CN108374318A - 一种钢-超高性能混凝土结合段及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢‑超高性能混凝土结合段及其制作方法，所述钢‑超高性能混凝土结合段包括结合梁，结合梁的一端与钢梁连接，另一端与混凝土梁连接，结合梁与钢梁的连接部设置有承压板；所述制作方法包括根据设计需求选择钢梁、混凝土梁的截面尺寸，及结合梁的长度、承压板的截面尺寸；本发明能解决现有钢‑混凝土结合段构造复杂、刚度过渡不平顺、施工难度大等问题，结构简单，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种钢-超高性能混凝土结合段及其制作方法。
背景技术
在钢与混凝土混合结构桥梁中，为了安全地在钢梁与混凝土梁间传递巨大的荷载，需要在钢-超高性能混凝土结合段中设置大量的传力装置，导致结合段施工难度大、结构可靠性地，同时由于截面尺寸突变导致刚度不连续，造成局部构件应力集中、行车舒适性差等缺点。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种便于实施、刚度过渡平顺的钢-超高性能混凝土结合段及其制作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
本发明提供了一种钢-超高性能混凝土结合段，其包括结合梁，结合梁的一端与钢梁连接，另一端与混凝土梁连接，结合梁包括工字型钢板，工字型钢板的腹板两侧和上下翼板的内侧包裹设置有超高性能混凝土层，结合梁的横截面形状与混凝土梁横截面尺寸不同且结构相同，工字型钢板的腹板上均匀开设有若干圆孔，圆孔内贯穿设置有肋部钢筋，肋部钢筋与工字型钢板的腹板相垂直；工字型钢板的上下翼板的内侧均匀焊接有栓钉；
结合梁内布设有钢筋网，钢筋网的端部与混凝土梁内的钢筋相连接；所述结合梁内贯穿设置有预应力筋，预应力筋的一端与承压板固定连接，另一端与混凝土梁内的预应力筋相连接。
上述技术方案中，优选的，承压板的横截面呈T字型，承压板的高度与钢梁高度相同，承压板的腹板宽度与混凝土梁的宽度相同，承压板上开设有与预应力筋锚固连接的锚接孔。
上述技术方案中，优选的，工字型钢板与混凝土梁相接的一侧的高度与混凝土梁相同，工字型钢板与钢梁相接的一侧的高度与钢梁相同。
上述技术方案中，优选的，工字型钢板的腹板上的圆孔边缘与腹板边缘的最小距离不小于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离不小于1.5倍的圆孔直径。
提供了一种上述钢-超高性能混凝土结合段的制作方法，其包括如下步骤：
S1、根据设计需求选择钢梁、混凝土梁的截面尺寸，及结合梁的长度、承压板的截面尺寸；
S2、制作承压板和结合梁的工字型钢板，并将承压板焊接于结合梁与钢梁的交界面上；
S3、在工字型钢板的腹板上开设圆孔，并在工字型钢板的上下翼板内侧焊接栓钉；
S4、在工字型钢板内安装预应力筋，将预应力筋与承压板上的锚接孔贯穿连接；
S5、在工字型钢板内布设钢筋网，钢筋网的规格与混凝土梁内的规格相同，并将钢筋网的端部分别与承压板和混凝土梁内的钢筋相连接；
S6、在圆孔内贯穿安装肋部钢筋，并将肋部钢筋与钢筋网相连接；
S7、以承压板和混凝土梁为端部，在工字型钢板上浇筑超高性能混凝土层，使超高性能混凝土层包裹肋部钢筋和栓钉；
S8、张拉并锚固预应力筋。
进一步地，根据设计需求选择结合梁的长度的方法，其包括如下步骤：
S1、取轴向力为F，每排的栓钉个数为n，栓钉承载力Fs，每排栓钉的间距为d，则需要的栓钉排数N为：N＝F/(2n*Fs)；
S2、取结合梁端部栓钉离混凝土梁端截面和钢梁端截面的距离分别为d1、d2，则结合梁的长度为：L＝(N-1)d+d1+d2。
本发明提供的上述钢-超高性能混凝土结合段的主要有益效果在于：
本发明通过在钢-混凝土结合部浇筑超高性能混凝土，与结合部工字钢共同构成结合段，实现钢梁和混凝土梁之间的刚度平顺过渡，由于超高性能混凝土具有极高的韧性和抗压强度，采用相对简单的结构就能满足结合部的结构强度要求，因而结构简单，施工方便，能极大提高施工效率。承载结合段内设置栓钉和肋部钢筋，增强工字型钢板和超高性能混凝土层之间的连接，同时栓钉还起到传递轴向压力的作用。
通过在结合部内设置工字型钢板，通过工字型钢板能起到承接钢梁与混凝土梁并支撑超高性能混凝土层的作用；有效满足结构设计要求，且结构简单，改善了传统接头由于构造复杂而导致应力集中以及结构疲劳等问题，可广泛应用于桥梁结构中。
本发明提供的上述钢-超高性能混凝土结合段的制作方法的主要有益效果在于：
根据需求选用相应承压板，利用承压板，将作用于钢梁一般截面的轴向力通过承压板扩散到超高性能混凝土中，最终传递到混凝土梁上。轴向压力主要通过栓钉承受，并通过结合段的粘附力和摩擦力分摊，因此设计时以栓钉的作用为主，有效保证结合段对轴向压力承接的可靠性。
通过在结合段钢梁上下翼缘内侧设置栓钉，保证了结合段承力的可靠性；通过在工字型钢板的腹板上增加圆孔及肋部钢筋，更有效的将工字型钢板和超高性能混凝土层有效地结合，防止钢板和超高性能混凝土之间的剥离。
通过在超高性能混凝土层内设置预应力筋，并与承压板相连接，使钢梁和混凝土梁紧密结合，抵消纵向弯矩引起的拉应力。通过在超高性能混凝土层内设置钢筋网，并和混凝土梁内的钢筋相连接，增强了混凝土梁和超高性能混凝土层之间的连接性，使两者有效地连接为一个整体。
通过在钢梁与混凝土梁结合段浇筑超高性能混凝土与钢梁共同构成的结合梁，实现钢梁和混凝土梁之间的刚度平顺过渡，保证结合段的结构强度，增强耐久性，同时结构简单，施工方便，能极大提高施工效率。
附图说明
图1为钢-超高性能混凝土结合段的侧视图。
图2为结合段邻近混凝土梁一侧的半剖视图。
图3为结合段邻近钢梁一侧的结构示意图。
其中，1、钢梁，2、结合梁，21、肋部钢筋，22、栓钉，23、钢筋网，24、预应力筋，25、工字型钢板，26、超高性能混凝土层，3、混凝土梁，4、承压板，41、锚接孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，其为钢-超高性能混凝土结合段的侧视图。
本发明提供了一种钢-超高性能混凝土结合段如图1所示，其包括结合梁2，结合梁2的一端与钢梁1连接，另一端与混凝土梁3连接，结合梁2与钢梁1的连接部设置有承压板4；结合梁2包括工字型钢板25，工字型钢板25的腹板两侧和上下翼板的内侧包裹设置有超高性能混凝土层26，结合梁2的横截面形状与混凝土梁3横截面尺寸不同且结构相同，工字型钢板25与混凝土梁3相接的一侧的高度与混凝土梁3相同，工字型钢板25与钢梁1相接的一侧的高度与钢梁1相同。通过这一结构，能够保证工字型钢板25有效传导来自钢梁1和混凝土梁3的轴向应力，防止产生容易造成钢梁1和混凝土梁3形变的切向应力。
工字型钢板25腹板上均匀开设有若干圆孔，圆孔直径为固定值；工字型钢板25腹板上的圆孔边缘与腹板边缘的最小距离不小于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离不小于1.5倍的圆孔直径。
如图2所示，圆孔内贯穿设置有肋部钢筋21，肋部钢筋21与结合梁2的腹板相垂直；结合梁2的上下翼板的内侧均匀焊接有栓钉22；通过设置肋部钢筋21和栓钉22，通过栓钉22与肋部钢筋21承接和传递钢梁1与混凝土梁3的轴向应力，并在超高性能混凝土层26高抗拉强度作用下，有效吸收钢梁1与混凝土梁3间的应力作用，从而增强工字型钢板25和超高性能混凝土层26之间的连接，同时栓钉22还起到传递轴向压力的作用。
结合梁2内布设有钢筋网23，钢筋网23的端部与混凝土梁3内的钢筋相连接；结合梁2的上下翼板靠近腹板位置处贯穿设置有预应力筋24，预应力筋24的一端与承压板4固定连接，另一端与混凝土梁3内的预应力筋24相连接。
如图3所示，承压板4的横截面呈T字型，承压板4的高度与钢梁1高度相同，承压板4的腹板宽度与混凝土梁3的宽度相同，承压板4上开设有与预应力筋24锚固连接的锚接孔41。
通过设置承压板4，将超高性能混凝土层26与工字型钢板25上传递的应力通过承压板4集中并重新分布，有利于保护钢梁1，避免受复杂应力而发生形变。
下面是本发明提供的上述钢-超高性能混凝土结合段的制作方法，其包括如下步骤：
S1、根据设计需求选择钢梁1、混凝土梁3的截面尺寸，及结合梁2的长度、承压板4的截面尺寸。
其中，钢梁1和混凝土梁3的尺寸都是根据需求选择现有的尺寸，而承压板4的尺寸，采用与混凝土梁3相似的T字型，承压板4的高度与钢梁1高度相同，承压板4的腹板宽度与混凝土梁3的宽度相同。
根据需求选用相应承压板4，利用承压板4，将超高性能混凝土层26与工字型钢板25上传递的应力通过承压板4集中并重新分布，有利于保护钢梁1，避免受复杂应力而发生形变。
进一步地，结合梁2的长度的计算方法，包括如下步骤：
S1、取轴向力为F，每排的栓钉22个数为n，栓钉承载力Fs，每排栓钉22的间距为d，则需要的栓钉22排数N为：N＝F/(2n*Fs)。
S2、取结合梁2端部栓钉离混凝土梁3端截面和钢梁1端截面的距离分别为d1、d2，则结合梁2的长度为：L＝(N-1)d+d1+d2。
通过栓钉22的排数，可以计算得到结合梁2的长度；轴向压力主要通过栓钉22承受，并通过结合梁2的粘附力和摩擦力分摊，因此设计时以栓钉22的作用为主，有效保证结合段对轴向压力承接的可靠性。
S2、制作承压板4和结合梁2的工字型钢板25，并将承压板4焊接于结合梁2与钢梁1的交界面上。
S3、在工字型钢板25的腹板上开设圆孔，并在工字型钢板25的上下翼板内侧焊接栓钉22。
S4、在工字型钢板25内安装预应力筋24，将预应力筋24与承压板4上的锚接孔41贯穿连接。
通过在超高性能混凝土层26内设置预应力筋24，并与承压板4相连接，使钢梁1和混凝土梁3紧密结合，抵消纵向弯矩引起的拉应力。
S5、在工字型钢板25内布设钢筋网23，钢筋网23的规格与混凝土梁3内的规格相同，并将钢筋网23的端部分别与承压板4和混凝土梁3内的钢筋相连接。
通过在超高性能混凝土层26内设置钢筋网23，并和混凝土梁3内的钢筋相连接，增强了混凝土梁3和超高性能混凝土层26之间的连接性，使两者有效地连接为一个整体。
S6、在圆孔内贯穿安装肋部钢筋21，并将肋部钢筋21与钢筋网23相连接。
通过在工字型钢板25的腹板上增加圆孔及肋部钢筋21，更有效的将工字型钢板25受到的力传递给超高性能混凝土层26。
S7、以承压板4和混凝土梁3为端部，在工字型钢板25内浇筑超高性能混凝土层26，使超高性能混凝土层26包裹肋部钢筋21和栓钉22。
S8、张拉并锚固预应力筋24。
将预应力筋24锚固于承压板4的锚接孔41上；通过在超高性能混凝土层26内设置预应力筋24，并与承压板4相焊接，利用预应力筋24承接在安装过程中钢梁1和混凝土梁3产生的预应力，保证安装效果。
通过在结合梁2浇筑超高性能混凝土层26，仅仅在结合梁2设置栓钉22和肋部钢筋21就能满足结构设计要求，结构简单，施工方便、施工效率高，同时改善了传统接头由于构造复杂而导致应力集中以及结构疲劳等问题，可广泛应用于桥梁结构中。
上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (6)
1.一种钢-超高性能混凝土结合段，其特征在于，包括结合梁(2)，所述结合梁(2)的一端与钢梁(1)连接，另一端与混凝土梁(3)连接，结合梁(2)与钢梁(1)的连接部设置有承压板(4)；结合梁(2)包括工字型钢板(25)，工字型钢板(25)的腹板两侧和上下翼板的内侧包裹设置有超高性能混凝土层(26)，结合梁(2)的横截面形状与混凝土梁(3)横截面尺寸不同且结构相同，工字型钢板(25)的腹板上均匀开设有若干圆孔，圆孔内贯穿设置有肋部钢筋(21)，肋部钢筋(21)与结合梁(2)的钢腹板相垂直；工字型钢板(25)的上下翼板的内侧均匀焊接有栓钉(22)；
结合梁(2)内布设有钢筋网(23)，所述钢筋网(23)的端部与混凝土梁(3)内的钢筋相连接；所述结合梁(2)内贯穿设置有预应力筋(24)，预应力筋(24)的一端与承压板(4)固定连接，另一端与混凝土梁(3)内的预应力筋(24)相连接。
2.根据权利要求1所述的钢-超高性能混凝土结合段，其特征在于，所述承压板(4)的横截面呈T字型，承压板(4)的高度与钢梁(1)高度相同，承压板(4)的腹板宽度与混凝土梁(3)的宽度相同，承压板(4)上开设有与预应力筋(24)锚固连接的锚接孔(41)。
3.根据权利要求2所述的钢-超高性能混凝土结合段，其特征在于，所述工字型钢板(25)与混凝土梁(3)相接的一侧的高度与混凝土梁(3)相同，工字型钢板(25)与钢梁(1)相接的一侧的高度与钢梁(1)相同。
4.根据权利要求3所述的钢-超高性能混凝土结合段，其特征在于，所述工字型钢板(25)的腹板上的圆孔边缘与腹板边缘的最小距离不小于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离不小于1.5倍的圆孔直径。
5.一种权利要求4所述的钢-超高性能混凝土结合段的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据设计需求选择钢梁(1)、混凝土梁(3)的截面尺寸，及结合梁(2)的长度、承压板(4)的截面尺寸；
S2、制作承压板(4)和结合梁(2)的工字型钢板(25)，并将承压板(4)焊接于结合梁(2)与钢梁(1)的交界面上；
S3、在工字型钢板(25)的腹板上开设圆孔，并在工字型钢板(25)的上下翼板内侧焊接栓钉(22)；
S4、在工字型钢板(25)内安装预应力筋(24)，将预应力筋(24)与承压板(4)上的锚接孔(41)贯穿连接；
S5、在工字型钢板(25)内布设钢筋网(23)，钢筋网(23)的规格与混凝土梁(3)内的规格相同，并将钢筋网(23)的端部分别与承压板(4)和混凝土梁(3)内的钢筋相连接；
S6、在圆孔内贯穿安装肋部钢筋(21)，并将肋部钢筋(21)与钢筋网(23)相连接；
S7、以承压板(4)和混凝土梁(3)为端部，在工字型钢板(25)上浇筑超高性能混凝土层(26)，使超高性能混凝土层(26)包裹肋部钢筋(21)和栓钉(22)；
S8、张拉并锚固预应力筋(24)。
6.根据权利要求5所述的钢-超高性能混凝土结合段的制作方法，其特征在于，所述根据设计需求选择结合梁(2)的长度的方法，其包括如下步骤：
S1、取轴向力为F，每排的栓钉(22)个数为n，栓钉承载力Fs，每排栓钉(22)的间距为d，则需要的栓钉(22)排数N为：N＝F/(2n*Fs)；
S2、取结合梁(2)端部栓钉离混凝土梁(3)端截面和钢梁(1)端截面的距离分别为d1、d2，则结合梁(2)的长度为：L＝(N-1)d+d1+d2。
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| CN109235266A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-18 | 湖南大学 | 一种钢混结合段的施工方法 |
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