CN108331181A - 预制混凝土梁湿接缝连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预制混凝土梁湿接缝连接结构，包括预制混凝土梁及现浇在预制混凝土梁之间的现浇湿接缝混凝土；预制混凝土梁包括梁内预制混凝土及预埋在梁内预制混凝土中的搭接钢筋；梁内预制混凝土的拼接侧的中部沿长度方向设有燕尾形的榫头；搭接钢筋在预制混凝土梁长度方向上间隔预埋设置在梁内预制混凝土中，搭接钢筋与相对的预制混凝土梁中对应的搭接钢筋在接缝中连接。本发明的预制混凝土梁湿接缝连接结构在预制混凝土梁的拼接面上形成榫头，利用现浇湿接缝混凝土的竖向和横向收缩共同形成两个方向自锁，提高预制混凝土梁连接的耐久性；预制混凝土梁内预埋有部分伸入接缝内的搭接钢筋，提高现浇湿接缝混凝土湿接缝连接的横向连接强度。
Description
技术领域
本发明涉及预制混凝土梁拼装技术领域，具体地指一种预制混凝土梁湿接缝连接结构。
背景技术
预制拼装混凝土梁有利于提高工程质量、缩短项目建设工期、节约建设材料、降低工程造价、提高综合社会经济效益，历来是中小跨径常规桥梁建设的主要组成部分。由于运输、吊装等能力的限制，预制拼装混凝土梁一般采用分片预制，现场拼装的方式形成整体，安装附属设施后即可开放交通用于营运。因预制混凝土梁的翼缘板连接为整体现场工程量小、施工便捷，是现场拼装首选的连接形式，现浇混凝土湿接缝连接是预制混凝土梁翼缘板连接最为常用的连接结构。
硬化过程中产生自身收缩是混凝土的一个基本特性，通常情况下是一种不利的作用，特别是对于预制梁和现浇混凝土湿接缝间的粘结咬合。由于预制梁存在工厂预制完成后的存梁和运输过程，一般有三个月的时间，其混凝土的收缩已基本完成。现场浇筑的混凝土收缩此时才开始发生，若预制混凝土梁与现浇湿接缝混凝土界面处理不当时，现场浇筑的混凝土收缩产生的拉力将使两者在粘结最为薄弱的界面处出现缝隙，导致雨水、洒水车清洁用水等沿缝隙渗入引起钢筋锈蚀，影响桥梁耐久性。此外，目前预制混凝土梁表面与现浇湿接缝表面采用的竖直面，交界面处多存在粘结咬合不良，渗水导致钢筋锈蚀，产生影响结构耐久性的问题。
因此，有必要研究一种充分利用湿接缝现浇混凝土特性，有效提高预制混凝土梁表面与现浇湿接缝表面粘结咬合性能的预制混凝土梁湿接缝连接结构，消除上述湿接缝连接中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种预制混凝土梁湿接缝连接结构，能够提高预制混凝土梁连接的耐久性。
为实现上述目的，本发明所设计的预制混凝土梁湿接缝连接结构，包括预制混凝土梁及现浇在二个相对设置的所述预制混凝土梁之间的现浇湿接缝混凝土；所述预制混凝土梁包括梁内预制混凝土及预埋在所述梁内预制混凝土中的搭接钢筋；所述梁内预制混凝土的拼接侧的中部沿长度方向设有燕尾形的榫头；所述搭接钢筋在所述预制混凝土梁长度方向上间隔预埋设置在所述梁内预制混凝土中，所述搭接钢筋与相对的所述预制混凝土梁中对应的所述搭接钢筋在所述接缝中连接。
作为优选方案，所述榫头的横向截面呈两底边竖直放置的等腰梯形，所述等腰梯形的长底边朝向所述接缝内，所述榫头的长度方向垂直于每一所述搭接钢筋所在的平面。
作为优选方案，所述榫头内侧的上方、下方分别通过外斜面与所述梁内预制混凝土的上端面、下端面接合。
作为优选方案，上方、下方的所述外斜面分别与所述梁内预制混凝土的上端面、下端面在所述梁内预制混凝土内成钝角。
作为优选方案，所述外斜面与所述榫头的竖直面的之间的竖向夹角在5°～30°之间。
作为优选方案，所述榫头的等腰梯形的腰所在的腰面与所述外斜面之间的夹角为90°。
作为优选方案，所述搭接钢筋包括二根在横向上下平行设置的横向筋及弧线连接二根所述横向钢筋在所述接缝内的末端的弧形筋，相对的所述预制混凝土梁内横向相对应的所述搭接钢筋在接缝内部分重叠，二个对应的所述搭接钢筋的重叠部分形成圆端形结构，每一所述搭接钢筋的上下两根所述横向筋分别位于所述榫头的上方和下方。
作为优选方案，二个对应的所述搭接钢筋的重叠部分被绑扎或焊接固定。
作为优选方案，所述梁内预制混凝土中进一步预埋有架立钢筋，所述架立钢筋包括竖直方向设置的纵向筋及设置在所述纵向筋两端头的弯钩，所述弯钩分别勾挂住所述搭接钢筋的上下所述横向筋其中之一，所述架立钢筋沿所述横向筋的长度方向等间距设置。
作为优选方案，所述梁内预制混凝土中进一步预埋有带头锚固钢筋，所述带头锚固钢筋包括在横向水平设置的加强直筋及固定在所述加强直筋一侧端头的锚固头，所述加强直筋平行置于所述搭接钢筋的二根所述横向筋之间，所述加强直筋横穿至所述榫头内，所述锚固头靠近所述榫头的外端面。
本发明的有益效果是：本发明的预制混凝土梁湿接缝连接结构在预制混凝土梁的拼接面上形成榫头，预制混凝土梁与现浇湿接缝混凝土之间形成折线交界面。利用现浇湿接缝混凝土的竖向收缩和横向收缩，使现浇湿接缝混凝土与预制混凝土梁在交界面处压紧，共同形成两个方向的收缩自锁，避免交界面处出现裂缝，阻止水分渗流到内部，能够提高预制混凝土梁连接的耐久性；预制混凝土梁内预埋有部分伸入接缝内的搭接钢筋及榫头内带头锚固钢筋，搭接钢筋相互搭接，提高现浇湿接缝混凝土湿接缝连接的横向连接强度，带头锚固钢筋提高榫头与现浇湿接缝混凝土的连接强度及施工中榫头的抗意外撞击能力。
附图说明
图1为采用本发明的优选实施例的预制混凝土梁湿接缝连接结构的预制混凝土梁部分剖开后的立体结构示意图。
图2为图1中的预制混凝土梁湿接缝连接结构沿A-A方向的剖视结构示意图。
图3为图2中预制混凝土梁湿接缝连接结构未现浇湿接缝混凝土的结构示意图。
图4为图2中的预制混凝土梁湿接缝连接结构的预制混凝土梁的结构示意图。
图5为图4中I部分的放大结构示意图。
图6为图2中左上部分的放大结构示意图。
图中各部件标号如下：预制混凝土梁10(其中，梁内预制混凝土11、搭接钢筋12、架立钢筋13、带头锚固钢筋14)；榫头111、外斜面112、长底边面113、腰面114；横向筋121、弧形筋122；纵向筋131、弯钩132；加强直筋141、锚固头142；现浇湿接缝混凝土20。
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详细说明。
如前文所述，由于新旧混凝土交界面有效粘结咬合是湿接缝连接的关键，本发明旨在通过改变预制梁和现浇混凝土湿接缝间界面形式，以充分利用混凝土的收缩特性使界面处由拉力变为压力，从而避免缝隙的出现。
请参阅图1和图2，采用本发明优选实施例的预制混凝土梁湿接缝连接结构来连接预制混凝土梁时，在两片预制混凝土梁10间浇筑的现浇湿接缝混凝土20，达到强度后即可使两片预制混凝土梁10连接成整体。预制混凝土梁10在预制成型时，其梁内预制混凝土11中预埋有搭接钢筋12、架立钢筋13及带头锚固钢筋14。具体地，搭接钢筋12在长度方向上间隔设置在梁内预制混凝土11中，每一搭接钢筋12沿横向设置，部分预埋在梁内预制混凝土11内，部分自梁内预制混凝土11拼接侧伸出。两片预制混凝土梁10进行拼接时，两片预制混凝土梁10内横向相对应的搭接钢筋12在接缝内重叠(如图3所示)并被绑扎或焊接固定，以固定两片预制混凝土梁10之间的相对位置。现浇湿接缝混凝土20浇筑在接缝内并完全覆盖接缝内的搭接钢筋12，搭接钢筋12成为现浇湿接缝混凝土20中的加固钢筋，增加现浇湿接缝混凝土20乃至整个预制混凝土梁湿接缝连接结构的横向结构强度。
请结合参阅图4和图5，预制混凝土梁10中，为改变现浇湿接缝表面采用为竖直面所带来的问题，梁内预制混凝土11的拼接侧为中部为榫头111，榫头111上下采用外斜面112分别与梁内预制混凝土11的上下端面接合。榫头111的横向截面呈底边竖直放置的等腰梯形，梯形的长底边(长底边面113)朝外，梯形的腰(腰面114)分别朝上下。如此，榫头111的外角形成预制混凝土梁10与现浇湿接缝混凝土20的结合、咬合角。榫头111内侧(梯形短底边)的上方、下方分别通过外斜面112与梁内预制混凝土11的上端面、下端面接合。外斜面112与梁内预制混凝土11的上端面、下端面在梁内预制混凝土11内形成钝角，即在横向截面上，梁内预制混凝土11的拼接侧的上端角、下端角为钝角。
搭接钢筋12包括二根在横向上下平行设置的横向筋121及一段弧线连接二根横向钢筋121的接缝内的末端的弧形筋122，从而形成横卧的U形。二预制混凝土梁10内横向相对应的搭接钢筋12在接缝内重叠，横向筋121在接缝内的部分在水平方向上局部重叠，二个对应的搭接钢筋12的重叠部分形成圆端形结构(腰形结构，上下二根横向筋121的重叠部分与二根弧形筋122所组成的形状，如图3所示)，重叠部分被绑扎或焊接固定，以固定两片预制混凝土梁10之间的相对位置并成为现浇湿接缝混凝土20中的加固钢筋，增加现浇湿接缝混凝土20乃至整个预制混凝土梁湿接缝连接结构的结构强度。
在梁内预制混凝土11浇筑前，为了保持搭接钢筋12的位置，在搭接钢筋12的上下横向筋121之间设置有架立钢筋13。架立钢筋13沿竖直方向连接搭接钢筋12的上下横向筋121，以保持搭接钢筋12及带头锚固钢筋14的位置。更具体地，架立钢筋13包括竖直方向设置的纵向筋131及设置在纵向筋131两端头的弯钩132，纵向筋131纵向连接搭接钢筋12的上下横向筋121，两端头的弯钩132分别勾挂住上下横向筋121。此外，带头锚固钢筋14也可通过绑扎或焊接与纵向筋131的中部连接，从而固定带头锚固钢筋14的位置。
带头锚固钢筋14包括横向水平设置的加强直筋141及固定在加强直筋141一侧端头的锚固头142。加强直筋141平行置于搭接钢筋12的上下横向筋121之间并与架立钢筋13的纵向筋131连接固定，加强直筋141横穿至榫头111内，且锚固头142靠近榫头111的外端面(长底边所在的面)。带头锚固钢筋14对梁内预制混凝土11及其榫头111进行加固，防止意外碰撞导致的损坏，增加预制混凝土梁10的整体强度及榫头与现浇湿接缝混凝土的连接强度。
在二片预制混凝土梁10放置到预定的位置之后，在其间浇筑现浇湿接缝混凝土20形成湿接缝。梁内预制混凝土11与现浇湿接缝混凝土20之间的结合面为榫头111的三外侧面(长底边面113、二个腰面114)及二外斜面112。现浇湿接缝混凝土20在榫头111处形成与榫头111相咬合的榫槽(燕尾槽)，从而两侧的梁内预制混凝土11与中间的现浇湿接缝混凝土20之间形成整体。
请结合参阅图6，预制混凝土梁10(梁内预制混凝土11)与现浇湿接缝混凝土20之间的交界面，通过在预制混凝土梁10预制时梁内预制混凝土11预留形成包含榫头111及外斜面112的折线形的交界面。现浇湿接缝混凝土20自身的收缩作用分为竖向和横向(如图6中X轴、Y轴方向所示)两个方向，利用现浇湿接缝混凝土20的竖向收缩和横向收缩，使现浇湿接缝混凝土20与预制混凝土梁10在交界面处压紧，共同形成两个方向的收缩自锁，避免交界面处出现裂缝，阻止水分渗流到内部。
为了更加清楚地体现出现浇湿接缝混凝土20收缩自锁效果，其主要原理可结合图6详解如下：
以图6中预制混凝土梁湿接缝连接结构的左上四分之一部分为例，以外斜面112与腰面113的交点为原点，分别向水平向右、竖直向下做出X轴、Y轴，Y轴左侧现浇湿接缝混凝土20的长度为L、X轴以上现浇湿接缝混凝土20的高度为H，现浇湿接缝混凝土20的混凝土极限收缩应变为E。
(1)沿外斜面112的收缩自锁
外斜面112的收缩自锁是要保证现浇湿接缝混凝土20的X轴方向自由收缩位移Dx小于使Y轴方向自由收缩位移Dy，从而现浇湿接缝混凝土20与梁内预制混凝土11在外斜面112产生压紧力。现浇湿接缝混凝土20在X轴方向收缩受到腰面114的约束，其主要的X轴方向自由收缩位移Dx为Y轴左侧现浇湿接缝混凝土20的长度L与混凝土极限收缩应变E的乘积。现浇湿接缝混凝土20在Y轴方向自由收缩位移Dy主要为X轴以上现浇湿接缝混凝土20的高度H与混凝土极限收缩应变为E的乘积。为保证现浇湿接缝混凝土20沿外斜面112的收缩自锁并预留一定的压紧保证率，应使其Y轴方向自由收缩位移Dy大于X轴方向自由收缩位移Dx的1.5倍，且为保证竖向收缩可产生压力，外斜面112不能为竖直面，即，长度L最短应为高度H的1/10，即，H×E≥1.5×L×E，则10＞H/L≥1.5，故外斜面112的斜率，即外斜面112与Y轴的夹角(竖向夹角α)应选在5°～30°之间(外斜面112与榫头111的竖直面之间的竖向夹角α在5°～30°之间)。
(2)现浇湿接缝混凝土20沿腰面114的收缩自锁
沿腰面114的收缩自锁是要保证现浇湿接缝混凝土20的X轴方向收缩受到腰面114的约束，从而梁内预制混凝土11与现浇湿接缝混凝土20在腰面114处产生压紧力。由于结构的对称性，腰面114外张即可保证对现浇湿接缝混凝土20的X轴方向收缩的约束。综合考虑施工的方便性，一般使腰面114与外斜面112间的夹角(腰斜夹角β)为90°左右，故外斜面112与过X轴的水平面的夹角α也应在5°～30°之间。
采用本发明优选实施例的预制混凝土梁湿接缝连接结构的进行预制混凝土梁的拼接施工步骤如下：
a)、在预制混凝土梁10的预制梁模板中绑扎带头锚固钢筋14、搭接钢筋12及架立钢筋13；
b)、在模板内浇筑混凝土形成梁内预制梁混凝土11，从而完成预制混凝土梁10的预制，形成包含榫头111的三外侧面(长底边面113、二个腰面114)及二外斜面112的折线形界面；
c)、待梁内预制梁混凝土11达到强度后，拆除预制混凝土梁10外的预制梁模板；
d)、运送预制混凝土梁10吊装就位后，在两片预制混凝土梁10间架立湿接缝模板浇筑现浇湿接缝混凝土20，完成预制混凝土梁10的现浇湿接缝连接；
e)、现浇湿接缝混凝土20完成后，现浇湿接缝混凝土20由于混凝土的自收缩作用使榫头111的腰面114及外斜面112分别压紧，完成界面的双向自锁；
f)、待现浇湿接缝混凝土20达到强度后拆除湿接缝混凝土模板，连接结构完成。
通过上述记载可清楚地了解，本发明的预制混凝土梁湿接缝连接结构的优点主要体现在以下几个方面：
一是，在预制混凝土梁10的拼接面上形成折线交界面，利用现浇湿接缝混凝土20的竖向收缩和横向收缩，使现浇湿接缝混凝土20与预制混凝土梁10在交界面处压紧，共同形成两个方向的收缩自锁，避免交界面处出现裂缝，阻止水分渗流到内部。
二是，预制混凝土梁10内预埋有部分伸入接缝内的搭接钢筋12，搭接钢筋12相互搭接的部分形成圆端形结构，提高现浇湿接缝混凝土20湿接缝连接的横向连接强度。
三是，带头锚固钢筋14用于提高预制混凝土梁10的梁内预制混凝土11处预制混凝土形成的榫头111的强度，既能防止意外碰撞导致的损坏，又能整体增加预制混凝土梁10、预制混凝土梁湿接缝连接结构的结构强度。
综上所述，本发明的预制混凝土梁湿接缝连接结构在预制混凝土梁、现浇湿接缝混凝土的交界面形成能够相互自锁的折线结构，并在接缝内设置相互搭接和锚固的钢筋加固结构，充分利用湿接缝现浇混凝土的收缩特性，有效提高湿接缝表面有效粘结咬合性能，能够提高预制混凝土梁连接的耐久性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种预制混凝土梁湿接缝连接结构，包括预制混凝土梁(10)及现浇在二个相对设置的所述预制混凝土梁(10)之间的现浇湿接缝混凝土(20)，其特征在于：所述预制混凝土梁(10)包括梁内预制混凝土(11)及预埋在所述梁内预制混凝土(11)中的搭接钢筋(12)；所述梁内预制混凝土(11)的拼接侧的中部沿长度方向设有燕尾形的榫头(111)；所述搭接钢筋(12)在所述预制混凝土梁(10)长度方向上间隔预埋设置在所述梁内预制混凝土(11)中，所述搭接钢筋(12)与相对的所述预制混凝土梁(10)中对应的所述搭接钢筋(12)在所述接缝中连接。
2.根据权利要求1所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：所述榫头(111)的横向截面呈两底边竖直放置的等腰梯形，所述等腰梯形的长底边朝向所述接缝内，所述榫头(111)的长度方向垂直于每一所述搭接钢筋(12)所在的平面。
3.根据权利要求2所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：所述榫头(111)内侧的上方、下方分别通过外斜面(112)与所述梁内预制混凝土(11)的上端面、下端面接合。
4.根据权利要求3所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：上方、下方的所述外斜面(112)分别与所述梁内预制混凝土(11)的上端面、下端面在所述梁内预制混凝土(11)内成钝角。
5.根据权利要求4所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：所述外斜面(112)与所述榫头(111)的竖直面的之间的竖向夹角(α)在5°～30°之间。
6.根据权利要求4所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：所述榫头(111)的等腰梯形的腰所在的腰面(114)与所述外斜面(112)之间的夹角(β)为90°。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：所述搭接钢筋(12)包括二根在横向上下平行设置的横向筋(121)及弧线连接二根所述横向钢筋(121)在所述接缝内的末端的弧形筋(122)，相对的所述预制混凝土梁(10)内横向相对应的所述搭接钢筋(12)在接缝内部分重叠，二个对应的所述搭接钢筋(12)的重叠部分形成圆端形结构，每一所述搭接钢筋(12)的上下两根所述横向筋(121)分别位于所述榫头(111)的上方和下方。
8.根据权利要求7所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：二个对应的所述搭接钢筋(12)的重叠部分被绑扎或焊接固定。
9.根据权利要求7所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：所述梁内预制混凝土(11)中进一步预埋有架立钢筋(13)，所述架立钢筋(13)包括竖直方向设置的纵向筋(131)及设置在所述纵向筋(131)两端头的弯钩(132)，所述弯钩(132)分别勾挂住所述搭接钢筋(12)的上下所述横向筋(121)其中之一，所述架立钢筋(13)沿所述横向筋(121)的长度方向等间距设置。
10.根据权利要求1所述的预制混凝土梁湿接缝连接结构，其特征在于：所述梁内预制混凝土(11)中进一步预埋有带头锚固钢筋(14)，所述带头锚固钢筋(14)包括在横向水平设置的加强直筋(141)及固定在所述加强直筋(141)一侧端头的锚固头(142)，所述加强直筋(141)平行置于所述搭接钢筋(12)的二根所述横向筋(121)之间，所述加强直筋(141)横穿至所述榫头(111)内，所述锚固头(142)靠近所述榫头(111)的外端面。
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