CN107542031B

CN107542031B - 分枝型抗剪连接件及其在制备钢-混凝土组合结构中的应用

Info

Publication number: CN107542031B
Application number: CN201710870863.8A
Authority: CN
Inventors: 刘高; 张喜刚; 高原; 付佰勇; 王斐
Original assignee: CCCC Highway Long Bridge Construction National Engineering Research Center Co Ltd
Current assignee: CCCC Highway Long Bridge Construction National Engineering Research Center Co Ltd
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2023-09-22
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: CN107542031A

Abstract

本发明公开了一种分枝型抗剪连接件及其在制备钢‑混凝土组合结构中的应用，该分枝型抗剪连接件是基于仿生学原理，包括：主杆、分枝杆、圆柱头、引弧结。主杆为圆截面直杆，其下端通过引弧结与钢结构焊接，主杆的上部和/或侧面与分枝杆的下端连接，主杆和/或分枝杆的上端与圆柱头连接。主杆和分枝杆的直径、几何尺寸、连接位置等根据结构受力确定。本发明能有效保证钢与混凝土的连接、便于钢筋架设、施工方便。

Description

分枝型抗剪连接件及其在制备钢-混凝土组合结构中的应用

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种分枝型抗剪连接件及其在制备钢-混凝土组合结构中的应用。

背景技术

钢-混凝土组合结构是由钢梁、连接件和钢筋混凝土板组合成为整体而共同工作的一种结构。这种结构兼具钢结构和钢筋混凝土结构的一些特性，在桥梁工程中得到了广泛应用。如已经建成的东海大桥、上海长江大桥的引桥、港珠澳大桥的85m跨引桥等，正在设计的深中通道的引桥、大连湾跨海交通工程的引桥等都提出了钢-混凝土组合结构方案。

钢-混凝土组合结构通常采用连接件保证钢梁和钢筋混凝土板两种结构间的协同受力，常用的连接件有焊钉连接件和开孔板连接件。但是，开孔板连接件刚度很大，其在混凝土结构中容易引发较大的应力集中，从而导致混凝土结构开裂。传统的焊钉连接件刚度较小，其只有一个圆柱头，其与混凝土之间的连接能力较弱，从而导致钢筋混凝土板很容易出现开裂，尤其是钢-混组合连续梁在负弯矩处区由于桥面板承受较大的拉应力，极易出现开裂问题。此外，也是由于传统的焊钉连接件只有一个圆柱头，无法有效固定钢筋混凝土板内部的钢筋，钢筋定位需要采取额外措施，从而导致施工期间钢筋的定位经常发生破坏，无法达到理想的受力状态。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种基于仿生学原理的分枝型抗剪连接件及其在制备钢-混凝土组合结构中的应用，从而有效保证钢梁与钢筋混凝土结构之间的有效连接、不引入较大应力集中，同时便于钢筋架设、方便施工，为钢-混凝土组合结构的设计与施工提供更多的选择。

(二)技术方案

为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种分枝型抗剪连接件，基于仿生学原理，其包括：主杆、分枝杆、圆柱头和引弧结。其中，主杆为圆截面直杆，其下端通过引弧结与钢结构焊接。所述主杆的上部和/或侧面与所述分枝杆的下端连接，所述主杆和/或所述分枝杆的上端与所述圆柱头连接。

所述分枝杆的型式为上部分枝型、侧向分枝型、上部分枝型与侧向分枝型的组合型。

当所述分枝杆为上部分枝型时，所述主杆的上端与所述分枝杆的下端连接，所述分枝杆为圆截面曲杆，所述分枝杆的上端与所述圆柱头连接；当所述分枝杆为侧向分枝型时，所述主杆的侧面与一个或多个所述分枝杆的下端连接，所述分枝杆为圆截面曲杆或直杆，所述主杆和所述分枝杆的上端均与所述圆柱头连接；当所述分枝杆为上部分枝型与侧向分枝型的组合时，侧向分枝型的分枝杆的下端低于上部分枝型的分枝杆的下端。

上部分枝型的分枝杆的形状为U形、V形或开口槽形；侧向分枝型的分枝杆的形状可为形、/>形或\形。

所述主杆的直径R为10-30mm，优选为10mm、13mm、16mm、19mm、22mm或25mm；所述分枝杆的直径r比R小，其确定原则如下：

(I)对于上部分枝型，r＝(R/2+2)mm，若r为小数，则四舍五入只保留整数；

(II)对于侧向分枝型，若有一个分枝，r＝(R/2+2)mm，若r为小数，则四舍五入只保留整数；若有N个分枝，N≥2，r＝[R/(N+1)+1]mm，若r为小数，则四舍五入只保留整数；

(III)对于组合型，上部分枝型和侧向分枝型的分枝杆的r分别按原则(I)和(II)确定。

所述圆柱头的尺寸和与之相连的所述主杆或所述分枝杆的直径相关，所述圆柱头的直径d₁是与之相连的所述主杆或所述分枝杆直径的1.6～1.9倍，圆柱头的高度h₁是与之相连的所述主杆或所述分枝杆直径的0.5～0.8倍，优选地，所述圆柱头和与之相连的所述主杆或所述分枝杆交接处，设置圆弧倒角，避免应力集中。

所述主杆的长度L、所述分枝杆的高度h和宽度d的取值原则如下：

(I)对于上部分枝型，L＝30mm～180mm，并取10mm的整数倍；h＝2L/5～4L/5，并保留5mm的整数倍；d＝L/3～L/2，并保留5mm的整数倍；

(II)对于侧向分枝型，L＝40mm～250mm，并取10mm的整数倍；h＝L/3～L/2，并保留5mm的整数倍；d＝L/4～L/3，并保留5mm的整数倍；分枝杆在竖向平面内，其上端与主杆的上端可以保持平齐，也可以不平齐；若有N个分枝，N≥2，各分枝杆所在竖直平面之间的夹角α为90°的倍数。

所述主杆、所述分枝杆和所述圆柱头的材质均为ML15钢材。

另一方面，本发明提供了一种所述抗剪连接件在制备钢-混凝土组合结构中的应用，包括：将所述抗剪连接件焊接到钢结构上，所述抗剪连接件呈阵列排布；利用所述抗剪连接件将钢筋定位；浇筑混凝土，并养护成型。

又另一方面，本发明提供了一种钢-混凝土组合结构，包括：钢结构、钢筋混凝土板和所述的抗剪连接件，其中抗剪连接件焊接到所述钢结构上从而将钢结构与钢筋混凝土板紧密连接，所述抗剪连接件呈阵列排布，所述钢筋混凝土板通过利用所述抗剪连接件将钢筋定位后浇筑混凝土而形成。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种分枝型抗剪连接件，基于仿生学原理，其刚度比传统焊钉连接件大，且具有分枝杆和多个圆柱头，因此其与混凝土之间的连接能力较强，能够有效解决钢筋混凝土板的开裂问题；

2、本发明提供的这种分枝型抗剪连接件，其通过主杆与分枝杆的交叉，可以精准控制钢筋混凝土板内部钢筋的定位，施工方便，而且可以保障钢筋混凝土结构达到理想的受力状态。

附图说明

图1为本发明提供的不同形状的上部分枝型抗剪连接件的示意图；

图2为本发明提供的不同形状的侧向分枝型抗剪连接件的示意图；

图3为本发明提供的一种组合分枝型抗剪连接件的示意图；

图4为本发明提供的分枝型抗剪连接件的尺寸标注示意图；

图5为利用本发明提供的上部分枝型抗剪连接件定位钢筋的示意图；

图6为利用本发明提供的组合分枝型抗剪连接件定位钢筋的示意图。

附图标记说明：

1-主杆；2-分枝杆；3-圆柱头；4-引弧结；5-钢结构；6-钢筋。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1～图3所示，本发明提供的分枝型抗剪连接件，基于仿生学原理，其包括：主杆1、分枝杆2、圆柱头3、引弧结4。其中，主杆1为圆截面直杆，其下端通过引弧结4与钢结构5焊接。分枝杆2有3种型式：上部分枝型，主杆1的上端与分枝杆2的下端连接，分枝杆2为圆截面曲杆，其形状可为U型、V型、开口槽形等，分枝杆2的上端与圆柱头3连接；侧向分枝型，主杆1的侧面与一个或多个分枝杆2的下端连接，分枝杆2为圆截面曲杆或直杆，其形状可为型、/>型、\型等，主杆1和分枝杆2的上端均与圆柱头3连接；组合型，上部分枝型与侧向分枝型的组合，并且侧向分枝型的分枝杆2的下端低于上部分枝型的分枝杆2的下端。

另外，对于组合型，除了可以是上部分枝型与侧向分枝型的组合，如图3的左图所示，也可以是侧向分枝型与侧向分枝型的组合，如图3的右图所示。当然，图3的右图所示也可以认为是有多个分枝的侧向分枝型。

如图4所示，在所述的分枝型钢-混凝土组合结构用抗剪连接件中，主杆1的直径R一般为10-30mm，优选地可分6种规格：R＝10mm、13mm、16mm、19mm、22mm、25mm。分枝杆2的直径r比R小，其确定原则如下：

(III)对于组合型，连接件上部、侧向的分枝杆2的直径r分别按原则(I)、(II)确定。

圆柱头3的尺寸和与之相连的主杆1或分枝杆2的直径相关，圆柱头3的直径d₁是与之相连的主杆1或分枝杆2直径的1.6～1.9倍，圆柱头3的高度h₁是与之相连的主杆1或分枝杆2直径的0.5～0.8倍。在圆柱头3与主杆1的交接处或在圆柱头3与分枝杆2的交接处，可以设置有圆弧倒角，避免应力集中。

主杆1的长度L、分枝杆2的高度h和宽度d的取值原则如下：

(I)对于上部分枝型，L＝30mm～180mm，并取10mm的整数倍。h＝2L/5～4L/5，并保留5mm的整数倍；d＝L/3～L/2，并保留5mm的整数倍。

(II)对于侧向分枝型，L＝40mm～250mm，并取10mm的整数倍。h＝L/3～L/2，并保留5mm的整数倍；d＝L/4～L/3，并保留5mm的整数倍。分枝杆2在竖向平面内，其上端与主杆1的上端可以保持平齐，也可以不平齐。若有N个分枝，N≥2，各分枝杆2所在竖直平面之间的夹角α为90°的倍数。

通过主杆1与分枝杆2的交叉，可以精准控制钢筋混凝土板内部钢筋6的定位，施工方便，而且可以保障钢筋混凝土结构达到理想的受力状态。

所述主杆1、分枝杆2、圆柱头3的材质均为ML15钢材，其机械性能满足国标GB/T6478的有关要求。

图5为利用所述的上部分枝型抗剪连接件定位钢筋的示意图。多个抗剪连接件呈阵列排布，并通过引弧结4与钢结构5焊接，分枝杆2的朝向相同，在同一列(行)抗剪连接件的分枝杆2的开口中放置一钢筋6，并在靠近同一行(列)抗剪连接件的分枝杆2的一个侧面放置另一钢筋6。

利用所述的侧向分枝型抗剪连接件定位钢筋的方法与上部分枝型抗剪连接件相同，不再赘述。

图6为利用所述的组合分枝型抗剪连接件定位钢筋的示意图。多个抗剪连接件呈阵列排布，并通过引弧结4与钢结构5焊接，上部分枝型的分枝杆2和侧向分枝型的分枝杆2的朝向相同，在同一列(行)抗剪连接件的上部分枝型分枝杆2的开口中放置一钢筋6，并在同一行(列)抗剪连接件的侧向分枝型分枝杆2与主杆1的夹角处放置另一钢筋6。

在所述抗剪连接件制备钢-混凝土组合结构的应用中，先将抗剪连接件焊接到钢结构5上，所述抗剪连接件呈阵列排布；然后利用所述抗剪连接件将钢筋6定位；最后浇筑混凝土，并养护成型。

本发明中制备的钢-混凝土组合结构，包括：钢结构、钢筋混凝土板和所述的抗剪连接件，其中抗剪连接件焊接到所述钢结构上从而将钢结构与钢筋混凝土板紧密连接，所述抗剪连接件呈阵列排布，所述钢筋混凝土板通过利用所述抗剪连接件将钢筋定位后浇筑混凝土而形成。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种分枝型抗剪连接件，应用于制备钢-混凝土组合结构，包括：主杆(1)、分枝杆(2)、圆柱头(3)和引弧结(4)，其特征在于，所述主杆(1)为圆截面直杆，其下端通过所述引弧结(4)与钢结构(5)焊接；所述主杆(1)的上部和/或侧面与所述分枝杆(2)的下端连接，所述主杆(1)和/或所述分枝杆(2)的上端与所述圆柱头(3)连接；

所述分枝杆(2)的型式为上部分枝型、侧向分枝型、上部分枝型与侧向分枝型的组合型；

上部分枝型的分枝杆(2)的形状为U形、V形或开口槽形；

侧向分枝型的分枝杆(2)的形状为形、/>形或\形；

当所述分枝杆(2)为上部分枝型时，所述主杆(1)的上端与所述分枝杆(2)的下端连接，所述分枝杆(2)为圆截面曲杆，所述分枝杆(2)的上端与所述圆柱头(3)连接；

当所述分枝杆(2)为侧向分枝型时，所述主杆(1)的侧面与一个或多个所述分枝杆(2)的下端连接，所述分枝杆(2)为圆截面曲杆或直杆，所述主杆(1)和所述分枝杆(2)的上端均与所述圆柱头(3)连接；

当所述分枝杆(2)为上部分枝型与侧向分枝型的组合时，侧向分枝型的分枝杆(2)的下端低于上部分枝型的分枝杆(2)的下端；

所述主杆与所述分枝杆的交叉，控制钢筋混凝土板内钢筋的定位；

所述主杆(1)的长度L、所述分枝杆(2)的高度h和宽度d的取值原则如下：

(II)对于侧向分枝型，L＝40mm～250mm，并取10mm的整数倍；h＝L/3～L/2，并保留5mm的整数倍；d＝L/4～L/3，并保留5mm的整数倍；分枝杆(2)在竖向平面内，其上端与主杆(1)的上端可以保持平齐，也可以不平齐；若有N个分枝，N≥2，各分枝杆(2)所在竖直平面之间的夹角α为90°的倍数；

所述主杆(1)、所述分枝杆(2)和所述圆柱头(3)的材质均为ML15钢材。

2.根据权利要求1中所述的抗剪连接件，其特征在于，所述主杆(1)的直径R为10-30mm，所述分枝杆(2)的直径r比R小，其确定原则如下：

(III)对于组合型，上部分枝型和侧向分枝型的分枝杆(2)的r分别按原则(I)和(II)确定。

3.根据权利要求1中所述的抗剪连接件，其特征在于，所述圆柱头(3)的尺寸和与之相连的所述主杆(1)或所述分枝杆(2)的直径相关，所述圆柱头(3)的直径d₁是与之相连的所述主杆(1)或所述分枝杆(2)直径的1.6～1.9倍，圆柱头(3)的高度h₁是与之相连的所述主杆(1)或所述分枝杆(2)直径的0.5～0.8倍；

在所述圆柱头(3)与所述主杆(1)的交接处或在所述圆柱头(3)与所述分枝杆(2)的交接处，设置有圆弧倒角，避免应力集中。

4.一种权利要求1-3任一项所述的抗剪连接件在制备钢-混凝土组合结构中的应用，包括：将权利要求1-3任一项所述的抗剪连接件焊接到钢结构(5)上，所述抗剪连接件呈阵列排布；利用所述抗剪连接件将钢筋(6)定位；浇筑混凝土，并养护成型。

5.一种钢-混凝土组合结构，包括：钢结构(5)、钢筋混凝土板和权利要求1-3任一项所述的抗剪连接件，其中抗剪连接件焊接到所述钢结构(5)上从而将钢结构(5)与钢筋混凝土板紧密连接，所述抗剪连接件呈阵列排布，所述钢筋混凝土板通过利用所述抗剪连接件将钢筋(6)定位后浇筑混凝土而形成。