CN110735480A - 采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用抗剪‑不抗拔连接件的双钢板‑混凝土组合结构及其施工方法。该双钢板‑混凝土组合结构包括：外侧钢板筒和内侧钢板筒；所述外侧钢板筒和内侧钢板筒之间填充有混凝土；所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上均设置有多个抗剪‑不抗拔连接件；所述抗剪‑不抗拔连接件包括：钉杆和钉帽；所述钉杆的底部与所述外侧钢板筒或内侧钢板筒的内表面连接；所述钉帽设置在所述钉杆的顶部。应用本发明可以有效地释放由于温度升高时在混凝土中产生的环向拉应力，防止内填混凝土开裂。
Description
技术领域
本申请涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构及其施工方法。
背景技术
双钢板-混凝土组合结构是一种在两块钢板间通过栓钉、角钢等不同形式连接件使钢板间混凝土与钢板发挥组合作用，共同抵抗外部作用的结构形式。目前，由于其优异的力学性能，双钢板-混凝土组合结构已经在核电站安全壳、大型筒仓、海底容器以及沉管隧道等大型工程中得到了广泛的应用。
相较于传统的结构形式，双钢板-混凝土组合结构具有多方面的优势：钢结构造价较高，施工难度较大；钢筋混凝土结构易产生裂缝；预应力混凝土结构施工复杂，且预应力会逐渐损失导致结构可靠度下降。
目前，双钢板-混凝土组合结构之间的连接均采用完全连接，保证钢与混凝土的变形一致。但是，这样的形式也存在一定的问题。当内侧钢板的温度升高时，由于连接件的约束作用，壳内的混凝土也会产生环向的拉应力，当环向拉应力超过开裂应力时，内填混凝土将会开裂，影响组合结构的刚度及承载力。
因此，亟须提出一种新型的双钢板-混凝土组合结构形式，使其在温度作用下可以局部释放钢与混凝土之间的组合作用，使内填混凝土不产生裂缝，但是在恒、活荷载甚至面外冲击动力荷载下仍然能发挥钢与混凝土之间的组合作用，协同工作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构及其施工方法，从而可以有效地释放由于温度升高时在混凝土中产生的环向拉应力，防止内填混凝土开裂。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构，该双钢板-混凝土组合结构包括：外侧钢板筒和内侧钢板筒；
所述外侧钢板筒和内侧钢板筒之间填充有混凝土；
所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上均设置有多个抗剪-不抗拔连接件；
所述抗剪-不抗拔连接件包括：钉杆和钉帽；
所述钉杆的底部与所述外侧钢板筒或内侧钢板筒的内表面连接；所述钉帽设置在所述钉杆的顶部。
较佳的，所述钉帽的顶部以及所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上还设置有预设厚度的软质发泡材料。
本发明中还提供了一种采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
根据内侧钢板筒的升温度数以及面外荷载的取值，分别计算出抗剪-不抗拔连接件的尺寸、布置间距以及软质发泡材料的厚度；
根据计算结果，将抗剪-不抗拔连接件焊接在所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上；
在外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上以及钉帽的顶部粘接预设厚度的软质发泡材料；
将外侧钢板筒和内侧钢板筒作为内填混凝土的模板，进行固定以及安装；
在外侧钢板筒和内侧钢板筒之间浇筑混凝土，形成采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构。
如上可见，在本发明中的采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构及其施工方法中，由于在外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上设置了多个抗剪- 不抗拔连接件，因此使得两块钢板之间的混凝土与钢板在沿接触面的法向是可以相对滑动的(可沿厚度方向相对滑动)，因而可以有效地释放由于温度升高时在混凝土中产生的环向拉应力，防止内填混凝土开裂；同时，该抗剪-不抗拔连接件还具有较强的抗剪能力，从而可以使混凝土和钢板之间仍然具有较强的整体性。另外，由于抗剪-不抗拔连接件上还设置有钉帽，因此可以有效约束钢板的向外鼓曲，提高钢板的局部屈曲荷载。
附图说明
图1为本发明实施例中的采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构的结构示意图。
图2为本发明实施例中的抗剪-不抗拔连接件的结构示意图。
图3为本发明实施例中的采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构的施工方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构的结构示意图，图2为本发明实施例中的抗剪-不抗拔连接件的结构示意图。如图1和图2所示，本发明实施例中的采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板 -混凝土组合结构具体包括：外侧钢板筒11和内侧钢板筒12；
所述外侧钢板筒11和内侧钢板筒12之间填充有混凝土13；
所述外侧钢板筒11和内侧钢板筒12的内表面上均设置有多个抗剪-不抗拔连接件14；
所述抗剪-不抗拔连接件14包括：钉杆21和钉帽22；
所述钉杆21的底部与所述外侧钢板筒11或内侧钢板筒12的内表面连接；所述钉帽22设置在所述钉杆21的顶部。
因此可知，上述采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构由内外两块钢板、内填混凝土以及使上述两者发挥组合作用的带钉帽的抗剪-不抗拔连接件三者组成。
与现有技术中的完全粘结的双钢板-混凝土组合结构相比，本发明中的采用带钉帽的抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构，由于在外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上设置了多个抗剪-不抗拔连接件，因此使得两块钢板之间的混凝土与钢板在沿接触面的法向是可以相对滑动的(可沿厚度方向相对滑动)，因而可以有效地释放由于温度升高时在混凝土中产生的环向拉应力，防止内填混凝土开裂；同时，该抗剪-不抗拔连接件还具有较强的抗剪能力，从而可以使混凝土和钢板之间仍然具有较强的整体性。另外，由于抗剪-不抗拔连接件上还设置有钉帽，因此可以有效约束钢板的向外鼓曲，提高钢板的局部屈曲荷载。
此外，进一步的，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述钉帽 22的顶部以及所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上还设置有预设厚度的软质发泡材料23。
由于在外侧钢板筒的内表面上、内侧钢板筒的内表面上及钉帽处均设置 (例如，粘接)有预设厚度的软质发泡材料，因此在钢板与混凝土接触面的法向刚度很弱，几乎不具备抗拔能力，使混凝土和钢板之间可沿该方向相对滑动，但同时具有较强的抗剪能力，使混凝土和钢板仍然具有较强的整体性。因此，在温度和面外撞击荷载作用下均能保证良好的工作性能。
另外，在本发明的技术方案中，还提出了一种采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构的施工方法。
图3为本发明实施例中的采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构的施工方法的流程示意图。如图3所示，本发明中的采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构的施工方法包括如下的步骤：
步骤301，根据内侧钢板筒的升温度数以及面外荷载的取值，分别计算出抗剪-不抗拔连接件的尺寸、布置间距以及软质发泡材料的厚度。
步骤302，根据计算结果，将抗剪-不抗拔连接件焊接在所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上。
步骤303，在外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上以及钉帽的顶部粘接预设厚度的软质发泡材料。
上述步骤302和303的工序可以在工厂内完成，并在完成后再将外侧钢板筒和内侧钢板筒运输到施工现场。
步骤304，将外侧钢板筒和内侧钢板筒作为内填混凝土的模板，进行固定以及安装。
步骤305，在外侧钢板筒和内侧钢板筒之间浇筑混凝土，形成采用抗剪- 不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构。
通过上述的步骤301～305，即可完成本发明中上述的采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构。
综上所述，与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下的优点：
(1)由于采用了双钢板-混凝土组合结构形式，因此在受到面外撞击荷载作用时，其承载力及刚度超过相同含钢率的传统结构形式，同时还能够抗渗、抗裂；
(2)由于在受到面外撞击荷载时，钢板与混凝土界面间会有剪力产生，而抗剪-不抗拔连接件可以有效地进行剪力传递，因此具有较强的抗剪能力，使混凝土和钢板仍然具有较强的整体性；
(3)由于混凝土与钢板在沿接触面的法向是可以相对滑动的，因此可以有效释放温度升高时混凝土中产生的环向拉应力，防止内填混凝土开裂；
(4)由于该抗剪-不抗拔连接件上设置有钉帽，因此可以有效约束钢板的向外鼓曲，提高钢板的局部屈曲荷载；
(5)连接件构造简单，取材方便，抗剪-不抗拔连接件预先在工厂焊接于钢板上，并在外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上以及钉帽表面粘接软质发泡材料，因此在施工现场只需浇筑混凝土即可，快速方便。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (3)
1.一种采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构，其特征在于，该双钢板-混凝土组合结构包括：外侧钢板筒和内侧钢板筒；
所述外侧钢板筒和内侧钢板筒之间填充有混凝土；
所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上均设置有多个抗剪-不抗拔连接件；
所述抗剪-不抗拔连接件包括：钉杆和钉帽；
所述钉杆的底部与所述外侧钢板筒或内侧钢板筒的内表面连接；所述钉帽设置在所述钉杆的顶部。
2.根据权利要求1所述的双钢板-混凝土组合结构，其特征在于：
所述钉帽的顶部以及所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上还设置有预设厚度的软质发泡材料。
3.一种采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构的施工方法，其特征在于，该施工方法包括如下步骤：
根据内侧钢板筒的升温度数以及面外荷载的取值，分别计算出抗剪-不抗拔连接件的尺寸、布置间距以及软质发泡材料的厚度；
根据计算结果，将抗剪-不抗拔连接件焊接在所述外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上；
在外侧钢板筒和内侧钢板筒的内表面上以及钉帽的顶部粘接预设厚度的软质发泡材料；
将外侧钢板筒和内侧钢板筒作为内填混凝土的模板，进行固定以及安装；
在外侧钢板筒和内侧钢板筒之间浇筑混凝土，形成采用抗剪-不抗拔连接件的双钢板-混凝土组合结构。
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