CN107447921A - 可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于结构工程钢结构技术领域的一种可拆卸的装配式高延性钢—混凝土组合梁。钢梁与预制混凝土楼板通过螺栓装配而成。工字形钢梁上翼缘预留螺栓孔，螺栓预埋于预制混凝楼板底部，并与底部横向钢筋焊接或机械连接以提高强震作用下结构的延性和抗倒塌能力。装配时，将预制混凝土楼板搭于工字形钢梁上翼缘顶部，其底部预埋螺栓穿过钢梁上翼缘预留螺栓孔，然后用螺母将钢梁与楼板紧固。结构使用寿命到期拆卸时，拧下螺栓，将预制楼板与钢梁分离即可。本发明的新型组合梁具有传统现浇组合梁的优势，装配施工简单、速度快、成本低，能够有效避免工地扬尘；便于震后修复、更换受损构件；且结构服役期间或期满后可拆卸，工程应用前景广阔。

Description

可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁
技术领域
本发明属于结构工程钢结构技术领域，特别涉及一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁。
背景技术
新型装配式钢结构体系的开发和应用对结构工程产业化的发展具有重要意义。现有钢结构体系的工业化程度已经很高，主要构件通常采用热轧型钢成品或工厂制作的焊接截面构件；构件连接可在施工现场采用高强度螺栓进行连接或进行现场施焊。然而，作为主要水平受力构件之一的混凝土楼板结构，目前仍主要采用现浇方式施工，不仅施工速度慢、施工工序和构造复杂，而且严重阻碍了工程结构工业化水平的进一步提高以及全寿命周期设计的实现。尽管目前已有少量通过在混凝土楼板打孔、利用膨胀螺栓与钢梁连接的工程实践，但该做法通常用于加固既有结构，且抗剪连接构造的延性较差，结构的抗震防倒塌能力较弱。如何能够实现钢梁与混凝土楼板的装配式连接、同时具有高延性和良好的抗震性能、结构服役期满后可拆卸的全生命周期设计，是装配式钢结构体系研究与工程实践中亟待解决的问题。
因此急需能够克服现有技术中上述缺点，应用于公路桥梁及工业与民用建筑楼盖体系的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁。
发明内容
本发明的目的在于提供了两套可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁的技术方案。
本发明提出的一套方案如下：
一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述组合梁由钢梁、预制混凝土楼板、螺栓套组构成；预制混凝土楼板内均匀布有底部横向分布钢筋、顶部横向分布钢筋、底部纵筋和顶部纵筋；所述螺栓套组包括螺栓杆和安装螺母；其中螺栓杆预埋于预制混凝土楼板内，钢梁上翼缘的相应位置预留螺栓孔。
优选地，所述螺栓套组的数量和钢梁上翼缘两侧外伸段中部预留螺栓孔的数量及列数根据组合系数和单个螺栓抗剪连接强度进行计算确定。
所述预留螺栓孔的位置和内嵌螺栓杆的位置在考虑到与底部横向分布钢筋的分布设计协调和实际情况下均匀分布或随机分布，且需保证每个内嵌螺栓杆均有与其对应连接的底部横向分布钢筋。
所述钢梁为由低合金高强度结构钢、低碳钢或建筑结构用钢经热轧或焊接制成的工字形钢梁，截面尺寸根据市场产品及工程设计需要确定。
所述预制混凝土楼板为实心钢筋混凝土板或空心钢筋混凝土板。
所述螺栓杆预埋于预制混凝土楼板时；与底部横向分布钢筋或同时与底部横向分布钢筋和顶部横向分布钢筋进行焊接或机械连接，以提高结构延性和抗震性能。
所述螺栓杆与螺帽组成的螺栓为普通螺栓或高强度螺栓，安装螺母为普通螺母或高强度螺母。
现场拼装时，预制混凝土楼板通过螺栓套组与钢梁连接；所述安装螺母在拼装和拆卸时使用电动扭矩扳手以提高施工效率。
本发明提出的另一套方案如下：
一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述组合梁由钢梁、预制混凝土楼板、螺栓套组构成；预制混凝土楼板内均匀布有底部横向分布钢筋、顶部横向分布钢筋、底部纵筋和顶部纵筋；所述螺栓套组包括螺栓杆、内嵌螺母和安装螺母；其中螺栓杆预埋于预制混凝土楼板内，钢梁上翼缘两侧外伸段中部的相应位置预留螺栓孔，内嵌螺母与螺栓杆一起预埋于预制混凝土楼板内。
优选地，所述内嵌螺母的底部与预制混凝土楼板的底部平齐；以保证装配后螺栓套组的预紧力维持在设计范围内。
所述螺栓套组的数量和钢梁上翼缘两侧外伸段中部预留螺栓孔的数量及列数根据组合系数和单个螺栓抗剪连接强度进行计算确定。
所述预留螺栓孔的位置和内嵌螺栓杆的位置在考虑到与底部横向分布钢筋的分布设计协调和实际情况下均匀分布或随机分布，且需保证每个内嵌螺栓杆均有与其对应连接的底部横向分布钢筋。
所述钢梁为由低合金高强度结构钢、低碳钢或建筑结构用钢经热轧或焊接制成的工字形钢梁，截面尺寸根据市场产品及工程设计需要确定。
所述预制混凝土楼板为实心钢筋混凝土板或空心钢筋混凝土板。
所述螺栓杆预埋于预制混凝土楼板时；与底部横向分布钢筋或同时与底部横向分布钢筋和顶部横向分布钢筋进行焊接或机械连接，以提高结构延性和抗震性能。
所述螺栓杆与螺帽组成的螺栓为普通螺栓或高强度螺栓，内嵌螺母和安装螺母分别为普通螺母或高强度螺母。
现场拼装时，预制混凝土楼板通过螺栓套组与钢梁连接；所述安装螺母在拼装和拆卸时使用电动扭矩扳手以提高施工效率。
本发明的有益效果为：
(1)工业化程度高，结构构件全部为预制件，且易于加工；
(2)装配简单、施工速度快、成本低；
(3)完全采用干法施工，无需现场浇筑混凝土，能够有效避免工地扬尘，显著减轻施工带来的包括PM2.5和PM10在内的环境问题；
(4)拆卸方便，便于震后修复、更换受损构件，也便于结构服役期满后的拆除工作，符合全寿命周期设计理念；
(5)拆卸后的未受损构件可重复利用在该新型组合梁结构上；
(6)抗剪连接螺栓与预制混凝土楼板的底部钢筋连接，使钢梁通过螺栓与钢筋网连接成为整体，极大提高了该新型组合梁的延性以及抗震耗能和抗倒塌能力。
附图说明
图1为本发明一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁实施例1的三维结构示意图；
图2为本发明实施例1的横截面示意图；
图3为本发明实施例1三维结构的装配示意图；
图4为本发明实施例2的横截面示意图。
图中，1--钢梁，2--预制混凝土楼板，3--螺栓套组，301--螺帽，302--螺栓杆，303--内嵌螺母，304--安装螺母，4--钢筋，401--底部横向分布钢筋，402--顶部横向分布钢筋，403--底部纵筋，404--顶部纵筋。
具体实施方式
在本发明的一个宽泛实施例中，一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其包括钢梁1，预制混凝土楼板2和螺栓套组3；其中预制混凝土楼板2中分两层横纵向均匀布有钢筋4，螺栓套组3预埋于预制混凝土楼板2内，钢梁1上翼缘的相应位置预留螺栓孔。
钢筋4由底部横向分布钢筋401、顶部横向分布钢筋402、底部纵筋403和顶部纵筋404组成；所述螺栓套组3包括螺帽301、螺栓杆302、内嵌螺母303和安装螺母304；其中螺栓杆302的一端与螺帽301固接；
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
如图1至图3所示的实施例1：本发明为一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，所述预制混凝土楼板2为实心钢筋混凝土板；预制混凝土楼板2均匀布有底部横向分布钢筋401、顶部横向分布钢筋402、底部纵筋403和顶部纵筋404；所述螺栓套组3包括螺帽301、螺栓杆302、内嵌螺母303和安装螺母304；
两列螺栓杆302预埋于预制混凝土楼板2底部；钢梁1上翼缘两侧外伸段中部各预留一列螺栓孔，钢梁1上翼缘预留螺栓孔的位置与预制混凝土楼板2内预埋螺栓套组3的位置相对应，内嵌螺母303底部与预制混凝土楼板2底部平齐；
预留螺栓孔的位置和内嵌螺栓杆302的位置在考虑到与底部横向分布钢筋401的分布设计协调和实际情况下均匀分布或随机分布，且需保证每个内嵌螺栓杆302均有与其对应连接的底部横向分布钢筋401；
根据工程实际需要，所述钢梁1为工字钢，可选择由低合金高强度结构钢、低碳钢或建筑结构用钢热轧或焊接而成；所述螺栓套组3可选择普通螺栓或高强度螺栓；所述螺栓杆302与底部横向分布钢筋401焊接或机械连接，以提高结构延性和抗震性能；具体螺栓套组3的数量和钢梁1上翼缘预留螺栓孔的数量根据组合系数和单个螺栓抗剪连接强度进行计算确定。
如图4所示的实施例2：本发明为一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，所述预制混凝土楼板2为空心钢筋混凝土板；预制混凝土楼板2均匀布有底部横向分布钢筋401、顶部横向分布钢筋402、底部纵筋403和顶部纵筋404；所述螺栓套组3包括螺帽301、螺栓杆302和安装螺母304；
两列螺栓杆302预埋于预制混凝土楼板2底部；钢梁1上翼缘两侧外伸段中部各预留一列螺栓孔，钢梁1上翼缘预留螺栓孔的位置与预制混凝土楼板2内预埋螺栓套组3的位置相对应，每个螺栓杆302都同时与底部横向分布钢筋401和顶部横向分布钢筋402连接；
预留螺栓孔的位置和内嵌螺栓杆302的位置在考虑到与底部横向分布钢筋401的分布设计协调和实际情况下均匀分布或随机分布，且需保证每个内嵌螺栓杆302均有与其对应连接的底部横向分布钢筋401和顶部横向分布钢筋402；
根据工程实际需要，所述钢梁1为工字形钢，可选择由低合金高强度结构钢、低碳钢或建筑结构用钢热轧或焊接而成；所述螺栓套组3可选择普通螺栓或高强度螺栓；所述螺栓杆302与底部横向分布钢筋401和顶部横向分布钢筋402的连接方式为焊接或机械连接，以提高结构延性和抗震性能；具体螺栓套组3的数量和钢梁1上翼缘预留螺栓孔的数量根据组合系数和单个螺栓抗剪连接强度进行计算确定。
本发明实施例的拼装、更换和拆卸的方法如下：
拼装时，待钢梁1与钢结构主体连接就位后，将预制混凝土楼板2搭于钢梁1上翼缘顶部而无需模板，其底部预埋螺栓套组3穿过钢梁1上翼缘预留螺栓孔，然后用电动扭矩扳手拧紧安装螺母304将钢梁1与预制混凝土楼板紧固。
当结构服役期间或震后需更换构件以及使用寿命到期拆卸时，采用电动扭矩扳手拧下安装螺母304，将钢梁1与预制混凝土楼板2分离即可。

Claims (10)

1.一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述组合梁由钢梁(1)、预制混凝土楼板(2)、螺栓套组(3)构成；预制混凝土楼板(2)内均匀布有底部横向分布钢筋(401)、顶部横向分布钢筋(402)、底部纵筋(403)和顶部纵筋(404)；所述螺栓套组(3)包括螺栓杆(302)和安装螺母(304)；其中螺栓杆(302)预埋于预制混凝土楼板(2)内，且在钢梁(1)上翼缘两侧外伸段中部的相应位置预留螺栓孔。
2.一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述组合梁由钢梁(1)、预制混凝土楼板(2)、螺栓套组(3)构成；预制混凝土楼板(2)内均匀布有底部横向分布钢筋(401)、顶部横向分布钢筋(402)、底部纵筋(403)和顶部纵筋(404)；所述螺栓套组(3)包括螺栓杆(302)、内嵌螺母(303)和安装螺母(304)；其中螺栓杆(302)预埋于预制混凝土楼板(2)内，且在钢梁(1)上翼缘两侧外伸段中部的相应位置预留螺栓孔，内嵌螺母(303)与螺栓杆(302)一起预埋于预制混凝土楼板(2)内。
3.根据权利要求2所述的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述内嵌螺母(303)的底部与预制混凝土楼板(2)的底部平齐；以保证装配后螺栓套组(3)的预紧力维持在设计范围内。
4.根据权利要求1或2之一所述的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述螺栓套组(3)的数量和钢梁(1)上翼缘两侧外伸段中部预留螺栓孔的数量及列数根据组合系数和单个螺栓抗剪连接强度进行计算确定。
5.根据权利要求1或2之一所述的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述钢梁(1)为由低合金高强度结构钢、低碳钢或建筑结构用钢经热轧或焊接制成的工字形钢梁，截面尺寸根据市场产品及工程设计需要确定。
6.根据权利要求1或2之一所述的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述预制混凝土楼板(2)为实心钢筋混凝土板或空心钢筋混凝土板。
7.根据权利要求1或2之一所述的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述螺栓杆(302)与螺帽(301)组成的螺栓为普通螺栓或高强度螺栓，内嵌螺母(303)和安装螺母(304)分别为普通螺母或高强度螺母。
8.根据权利要求1或2之一所述的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述螺栓杆(302)预埋于预制混凝土楼板(2)时；与底部横向分布钢筋(401)或同时与底部横向分布钢筋(401)和顶部横向分布钢筋(402)进行焊接或机械连接，以提高结构延性和抗震性能。
9.根据权利要求8之一所述的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，所述预留螺栓孔的位置和内嵌螺栓杆(302)的位置在考虑到与底部横向分布钢筋(401)的分布设计协调和实际情况下均匀分布或随机分布，且需保证每个内嵌螺栓杆(302)均有与其对应连接的底部横向分布钢筋(401)，或有与其对应连接的底部横向分布钢筋(401)和顶部横向分布钢筋(402)。
10.根据权利要求9所述的一种可拆卸装配式高延性钢—混凝土组合梁，其特征在于，现场拼装时，预制混凝土楼板(2)通过螺栓套组(3)与钢梁(1)连接；所述安装螺母(304)在拼装和拆卸时使用电动扭矩扳手以提高施工效率。
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