CN109930466B - 钢-ecc-混凝土组合梁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢‑ECC‑混凝土组合梁及其制备方法，属于建筑结构领域。钢‑ECC‑混凝土组合梁包括钢梁、至少两组剪力键组、ECC保护块以及内部配置有钢筋的混凝土板，所有剪力键组和ECC保护块均位于钢梁的顶面，每个ECC保护块均包裹一组剪力键组，每组剪力键组均包括多个间隔设置的剪力键；ECC保护块的横截面呈矩形，其底部外轮廓的宽度等于钢梁顶面的宽度，且其宽度方向与钢梁的宽度方向平行，所有ECC保护块沿钢梁轴线方向分布，相邻ECC保护块和钢梁顶面之间形成第一凹槽；相邻ECC保护块之间设置有钢筋网，钢筋网贯穿第一凹槽；ECC保护块未与钢梁顶面接触的面上均设置有胶粘剂层，混凝土板上具有与第一凹槽配合的凸起和与ECC保护块配合的第二凹槽。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，具体涉及一种钢-ECC-混凝土组合梁及其制备方法。
背景技术
钢-混凝土组合结构作为梁使用时，可以充分发挥钢材受拉性能与混凝土的受压性能。在过去的设计中，钢-混组合梁的结构形式一般是由上部混凝土板以及下部钢梁组成，混凝土板与钢梁通常使用剪力键连接。若混凝土施工养护不利，则容易产生过多缺陷而生成裂缝；同时振动荷载等，也会使梁产生反向荷载，原本受压的混凝土受拉也容易产生裂缝。这些因素会导致混凝土出现过大裂缝，而对剪力键的性能产生影响，使得剪力键提前失效，造成结构整体刚度减小、极限承载力降低、寿命降低。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明旨在提供够减缓剪力键锈蚀而导致的结构刚度减小、承载力降低且的钢-ECC-混凝土组合梁及其制备方法。
为了达到上述发明创造的目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种钢-ECC-混凝土组合梁，其包括钢梁、至少两组剪力键组、与剪力键组的数量对应的ECC保护块以及内部配置有钢筋的混凝土板，所有剪力键组和ECC保护块均位于钢梁的顶面，每个ECC保护块均包裹一组剪力键组，每组剪力键组均包括多个间隔设置的剪力键；ECC保护块的横截面呈矩形，其底部外轮廓的宽度等于钢梁顶面的宽度，且其宽度方向与钢梁的宽度方向平行，所有ECC保护块沿钢梁轴线方向分布，相邻ECC保护块和钢梁顶面之间形成第一凹槽；相邻ECC保护块之间设置有钢筋网，钢筋网贯穿第一凹槽，且其两端分别延伸至与其相邻的剪力键组内的间隙内；ECC保护块未与钢梁顶面接触的面上均设置有胶粘剂层，混凝土板上具有与第一凹槽配合的凸起和与ECC保护块配合的第二凹槽，混凝土板的底部与钢梁的顶面齐平。
进一步地，钢梁为H型钢。
进一步地，H型钢的翼缘板厚度大于等于16mm，翼缘板宽度大于等于250mm，腹板厚度大于等于12mm。
进一步地，剪力键为栓钉。
进一步地，每组剪力键组中的栓钉呈矩形阵列分布，矩形阵列的一边所在直线平行于H型钢的轴线，栓钉杆径小于或等于H型钢上翼缘厚度的1.5倍，每组剪力键组中相邻栓钉之间沿H型钢轴线方向的间距大于等于栓钉杆径的6倍，垂直于H型钢轴线方向的间距大于等于栓钉杆径的4倍，混凝土板和ECC保护块的整体厚度大于等于200mm。
另一方面，还一种上述钢-ECC-混凝土组合梁的制备方法，其包括：
S1、准备并放置经过防腐处理后的钢梁；
S2、在钢梁顶面固定至少两组剪力键组，每组剪力键组均包括多个剪力键，相邻剪力键组之间具有一间隙；
S3、在钢梁顶面上相邻剪力键组之间绑扎钢筋网，钢筋网的两端分别延伸至与其相邻的剪力键组内的间隙内；
S4、在钢梁顶面剪力键组所在位置处浇筑ECC保护块；每个ECC保护块均包裹一组剪力键组，ECC保护块的横截面呈矩形，其底部外轮廓的宽度等于钢梁顶面的宽度，且其宽度方向与钢梁的宽度方向平行，所有ECC保护块沿钢梁轴线方向分布，相邻ECC保护块和钢梁顶面之间形成第一凹槽；
S5、当ECC保护块达到设计强度，在ECC保护块未与钢梁顶面接触的面上涂抹胶粘剂层；
S6、涂抹胶粘剂层后，在ECC保护块顶部绑扎构造钢筋，并对绑扎好的构造钢筋层进行模板搭建，向搭建好的模板内浇筑混凝土形成混凝土板；混凝土板具有与第一凹槽配合的凸起和与ECC保护块配合的第二凹槽，混凝土板的底部与钢梁的顶面齐平。
进一步地，胶粘剂的材质为环氧树脂，其厚度为2～3mm。
本发明的有益效果为：
由于ECC保护块包裹剪力键组，使得钢-ECC-混凝土组合梁在承受荷载后，产生的裂缝为多个细小裂缝而不是宽大的单个裂缝，从而有效阻止了大量腐蚀物质的入侵，特别是氯离子的入侵，从而很好地保护了内部的剪力键，避免了组合梁整体刚度减小、极限承载力降低。同时ECC材料的高韧性能够改善剪力键的受力能力，使得剪力键能够更好地传力剪力。并且ECC材料优越的抗疲劳性能，提高了钢-ECC-混凝土组合梁的寿命。
由于相邻ECC保护块之间形成第一凹槽，混凝土板上具有与第一凹槽配合的凸起和与ECC保护块配合的第二凹槽，混凝土板的底部与钢梁的顶面齐平，使得钢-ECC-混凝土组合梁的主要受压部分为混凝土板，提升了组合梁的承载力。且混凝土板与ECC保护块之间的抗剪力主要由机械咬合力提供，使得抗剪力更大。相邻ECC保护块之间的钢筋网伸入ECC保护块中，浇筑的混凝土板包裹住钢筋网解决了混凝土板与钢梁之间的掀起作用，充分保障整个截面可以整体共同工作。综上所述，该组合梁经济实用，构造简单合理、力学性能优良、耐久性能好，可应用于桥梁工程之中。
附图说明
图1为具体实施例中组合梁的结构示意图；
图2为图1中混凝土板的结构示意图；
图3为图1中钢梁、钢筋网、剪力键组和ECC保护块配合后的结构示意图；
图4为图1中钢梁、钢筋网和剪力键组配合后的结构示意图。
其中，1、钢梁；2、剪力键组；3、ECC保护块；4、第一凹槽；5、混凝土板；6、凸起；7、第二凹槽；8、胶粘剂层；9、钢筋网。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式做详细说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，下文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。在不脱离所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，本领域普通技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1至图4所示，该钢-ECC-混凝土组合梁包括钢梁1、至少两组剪力键组2、与剪力键组2的数量对应的ECC保护块3(“ECC”为工程用水泥基增强复合材料的简称)以及内部配置有钢筋的混凝土板5。关于钢筋配置的要求，其符合现行有效的钢-混凝土组合桥梁设计规范，目前有效的设计规范是《GB50917-2013钢-混凝土组合桥梁设计规范》。
所有剪力键组2和ECC保护块3均位于钢梁1的顶面，每个ECC保护块3均包裹一组剪力键组2，每组剪力键组2均包括多个间隔设置的剪力键；ECC保护块3的横截面呈矩形，其底部外轮廓的宽度等于钢梁1顶面的宽度，且其宽度方向与钢梁1的宽度方向平行，所有ECC保护块3沿钢梁1轴线方向分布。
如图3和图4所示，相邻ECC保护块3和钢梁1顶面之间形成第一凹槽4；相邻ECC保护块3之间设置有钢筋网9，钢筋网9贯穿第一凹槽4，且其两端分别延伸至与其相邻的剪力键组2内的间隙内。
如图1所示，ECC保护块3未与钢梁1顶面接触的面上均设置有胶粘剂层8。
如图2所示，混凝土板5上具有与第一凹槽4配合的凸起6和与ECC保护块3配合的第二凹槽7，混凝土板5的底部与钢梁1的顶面齐平。
实施时，选用经过防腐处理的钢梁1，以提高钢梁1的耐久性。本方案优选钢梁1为H型钢，其材质为Q235与Q345。H型钢的翼缘板厚度大于等于16mm，翼缘板宽度大于等于250mm，腹板厚度大于等于12mm，其高跨比为1/18～1/12，以提高焊接剪力键后的可靠性，以及组合梁的承载能力。
其中，胶粘剂层8的材质为环氧树脂，其厚度为2～3mm。
其中，剪力键为栓钉。具体地，每组剪力键组2中的栓钉呈矩形阵列分布，矩形阵列的一边所在直线平行于H型钢的轴线，栓钉杆径小于或等于H型钢上翼缘厚度的1.5倍，每组剪力键组2中相邻栓钉之间沿H型钢轴线方向的间距大于等于栓钉杆径的6倍，垂直于H型钢轴线方向的间距大于等于栓钉杆径的4倍，混凝土板5和ECC保护块3的整体厚度大于等于200mm，厚度以10mm为模数。以进一步提高组合梁的耐久性和承载能力。
在另一实施例中，钢梁1为方钢。
本方案还提供一种上述钢-ECC-混凝土组合梁的制备方法，其包括：
S1、准备并放置经过防腐处理后的钢梁1；
S2、在钢梁1顶面固定至少两组剪力键组2，每组剪力键组2均包括多个剪力键，相邻剪力键组2之间具有一间隙；
S3、在钢梁1顶面上相邻剪力键组2之间绑扎钢筋网9，钢筋网9的两端分别延伸至与其相邻的剪力键组2内的间隙内；
S4、在钢梁1顶面剪力键组2所在位置处浇筑ECC保护块3；每个ECC保护块3均包裹一组剪力键组2，ECC保护块3的横截面呈矩形，其底部外轮廓的宽度等于钢梁1顶面的宽度，且其宽度方向与钢梁1的宽度方向平行，所有ECC保护块3沿钢梁1轴线方向分布，相邻ECC保护块3和钢梁1顶面之间形成第一凹槽4；
S5、当ECC保护块3达到设计强度，在ECC保护块3未与钢梁1顶面接触的面上涂抹胶粘剂层8；
S6、涂抹胶粘剂层8后，在ECC保护块3顶部绑扎构造钢筋，并对绑扎好的构造钢筋层进行模板搭建，向搭建好的模板内浇筑混凝土形成混凝土板5；混凝土板5具有与第一凹槽4配合的凸起6和与ECC保护块3配合的第二凹槽7，混凝土板5的底部与钢梁1的顶面齐平。
在实施时，本方案优选剪力键的固定方法为焊接，胶粘剂层8的材质为环氧树脂，其厚度为2～3mm。
Claims (7)
1.钢-ECC-混凝土组合梁，其特征在于，包括钢梁(1)、至少两组剪力键组(2)、与所述剪力键组(2)的数量对应的ECC保护块(3)以及内部配置有钢筋的混凝土板(5)，所有剪力键组(2)和ECC保护块(3)均位于所述钢梁(1)的顶面，每个ECC保护块(3)均包裹一组剪力键组(2)，每组剪力键组(2)均包括多个间隔设置的剪力键；所述ECC保护块(3)的横截面呈矩形，其底部外轮廓的宽度等于所述钢梁(1)顶面的宽度，且其宽度方向与所述钢梁(1)的宽度方向平行，所有ECC保护块(3)沿钢梁(1)轴线方向分布，相邻ECC保护块(3)和钢梁(1)顶面之间形成第一凹槽(4)；相邻ECC保护块(3)之间设置有钢筋网(9)，所述钢筋网(9)贯穿所述第一凹槽(4)，且其两端分别延伸至与其相邻的剪力键组(2)内的间隙内；所述ECC保护块(3)未与所述钢梁(1)顶面接触的面上均设置有胶粘剂层(8)，所述混凝土板(5)上具有与所述第一凹槽(4)配合的凸起(6)和与所述ECC保护块(3)配合的第二凹槽(7)，所述混凝土板(5)的底部与所述钢梁(1)的顶面齐平。
2.根据权利要求1所述的钢-ECC-混凝土组合梁，其特征在于，所述钢梁(1)为H型钢。
3.根据权利要求2所述的钢-ECC-混凝土组合梁，其特征在于，所述H型钢的翼缘板厚度大于等于16mm，翼缘板宽度大于等于250mm，腹板厚度大于等于12mm。
4.根据权利要求3所述的钢-ECC-混凝土组合梁，其特征在于，所述剪力键为栓钉。
5.根据权利要求4所述的钢-ECC-混凝土组合梁，其特征在于，每组剪力键组(2)中的栓钉呈矩形阵列分布，所述矩形阵列的一边所在直线平行于所述H型钢的轴线，所述栓钉杆径小于或等于H型钢上翼缘厚度的1.5倍，每组剪力键组(2)中相邻栓钉之间沿H型钢轴线方向的间距大于等于栓钉杆径的6倍，垂直于H型钢轴线方向的间距大于等于栓钉杆径的4倍，所述混凝土板(5)和ECC保护块(3)的整体厚度大于等于200mm。
6.一种权利要求1-5任一所述的钢-ECC-混凝土组合梁的制备方法，其特征在于，包括：
S1、准备并放置经过防腐处理后的钢梁(1)；
S2、在钢梁(1)顶面固定至少两组剪力键组(2)，每组剪力键组(2)均包括多个剪力键，相邻剪力键组(2)之间具有一间隙；
S3、在钢梁(1)顶面上相邻剪力键组(2)之间绑扎钢筋网(9)，所述钢筋网(9)的两端分别延伸至与其相邻的剪力键组(2)内的间隙内；
S4、在钢梁(1)顶面剪力键组(2)所在位置处浇筑ECC保护块(3)；每个ECC保护块(3)均包裹一组剪力键组(2)，所述ECC保护块(3)的横截面呈矩形，其底部外轮廓的宽度等于所述钢梁(1)顶面的宽度，且其宽度方向与所述钢梁(1)的宽度方向平行，所有ECC保护块(3)沿钢梁(1)轴线方向分布，相邻ECC保护块(3)和所述钢梁(1)顶面之间形成第一凹槽(4)；
S5、当所述ECC保护块(3)达到设计强度，在所述ECC保护块(3)未与所述钢梁(1)顶面接触的面上涂抹胶粘剂层(8)；
S6、涂抹胶粘剂层(8)后，在所述ECC保护块(3)顶部绑扎构造钢筋，并对绑扎好的构造钢筋层进行模板搭建，向搭建好的所述模板内浇筑混凝土形成混凝土板(5)；所述混凝土板(5)具有与所述第一凹槽(4)配合的凸起(6)和与所述ECC保护块(3)配合的第二凹槽(7)，所述混凝土板(5)的底部与所述钢梁(1)的顶面齐平。
7.根据权利要求6任一所述的制备方法，其特征在于，所述胶粘剂层(8)的材质为环氧树脂，其厚度为2～3mm。
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