CN108316554A - 一种钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁及其施工方法，包括钢波纹甲壳、预应力钢绞线和混凝土层，钢波纹甲壳包括上翼缘、下翼缘、波纹腹板和端腹板；两条上翼缘左右平行布置，上翼缘之间通过至少一个上翼缘连接件相连接，两条下翼缘左右平行布置，下翼缘之间通过至少一个下翼缘连接件相连接，上翼缘与下翼缘上下平行布置，波纹腹板设于上翼缘和下翼缘之间，端腹板设于波纹腹板的端部，且架设于上翼缘和下翼缘之间；预应力钢绞线设于钢波纹甲壳内，并且以钢波纹甲壳的长度方向贯穿钢波纹甲壳，钢波纹甲壳内填充有混凝土以形成混凝土层，提出一种具有良好的抗剪、抗震、耐火以及经济的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构技术领域，具体涉及一种钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁及施工方法。
背景技术
总所周知，建筑结构抗震设防目标是小震不坏、中震可修、大震不坏。对于框架结构而言，需要做到强剪弱弯，其目的是让结构在大震时有足够的延性，以消耗大震时的能量，保证大震不倒。
现有的预应力钢筋混凝土梁，其抗剪承载力计算公式为V≤аcv*ft*b*ho+fyv*Asv/s*ho+0.05NPo,由该公式可知，箍筋的抗剪作用按箍筋的抗拉强度设计值计算，预应力筋不仅可以增强梁的抗弯能力，同时还可增强梁的抗剪能力。
现有的波纹腹板H型钢混凝土组合梁，为混凝土翼板与波纹腹板H型钢组成的组合梁，梁的剪力由波纹腹板承担，当波纹腹板在屈服前不发生屈曲时，波纹腹板的抗剪承载力为V≤fv*hw*tw.fv为腹板钢材的抗剪强度设计值，而钢材的抗剪强度设计值仅为抗拉强度设计值的0.58倍左右。基于波纹腹板的“手风琴”效应，波纹腹板H型钢混凝土组合梁当框架梁时，具有较好的延性及耗能效果。
现有的波纹钢腹板组合箱梁，是由混凝土顶底板、体外预应力筋和波纹腹板三者构成，箱梁中空、未浇筑混凝土，与普通混凝土腹板箱梁相比，具备自重轻、抗震性能好的优点，但一般用于桥梁结构，未曾用在建筑结构领域。
本公司在进行四角钢管、折线型侧板与混凝土组合柱的结构有限元分析及抗剪试验时发现：波纹板与混凝土组合，抗剪能力有大幅度提升，其抗剪承载力大于波纹板自身抗剪承载力与混凝土自身抗剪承载力的和，因波纹板与混凝土的相互约束作用，波纹板的抗剪承载力可按钢材的抗拉强度计算。且波纹板与混凝土组合后，比普通钢筋混凝土构件具有更好的延性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有良好的抗剪、抗震、耐火以及经济便捷的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁及其施工方法。
为达到上述目的，本发明提出一种钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，包括钢波纹甲壳、预应力钢绞线和混凝土层；其中，所述钢波纹甲壳包括上翼缘、下翼缘、波纹腹板和端腹板；两条所述上翼缘左右平行布置，所述上翼缘之间通过至少一个上翼缘连接件相连接，两条所述下翼缘左右平行布置，所述下翼缘之间通过至少一个下翼缘连接件相连接，所述上翼缘与下翼缘上下平行布置，所述波纹腹板设于所述上翼缘和下翼缘之间，所述端腹板设于所述波纹腹板的端部，且架设于所述上翼缘和下翼缘之间，以围成空心的矩形状钢波纹甲壳；所述预应力钢绞线设于所述钢波纹甲壳内，并且以所述钢波纹甲壳的长度方向贯穿所述钢波纹甲壳；所述钢波纹甲壳内填充有混凝土以形成所述混凝土层。
优选的，所述上翼缘和下翼缘均为长条形钢板，包括角钢、槽钢或钢管，左右平行设置的所述上翼缘之间留有浇筑混凝土用的空隙。
优选的，所述波纹腹板为钢板冷弯成波纹状或波浪状，分左右平行2组，并与所述上翼缘及下翼缘垂直布置，与所述上翼缘及下翼缘通过焊接相连接。
优选的，所述端腹板设于所述设于所述组合梁的端部；所述端腹板为加厚的平钢板、波纹状钢板或波浪状钢板；所述端腹板包括左右平行两组，并且所述端腹板与所述上翼缘和下翼缘垂直布置，与所述上翼缘及下翼缘通过焊接相连接。
优选的，所述上翼缘连接件为钢构件，垂直于左右平行布置的两根上翼缘之间；所述上翼缘连接件为平钢板、角钢或槽钢。
优选的，所述下翼缘连接件为钢构件，垂直于左右平行布置的两根下翼缘之间；所述下翼缘连接件为平钢板、角钢或槽钢。
优选的，所述预应力钢绞线由至少两根三股钢绞线或七股钢绞线组成，所述预应力钢绞线根据梁的弯矩包络图，设置成折线形或曲线形。
优选的，所述组合梁内设有纵向钢筋，与所述钢波纹甲壳、预应力钢绞线和混凝土层共同承载。
本发明还提出一种钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：将上翼缘、下翼缘、波纹腹板按设定位置摆放并焊接，再焊接端腹板、上翼缘连接件和下翼缘连接件，以形成空心的矩形状钢波纹甲壳；
步骤二:将所述钢波纹甲壳吊装到指定位置，将所述钢波纹甲壳的所述端腹板、上翼缘和下翼缘与梁支座分别进行连接；
步骤三：敷设预应力钢绞线及普通钢筋；
步骤四：浇筑微膨胀混凝土，并用振捣棒进行振捣压实，待凝固成型；
步骤五：混凝土达到设计强度后，对所述预应力钢绞线进行张拉、灌浆，并用细石混凝土对预应力张拉端进行封堵。
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明充分发挥了热轧钢材、冷弯钢材、混凝土、预应力筋等各材料的优点，比普通钢筋混凝土梁具有更好的抗剪及抗震性能，比波纹腹板H型钢组合梁具有更好的抗弯抗剪及耐火性能。
钢波纹腹板与混凝土腹板相互约束，有效提高梁的抗剪能力，并增加梁的抗震耗能能力。
钢波纹甲壳工厂制作，现场吊装，简单易行，在施工阶段，钢波纹甲壳承受施工荷载，无需模板支撑，大大节省施工成本；
整个施工过程大大减少了高空操作的工作面，降低了高空和其它危险作业方式，安全性大大提高；
本发明采用微膨胀混凝土可防治混凝土裂缝，提高混凝土性能，其中，添加的钨酸盐是一种负热膨胀材料，可有效克服混凝土由于热涨冷缩造成的裂缝。
附图说明
图1是本发明一实施例中钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁的结构示意图；
图2是本发明一实施例中钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁的横截面图；
图3是本发明一实施例中钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁的侧立面图。
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，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
本发明提出一种钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，包括钢波纹甲壳1、预应力钢绞线2和混凝土层，其中，钢波纹甲壳1包括上翼缘11、下翼缘12、波纹腹板13和端腹板14，两条上翼缘11左右平行布置，上翼缘11之间通过至少一个上翼缘连接件15相连接，两条下翼缘12左右平行布置，下翼缘12之间通过至少一个下翼缘连接件相连接，上翼缘11与下翼缘12上下平行布置，波纹腹板13设于上翼缘11和下翼缘12之间，端腹板14设于波纹腹板13的端部，且架设于上翼缘11和下翼缘12之间，以围成空心的矩形状钢波纹甲壳1；预应力钢绞线2设于钢波纹甲壳1内，并且以钢波纹甲壳1的长度方向贯穿钢波纹甲壳1；钢波纹甲壳1内填充有混凝土以形成混凝土层。
在本实施例中，上翼缘11和下翼缘12均为长条形钢板，包括角钢、槽钢或钢管，左右平行设置的上翼缘11之间留有浇筑混凝土用的空隙。
在本实施例中，波纹腹板13为钢板冷弯成波纹状或波浪状，分左右平行2 组，并与上翼缘11及下翼缘12垂直布置，与上翼缘11及下翼缘12通过焊接相连接。
在本实施例中，端腹板14设于设于组合梁的端部；端腹板14为加厚的平钢板、波纹状钢板或波浪状钢板；端腹板14包括左右平行两组，并且端腹板14 与上翼缘11和下翼缘12垂直布置，与上翼缘11及下翼缘12通过焊接相连接。
在本实施例中，上翼缘11连接件为钢构件，垂直于左右平行布置的两根上翼缘11之间；上翼缘11连接件为平钢板、角钢或槽钢。
在本实施例中，下翼缘12连接件为钢构件，垂直于左右平行布置的两根下翼缘12之间；下翼缘12连接件为平钢板、角钢或槽钢。
在本实施例中，预应力钢绞线2由至少两根三股钢绞线或七股钢绞线组成，预应力钢绞线根据梁的弯矩包络图，设置成折线形或曲线形。
在本实施例中，组合梁内设有纵向钢筋，与钢波纹甲壳、预应力钢绞线和混凝土层共同承载。
此外，本发明提出一种钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：将上翼缘11、下翼缘12、波纹腹板13按设定位置摆放并焊接，再焊接端腹板14、上翼缘11连接件和下翼缘12连接件，以形成空心的矩形状钢波纹甲壳1；
步骤二:将钢波纹甲壳1吊装到指定位置，将钢波纹甲壳1的端腹板14、上翼缘11和下翼缘12与梁支座分别进行连接；
步骤三：敷设预应力钢绞线及普通钢筋；
步骤四：浇筑微膨胀混凝土，并用振捣棒进行振捣压实，待凝固成型；
步骤五：混凝土达到设计强度后，对预应力钢绞线进行张拉、灌浆，并用细石混凝土对预应力张拉端进行封堵。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用；任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，其特征在于，包括钢波纹甲壳、预应力钢绞线和混凝土层；其中，所述钢波纹甲壳包括上翼缘、下翼缘、波纹腹板和端腹板；两条所述上翼缘左右平行布置，所述上翼缘之间通过至少一个上翼缘连接件相连接，两条所述下翼缘左右平行布置，所述下翼缘之间通过至少一个下翼缘连接件相连接，所述上翼缘与下翼缘上下平行布置，所述波纹腹板设于所述上翼缘和下翼缘之间，所述端腹板设于所述波纹腹板的端部，且架设于所述上翼缘和下翼缘之间，以围成空心的矩形状钢波纹甲壳；所述预应力钢绞线设于所述钢波纹甲壳内，并且以所述钢波纹甲壳的长度方向贯穿所述钢波纹甲壳；所述钢波纹甲壳内填充有混凝土以形成所述混凝土层。
2.根据权利要求1所述的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，其特征在于，所述上翼缘和下翼缘均为长条形钢板，包括角钢、槽钢或钢管，左右平行设置的所述上翼缘之间留有浇筑混凝土用的空隙。
3.根据权利要求1所述的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，其特征在于，所述波纹腹板为钢板冷弯成波纹状或波浪状，分左右平行2组，并与所述上翼缘及下翼缘垂直布置，与所述上翼缘及下翼缘通过焊接相连接。
4.根据权利要求1所述的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，其特征在于，所述端腹板设于所述设于所述组合梁的端部；所述端腹板为加厚的平钢板、波纹状钢板或波浪状钢板；所述端腹板包括左右平行两组，并且所述端腹板与所述上翼缘和下翼缘垂直布置，与所述上翼缘及下翼缘通过焊接相连接。
5.根据权利要求1所述的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，其特征在于，所述上翼缘连接件为钢构件，垂直于左右平行布置的两根上翼缘之间；所述上翼缘连接件为平钢板、角钢或槽钢。
6.根据权利要求1所述的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，其特征在于，所述下翼缘连接件为钢构件，垂直于左右平行布置的两根下翼缘之间；所述下翼缘连接件为平钢板、角钢或槽钢。
7.根据权利要求1所述的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，其特征在于，所述预应力钢绞线由至少两根三股钢绞线或七股钢绞线组成，所述预应力钢绞线根据梁的弯矩包络图，设置成折线形或曲线形。
8.根据权利要求1所述的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁，其特征在于，所述组合梁内设有纵向钢筋，与所述钢波纹甲壳、预应力钢绞线和混凝土层共同承载。
9.一种如权利要求1～9任一项所述的钢波纹甲壳与预应力混凝土组合梁的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将上翼缘、下翼缘、波纹腹板按设定位置摆放并焊接，再焊接端腹板、上翼缘连接件和下翼缘连接件，以形成空心的矩形状钢波纹甲壳；
步骤二:将所述钢波纹甲壳吊装到指定位置，将所述钢波纹甲壳的所述端腹板、上翼缘和下翼缘与梁支座分别进行连接；
步骤三：敷设预应力钢绞线及普通钢筋；
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