CN110359358B - 钢-混凝土组合结构锥形铸铁螺栓连接件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢‑混凝土组合结构锥形铸铁螺栓连接件，包括锥形铸铁块、锥形孔盖板、上部固定螺栓、下部高强螺栓、螺栓固定内锥套、螺栓固定外锥套；所述的锥形铸铁块为具有锥度的圆台状铸铁块，放置在具有相应锥度的混凝土的预留孔内，预留孔的锥度使得锥形铸铁块无法向下推出；锥形孔盖板通过上部固定螺栓固定在锥形铸铁块，下部钢梁预留孔洞，下部高强螺栓、螺栓固定内锥套以及螺栓固定外锥套穿过钢梁预留孔洞将钢梁与锥形铸铁块连接，进而与混凝土相连接。本发明具有较好的初始刚度。锥形铸铁块可增加混凝土受压面积，使得不受混凝土抗压强度控制，可以增加单个剪力连接件承载力，从而使用更大直径的剪力连接件，减少剪力连接件数量。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域的一种新型钢-混凝土组合结构剪力连接件，尤其是可拆卸钢-混凝土组合结构锥形铸铁螺栓连接件。
背景技术
近年来，钢-混凝土组合桥梁在世界范围内得到了广泛的应用，采用这种结构的桥梁具有刚度大、上部结构高度小以及延性高等优点。在各种钢-混凝土剪力连接件中，焊接栓钉连接件因其焊接速度快、力学性能优异、综合研究成果广泛，成为实现钢梁与混凝土板复合作用的最实用的剪力连接件。从可持续发展的角度来看，建筑的可拆卸性和可回收性是十分重要的，而使用传统的焊接头螺柱剪切连接件的组合梁混凝土板不能方便、高效地进行结构拆卸和回收。组合桥梁的混凝土板及钢梁往往面临着严重的腐蚀问题，尤其是由冻融循环和各种化学物质侵蚀引起的钢筋和钢梁腐蚀，更换、修复或加固老化混凝土板可以延长组合桥梁的使用寿命，现已成为研究热点。与传统的焊接螺栓连接的钢筋混凝土板相比，用螺栓连接的钢筋混凝土板可以很容易地拆卸，从而可以快速更换变质的混凝土板，这有助于降低结构寿命周期成本，提高钢混凝土桥的结构可持续性。
国内外学者从不同角度不同方向研究了螺栓连接件的性能和优势，但是现有研究中的螺栓连接件往往无法实现在不更换混凝土板的前提下，局部更换剪力连接件。此外，现有的螺栓连接件，往往要对螺栓周围的混凝土进行后浇，现场湿作业较大且螺栓剪力件性能受后浇混凝土质量影响。另一方面，由于螺栓连接件一般需在钢梁上预留孔洞，而往往由于加工和安装误差，使得连接件在钢梁预留孔洞处有一定空隙，使得螺栓连接件的初始刚度较低。
发明内容
为解决上述问题，且同时保留混凝土板和钢梁的可拆卸性，本发明提出了钢-混凝土组合结构锥形铸铁螺栓连接件，称为锥形铸铁螺栓连接件（Tapered iron boltconnector），简称TIBC。
一种钢-混凝土组合结构锥形铸铁螺栓连接件，包括锥形铸铁块、锥形孔盖板、上部固定螺栓、下部高强螺栓、螺栓固定内锥套、螺栓固定外锥套；
所述的锥形铸铁块为具有锥度的圆台状铸铁块，放置在具有相应锥度的混凝土的预留孔内，预留孔的锥度使得锥形铸铁块无法向下推出；锥形孔盖板通过上部固定螺栓固定在锥形铸铁块，下部钢梁预留孔洞，下部高强螺栓、螺栓固定内锥套以及螺栓固定外锥套穿过钢梁预留孔洞将钢梁与锥形铸铁块连接，进而与混凝土相连接。
所述的螺栓固定内锥套为外侧具有锥度和竖向缝的铸铁套，锥度使得螺栓固定内锥套可以固定在螺栓固定外锥套上，竖向缝使得螺栓固定内锥套具有环向变形能力，以减少加工误差带来的混凝土和钢梁之间的相对滑移。
所述的螺栓固定外锥套的内侧具有锥度，以和螺栓固定内锥套相连，外锥套加强了下部高强螺栓在孔洞处的连接，进一步减少加工误差带来的混凝土和钢梁之间的相对滑移。
本发明的有益处为:
1、使用TIBC的组合结构，只要拧开下部高强螺栓，便可以解除混凝土和钢梁之间的连接，使得混凝土、钢梁以及下部高强螺栓可以更换，可以大大减少组合梁结构维修所花的时间和费用；
2、使用TIBC的组合结构，当需要拆卸和更换锥形铸铁块时，只需将锥形孔盖板上部的圆孔内的细骨料混凝土破除，拧开下部高强螺栓，即可将锥形铸铁块向上拔出，进行连接件的更换；
3、由于螺栓固定外锥套和螺栓固定内锥套可以减少加工误差带来的混凝土和钢梁之间的相对滑移，TIBC具有较好的初始刚度；
4、使用TIBC的组合结构可以在工厂预制现场组装施工，且施工现场湿作业较少，仅有锥形孔盖板上部的圆孔内的少量细骨料混凝土需现场施工。
5、锥形铸铁块可增加混凝土受压面积，使得TIBC不受混凝土抗压强度控制，可以增加单个剪力连接件承载力，从而使用更大直径的剪力连接件，减少剪力连接件数量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的锥形孔盖板及锥形铸铁块示意图；
图3是本发明的螺栓固定内锥套和螺栓固定外锥套示意图；
图4是本发明的安装流程示意图；
图中，锥形铸铁块1、锥形孔盖板2、上部固定螺栓3、下部高强螺栓4、螺栓固定内锥套5、螺栓固定外锥套6、钢梁7、混凝土8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步阐述。
如附图1所示，上部混凝土需预留孔洞放置和固定锥形铸铁块1和锥形孔盖板2，其中锥形铸铁块1需放置在有一定锥度的混凝土预留孔内，预留孔的锥度使得锥形铸铁块1无法向下推出。锥形预留孔的上部需预留和锥形孔盖板2尺寸对应的圆孔，锥形孔盖板2在圆孔内通过上部固定螺栓3固定在锥形铸铁块1的上部，圆孔其他部分填充细骨料混凝土，锥形铸铁块1与锥形孔盖板2示意图见附图2。当需要拆卸和更换锥形铸铁块时，只需将圆孔内的细骨料混凝土破除，拧开下部高强螺栓4，即可将锥形铸铁块向上拔出。
下部钢梁需预留孔洞，下部高强螺栓4、螺栓固定内锥套5以及螺栓固定外锥套6穿过钢梁预留孔洞将钢梁7与锥形铸铁块1连接，进而与混凝土8相连接。螺栓固定内锥套5为外侧具有一定锥度和竖向缝的铸铁套，锥度使得螺栓固定内锥套可以固定在螺栓固定外锥套上，竖向缝使得内锥套具有一定环向变形能力，以减少加工误差带来的混凝土和钢梁之间的相对滑移。螺栓固定外锥套6的内侧具有一定锥度，以和内锥套相连，外锥套加强了下部高强螺栓4在孔洞处的连接，进一步减少加工误差带来的混凝土和钢梁之间的相对滑移。螺栓固定内锥套和外锥套示意图见附图3。
使用TIBC的组合梁，只要拧开下部高强螺栓，便可以解除混凝土和钢梁之间的连接，使得混凝土、钢梁以及下部高强螺栓可以更换，可以大大减少组合梁结构维修所花的时间和费用。
实施例
为探究TIBC的力学性能，参照欧洲EC-4规范，制作了一组推出试件，推出试件的整体尺寸。试件的下部高强螺栓的公称直径为12mm，为8.8级高强螺栓。推出试件的钢梁均采用Q235热轧H型钢，规格为HM 250×250×9×14，钢梁翼缘需开与下部高强螺栓尺寸匹配的孔洞。试件所用混凝土均为同一批混凝土，混凝土强度为C45,混凝土内部均配有双向HPB235级箍筋。
螺栓固定内外锥套均采用45#钢，其尺寸需与下部高强螺栓的尺寸相对应。锥形铸铁块为外侧具有一定锥度的圆台状铸铁块，铸铁牌号为KHT300-06，其高度和锥度需根据混凝土强度和保护层厚度来设计，以避免周边混凝土局部破坏和上部混凝土保护层过薄。锥形孔盖板为盖在锥形铸铁块上部的铸铁圆盖板，起到固定在锥形铸铁块和阻挡混凝土进入锥形孔，其面积需比锥形铸铁块稍大，锥形孔盖板为厚8mm直径为134mm的圆盘，中心留有直径为16mm的孔洞，所用材料为Q235钢。推出试件的上部固定螺栓采用6.8级M16普通螺栓。
试件具体制作流程为：混凝土板支模，并固定孔洞预埋件和钢筋位置，浇筑混凝土板，2天后混凝土板脱模成型，进行28天的浇水养护。28天后，将混凝土板内的预埋件取出，装入锥形铸铁块，再将预制的钢梁，通过螺栓固定内锥套，外锥套及下部高强螺栓和混凝土板连接。最后将锥形孔盖板通过上部固定螺栓固定在锥形铸铁块上部，即可完成安装，若需要更换下部高强螺栓、混凝土板及钢梁，只需拧开下部高强螺栓即可实现。制作安装流程见附图4。
Claims (1)
1.一种钢-混凝土组合结构锥形铸铁螺栓连接件，其特征在于，包括锥形铸铁块（1）、锥形孔盖板（2）、上部固定螺栓（3）、下部高强螺栓（4）、螺栓固定内锥套（5）、螺栓固定外锥套（6）；
所述的锥形铸铁块（1）为具有锥度的圆台状铸铁块，放置在具有相应锥度的混凝土（7）的预留孔内，预留孔的锥度使得锥形铸铁块（1）无法向下推出；
锥形孔盖板（2）通过上部固定螺栓（3）固定在锥形铸铁块（1）上，
下部钢梁预留孔洞，下部高强螺栓（4）、螺栓固定内锥套（5）以及螺栓固定外锥套（6）穿过钢梁预留孔洞将钢梁（7）与锥形铸铁块（1）连接，进而与混凝土（8）相连接；
所述的螺栓固定内锥套（5）为外侧具有锥度和竖向缝的铸铁套，锥度使得螺栓固定内锥套可以固定在螺栓固定外锥套上，竖向缝使得螺栓固定内锥套具有环向变形能力，以减少加工误差带来的混凝土和钢梁之间的相对滑移；
所述的螺栓固定外锥套（6）的内侧具有锥度，以和螺栓固定内锥套（5）相连。
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