CN109930467A - 钢-ecc-混凝土组合梁及其制备方法 - Google Patents

钢-ecc-混凝土组合梁及其制备方法 Download PDF

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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、ECC托板、混凝土面板以及多个剪力键；ECC托板的纵截面呈倒梯形，倒梯形下底的长度等于钢梁上翼缘的宽度，其腰与下底形成的夹角大于等于135°，ECC托板和所有剪力键均位于钢梁上翼缘；ECC托板的顶面设置有结合层；混凝土面板位于结合层顶面，混凝土面板内配置有构造钢筋；所有剪力键沿钢梁轴线方向呈矩形阵列分布，每个剪力键均贯穿ECC托板和结合层，并延伸至混凝土面板内。

Description

钢-ECC-混凝土组合梁及其制备方法
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-混凝土组合结构是一种集合了钢材与混凝土两种材料性能优点的结构，在桥梁工程中，其结构形式通常由上部混凝土面板以及下部钢梁所组成，混凝土面板与钢梁通常使用剪力件进行连接。相比于钢筋混凝土结构，它能更充分地发挥材料性能，减轻结构自重，增加结构延性，缩短施工工期。但是，在钢-混凝土组合梁承受荷载后，混凝土容易产生裂缝，为腐蚀物质的侵入创造了条件。腐蚀介质的侵入将使得剪力键锈蚀而造成结构刚度减小、承载力降低，影响结构的使用性能甚至导致结构提前失效。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明旨在提供一种能够减缓剪力键锈蚀而导致的结构刚度减小、承载力降低的钢-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、ECC托板、混凝土面板以及多个剪力键；ECC托板的纵截面呈倒梯形，倒梯形下底的长度等于钢梁上翼缘的宽度，其腰与下底形成的夹角大于等于135°，ECC托板和所有剪力键均位于钢梁上翼缘；ECC托板的顶面设置有结合层；混凝土面板位于结合层顶面，混凝土面板内配置有构造钢筋；所有剪力键沿钢梁轴线方向呈矩形阵列分布，每个剪力键均贯穿ECC托板和结合层，并延伸至混凝土面板内。
进一步地，ECC托板的厚度不小于3cm，且不超过剪力键高度的1/2。
进一步地，剪力键为栓钉。
进一步地，混凝土面板的厚度大于等于180mm，且大于等于ECC托板厚度的1.5倍。
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的钢梁；
S2、在钢梁上翼缘固定多个剪力键，所有剪力键呈矩形阵列分布；
S3、在钢梁上翼缘浇筑ECC托板；ECC托板的厚度小于剪力键的高度，ECC托板的纵截面呈倒梯形，倒梯形下底的长度等于钢梁上翼缘的宽度，其腰与下底形成的夹角大于等于135°；
S4、当ECC托板达到设计强度，在ECC托板的顶面设置结合层；
S5、当结合层达到设计强度，在结合层顶部绑扎构造钢筋，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面板；混凝土面板顶部的高度高于剪力键顶部的高度。
进一步地，步骤S4中，结合层的设置方法为：在ECC托板的顶面涂抹胶粘剂后撒上若干摩擦力增加块，摩擦力增加块位于剪力键顶部的下方。
进一步地，胶粘剂为环氧树脂胶，其厚度为2～3mm；摩擦力增加块为碎石子，其粒径为5～10mm。
本发明的有益效果为：在制备阶段，钢梁承受施工荷载以及未形成强度的ECC和混凝土面板的重量；在使用阶段，钢-ECC-混凝土组合梁(以下简称“组合梁”)以组合结构整体共同承担荷载。该组合梁主要用于结构承担弯矩的区域。在正弯矩的作用下，钢梁受拉，混凝土和ECC托板受压；在负弯矩作用下，由于混凝土面板内配置有构造钢筋，构造钢筋承受拉力，钢梁承受压力。
剪力键贯穿ECC托板和结合层并延伸至混凝土面板内，用于传递水平剪力。结合层包括胶粘剂和若干摩擦力增加块，其位于ECC托板顶面和混凝土桥面板之间，使得两者的结合更加紧密，避免了ECC托板与混凝土面板之间产生滑移，进而增强了组合梁的刚度、稳定性和承载力，从而避免组合梁提前失效。
组合梁在承受荷载后，ECC托板产生的裂缝为多个细小裂缝而不是宽大的单个裂缝，从而有效阻止了腐蚀物质的入侵，很好地保护了其内部的剪力键，使得剪力键更好的传递剪力。并且ECC托板具有优越的抗疲劳性能，不易发生疲劳破坏，对提高组合梁的疲劳寿命产生了有益影响，从而避免组合梁提前失效。
同时，ECC托板的纵截面呈倒梯形，其腰与下底形成的夹角大于等于135°。这种结构有助于构件之间的粘结，避免在剪切力作用下接合面出现裂缝；并且有助于更好地将混凝土面板受到的荷载传递到钢梁上，防止组合梁内部出现局部应力过大的情况，大大增强了组合梁的稳定性和承载力；同时也方便施工过程中搭建模板进行混凝土面板现浇，给施工带来方便。
附图说明
图1为具体实施例中钢-ECC-混凝土组合梁的结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为图1的局部结构示意图。
其中，1、混凝土面板；2、结合层；3、ECC托板；4、H型钢；5、栓钉。
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所示，该钢-ECC-混凝土组合梁包括钢梁、ECC托板3、混凝土面板1以及多个剪力键；ECC托板3的纵截面呈倒梯形，倒梯形下底的长度等于钢梁上翼缘的宽度，其腰与下底形成的夹角大于等于135°。
如图2和图3所示，ECC托板3和所有剪力键均位于钢梁上翼缘；ECC托板3的顶面设置有结合层2。“ECC”为工程用水泥基增强复合材料的简称。混凝土面板1位于结合层2顶面，混凝土面板1内配置有构造钢筋；关于构造钢筋配置的要求，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》。所有剪力键沿钢梁轴线方向呈矩形阵列分布，每个剪力键均贯穿ECC托板3和结合层2，并延伸至混凝土面板1内。
实施时，选用经过防腐处理的钢梁，本方案优选钢梁为H型钢4。具体地，ECC托板3的厚度不小于3cm，以延长腐蚀物质渗透ECC托板3到达剪力键表面的时间，从而增强组合梁的抗腐蚀性；且ECC托板3的厚度不超过剪力键高度的1/2，以增强混凝土面板与ECC托板3结合的紧密度，从而提高组合梁的承载能力。
其中，剪力键为栓钉5。具体地，混凝土面板1的厚度大于等于180mm，且大于等于ECC托板3厚度的1.5倍，以进一步提高组合梁的耐久性和承载能力，而混凝土面板1的宽度应考虑混凝土翼板有效宽度，通常不应超过按《GB50917-2013》所规定的方法计算出的有效宽度。
另外，结合层2由胶粘剂和位于胶粘剂上的若干摩擦力增加块构成。具体地，胶粘剂为环氧树脂胶，其厚度为2～3mm，摩擦力增加块为碎石子，其粒径为5～10mm。
在另一实施例中，钢梁为方钢。
本方案还提供一种钢-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的钢梁；
S2、在钢梁上翼缘固定多个剪力键，所有剪力键呈矩形阵列分布；
S3、在钢梁上翼缘浇筑ECC托板3；ECC托板3的厚度小于剪力键的高度，ECC托板3的纵截面呈倒梯形，倒梯形下底的长度等于钢梁上翼缘的宽度，其腰与下底形成的夹角大于等于135°；
S4、当ECC托板3达到设计强度，在ECC托板3的顶面设置结合层2；
S5、当结合层2达到设计强度，在结合层2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面板1；混凝土面板1顶部的高度高于剪力键顶部的高度。
在实施时，本方案优选剪力键的固定方法为焊接，结合层的设置方法为：在ECC托板3顶面涂抹胶粘剂后撒上若干摩擦力增加块，摩擦力增加块位于剪力键顶部的下方。具体地，胶粘剂为环氧树脂胶，其厚度为2～3mm；摩擦力增加块为碎石子，其粒径为5～10mm。

Claims (7)

1.钢-ECC-混凝土组合梁，其特征在于，包括钢梁、ECC托板(3)、混凝土面板(1)以及多个剪力键；所述ECC托板(3)的纵截面呈倒梯形，所述倒梯形下底的长度等于所述钢梁上翼缘的宽度，其腰与下底形成的夹角大于等于135°，所述ECC托板(3)和所有剪力键均位于所述钢梁上翼缘；所述ECC托板(3)的顶面设置有结合层(2)；所述混凝土面板(1)位于所述结合层(2)顶面，所述混凝土面板(1)内配置有构造钢筋；所有剪力键沿钢梁轴线方向呈矩形阵列分布，每个所述剪力键均贯穿所述ECC托板(3)和结合层(2)，并延伸至所述混凝土面板(1)内。
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ECC托板(3)的厚度不小于3cm，且不超过所述剪力键高度的1/2。
3.根据权利要求1所述的钢-ECC-混凝土组合梁，其特征在于，所述剪力键为栓钉(5)。
4.根据权利要求1-3任一所述的钢-ECC-混凝土组合梁，其特征在于，所述混凝土面板(1)的厚度大于等于180mm，且大于等于所述ECC托板(3)厚度的1.5倍。
5.一种权利要求1-4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；
S2、在钢梁上翼缘固定多个剪力键，所有剪力键呈矩形阵列分布；
S3、在钢梁上翼缘浇筑ECC托板(3)；所述ECC托板(3)的厚度小于所述剪力键的高度，所述ECC托板(3)的纵截面呈倒梯形，所述倒梯形下底的长度等于所述钢梁上翼缘的宽度，其腰与下底形成的夹角大于等于135°；
S4、当所述ECC托板(3)达到设计强度，在所述ECC托板(3)的顶面设置结合层(2)；
S5、当所述结合层(2)达到设计强度，在所述结合层(2)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面板(1)；所述混凝土面板(1)顶部的高度高于所述剪力键顶部的高度。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，结合层的设置方法为：在ECC托板(3)的顶面涂抹胶粘剂后撒上若干摩擦力增加块，所述摩擦力增加块位于所述剪力键顶部的下方。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述胶粘剂为环氧树脂胶，其厚度为2～3mm；摩擦力增加块为碎石子，其粒径为5～10mm。
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