CN107675609A - 一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造及其施工方法，钢板剪力键包括开设有半圆孔的肋板，交替翻折的梯形翼缘板和半圆形端板，半圆孔内设有横向贯通钢筋，翼缘板间设有纵向弯折钢筋，上部混凝土面板浇筑于钢梁顶板上方，完全覆盖钢板剪力键；施工方法包括以下步骤：将剪力键所用钢板切割成型，交替翻折梯形翼缘板和端板，将肋板与钢梁顶板焊接成一体，放置横向贯通钢筋和纵向弯折钢筋，并绑扎构造用钢筋网，浇筑上部混凝土面板并正常养护至规定时间，拆除模板。本发明采用的交替翻折翼缘型钢板剪力键与钢梁焊接成一体，能实现上部混凝土与下部钢梁协同工作，具有结构简单、施工方便快捷、钢材浪费少的优点，有利于钢‑混凝土组合桥梁的推广应用。

Description

一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程和钢-混凝土组合结构技术领域，特别涉及一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造及其施工方法。

背景技术

钢-混凝土组合结构采用钢材和混凝土作为主要建材，通过黏结、机械咬合、连接件等方式共同工作，能够充分发挥两种材料性能的优势。在钢-混组合桥梁中，剪力键是保证钢与混凝土协同工作的关键，不仅承受钢与混凝土结合面的剪力作用，还承受拉拔力作用。剪力键的形式多样，按照变形能力可以分为柔性剪力键（以栓钉为主）和刚性剪力键（以开孔钢板为主）两类。已有剪力键技术如中国专利数据库公告的CN103982506A，一种有效提高焊接质量兼延性破坏特征的栓钉剪力键。该栓钉剪力键构造包括栓钉、钉帽和钉身，钉身根部连接有与母材焊接的底盘，底盘的直径大于所述钉身的直径，这种构造可避免栓钉受焊接影响，有利于提高焊接质量。又如中国专利数据库公告的CN105507429A，一种开孔钢板剪力键的构造及施工方法。该开孔钢板剪力键在钢梁翼缘板上焊接有T形剪力键，剪力键腹板开设U形槽，与钢梁翼缘板形成一个封闭的“门洞”，在该“门洞”内设置有主筋，这种构造抗拔性能好，纵向抗剪能力强，尤其适用于负弯矩区域。

上述剪力键虽在受力性能和施工中有诸多优点，但同时具有不足之处。如栓钉剪力键刚度较小，变形能力较大，抗剪承载力随变形的增大呈现大幅降低的趋势，同时顶帽与混凝土接触部位存在应力集中现象，导致栓钉剪力键的抗疲劳性能较弱。又如开孔钢板剪力键刚度较大，变形能力较小，易出现脆性破坏，同时开孔钢板剪力键用钢量较大，在钢板上钻孔的加工制作成本较高，施工时从钢板侧面逐一穿过圆孔架设贯通钢筋的操作相对困难，导致施工速度较慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造及其施工方法，其克服了背景技术中传统剪力键所存在的不足，该剪力键确保了钢梁与混凝土间具有足够的抗剪强度，交替翻折翼缘的构造提高了钢梁与混凝土间的抗拉拔性能，肋板开半圆孔（8）的构造解决了传统开孔钢板剪力键将贯通钢筋从侧面穿入圆孔困难的问题，并且具有结构简单、施工方便快捷、钢材浪费少的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，包括肋板2、梯形翼缘板3、半圆形端板4、横向贯通钢筋5和纵向弯折钢筋6，肋板2的下侧边沿下部钢梁1长度方向焊接在下部钢梁1顶面上，梯形翼缘板3和半圆形端板4的数目相等且均设置有若干个，所有的梯形翼缘板3的下底边均固定设置在肋板2的上侧边并沿肋板2的长度方向左右交替翻折，每个梯形翼缘板3的顶边均对应与一个半圆形端板4的直边连接，肋板2上开设有位于相邻两个梯形翼缘板3之间的半圆孔8，横向贯通钢筋5水平放置在半圆孔8内，纵向弯折钢筋6位于横向贯通钢筋5上方并沿肋板2的长度方向设置，纵向弯折钢筋6依次绕过向左翻折和向右翻折的梯形翼缘板3。

所述的下部钢梁1为型钢、工字钢、钢板梁、钢桁梁或钢箱梁；剪力键肋板2与钢梁1的顶面垂直布置。

肋板2、梯形翼缘板3和半圆形端板4由整块钢板切割而成，整块钢板在预制工厂切割出半圆孔8和梯形翼缘板3的轮廓，整块钢板正好切割成两套肋板2、梯形翼缘板3和半圆形端板4，将半圆孔8对侧的钢板交替弯折成为梯形翼缘板3和半圆形端板4，半圆孔8同侧的钢板成为剪力键的肋板2。

肋板2、梯形翼缘板3、半圆形端板4、横向贯通钢筋5和纵向弯折钢筋6完全浇筑于混凝土面板7中，混凝土面板7下表面与下部钢梁1顶板上表面贴合。

所述肋板2、梯形翼缘板3和半圆形端板4同厚度，厚度为8~16mm，肋板2高度为60~100mm，梯形翼缘板3高度为80~120mm，向左翻折的梯形翼缘板3与向右翻折的梯形翼缘板3的夹角为30°~120°，半圆形端板4在梯形翼缘板3上端部翻折为水平状态。

半圆孔8的直径为40~60mm，相邻两个半圆孔8之间的距离为3~4倍半圆孔8的孔径，半圆形端板4直径和半圆孔8直径相等。

一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：在工厂按照设计要求预制下部钢梁1；

步骤二：在工厂按照设计要求将整块钢板切割出半圆孔8和梯形翼缘板3的轮廓，将半圆孔8对侧的钢板交替弯折成为梯形翼缘板3和半圆形端板4，与翼缘板3相连的半圆形端板4弯折为水平布置，半圆孔8同侧的钢板成为剪力键的肋板2；

步骤三：将下部钢梁1和交替翻折翼缘型钢板剪力键吊装、运输至施工现场，下部钢梁1架设就位，将剪力键肋板2下缘沿钢梁1的长度方向焊接在钢梁1顶板上表面；

步骤四：在施工现场按照设计要求搭设浇筑混凝土用模板，在剪力键肋板2上的半圆孔8内放置横向贯通钢筋5，并在梯形翼缘板3间放置纵向弯折钢筋6，随后绑扎混凝土面板7内的钢筋网；

步骤五：按照现浇混凝土通用方法进行混凝土面板7浇筑施工；

步骤六：混凝土常规养护完成后，拆除混凝土模板，使成型后的混凝土面板7通过交替翻折翼缘型钢板剪力键与下部钢梁1连接成为一个整体。

步骤二中的整块钢板采用数控切割机切割，将整块钢板按照半圆孔8和梯形翼缘板3的轮廓连线一分为二，即整块钢板正好切割成两套肋板2、梯形翼缘板3和半圆形端板4；

所述肋板2下侧边缘设坡口，采用自动切割成型并打磨平整，与所述下部钢梁1顶板采用埋弧自动焊接连接。

所述下部钢梁1和剪力键外表面采用全自动喷丸除锈机除锈。

所述绑扎混凝土面板7的钢筋网的施工方法与现行工程施工方法一致；所述混凝土面板7常规养护时间不少于7天。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：

1）本发明的交替翻折翼缘型钢板剪力键，其剪力键本体可由一整块规则矩形钢板按照梯形翼缘轮廓和半圆孔切割形成相同的两块，将整块钢板一分为二，保证了整块钢板的利用率，没有浪费材料，并且加工方便。

2）本发明的剪力键半圆孔对侧左右交替翻折的梯形翼缘板和半圆形端板，均与混凝土接触面呈一定的夹角，在保证具有足够的抗剪强度的同时，提高了钢梁与混凝土土间的抗拉拔性能，因此整体性好。

3）本发明的剪力键肋板上开设的半圆孔为开口形式，横向贯通钢筋可直接由上放置于半圆槽口内，避免了传统开孔钢板剪力键的横向贯通钢筋由圆孔侧面穿过的繁琐工序，减少施工中的穿孔作业，简化了钢筋的布置工艺，因此能够降低施工难度、加快施工进度。

4）本发明的纵向弯折钢筋一方面可以作为混凝土面板的构造钢筋，提高混凝土的配筋率，另一方面钢筋的弯折形式与翼缘板的翻折方向相协调，有助于改善混凝土内部的应力分布，同时依次绕过梯形翼缘板的弯折钢筋进一步提高了钢板剪力键的抗剪强度。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的交替翻折翼缘型钢板剪力键的结构示意图（显示部分混凝土面板）。

图2是图1的正立面图（未显示混凝土面板）。

图3是图1的左视图（未显示混凝土面板）。

图4是图1的俯视图（未显示混凝土面板）。

图5是本发明实施例1提供的交替翻折翼缘型钢板剪力键的施工方法流程图。

图6是本发明实施例1提供的图1整块钢板的切割路径示意图。

图7是按照图6所示切割路线加工并分离得到两块剪力键的示意图。

图8是按照图7所示一块剪力键交替翻折翼缘示意图。

图9是本发明实施例1提供的交替翻折翼缘型钢板剪力键与下部钢梁的连接示意图。

图10是本发明实施例1提供的交替翻折翼缘型钢板剪力键在肋板半圆孔内放置贯通钢筋的示意图。

图11是本发明实施例1提供的交替翻折翼缘型钢板剪力键在翼缘板间放置弯折钢筋的示意图。

图12是本发明实施例2提供的交替翻折翼缘型钢板剪力键的结构示意图（显示部分混凝土面板）。

附图标记：1—下部钢梁；2—肋板；3—梯形翼缘板；4—半圆形端板；5—横向贯通钢筋；6—纵向弯折钢筋；7—混凝土面板；8—半圆孔；9—钢梁顶板；10—钢箱梁。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造及其施工方法作进一步详细说明。

需要说明的是，本附图并非采用精确的比例，仅用于方便、清晰地说明本发明的实施。同时，在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。

实施例1

一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，如图1~4所示，包括下部钢梁1采用型钢，在下部钢梁1上翼缘即钢梁顶板9上方焊接交替翻折翼缘型钢板剪力键，该剪力键肋板2上开设有半圆孔8，上方为交替翻折而成的梯形翼缘板3和半圆形端板4，半圆孔8内放置横向贯通钢筋5，翼缘板间放置纵向弯折钢筋6。

肋板2与钢梁顶板9垂直布置，肋板2沿钢梁顶板9的长度方向布置，肋板2、梯形翼缘板3、半圆形端板4、横向贯通钢筋5和纵向弯折钢筋6完全浇筑于混凝土面板7中，混凝土面板7下表面与钢梁顶板7上表面贴合。

本实施例中肋板2、梯形翼缘板3和半圆形端板4厚度均为12mm，肋板2高度为80mm，梯形翼缘板3高度为100mm，向左翻折的梯形翼缘板3和向右翻折的梯形翼缘板3的夹角为60°，半圆形端板4直径为50mm，半圆孔8的直径为50mm，间距为200mm，横向贯通钢筋5和纵向弯折钢筋6直径可选择与混凝土面板中纵向受力钢筋直径一致，优选直径为22mm，纵向弯折钢筋6弯起半径30mm。

本实施例一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的施工方法包括以下步骤，如图5所示：

S01：型钢预制；

S02：交替翻折翼缘型钢板剪力键加工制作；

S03：钢构件运输、吊装、架设，型钢与剪力键焊接连接；

S04：搭设模板，放置贯通钢筋和弯折钢筋，绑扎钢筋网；

S05：混凝土浇筑；

S06：混凝土养护，拆除模板。

本发明的具体步骤为：

第一步，下部钢梁采用型钢构件，预制完成后采用钢板矫平机对钢板进行矫平，消除钢板的残余变形和减少轧制内应力。

第二步，剪力键本体钢板11可由一整块规则矩形钢板按照翼缘轮廓线12和半圆孔8切割形成相同的两块，将整块钢板一分为二，从而得到两块剪力键本体钢板13，避免钢材浪费，如图6、7所示；再将一块剪力键本体钢板13的梯形翼缘板3交替弯折，与起始位置呈30°夹角，半圆形端板4弯折90°呈水平布置，如图8所示；肋板2下缘设坡口，采用自动切割成型并打磨平整，完成剪力键加工。

第三步，型钢钢梁和交替翻折翼缘型钢板剪力键吊装、运输至施工现场，型钢架设就位，将剪力键肋板2下缘焊接连接在钢梁顶板9上方，采用埋弧自动焊接，剪力键与下部钢梁1的连接示意图如图9所示。

第四步，在施工现场按照设计要求搭设浇筑混凝土用模板，在剪力键肋板2上的半圆孔8内放置横向贯通钢筋5，横向贯通钢筋5可直接由上放置于半圆孔8内，减少施工中的穿孔作业，简化了钢筋的布置工艺，如图10所示，随后在梯形翼缘板3间放置纵向弯折钢筋6，如图11所示，最后绑扎混凝土面板的钢筋网。

第五步，按照现浇混凝土通用方法进行混凝土面板浇筑施工。

第六步，混凝土常规养护完成后，拆除混凝土模板，使成型后的混凝土面板通过交替翻折翼缘型钢板剪力键与下部钢梁1连接成为一个整体。交替翻折的梯形翼缘板3和半圆形端板4，均与混凝土接触面呈一定的夹角，在保证具有足够的抗剪强度的同时，提高了钢梁与混凝土土间的抗拉拔性能，整体性好。

实施例2

一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，如图11所示，包括下部钢梁采用钢箱梁10，在钢箱梁上翼缘即钢梁顶板7上方焊接2组交替翻折翼缘型钢板剪力键。

本实施例中肋板2与梯形翼缘板3厚度均为16mm，肋板2高度为100mm，梯形翼缘板3高度为80mm，梯形翼缘板3的夹角为90°，半圆孔8和半圆形端板4的直径为60mm，间距为200mm，横向贯通钢筋5和纵向弯折钢筋6直径为28mm，纵向弯折钢筋6弯起半径为40mm。

本实施例的其他构造与施工方法与实施例1相同，此处不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，其特征在于：包括肋板（2）、梯形翼缘板（3）、半圆形端板（4）、横向贯通钢筋（5）和纵向弯折钢筋（6），肋板（2）的下侧边沿下部钢梁（1）长度方向焊接在下部钢梁（1）顶面上，梯形翼缘板（3）和半圆形端板（4）的数目相等且均设置有若干个，所有的梯形翼缘板（3）的下底边均固定设置在肋板（2）的上侧边并沿肋板（2）的长度方向左右交替翻折，每个梯形翼缘板（3）的顶边均对应与一个半圆形端板（4）的直边连接，肋板（2）上开设有位于相邻两个梯形翼缘板（3）之间的半圆孔（8），横向贯通钢筋（5）水平放置在半圆孔（8）内，纵向弯折钢筋（6）位于横向贯通钢筋（5）上方并沿肋板（2）的长度方向设置，纵向弯折钢筋（6）依次绕过向左翻折和向右翻折的梯形翼缘板（3）。

2.根据权利要求1所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，其特征在于：所述的下部钢梁（1）为型钢、工字钢、钢板梁、钢桁梁或钢箱梁；剪力键肋板（2）与钢梁（1）的顶面垂直布置。

3.根据权利要求1所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，其特征在于：肋板（2）、梯形翼缘板（3）和半圆形端板（4）由整块钢板切割而成，整块钢板在预制工厂切割出半圆孔（8）和梯形翼缘板（3）的轮廓，整块钢板正好切割成两套肋板（2）、梯形翼缘板（3）和半圆形端板（4），将半圆孔（8）对侧的钢板交替弯折成为梯形翼缘板（3）和半圆形端板（4），半圆孔（8）同侧的钢板成为剪力键的肋板（2）。

4.根据权利要求1所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，其特征在于：肋板（2）、梯形翼缘板（3）、半圆形端板（4）、横向贯通钢筋（5）和纵向弯折钢筋（6）完全浇筑于混凝土面板（7）中，混凝土面板（7）下表面与下部钢梁（1）顶板上表面贴合。

5.根据权利要求4所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，其特征在于：所述肋板（2）、梯形翼缘板（3）和半圆形端板（4）同厚度，厚度为8~16mm，肋板（2）高度为60~100mm，梯形翼缘板（3）高度为80~120mm，向左翻折的梯形翼缘板（3）与向右翻折的梯形翼缘板（3）的夹角为30°~120°，半圆形端板（4）在梯形翼缘板（3）上端部翻折为水平状态。

6.根据权利要求4所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的构造，其特征在于：半圆孔（8）的直径为40~60mm，相邻两个半圆孔（8）之间的距离为3~4倍半圆孔（8）的孔径，半圆形端板（4）直径和半圆孔（8）直径相等。

7.根据权利要求1~6任一项所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在工厂按照设计要求预制下部钢梁（1）；

步骤二：在工厂按照设计要求将整块钢板切割出半圆孔（8）和梯形翼缘板（3）的轮廓，将半圆孔（8）对侧的钢板交替弯折成为梯形翼缘板（3）和半圆形端板（4），与翼缘板（3）相连的半圆形端板（4）弯折为水平布置，半圆孔（8）同侧的钢板成为剪力键的肋板（2）；

步骤三：将下部钢梁（1）和交替翻折翼缘型钢板剪力键吊装、运输至施工现场，下部钢梁（1）架设就位，将剪力键肋板（2）下缘沿钢梁1的长度方向焊接在钢梁（1）顶板上表面；

步骤四：在施工现场按照设计要求搭设浇筑混凝土用模板，在剪力键肋板（2）上的半圆孔（8）内放置横向贯通钢筋（5），并在梯形翼缘板（3）间放置纵向弯折钢筋（6），随后绑扎混凝土面板（7）内的钢筋网；

步骤五：按照现浇混凝土通用方法进行混凝土面板（7）浇筑施工；

步骤六：混凝土常规养护完成后，拆除混凝土模板，使成型后的混凝土面板（7）通过交替翻折翼缘型钢板剪力键与下部钢梁（1）连接成为一个整体。

8.根据权利要求7所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的施工方法，其特征在于：步骤二中的整块钢板采用数控切割机切割，将整块钢板按照半圆孔（8）和梯形翼缘板（3）的轮廓连线一分为二，即整块钢板正好切割成两套肋板（2）、梯形翼缘板（3）和半圆形端板（4）；

所述肋板（2）下侧边缘设坡口，采用自动切割成型并打磨平整，与所述下部钢梁（1）顶板采用埋弧自动焊接连接。

9.根据权利要求7所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的施工方法，其特征在于：所述下部钢梁（1）和剪力键外表面采用全自动喷丸除锈机除锈。

10.根据权利要求7所述的一种交替翻折翼缘型钢板剪力键的施工方法，其特征在于：所述绑扎混凝土面板（7）的钢筋网的施工方法与现行工程施工方法一致；所述混凝土面板（7）常规养护时间不少于7天。