CN109826860A - 一种截面削弱型的螺栓剪力连接件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种截面削弱型的螺栓剪力连接件，包括螺帽、螺杆、螺纹、螺母、垫片、塑料螺杆套筒，所述螺杆设有螺帽，需在钢梁翼缘上侧螺纹顶部和螺帽之间的螺杆光滑杆段中加工出一段横截面积逐渐减小再逐渐增大的对称的缩颈杆段。作为剪力连接件应用在组合梁中时，该缩颈杆段应靠近钢梁上翼缘上螺母位置，螺杆穿过钢梁翼缘上预设的开孔，并通过上下两个螺母紧固于钢梁翼缘上，钢梁翼缘下面与下螺母之间设有垫片。本发明在保证了钢梁与混凝土板结合面可靠的抗剪强度同时，减小缩颈杆段刚度，增大螺栓剪力连接件的变形能力，避免其脆性断裂；诱导破坏位置向缩颈杆段转移，避免螺纹杆段的钢梁和螺栓产生不利于后期拆卸的变形。

Description

一种截面削弱型的螺栓剪力连接件

技术领域

本发明涉及钢-混凝土组合梁，尤其涉及一种组合梁中钢与混凝土接合面的剪力连接件，属于建筑工程领域。

背景技术

钢-混凝土组合梁可以充分发挥钢材抗拉性能好和混凝土抗压强度高的优势，因此具有优良的力学性能和较高的经济性。在钢-混凝土组合梁中，钢梁和混凝土板通过剪力连接件将两种材料组合在一起共同受力，剪力连接件是组合梁中的关键部件。目前，工程界通常采用焊接式栓钉作为组合梁中的剪力连接件。焊接栓钉剪力键具有构造简单，各向抗剪性能相同的优点，但同时有施工麻烦，需要焊枪等设备，现场焊接时焊接质量难以得到保证等问题。

近年来，随着国家对工程结构装配化的提倡与推广，螺栓剪力连接件在一些组合梁构件中代替焊接栓钉作为剪力连接件。螺栓剪力连接件，由螺帽，螺杆，螺纹，螺母及垫片组成，螺杆穿过钢梁翼缘上预设的孔洞，通过上，下两个螺母紧固于钢梁翼缘上，钢梁翼缘下面与螺母之间设有垫片。相比于焊接栓钉剪力连接件使用螺母连接栓杆与钢梁，施工操作方便，连接质量稳定。螺栓连接的安装相比于焊接形式，可以节省较多的人力物力和施工时间，减少焊接相关的费用。同时螺栓连接配合预制混凝土板可以使组合梁具有可拆卸的特点，便于后期的维修和回收利用。

中国专利CN203755452U公布了“一种螺栓剪力连接件”，它基于传统螺栓剪力连接件，绕螺杆设置弹簧，并在螺杆顶端的螺帽底部和钢梁上翼缘顶部和弹簧端部进行焊接，此外接弹簧的方法增强了剪力连接件的刚度和抗剪强度，但是缺乏变形能力，螺杆在混凝土板和钢梁翼缘接触面位置容易脆性断裂，不能解决破坏位置的问题，且对构件进行焊接和购置弹簧，增大成本。

中国专利CN202227584U公布了“非焊接高强螺栓剪力键构造”，构造原理为将钢梁翼缘横向由传统的两排螺栓变为四排螺栓，对称布置，该构造虽增强刚度和剪切强度，但也未能有效解决破坏位置和变形能力差的问题。

中国专利CN205329851U公布了“一种新型螺栓套筒抗剪连接件”，其构造原理为在钢梁上翼缘上侧的螺纹部分设置直螺纹套筒，并与钢梁翼缘进行焊接，该技术需购置钢套筒并且仍需焊接，成本较大，且刚度过大，导致变形能力差。

综上所述，螺栓剪力连接件在作为可拆卸装配式组合梁的剪力连接件时，存在以下问题：(1)螺杆通常采用高强钢材制成，高强钢材比传统焊接栓钉中使用的普通钢材的强度高，但材质较脆，延性低，延伸率小，导致螺栓作为剪力连接件时变形能力较小，影响组合梁中的钢梁与混凝土板的内力重分布和组合梁的整体变形能力；(2)螺栓剪力连接件发生螺杆剪断的破坏模式时，螺杆的剪断面通常位于混凝土板底面与钢梁翼缘顶面的交界面，此处螺杆环面上有螺纹。(3)在螺栓螺纹段发生剪切破坏，该段螺杆变形过大或者是对钢梁翼缘螺孔的局部承压破坏导致变形过大，都会增大后期拆卸工作的施工难度，不利于构件的循环利用。(4)为传统高强螺栓剪力连接件外接可增大横截面积的零件，虽能提高其刚度和强度，但是也降低了其变形能力，容易脆性断裂，且部分外接零件仍需焊接，两者均使成本大大提高。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，为钢-混凝土组合梁提供一种具有更好延性与变形能力、便于拆卸的截面削弱型的螺栓剪力连接件。

本发明的一种螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，包括顶部带有螺帽的螺栓，所述的螺栓包括从上至下依次相连设置的上光滑杆段、缩颈杆段、下光滑杆段以及螺纹杆段，上光滑杆段直径、下光滑杆段直径以及螺纹杆段的外径一致,所述缩颈杆段的最小横截面直径小于螺纹杆段的内径，在所述的螺纹杆段的下部螺纹连接有下螺母和垫片，在所述的螺纹杆段的上部螺纹连接有上螺母，在所述的缩颈杆段上套有塑料螺杆套筒，塑料螺杆套筒壁厚为2-3mm。

本发明相对于现有技术具有以下优点及突出效果：

1、与传统螺栓剪力连接件相比，本发明通过减小对螺栓剪力连接件的螺杆的局部杆段的横截面面积，从而削弱该杆段的刚度和抗剪能力，提高螺栓连接件的延性和变形能力，克服了传统高强螺栓容易脆性断裂、延性及变形能力差的缺点。

2、传统螺栓剪力连接件的破坏形式大多为混凝土板与钢梁翼缘接触面的剪切破坏或钢梁翼缘局部承压破坏，该破坏模式会导致两螺母夹紧部分螺杆或钢梁翼缘变形过大，不易拆卸。本发明中对螺杆混凝土侧部分光滑杆段进行削弱，使其先于混凝土板与钢梁翼缘接触面位置发生破坏，该破坏模式使得螺母夹紧部分螺杆完好，便于后期拆卸，并且相较传统螺栓剪力连接件的核心抗剪位置破坏而丧失连接和抗剪功能，本发明在破坏后仍具有较好的连接和抗剪功能。

3、相比于一般的焊接形式，螺栓剪力连接件的使用可以节省人力物力、施工时间和施焊成本，是目前钢-混凝土组合结构尤其是装配式组合结构中使用越来越广泛的一种剪力连接件，本发明在此基础上进行性能改进，使其剪力连接件的变形能力得以提高，同时对剪力连接件潜在的破坏位置和破坏模式进行有意的诱导，避免了不利的破坏模式和螺栓剪断位置带来的不良效应。

4、较其他外加辅助零件的螺栓剪力连接件，本发明只需将原螺栓剪力连接件的螺杆加工成凹槽进行截面削弱即可，通过调整螺杆中削弱截面的横截面积，削弱截面的位置以及原截面到削弱截面的过渡形式，可以调节螺栓剪力连接件的刚度，抗剪承载力以及变形能力，获得刚度多样化的剪力连接件，优化组合梁中连接件的布置方案。

附图说明

图1为本发明截面削弱型的螺栓结构示意图；

图2为本发明截面削弱型的螺栓剪力连接件结构示意图；

图3为本发明截面削弱型的螺栓剪力连接件特征尺寸示意图；

图4为本发明截面削弱型的螺栓剪力连接件应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。

如图1、2所示，一种螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，包括顶部带有螺帽1的螺栓，所述的螺栓包括从上至下依次相连设置的上光滑杆段2、缩颈杆段3、下光滑杆段以及螺纹杆段4，上光滑杆段2直径、下光滑杆段直径以及螺纹杆段4的外径一致。所述缩颈杆段3的最小横截面直径小于螺纹杆段4的内径，在所述的螺纹杆段的下部螺纹连接有下螺母5-1和垫片6，在所述的螺纹杆段的上部螺纹连接有上螺母5-2，在所述的缩颈杆段3上套有塑料螺杆套筒7。塑料螺杆套筒7应有2-3mm壁厚以增强刚度和强度，防止在缩颈杆段3受到高强砂浆的压力发生变形，带来增强削弱段刚度的不利影响。

所述的螺纹杆段4用于穿过钢梁11的上翼缘预设的开孔，所述的垫片6通过旋紧下螺母5-1固定在钢梁11的上翼缘的底壁上，所述的上螺母5-2通过旋紧固定在钢梁11的上翼缘的顶壁上。所述的上翼缘上部的螺栓部分用于设置在预制混凝土板10的预留孔9内，所述的预制混凝土板10用于安装在钢梁11的上翼缘上侧。

通过工厂机械加工，加工出所述的缩颈杆段3，所述的缩颈杆段3靠近钢梁上翼缘处的上螺母5-2位置设置，预先将塑料螺杆套筒7套在螺杆2光滑杆段上，然后拧上钢梁翼缘上螺母5-2，然后将螺纹杆段4穿过钢梁翼缘上预设的开孔，并通过开孔两侧螺母紧固于钢梁翼缘8上。

优选的所述螺栓采用8.8级及以上的高强螺栓。

优选的所述缩颈杆段3采用外轮廓为弧形凹面、半圆形凹面、三角形凹面等任何具有截面削弱效果的缩颈结构。缩颈杆段3的作用为诱导破坏位置向缩颈杆段3转移以及增强螺栓的变形能力。

优选的所述上光滑杆段2直径D应该大于等于16mm。对螺栓进行上述缩颈处理后，螺杆仍然具有满足螺栓承载要求的极限抗拉承载力和极限抗剪承载力。

优选的所述缩颈杆段3的最小横截面直径d为D/2。采用该尺寸能够诱导破坏位置向缩颈杆段3转移和增强螺栓变形能力，且具有螺栓承载要求的极限抗拉承载力和极限抗剪承载力。

优选的所述缩颈杆段3的高度L为D/2。采用该尺寸能够诱导破坏位置向缩颈杆段3转移和增强螺栓变形能力，且具有螺栓承载要求的极限抗拉承载力和极限抗剪承载力。

优选的所述缩颈杆段3的顶部起点距离螺帽1下表面H为(4D-L)。采用该尺寸能够有效将混凝土板10和钢梁11连结在一起，防止螺栓从混凝土板中脱离。

优选的所述缩颈杆段3的最小横截面位置距离钢梁翼缘8上表面的距离h为(L/2+上螺母5-2高度)。采用该尺寸能够诱导破坏位置向缩颈杆段3转移和增强螺栓变形能力。

优选的缩颈结构形式均加工成从缩颈杆段3顶部到底部，所述的缩颈杆段的横截面面积为逐渐减小，然后再逐渐增大的凹面结构。这样加工工艺简单，易于实现，且能够诱导破坏位置向缩颈杆段3转移和增强螺栓变形能力。

所述缩颈杆段3外轮廓采用弧形凹面形式时，圆弧的曲率半径R为采用该曲率半径能够诱导破坏位置向缩颈杆段3转移和增强螺栓变形能力，且具有螺栓承载要求的极限抗拉承载力和极限抗剪承载力。

缩颈杆段最小横截面的直径为d，d优选尺寸为上光滑杆段2直径的一半D/2,缩颈杆段的高度为L，L优选尺寸为光滑杆段2直径的一半D/2。采用该尺寸能够诱导破坏位置向缩颈杆段3转移和增强螺栓变形能力，且具有螺栓承载要求的极限抗拉承载力和极限抗剪承载力。

螺杆缩颈杆段3削弱形式不限于弧形、圆形和三角形，对螺栓剪力连接件的螺杆部位进行局部削弱的任何处理方式，均在本专利的权利保护范围之内。

本发明截面削弱型螺栓剪力连接件与钢梁11连接完毕后，将带有预留孔9的预制混凝土板10安装在钢梁11上翼缘上侧，同时将螺栓置于混凝土预留孔9中，在混凝土板10和钢梁11位置对正后，用高强砂浆将预留孔9填充与混凝土板10上表面齐平。

上述对本发明的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉该领域技术的人员显然可以容易地对本发明做出各种修改，并应用到其他实施例中去而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，包括顶部带有螺帽的螺栓，其特征在于：所述的螺栓包括从上至下依次相连设置的上光滑杆段、缩颈杆段、下光滑杆段以及螺纹杆段，上光滑杆段直径、下光滑杆段直径以及螺纹杆段的外径一致,所述缩颈杆段的最小横截面直径小于螺纹杆段的内径，在所述的螺纹杆段的下部螺纹连接有下螺母和垫片，在所述的螺纹杆段的上部螺纹连接有上螺母，在所述的缩颈杆段上套有塑料螺杆套筒，塑料螺杆套筒壁厚为2-3mm。

2.根据权利要求1所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：从缩颈杆段顶部到底部，所述的缩颈杆段的横截面面积为逐渐减小，然后再逐渐增大的凹面结构。

3.根据权利要求2所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：所述缩颈杆段采用外轮廓为弧形凹面、半圆形凹面或三角形凹面缩颈结构。

4.根据权利要求3所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：所述缩颈杆段外轮廓采用弧形凹面形式时，圆弧的曲率半径R为式中D为上光滑杆段直径，d为缩颈杆段的最小横截面直径，L为缩颈杆段的高度。

5.根据权利要求3所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：缩颈杆段的高度为上光滑杆段直径的一半。

6.根据权利要求1-5之一所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：所述螺栓采用8.8级及以上的高强螺栓。

7.根据权利要求1-5之一所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：所述上光滑杆段直径D大于等于16mm。

8.根据权利要求1-5之一所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：所述缩颈杆段的最小横截面直径d为D/2。

9.根据权利要求1-5之一所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：所述缩颈杆段的高度L为D/2。

10.根据权利要求1-5之一所述的螺栓削弱型的螺栓剪力连接件，其特征在于：所述缩颈杆段的顶部起点距离螺帽下表面H为4D-L。