CN108265883A - 一种酒杯形截面钢-混凝土组合梁及其施工方法 - Google Patents

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周春利
李小伟
谭帅
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    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/293—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete

Abstract

本发明公开了一种酒杯形截面钢‑混凝土组合梁，包括一个工字形截面钢梁，工字形截面钢梁的上翼缘四周边缘分别焊接有垂直方向的两块上腹板和两块端板，两块上腹板、两块端板与上翼缘上表面共同组成一个开口钢箱，在两块上腹板内表面和上翼缘上表面沿纵向设置若干个PBL加劲肋、再用若干个拉杆将两块上腹板的PBL加劲肋间隔一定距离对拉起来，开口钢箱内填充混凝土。本发明还公开了酒杯形截面钢‑混凝土组合梁的施工方法。本发明酒杯形截面钢‑混凝土组合梁与钢筋混凝土梁相比自重减轻50％以上，与传统钢‑混凝土组合梁相比混凝土浇筑方便、能适应更大的跨度，与工字形截面钢梁相比受力性能更加合理，综合经济性能更好。

Description

一种酒杯形截面钢-混凝土组合梁及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种钢-混凝土组合梁，具体涉及一种酒杯形截面钢-混凝土组合梁及施工方法，属于建筑技术领域。
背景技术
组合结构是目前土木工程领域研究的热点之一，研究组合结构最基本的工作就是研究组合构件，钢-混凝土组合梁是应用比较广泛且研究较为成熟的组合构件之一。这里所述的钢-混凝土组合梁是由抗剪连接件将混凝土板与钢梁连接组合成一个整体，使混凝土板主要受压、钢梁主要受拉，充分发挥两种材料的优点。
传统的钢-混凝土组合梁主要由钢筋混凝土翼板、工字形钢梁和抗剪连接件组成。钢筋混凝土翼板通过抗剪连接件与钢梁组合成一个整体，共同承受横向荷载，钢筋混凝土翼板主要承受截面上的弯曲压应力，钢梁主要承受弯曲拉应力，可以充分发挥两种材料的长处,即称之为叠合梁，清华大学聂建国等人对此组合梁研究已经非常广泛而深入。除此之外，对其他新型截面钢-混凝土组合梁的研究也非常活跃，如湖南科技大学钟新谷等人对钢箱-混凝土组合梁进行了研究，长安大学周天华等人对帽型截面钢-混凝土组合梁进行了研究，哈尔滨工业大学张耀春等人对轻钢-混凝土组合梁进行了研究，华侨大学高轩能等人分别对薄壁槽型钢-混凝土组合梁、薄壁U型钢-混凝土组合梁进行了研究，广西大学陈宗平等人外包槽钢-混凝土组合梁进行了研究、西安建筑科技大学任瑞等人对槽钢骨架型钢-混凝土组合梁进行了研究，可以说组合梁现在研究处在“百花齐放，百家争鸣”良好态势。
但研究发现也有一些缺点，如抗剪连接件太多使施工成本增加，钢与混凝土界面也会发生滑移、竖向掀起现象，横向稳定性较差，混凝土板和钢梁的抗扭能力相差较大，钢梁的抗扭能力得不到充分发挥。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是传统钢-混凝土组合梁抗剪连接件太多使施工成本增加，钢与混凝土界面发生滑移、竖向掀起，横向稳定性较差等问题，同时也解决了现有普通工字形截面钢梁的抗扭能力较差、受压区翼缘与腹板容易失稳的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种酒杯形截面钢-混凝土组合梁，包括一个工字形截面钢梁，工字形截面钢梁的上翼缘四周边缘分别焊接有垂直方向的两块上腹板和两块端板，两块上腹板、两块端板与上翼缘上表面共同组成一个开口钢箱，在两块上腹板内表面和上翼缘上表面沿纵向设置若干个PBL加劲肋、再用若干个拉杆将两块上腹板的PBL加劲肋间隔一定距离对拉起来，开口钢箱内填充混凝土。
在具体实施时，利用拉杆将两块上腹板的PBL加劲肋对拉后，要保持上腹板的加劲肋与上翼缘上表面平行，从而保证对拉效果。
更进一步的方案是：
所述工字形截面钢梁区域可以按着普通工字形截面钢梁一样的构造处理、必要时设置横向加劲肋。
更进一步的方案是：
所述PBL加劲肋是带圆孔的加劲肋。
更进一步的方案是：
所述拉杆是用热轧带肋钢筋加工而成，拉杆的直径大于6mm；相邻拉杆的间距15～30cm。
更进一步的方案是：
所述PBL加劲肋与所述拉杆对拉方法是焊接连接或螺栓连接或销栓连接。
更进一步的方案是：
所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁的截面高宽比2～3，上翼缘(1)的厚度≤上腹板(2)的厚度≤工字型截面钢梁腹板(7)的厚度<工字型截面钢梁翼缘(6)的厚度；上翼缘(1)的位置距离梁的顶面为(1/2～1/3)h，h为梁高。
更进一步的方案是：
PBL加劲肋(3)的宽度为5～10cm；上翼缘(1)的厚度≤PBL加劲肋(3)的厚度≤上腹板(2)的厚度；PBL加劲肋(3)的圆孔(9)直径约为PBL加劲肋(3)的宽度的一半；相邻圆孔(9)净距离5～8cm。
本发明还提供了酒杯形截面钢-混凝土组合梁的施工方法，该方法包括如下步骤：
在工厂按着图纸焊接加工酒杯形截面钢-混凝土组合梁的钢结构部分并安装拉杆、运至施工现场后进行吊装、与两侧框架柱进行铰接或刚接、上翼缘上面开口钢箱浇筑混凝土。
其中，所述上翼缘上面开口钢箱浇筑混凝土，可单独浇筑，也可与梁上楼板同时浇筑。
本发明是通过对现有各种截面钢-混凝土组合梁的参考与归纳总结，提出了一种新型的更加合理的组合梁结构形式，即酒杯形截面钢-混凝土组合梁。酒杯形截面钢-混凝土组合梁具有以下优点：1)上部钢箱内设有沿纵向带拉杆的PBL加劲肋，使钢箱对混凝土的约束增强，混凝土处于双向或三向受压应力状态，进而提高了混凝土的承载力；2)带拉杆PBL加劲肋的设置，可减上腹板与混凝土脱空面积，防止上腹板向外侧发生失稳，同时PBL加劲肋板起到抗剪连接件的作用，使界面强度明显提高，实现了钢板和混凝土协调变形共同工作；3)由于上部受压区钢箱内混凝土全部受压、受拉区无混凝土，可大大减轻梁的自重；4)由于上部钢箱无顶板，容易浇筑混凝土，在实际工程中可与现浇楼板同时浇筑，梁与板的整体性能好；5)钢箱本身兼有受力筋和模板双重作用，施工方便、节约工期，省去了模板和支模架的费用，经济效果良好；6)酒杯形截面钢为焊接开口截面，内外侧均便于施焊，焊缝质量容易得到保证；7)酒杯形截面钢-混凝土组合梁的钢结构部分可工厂化制作，质量易于保证，同时梁的重量较轻，给安装就位带来很大便利，容易实现装配化，符合国家关于建筑装配化的相关政策。酒杯形截面钢-混凝土组合梁可用于混凝土结构、钢结构、组合结构的工业与民用建筑和桥梁结构中，既能实现现浇式施工又能装配式施工，具有理论研究价值和广阔的应用前景。
本发明酒杯形截面钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土梁相比自重减轻50％以上，与传统钢-混凝土组合梁相比混凝土浇筑方便、能适应更大的跨度，与工字形截面钢梁相比受力性能更加合理，综合经济性能更好。
附图说明
图1为酒杯形截面钢-混凝土组合梁横截面示意图；
图2为酒杯形截面钢-混凝土组合梁未填充混凝土时的顶部平面示意图；
图3为酒杯形截面钢-混凝土组合梁未填充混凝土时的三维模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如附图1、2、3所示，一种酒杯形截面钢-混凝土组合梁，包括一个工字形截面钢梁，在上翼缘1四周边缘分别焊接垂直方向的两块上腹板2和两块端板10，使上翼缘1上面形成一个开口钢箱，在两块上腹板2内表面和上翼缘1上表面沿纵向各设置一个PBL加劲肋3、再用若干个拉杆4将两块上腹板2的PBL加劲肋3间隔一定距离对拉起来，开口钢箱内填充混凝土。
作为本发明的另一个实施例，根据上腹板的高宽比不同，在上腹板内表面可以分别设置两个或者多个PBL加劲肋3；根据上翼缘的宽度，可以在上翼缘上表面设置两个或者多个PBL加劲肋。
另外，从附图也可以看出，PBL加劲肋均与对应的上腹板或上翼缘表面呈垂直关系。
所述工字形截面钢梁区域可以按着普通工字形截面钢梁一样的构造处理、必要时设置横向加劲肋8。横向加劲肋一般设置在工字型截面钢梁腹板7的两侧。
所述PBL加劲肋是带圆孔的加劲肋。
酒杯形截面钢-混凝土组合梁的截面高宽比2～3，上翼缘1的厚度≤上腹板2的厚度≤工字型截面钢梁腹板7的厚度<工字型截面钢梁翼缘6的厚度；上翼缘1的位置距离梁的顶面为(1/2～1/3)h，h为梁高。
PBL加劲肋3的宽度为5～10cm；上翼缘1的厚度≤PBL加劲肋3的厚度≤上腹板2的厚度；PBL加劲肋3的圆孔9直径约为PBL加劲肋3的宽度的一半；相邻圆孔9净距离5～8cm。
拉杆4为热轧带肋钢筋；拉杆4的直径大于6mm；拉杆4的间距15～30cm。
拉杆4与两块上腹板2的PBL加劲肋3的连接方法采用焊接连接或螺栓连接或销栓连接。
作为本发明的另一个实施例，提供了酒杯形截面钢-混凝土组合梁的施工方法，包括如下步骤：在工厂按着图纸焊接加工酒杯形截面钢-混凝土组合梁的钢结构部分并安装拉杆4、运至施工现场后进行吊装、与两侧框架柱进行铰接或刚接、上翼缘1上面开口钢箱浇筑混凝土。
混凝土可单独浇筑，也可与梁上楼板同时浇筑。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围之内。

Claims (9)

1.一种酒杯形截面钢-混凝土组合梁，包括一个工字形截面钢梁，其特征在于：工字形截面钢梁的上翼缘四周边缘分别焊接有垂直方向的两块上腹板和两块端板，两块上腹板、两块端板与上翼缘上表面共同组成一个开口钢箱，在两块上腹板内表面和上翼缘上表面沿纵向设置若干个PBL加劲肋、再用若干个拉杆将两块上腹板的PBL加劲肋间隔一定距离对拉起来，开口钢箱内填充混凝土。
2.根据权利要求1所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁，其特征在于：
所述工字形截面钢梁设置有横向加劲肋。
3.根据权利要求1所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁，其特征在于：
所述PBL加劲肋是带圆孔的加劲肋。
4.根据权利要求1所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁，其特征在于：
所述拉杆是用热轧带肋钢筋加工而成，拉杆的直径大于6mm；相邻拉杆的间距15～30cm。
5.根据权利要求4所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁，其特征在于：
所述PBL加劲肋与所述拉杆对拉方法是焊接连接或螺栓连接或销栓连接。
6.根据权利要求1所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁，其特征在于：
所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁的截面高宽比2～3，上翼缘(1)的厚度≤上腹板(2)的厚度≤工字型截面钢梁腹板(7)的厚度<工字型截面钢梁翼缘(6)的厚度；上翼缘(1)的位置距离梁的顶面为(1/2～1/3)h，h为梁高。
7.根据权利要求3所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁，其特征在于：
PBL加劲肋(3)的宽度为5～10cm；上翼缘(1)的厚度≤PBL加劲肋(3)的厚度≤上腹板(2)的厚度；PBL加劲肋(3)的圆孔(9)直径约为PBL加劲肋(3)的宽度的一半；相邻圆孔(9)净距离5～8cm。
8.权利要求1至7任一权利要求所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
在工厂按着图纸焊接加工酒杯形截面钢-混凝土组合梁的钢结构部分并安装拉杆、运至施工现场后进行吊装、与两侧框架柱进行铰接或刚接、上翼缘上面开口钢箱浇筑混凝土。
9.根据权利要求8所述酒杯形截面钢-混凝土组合梁的施工方法，其特征在于：
上翼缘上面开口钢箱浇筑混凝土，采用单独浇筑，或者与梁上楼板同时浇筑。
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