CN107620258B - 一种胶粘式抗剪连接件及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胶粘式抗剪连接件及其施工方法，该胶粘式抗剪连接件包括一个或多个主杆、一底座和一胶粘层，一个或多个主杆的下端均固接在底座的顶面上，底座的底面通过胶粘层固接在钢桥面上。底座为平板或中间厚四周薄的变厚度板，底面刻有纹路。胶粘层充分嵌入底座底面的纹路内，实现与底座底面的长期牢固粘接。本发明通过扩大抗剪连接件的底座面积，采用胶粘的方式实现抗剪连接件与钢结构的可靠连接，不需输入热应力，可以有效改善钢结构的受力性能，尤其是抗疲劳性能，进而在钢桥面铺装结构应用中能够实现抗拔不抗剪的优异功能，并且还能够方便铺装结构的加固与更换，施工方便，经济性好，有效地降低了铺装结构后期的运营和维护费用。

Description

一种胶粘式抗剪连接件及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其是钢-混凝土组合结构领域，涉及一种胶粘式抗剪连接件及其施工方法。

背景技术

钢-混凝土组合结构通过连接件来保障钢结构与混凝土结构之间的共同受力，在工程中得到了广泛的应用，如南浦大桥、杨浦大桥、东海大桥、上海长江大桥、望东大桥、灌河大桥等。焊钉连接件和开孔板连接件是钢-混凝土组合结构中应用很广的两种连接件，二者都是通过焊接的方式与钢结构连接。焊接方式可以保证连接件与钢结构的可靠连接，但是，焊接过程中将会在钢结构中输入热应力，降低钢结构的受力性能，尤其是抗疲劳性能。

对于钢-混凝土组合结构的负弯矩区，或者采用水泥基材料的钢桥面铺装结构，要求在钢与混凝土连接界面的法向方向连接足够可靠，而在切向方向能够释放部分变形，即通常所说的抗拔不抗剪功能，从而降低混凝土结构的开裂风险。此外，对于采用水泥基材料的钢桥面铺装结构，由于钢结构部分和铺装结构的寿命不同，在运营过程中需要更换桥面铺装，采用传统焊接方式的焊钉连接件拆除难度较大，对铺装结构后期的运营和维护带来很大困难。

因此，亟需研发新型抗剪连接件，该连接件与钢结构的连接无需输入热应力，在钢-混凝土组合结构中能够实现抗拔不抗剪的优异功能，在钢桥面铺装结构中方便加固与更换，降低铺装结构后期的运营和维护费用。

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胶粘式抗剪连接件及其施工方法，以实现抗拔不抗剪的优异功能，并在钢桥面铺装结构中方便加固与更换，降低铺装结构后期的运营和维护费用。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种胶粘式抗剪连接件，包括：一个或多个主杆1、一底座2和一胶粘层3，其中一个或多个主杆1的下端均固接在底座2的顶面上，底座2的底面通过胶粘层3固接在钢桥面上。

上述方案中，每个主杆1均包括一圆柱头5和一直杆6，圆柱头5固接在直杆6的顶端，直杆6的底端作为主杆1的下端，固接在底座2的顶面上。

上述方案中，所述直杆6的横截面采用圆形，圆形横截面的直径D1为8～20mm，直杆6的高度H1为30～80mm；所述圆柱头5的直径D2为圆截面直杆6直径D1的1.5～2.0倍，圆柱头5的高度H2为圆截面直杆6直径D1的0.5～1.0倍。

上述方案中，所述底座2为平板或中间厚四周薄的变厚度板，底座2的底面通过胶粘层3固接在钢桥面7上。

上述方案中，所述底座2的平面投影为圆形、矩形、圆端矩形、圆倒角矩形或圆倒角三角形，所述底座2的平面面积A为主杆1所有圆截面直杆6面积之和的5～12倍，厚度T1为2～10mm，特征长度为L；对于底座2平面投影为圆形的情况，特征长度L为圆的直径；对于底座2平面投影为矩形、圆端矩形、圆倒角矩形的情况，特征长度L为矩形的短边宽度；对于底座2平面投影为圆倒角三角形的情况，特征长度L为三角形长边的高。

上述方案中，所述底座2的底面水平，其上刻有“#”形或“豆瓣”形的纹路8，以增加底座2的底面与胶粘层3之间的接触面积，使底座2的底面与胶粘层3牢固结合。

上述方案中，所述胶粘层3采用厚度T2为1～3mm的专用结构粘钢胶，其平面投影与底座2的底面相同，其充分嵌入底座2底面刻有“#”形或“豆瓣”形的纹路8之内，实现其与底座2底面的长期牢固粘接；在钢-混凝土组合结构或钢桥面铺装结构应用中，该胶粘式抗剪连接件绕垂直于特征长度L的水平轴的转角范围

上述方案中，该胶粘式抗剪连接件还包括一防护层4，防护层4粘贴于胶粘层3的底面及周边，具有防水防潮功能，其在胶粘式抗剪连接件运输及储存期间对胶粘层3的底面及周边进行有效防护，防护层4在胶粘式抗剪连接件安装前需拆除。

为达到上述目的，本发明还提供了一种将胶粘式抗剪连接件应用于钢桥面铺装结构的施工方法，该施工方法包括：

在工厂内加工主杆1和底座2并确保二者可靠连接；

根据使用温度、湿度、强度、疲劳性能和耐久性要求，配制胶粘层3所需的粘钢胶，并将胶粘层3与底座2底面进行有效粘结；

在胶粘层3的底面及四周粘接防护层4，封装成型胶粘式抗剪连接件；

钢桥面7表面喷砂除锈、清洁打磨，清洁打磨范围超过防护层的范围；

去掉胶粘层3上的防护层4，采用加温加压装置对连接件施加竖向压力，加热温度≥+100℃，胶粘式抗剪连接件紧密粘贴在钢桥面7表面上；

卸除加温加压装置，完成胶粘式抗剪连接件的施工；以及

待粘结强度形成后，在钢桥面7上依次施工钢筋混凝土结构层9、防水粘结层10及SMA磨耗层11，完成钢桥面铺装。

上述方案中，该方法还包括拆除与更换该胶粘式抗剪连接件的步骤，具体包括：

采用劈裂机或切割机在不设置胶粘式抗剪连接件的位置将SMA磨耗层11、防水粘结层10、钢筋混凝土层9切割为若干区块；

采用抓斗端部带加热功能的挖掘设备清理各区块，并对胶粘式抗剪连接件的胶粘层3进行加热，加热温度≥+100℃；以及

采用挖掘设备将设置连接件的各区块一并拆除。

(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、本发明提供的胶粘式抗剪连接件，通过扩大抗剪连接件的底座面积，采用胶粘的方式实现抗剪连接件与钢结构的可靠连接，进而有效保证了钢结构与混凝土结构之间的有效连接，在正常使用温度范围内该胶粘式抗剪连接件与焊接方式具有同等或更优异的抗拔连接强度。并且，该胶粘式抗剪连接件与钢结构的连接不需输入热应力，从而可以有效改善钢结构的受力性能，尤其是抗疲劳性能，进而在钢桥面铺装结构应用中能够实现抗拔不抗剪的优异功能，并且还能够方便铺装结构的加固与更换，施工方便，经济性好，有效地降低了铺装结构后期的运营和维护费用。

2、本发明提供的这种胶粘式抗剪连接件，通过设置一定厚度的胶结层，巧妙地利用胶结层弹性模量低的性能特点，使得抗剪连接件能够提供绕水平轴的偏转能力，转动角度可达1°～5°，能够实现抗拔不抗剪的功能，从而显著降低了混凝土的开裂风险。

3、本发明提供的这种胶粘式抗剪连接件，由于连接件通过胶粘的方式与钢结构连接，在钢桥面铺装结构应用中，能够极大方便钢与混凝土结构分离和拆除，且在分离和拆除过程不会对钢结构产生损伤，对铺装结构后期的运营和维护带来很大便利，可节约大量的工期和成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种胶粘式抗剪连接件的示意图(N＝1)；

图2a至图2c为本发明提供的一种胶粘式抗剪连接件与钢结构连接的示意图(N＝1～3及底座不同形状示意)；其中，图2a中N＝1，底座为变厚度圆形板；图2b中N＝2，底座为变厚度圆端矩形板；图2c中N＝3，底座为变厚度圆倒角三角形板。

图3为本发明提供的一种胶粘式抗剪连接件的底座底面的纹路示意图；其中，图3a中是“#”形纹路，图3b中是“豆瓣”形纹路。

图4为本发明提供的一种胶粘式抗剪连接件的抗拔不抗剪示意图。

图5为本发明提供的一种胶粘式抗剪连接件与传统连接件组合应用示意图；其中，图5a中是“梅花型”布置，图5b中是“一型”布置。

图6为本发明提供的一种胶粘式抗剪连接件与桥面铺装结构的关系示意图。

图7为本发明提供的一种胶粘式抗剪连接件在钢桥面铺装结构应用中的施工工艺流程示意图。

图8为本发明提供的一种胶粘式抗剪连接件在钢桥面铺装结构应用中的拆除与更换工艺流程示意图。

附图标记：

主杆1、底座2、胶粘层3、防护层4、圆柱头5、圆截面直杆6、钢桥面7、底座底面纹路8、钢筋混凝土结构层9、防水粘结层10、SMA磨耗层11。

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4所示，本发明提供的胶粘式抗剪连接件，其基于仿生学原理，包括：一个或多个主杆1、一底座2和一胶粘层3，其中一个或多个主杆1的下端均固接在底座2的顶面上，底座2的底面通过胶粘层3固接在钢桥面上。

在胶粘式抗剪连接件中，主杆1可以为一个，也可以为多个，一般为1、2或3个，每个主杆1均包括一圆柱头5和一直杆6，圆柱头5固接在直杆6的顶端，直杆6的底端作为主杆1的下端，固接在底座2的顶面上。

直杆6的横截面一般采用圆形，如图4所示，圆形横截面的直径D1为8～20mm，直杆6的高度H1为30～80mm。圆柱头5的直径D2为圆截面直杆6直径D1的1.5～2.0倍，圆柱头5的高度H2为圆截面直杆6直径D1的0.5～1.0倍。

底座2为平板或中间厚四周薄的变厚度板，底座2的底面通过胶粘层3固接在钢桥面7上。底座2的平面投影可以为圆形、矩形、圆端矩形、圆倒角矩形、圆倒角三角形等，底座2的平面面积A为主杆1所有圆截面直杆6面积之和的5～12倍，其厚度T1为2～10mm，其特征长度为L，对于底座2平面投影为圆形的情况，特征长度L为圆的直径；对于底座2平面投影为矩形、圆端矩形、圆倒角矩形的情况，特征长度L为矩形的短边宽度；对于底座2平面投影为圆倒角三角形的情况，特征长度L为三角形长边的高；底座2的底面水平，其上刻有“#”形或“豆瓣”形等纹路8，如图3所示，以增加底座2的底面与胶粘层3之间的接触面积，使底座2底面与胶粘层3牢固结合。底座2底面纹路8的宽度为0.5～1.0mm、深度为0.2～1.0mm。

胶粘层3采用厚度T2为1～3mm的专用结构粘钢胶，该专用结构粘钢胶例如可采用A、B双组分双酚A型改性环氧树脂结构胶按一定比例混合而成，其平面投影与底座2的底面相同，其充分嵌入底座2底面刻有“#”形或“豆瓣”形的纹路8之内，实现其与底座2底面的长期牢固粘接。

为了使底座2的底面通过胶粘层3牢固地固接在钢桥面上，胶粘层3的性能指标要求为：-30～+70℃使用温度范围内，抗拉强度≥50MPa、抗剪强度≥25MPa、弹性模量≥2000MPa；+100℃使用温度时，性能指标下降率≤10％；+150℃使用温度时，性能指标下降率≤70％；-40℃使用温度时，性能指标下降率≤20％；-50℃使用温度时，性能指标下降率≤50％；经500万次等幅正弦波疲劳荷载(使用温度-30～+70℃、频率5Hz、应力比5:1、最大应力5MPa)作用后不发生破坏；“钢对钢T冲击”剥离长度≤6mm，使用寿命≥50年，不同温度条件下的性能指标要求可通过成分胶体不同配比调配而成。由于胶粘层的弹性模量较低，仅为钢结构的0.01～0.02，因此其在钢-混凝土组合结构中能够实现抗拔不抗剪的优异功能，在钢桥面铺装结构中方便加固与更换。

在本发明实施例中，通过在胶粘式抗剪连接件中设置一定厚度的胶结层，巧妙地利用胶结层弹性模量低的性能特点，使得抗剪连接件能够提供绕水平轴的偏转能力，在钢-混凝土组合结构或钢桥面铺装结构应用中，胶粘式抗剪连接件绕垂直于特征长度L的水平轴的转角范围可达1°～5°，能够实现抗拔不抗剪的功能，从而显著降低混凝土的开裂风险。

在本发明实施例中，胶粘式抗剪连接件与钢结构通过专用结构粘钢胶粘接，通过扩大抗剪连接件底座的胶粘面积，可保证在正常使用温度范围内与焊接方式具有同等的抗拔连接强度。因此，本发明提供的胶粘式抗剪连接件与现有技术中的焊接连接件相比，其在施工过程中对钢结构无热应力输入，从而可以有效改善钢结构的受力性能，尤其是抗疲劳性能，而且施工便利，经济性好。

进一步地，为了对胶粘式抗剪连接件中胶粘层3的底面及周边进行防护，本发明提供的胶粘式抗剪连接件还包括一防护层4，防护层4粘贴在胶粘层3的底面及周边，防护层4的内表面光滑，具有防水防潮功能，其在胶粘式抗剪连接件运输及储存期间对胶粘层3的底面及周边进行有效防护，防护层4在胶粘式抗剪连接件安装前需拆除。

基于图1至图4所示的胶粘式抗剪连接件，本发明实施例还提供了一种将胶粘式抗剪连接件应用于钢桥面铺装结构的施工方法，如图7所示，该施工方法具体包括如下步骤：

在工厂内加工主杆1和底座2并确保二者可靠连接；

根据使用温度、湿度、强度、疲劳性能和耐久性要求，配制胶粘层3所需的粘钢胶，并将胶粘层3与底座2底面进行有效粘结；

在胶粘层3的底面及四周粘接防护层4，封装成型胶粘式抗剪连接件；

钢桥面7表面喷砂除锈、清洁打磨，清洁打磨范围超过防护层的范围；

去掉胶粘层3上的防护层4，采用加温加压装置对连接件施加竖向压力，加热温度≥+100℃，胶粘式抗剪连接件紧密粘贴在钢桥面7表面上；

卸除加温加压装置，完成胶粘式抗剪连接件的施工；以及

待粘结强度形成后，在钢桥面7上依次施工钢筋混凝土结构层9、防水粘结层10及SMA磨耗层11，完成钢桥面铺装。

在本发明实施例提供的胶粘式抗剪连接件应用于钢桥面铺装结构及其施工方法中，胶粘式抗剪连接件可以与传统焊钉连接件或开孔板连接件等组合成复合连接件体系，如图5所示，胶粘式抗剪连接件按“梅花型”或“一型”等交错等模式布置在传统焊钉连接件或开孔板连接件等的平面范围内，相互之间通过钢结构、混凝土、钢筋网连接，共同组合形成钢-混凝土组合结构，如图6所示。

进一步地，本发明提供的将胶粘式抗剪连接件应用于钢桥面铺装结构的施工方法，还包括拆除与更换该胶粘式抗剪连接件的步骤，如图8所示，该拆除与更换胶粘式抗剪连接件的步骤具体包括：

采用劈裂机或切割机在不设置胶粘式抗剪连接件的位置将SMA磨耗层11、防水粘结层10、钢筋混凝土层9切割为若干区块；

采用抓斗端部带加热功能的挖掘设备清理各区块，并对胶粘式抗剪连接件的胶粘层3进行加热，加热温度≥+100℃；以及

采用挖掘设备将设置连接件的各区块一并拆除。

通过上述将胶粘式抗剪连接件应用于钢桥面铺装结构的施工方法可以看出，本发明实施例提供的这种胶粘式抗剪连接件，由于连接件通过胶粘的方式与钢结构连接，在钢桥面铺装结构应用中，能够极大方便钢与混凝土结构分离和拆除，且在分离和拆除过程不会对钢结构产生损伤，对铺装结构后期的运营和维护带来很大便利，可节约大量的工期和成本。

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 (6)

1.一种胶粘式抗剪连接件，其特征在于，包括：一个或多个主杆（1）、一底座（2）和一胶粘层（3），其中一个或多个主杆（1）的下端均固接在底座（2）的顶面上，底座（2）的底面通过胶粘层（3）固接在钢桥面上；

其中，所述底座（2）为平板或中间厚四周薄的变厚度板，底座（2）的底面通过胶粘层（3）固接在钢桥面（7）上；所述底座（2）的平面投影为圆形、矩形、圆端矩形、圆倒角矩形或圆倒角三角形，所述底座（2）的平面面积A为主杆（1）所有圆截面直杆（6）面积之和的5~12倍，厚度T1为2~10mm，特征长度为L；

对于底座（2）平面投影为圆形的情况，特征长度L为圆的直径；对于底座（2）平面投影为矩形、圆端矩形、圆倒角矩形的情况，特征长度L为矩形的短边宽度；对于底座（2）平面投影为圆倒角三角形的情况，特征长度L为三角形长边的高；

所述底座（2）的底面水平，其上刻有“#”形或“豆瓣”形的纹路（8），以增加底座（2）的底面与胶粘层（3）之间的接触面积，使底座（2）底面与胶粘层（3）牢固结合；所述纹路（8）的宽度为0.5~1.0mm、深度为0.2~1.0mm；

所述胶粘层（3）采用厚度T2为1~3mm的专用结构粘钢胶，该专用结构粘钢胶是采用A、B双组分双酚A型改性环氧树脂结构胶按一定比例混合而成，其平面投影与底座（2）的底面相同，其充分嵌入底座（2）底面刻有“#”形或“豆瓣”形的纹路（8）之内，实现其与底座（2）底面的长期牢固粘接；

所述胶粘层（3）的性能指标要求为：-30~+70℃使用温度范围内，抗拉强度≥50MPa、抗剪强度≥25MPa、弹性模量≥2000MPa；+100℃使用温度时，性能指标下降率≤10%；+150℃使用温度时，性能指标下降率≤70%；-40℃使用温度时，性能指标下降率≤20%；-50℃使用温度时，性能指标下降率≤50%；在使用温度-30~+70℃、频率5Hz、应力比5:1、最大应力5MPa条件下，经500万次等幅正弦波疲劳荷载作用后不发生破坏；“钢对钢T冲击”剥离长度≤6mm，使用寿命≥50年，不同温度条件下的性能指标要求是通过成分胶体不同配比调配而成；

胶粘式抗剪连接件与钢结构通过专用结构粘钢胶粘接，通过扩大抗剪连接件底座的胶粘面积，保证在正常使用温度范围内与焊接方式具有同等的抗拔连接强度；

在钢-混凝土组合结构或钢桥面铺装结构应用中，该胶粘式抗剪连接件绕垂直于特征长度L的水平轴的转角范围ᴓ=1º~5º；

胶粘式抗剪连接件应用于钢桥面铺装结构及其施工方法中，胶粘式抗剪连接件能够与传统焊钉连接件或开孔板连接件组合成复合连接件体系，胶粘式抗剪连接件按“梅花型”或“一型”布置在传统焊钉连接件或开孔板连接件的平面范围内，相互之间通过钢结构、混凝土、钢筋网连接，共同组合形成钢-混凝土组合结构。

2.根据权利要求1所述的胶粘式抗剪连接件，其特征在于，每个主杆（1）均包括一圆柱头（5）和一直杆（6），圆柱头（5）固接在直杆（6）的顶端，直杆（6）的底端作为主杆（1）的下端，固接在底座（2）的顶面上。

3.根据权利要求2所述的胶粘式抗剪连接件，其特征在于，所述直杆（6）的横截面采用圆形，圆形横截面的直径D1为8~20mm，直杆（6）的高度H1为30~80mm；所述圆柱头（5）的直径D2为圆截面直杆（6）直径D1的1.5～2.0倍，圆柱头（5）的高度H2为圆截面直杆（6）直径D1的0.5～1.0倍。

4.根据权利要求1所述的胶粘式抗剪连接件，其特征在于，该胶粘式抗剪连接件还包括一防护层（4），防护层（4）粘贴于胶粘层（3）的底面及周边，具有防水防潮功能，其在胶粘式抗剪连接件运输及储存期间对胶粘层（3）的底面及周边进行有效防护，防护层（4）在胶粘式抗剪连接件安装前需拆除。

5.一种将权利要求1至4中任一项所述的胶粘式抗剪连接件应用于钢桥面铺装结构的施工方法，其特征在于，该施工方法包括：

在工厂内加工主杆（1）和底座（2）并确保二者可靠连接；

根据使用温度、湿度、强度、疲劳性能和耐久性要求，配制胶粘层（3）所需的粘钢胶，并将胶粘层（3）与底座（2）底面进行有效粘结；

在胶粘层（3）的底面及四周粘接防护层（4），封装成型胶粘式抗剪连接件；

钢桥面（7）表面喷砂除锈、清洁打磨，清洁打磨范围超过防护层的范围；

去掉胶粘层（3）上的防护层（4），采用加温加压装置对连接件施加竖向压力，加热温度≥+100℃，胶粘式抗剪连接件紧密粘贴在钢桥面（7）表面上；

卸除加温加压装置，完成胶粘式抗剪连接件的施工；以及

待粘结强度形成后，在钢桥面（7）上依次施工钢筋混凝土层（9）、防水粘结层（10）及SMA磨耗层（11），完成钢桥面铺装。

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，该方法还包括拆除与更换该胶粘式抗剪连接件的步骤，具体包括：

采用劈裂机或切割机在不设置胶粘式抗剪连接件的位置将SMA磨耗层（11）、防水粘结层（10）、钢筋混凝土层（9）切割为若干区块；

采用抓斗端部带加热功能的挖掘设备清理各区块，并对胶粘式抗剪连接件的胶粘层（3）进行加热，加热温度≥+100℃；以及

采用挖掘设备将设置连接件的各区块一并拆除。