弯起段以及弯起段交叉处连接的螺旋式圆环13的组成;位于剪力连接件两端部的平直段11水平设置,以便与下部型钢钢梁3的上翼缘钢板进行双面焊接固连,两组弯起段12一端与平直段12采用圆弧过渡连接,另一端分别螺旋式圆环13的起点位置和重点位置切向连接。在采用钢筋弯制剪力连接件1时,可先将端部的平直段折弯,然后将两端平直段之间的中间段进行螺旋折弯,形成螺旋式圆环13,圆环两边则形成图2中所示的弯起段12,螺旋式圆环13两侧的两组弯起段和平直段相互对称。
在本实施例中的钢-混凝土结构包括下部型钢钢梁3和上部现场浇筑混凝土结构件4,混凝土结构件可为混凝土墙板或其他建筑构件,将所述剪力连接件1的平直段11固定焊接在下部型钢钢梁3上,所述销栓钢筋2横向垂直穿过剪力连接件1的螺旋式圆环13,并将剪力连接件1和销栓钢筋2一同埋设在与下部型钢钢梁3连接的上部现浇混凝土结构件4中。所述剪力连接件1沿销栓钢筋2的轴线方向成对布置,剪力连接件之间的横向间距为销栓钢筋直径的6-20倍,在垂直于销栓钢筋的纵向方向上,所述销栓钢筋2沿下部型钢钢梁的方向等间距平行布置若干组,如图1所示,至少应分布两组,其纵向间距根据抗剪承载力验算及混凝土结构件上层横向钢筋的间距综合确定。
本实施例中,制作剪力连接件1的钢筋直径为8mm-22mm,平直段11的长度为钢筋直径的4-6倍,与下部型钢钢梁3上翼缘钢板焊接双面焊接。中间的弯起段12弯起角度为30°-60°,弯起段交叉处的螺旋式圆环起点和终点与相应位置的弯起段相切连接,螺旋式圆环的内径比销栓钢筋直径大10mm-30mm,便于在将销栓钢筋快速准确的穿过螺旋式圆环。
本实施例中,穿过圆孔的销栓钢筋2直径为8mm-20mm,优选10mm-20mm,优先采用上部现浇混凝土结构件绑扎的上层横向钢筋穿过螺旋式圆环发挥销栓钢筋的作用,进一步减少钢筋用量。
如图3所示,本发明实施例的复合型剪力连接件的制作安装方法包括以下步骤:
S301、制作钢梁及剪力连接件,焊接剪力连接件;
S302、钢梁的运输及吊装;
S303、混凝土结构件模板支护;
S304、销栓钢筋穿过剪力连接件,并绑扎混凝土结构件的钢筋网;
S305、浇筑上部混凝土结构件;
S306、混凝土正常养护完成后拆模。
本发明实施例的复合型剪力连接件的制备安装方法的具体步骤如下:
在步骤S301中,首先在钢结构加工厂按照设计图纸完成组合结构中钢梁的下料及制作,在钢筋加工车间按照设计要求选定的延性较好的钢筋按照设计要求弯制剪力连接件,可采用HRB400级或HRB500级等延性较好的高延性热轧带肋钢筋,制作过程中可根据需要对钢筋进行热处理避免弯制过程中出现表面裂纹。根据受剪承载力计算及工程的实际情况确定剪力连接件在钢梁上布置的横向间距及纵向间距,并按照设计要求完成剪力连接件的平直段与钢梁翼缘上表面的双面焊接,对焊接质量进行检验;
在步骤S302中,钢梁及相应的剪力连接件焊接检验合格后,将钢梁运输到施工现场,采用配套的起吊装备完成钢梁的吊装,运输及吊装过程中注意对剪力连接件的保护;
在步骤S304中,先绑扎混凝土结构件的底层钢筋网,再在剪力连接件的圆孔中穿入上层的横向钢筋或销栓钢筋,后绑扎混凝土结构件的上层钢筋网。条件许可时尽可能使上层横向钢筋发挥销栓钢筋的作用,进一步减少用钢量。
本发明的复合型剪力连接件制作简单,施焊简便,抗剪切和抗掀起能力强等优点,抗剪刚度大,滑移小,便于现浇混凝土结构件钢筋网片的铺设及混凝土的浇筑施工;与钢板沿着纵向双侧焊接,焊接质量有保障,且不会显著影响混凝土翼板的纵向抗弯刚度和强度。
本发明的复合型剪力连接件用钢量比弯筋剪力连接件和PBL剪力连接件大幅度降低,其结构简单、加工简便、价格低廉,具有广阔的市场前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件,其特征在于包括剪力连接件(1)和销栓钢筋(2);
所述剪力连接件(1)由钢筋弯制,分为两组对称连接的平直段(11)和弯起段(12),以及两组弯起段(12)之间连接的螺旋式圆环(13);
所述剪力连接件(1)的平直段(11)固定焊接在下部型钢钢梁(3)上,所述销栓钢筋(2)横向垂直穿过剪力连接件(1)的螺旋式圆环(13),并将剪力连接件(1)和销栓钢筋(2)一同埋设在与下部型钢钢梁(3)连接的上部现浇混凝土结构件(4)中。
2.根据权利要求1所述的一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件,所述剪力连接件(1)沿销栓钢筋(2)的轴线方向成对布置,剪力连接件之间的横向间距为销栓钢筋直径的6-20倍。
3.根据权利要求2所述的一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件,所述销栓钢筋(2)沿下部型钢钢梁的方向等间距平行布置若干组,至少为两组。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件,所述剪力连接件(1)两端的平直段(11)的长度为弯制钢筋直径的4-6倍,所述平直段(11)底端搁置在下部型钢钢梁的上翼缘的顶面,并通过双面焊接与上翼缘的顶板固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件,所述剪力连接件(1)的弯起段(12)弯起角度为30°-60°,同一组的弯起段(12)与平直段(11)之间采用圆弧过渡连接,所述螺旋式圆环(13)的起点和终点位置分别与两组弯起段(12)之间采用切向连接。
6.根据权利要求5所述的一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件,所述剪力连接件(1)的弯制钢筋直径为8mm-22mm。
7.根据权利要求6所述的一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件,所述销栓钢筋(2)的直径为8mm-20mm,所述螺旋式圆环(13)的圆孔内径比销栓钢筋(2)直径大10mm-30mm。
8.一种权利要求1-7中的钢-混凝土结构的复合型剪力连接件的制作安装方法,其特征在于包括以下步骤:
S301、制作钢梁及剪力连接件,焊接剪力连接件;
S302、钢梁的运输及吊装;
S303、混凝土结构件模板支护;
S304、销栓钢筋穿过剪力连接件,并绑扎混凝土结构件的钢筋网;
S305、浇筑上部混凝土结构件;
S306、混凝土正常养护完成后拆模。
9.根据权利要求8所述的一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件的制作安装方法,所述剪力连接件采用高延性的热轧带肋钢筋弯制而成,弯制过程中需对钢筋进行热处理,避免弯制过程中钢筋表面出现裂纹。
10.根据权利要求8所述的一种钢-混凝土结构的复合型剪力连接件的制作安装方法,所述混凝土结构件的钢筋网中的上层横向钢筋作为销栓钢筋穿过剪力连接件。
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