CN111350271B - 一种混凝土板钢混连接界面抗裂结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土板钢混连接界面抗裂结构及其制备方法，其包括设置于混凝土板端部的端部连接件，所述端部连接件包括位于混凝土板侧面的竖向板，竖向板与混凝土板间设置有补厚板，补厚板上安装有与混凝土板内钢筋连接的拉杆组件，所述拉杆组件包括安装于混凝土板上的高强拉杆，高强拉杆的端部套设有高强螺母，高强螺母的底面与补厚板抵接；高强拉杆位于补厚板一侧设置有套管，高强拉杆末端通过螺纹套与钢筋套接；端部连接件包括与混凝土板底面相接的横向板，横向板的一端与竖向板相接，横向板的底部与竖向板间设置有加劲肋。本发明能够解决现有技术中栓焊连接的连接界面抗裂强度不足的问题，空间性能好、抗裂性能强。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种混凝土板钢混连接界面抗裂结构及其制备方法。
背景技术
混凝土板的连接形式主要有现浇湿接缝和干式连接两种。现浇湿接缝在预留的后浇带中浇筑混凝土，通过现浇混凝土及预留的伸出钢筋，连接相邻混凝土板。
干式接缝有两种形式，其一为在相邻混凝土板端面涂抹环氧胶，并将钢绞线穿过预留的孔道，通过环氧胶和钢绞线连接相邻混凝土板；其二为在混凝土板端部预埋板端连接件，在板端连接件顶部采用焊接连接，在板端连接件下部采用螺栓连接，也叫栓焊连接。
栓焊连接是一种采用钢结构的连接方式连接混凝土构件的方法，具有既连接快速又便于拆装的显著优点，而且施工现场无现浇作业，大大加快了施工速度。
但栓焊连接由于竖向钢板与混凝土界面依靠剪力连接件或钢筋连接，连接界面的抗裂强度由混凝土与钢板件的化学粘结力提供，剪力连接件或钢筋在钢板-混凝土界面开裂后才能发挥作用，抗裂性能差，水气等腐蚀物质易通过界面裂缝进入，腐蚀剪力连接件及钢板，降低了混凝土板连接的刚度和耐久性。
发明内容
本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中栓焊连接的连接界面抗裂强度不足的问题的混凝土板钢混连接界面抗裂结构及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
提供了一种混凝土板钢混连接界面抗裂结构，其包括如下步骤：
设置于混凝土板端部的端部连接件，所述端部连接件包括设置于混凝土板端部的端部连接件，所述端部连接件包括位于混凝土板侧面的竖向板，竖向板与混凝土板间设置有补厚板，补厚板上安装有与混凝土板内钢筋连接的拉杆组件，所述拉杆组件包括安装于混凝土板上的高强拉杆，高强拉杆的端部套设有高强螺母，高强螺母的底面与补厚板抵接；高强拉杆位于补厚板一侧设置有套管，高强拉杆末端通过螺纹套与钢筋套接；端部连接件包括与混凝土板底面相接的横向板，横向板的一端与竖向板相接，横向板的底部与竖向板间设置有加劲肋。
通过高强螺母的螺纹的轴向分力张紧高强拉杆，使高强拉杆的回弹力反作用在竖向板上，在竖向板与混凝土板的连接面，即钢混连接界面上，上主动施加预应力，使竖向板与混凝土板的连接面处于受压状态，在钢混凝土的连接界面开裂前，外荷载需先抵消连接面的预应力，从而提高了连接界面的抗裂能力；同时利用加劲肋增大了连接界面的高度，降低了连接界面的拉应力，从而进一步提高界面抗裂能力。
上述方案中，优选的，套管外侧套设有密封圈，密封圈位于补厚板与混凝土板间。
通过设置密封圈，保证套管与补厚板的紧密连接，从而保证拉杆组件、端部连接件与混凝土板的紧密连接。
上述方案中，优选的，套管与高强拉杆间无粘接。
通过将套管与高强拉杆间设置为无粘接状态，从而大幅减小螺纹变形、接缝压密等因素导致的预应力损失。
上述方案中，优选的，套管长度l满足条件：
l≤L-6d1，
其中，L为高强拉杆的长度，d1为高强拉杆直径。
通过保证高强拉杆的长度，以保证其足够的伸长量，从而提高所能施加的预应力大小。
本发明还提供了一种上述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法，其包括如下步骤：
S1、预先计算需要的拉杆组件的个数；
S2、根据计算的拉杆组件个数，分别加工拉杆组件和端部连接件；
S3、将拉杆组件与端部连接件相互连接；
S4、绑扎混凝土内的钢筋网并立模，浇筑混凝土，将拉杆组件、板端连接件埋入混凝土板中；
S5、拧紧高强螺母。
通过高强螺母施加预压力，施加预压力的空间小，螺母的施拧与预压力的施加同时完成，采用扭力扳手即可实施，无需传统的千斤顶、撑脚等专用预压力设备，在狭小的空间内即可实施预压力的施加。
进一步地，计算需要的拉杆组件的个数的方法包括：
S1-1、根据抗裂要求确定钢混连接界面的预压应力σi，预压应力σi不小于3MPa；
S1-2、预先设定加劲肋的高度hs和高强拉杆直径d1，并计算混凝土板每米宽度所需的预加力Fp：
其中，β＝0.6～1.4，a＝0.3～0.6，b＝0.04～0.08，c＝0.4～0.8，g＝50～80，e＝6～10，f＝70～130，这些均为常系数；
S1-3、计算混凝土板每米宽度所需的高强拉杆组件根数S：
其中，FS为单根高强拉杆上的预加力，fy为高强拉杆的屈服强度，可通过查表得到；
S1-4、计算高强拉杆组件根数Ts：
TS＝Bb/S，
其中，Bb为混凝土板的宽度。
根据竖向板和混凝土板连接界面抗裂强度的需求，定量确定高强拉杆组件根数与加劲肋高度，从而保证施加预应力的强度满足需求，为本发明的工程应用提供了理论方法。
进一步地，加工拉杆组件的方法包括：
S2-1、对钢筋上与高强拉杆套接的一端攻丝；
S2-2、将高强拉杆的一端通过螺纹套与钢筋套接，另一端套入套管，使套管到高强拉杆偏离螺纹套一端端部的距离为t1+t3，t1为竖向板厚度，t3为密封圈厚度；
S2-3、将套管两端密封，然后在套管上套设密封圈，使密封圈到套管上偏离螺纹套一端端部的距离为t2，t2为补厚板的厚度。
通过在拉杆组件上留出补厚板、竖向板和密封圈的位置，方便安装。
进一步地，加工端部连接件的方法包括：
S2-4、在竖向板上钻制孔径为D1的安装孔，D1≥d2，其中，d2为高强螺母施拧时所用套筒的外径；
S2-5、在补厚板上钻制孔径为D2的连接孔，D2≥d1+1mm；
S2-6、将连接孔与安装孔中心对齐，然后将补厚板与竖向板焊接；
S2-7、将横向板的一端与竖向板抵接，抵接部的上端面与竖向板相接并焊接，在横向板底面和竖向板间焊接加劲肋。
通过设置连接孔和安装孔的大小，从而将高强螺母隐藏在安装孔内，不妨碍混凝土板间的栓焊连接，解决传统的夹片锚、墩头锚厚度大，难以实现混凝土板间的栓焊连接的问题；并能方便伸入安装密封圈。
进一步地，拉杆组件与端部连接件相互连接的方法包括：
S3-1、将拉杆组件一端偏离螺纹套一端穿入端部连接件的连接孔中，并在拉杆组件的端部套接密封圈，将密封圈挤入连接孔另一侧；
S3-2、在拉杆组件上套接高强螺母，使高强螺母与补厚板贴合；
S3-3、挤压密封圈，使密封圈与套管和补厚板另一面贴合；
S3-4、重复步骤S3-1至S3-3，直至将所有拉杆组件与端部连接件均安装在一起。
进一步地，高强拉杆预加力的施加方法包括：
S5-1、根据S1-3所确定的高强拉杆预加力Fs，计算高强拉杆的伸长量Δ，其计算公式为：
其中，l为套管长度，E为弹性模量；
S5-2、对高强螺母进行第一次拧紧，使端部连接件与混凝土板相接面密贴，并记录第一次拧紧结束时，高强螺母端面与高强拉杆相邻端的端部的相对距离Δ1；
S5-3、重复S5-1至S5-2，直至完成所有高强螺母的第一次拧紧，然后根据设定施拧扭矩，对所有高强螺母进行第二次拧紧，并测量此时高强螺母端面与高强拉杆相邻端的端部的相对距离Δ2；
S5-4、当高强螺母所在位置满足条件公式Δ2-Δ1≥Δ时，结束拧紧，否则继续拧紧，直至满足条件公式。
通过设置扭矩和高强拉杆伸出量配合，提高了预应力施加的精度，解决了高强拉杆在养护过程中生锈导致螺母与螺杆摩擦力增大，当施拧的扭矩达到规范额定值时，高强拉杆拉力小于所需值的问题，提高了预压力施加的精度。
本发明提供的上述混凝土板钢混连接界面抗裂结构的主要有益效果在于：
通过高强螺母的螺纹的轴向分力张紧高强拉杆，使高强拉杆的回弹力反作用在竖向板上，在竖向板与混凝土板的连接面上主动施加预应力，使竖向板与混凝土板的连接面处于受压状态，在钢混凝土的连接界面开裂前，外荷载需先抵消连接面的预应力，从而提高了连接界面的抗裂能力；同时利用加劲肋增大了连接界面的高度，降低了连接界面的拉应力，从而进一步提高界面抗裂能力。
本发明提供的上述混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法的主要有益效果在于：
通过高强螺母施加预压力，施加预压力的空间小，高强螺母的施拧与预压力的施加同时完成，采用扭力扳手即可实施，无需传统的千斤顶、撑脚等专用预压力设备，在狭小的空间内即可实施预压力的施加。
通过在钢混界面处施加预应力，显著提高了抗裂性能，解决了栓焊连接钢混界面的抗裂性能差，水气等腐蚀物质易通过界面裂缝进入，降低了混凝土板连接的刚度和耐久性的问题。
附图说明
图1是本发明抗裂结构的结构示意图。
图2是抗裂结构的后视图。
图3是抗裂结构的正视图。
图4是抗裂结构制作方法的流程图。
其中，1、端部连接件，11、竖向板，111、安装孔，12、补厚板，121、连接孔，13、横向板，131、螺栓孔，132、固定螺栓，14、加劲肋，2、拉杆组件，21、套管，22、高强拉杆，23、高强螺母，24、螺纹套，25、钢筋，26、密封圈，3、混凝土板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，其为混凝土板钢混连接界面抗裂结构的结构示意图。
本发明的混凝土板钢混连接界面抗裂结构，其包括如下步骤：
设置于混凝土板3端部的端部连接件1，端部连接件1包括位于混凝土板3侧面的竖向板11，竖向板11与混凝土板3间设置有补厚板12，补厚板12上安装有与混凝土板3内钢筋连接的拉杆组件2，其中，如图2和图3所示，竖向板11上开设有安装孔111，补厚板12上对应位置开设有连接孔121，以便与拉杆组件配合连接。
端部连接件1还包括与混凝土板3底面相接的横向板13，横向板13的一端与竖向板11相接，横向板13的底部与竖向板11间设置有加劲肋14。
优选的，横向板13上开设有螺栓孔131，并通过固定螺栓132与混凝土板3连接。
拉杆组件2包括安装于混凝土板3上的高强拉杆22，高强拉杆22的端部套设有高强螺母23，高强螺母23的底面与补厚板12抵接，施拧高强螺母23时，可在钢混连接界面处施加预压力；高强拉杆22位于补厚板12一侧设置有套管21，高强拉杆22末端通过螺纹套24与钢筋25套接。
通过高强螺母23的螺纹的轴向分力张紧高强拉杆22，使高强拉杆22的回弹力反作用在竖向板11上，在竖向板11与混凝土板3的连接面上，即钢混连接界面上，主动施加预应力，使竖向板11与混凝土板3的连接面处于受压状态，在钢-混凝土的连接界面开裂前，外荷载需先抵消连接面的预应力，从而提高了连接界面的抗裂能力。
同时利用加劲肋14增大了连接界面的高度，降低了连接界面的拉应力，从而进一步提高界面抗裂能力。
其中，套管21外侧套设有密封圈26，密封圈26位于补厚板12与混凝土板3间。
通过设置密封圈26，保证套管21与补厚板12的紧密连接，从而保证拉杆组件2、端部连接件1与混凝土板3的紧密连接。
其中，套管21与高强拉杆22间无粘接。通过将套管21与高强拉杆22间设置为无粘接状态，从而大幅减小螺纹变形、接缝压密等因素导致的预应力损失。
优选的，套管21长度l满足条件：
l≤L-6d1，
其中，L为高强拉杆22的长度，d1为高强拉杆22直径。
通过保证高强拉杆22的长度，以保证其足够的伸长量，从而提高所能施加的预应力大小。
本发明还提供了一种上述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法，如图4所示，其包括如下步骤：
S1、预先计算需要的拉杆组件2的个数。
进一步地，计算需要的拉杆组件2的个数的方法包括：
S1-1、根据抗裂要求确定竖向板11与混凝土板3相接面的预压应力σi，这一数值可以通过查表得到，预压应力σi不小于3MPa；
S1-2、预先设定加劲肋14的高度hs，和高强拉杆22直径d1，这两个数值可以根据钢筋25直径和需要设置，并据此计算混凝土板3每单位米宽度所需的预加力Fp，其计算方法包括：
其中，β＝0.6～1.4，a＝0.3～0.6，b＝0.04～0.08，c＝0.4～0.8，g＝50～80，e＝6～10，f＝70～130，这些均为常系数。
S1-3、计算混凝土板3每单位米宽度所需的拉杆组件2根数S，其计算公式为：
其中，FS为单根高强拉杆22上的预加力，fy为高强拉杆22的屈服强度，可通过查表得到；
S1-4、计算高强拉杆22组件根数Ts，其计算公式为：
TS＝Bb/S，
其中，Bb为混凝土板3的宽度。
根据竖向板11和混凝土板3连接界面抗裂强度的需求，定量确定拉杆组件2根数与加劲肋14高度，从而保证施加预应力的强度满足需求，为本发明的工程应用提供了理论方法。
S2、根据计算的拉杆组件2个数，分别加工拉杆组件2和端部连接件1。
进一步地，加工拉杆组件2的方法包括
S2-1、对在钢筋25上与高强拉杆22套接的一端攻丝；
S2-2、将高强拉杆22的一端通过螺纹套24与钢筋25套接，另一端套入套管21，使套管21到高强拉杆22偏离螺纹套24一端端部的距离为t1+t3，其中，t1为竖向板11厚度，t3为密封圈26厚度。
S2-3、将套管21两端密封，然后在套管21上套设密封圈26，使密封圈26到套管21上偏离螺纹套24一端端部的距离为t2，t2为补厚板12的厚度。
通过在拉杆组件2上留出补厚板12、竖向板11和密封圈26的位置，方便安装。
进一步地，加工端部连接件1的方法包括：
S2-4、在竖向板11上钻制孔径为D1的安装孔111，且满足：
D1≥d2，
其中，d2为高强螺母23施拧时所用套筒的外径。
S2-5、在补厚板12上钻制孔径为D2的连接孔121，且满足：
D2≥d1+1mm。
S2-6、将连接孔121与安装孔111中心对齐，然后将补厚板12与竖向板11焊接。
S2-7、将横向板13的一端与竖向板11抵接，抵接部的上端面与竖向板11相接并焊接，在横向板13底面和竖向板11间焊接加劲肋14，并安装固定螺栓132。
通过设置连接孔121和安装孔111的大小，从而将高强螺母23隐藏在安装孔111内，不妨碍混凝土板3间的栓焊连接，解决传统的夹片锚、墩头锚厚度大，难以实现混凝土板3间的栓焊连接的问题；并能方便伸入安装密封圈26。
S3、将拉杆组件2与端部连接件1相互连接。
进一步地，拉杆组件2与端部连接件1相互连接的方法包括：
S3-1、将拉杆组件2一端偏离螺纹套24一端穿入端部连接件1的连接孔121中，并在拉杆组件2的端部套接密封圈26，将密封圈26挤入连接孔111另一侧。
S3-2、在拉杆组件2上套接高强螺母23，使高强螺母23与补厚板12贴合。
S3-3、挤压密封圈26，使密封圈26与套管21和补厚板12另一面贴合。
S3-4、重复步骤S3-1至S3-3，直至将所有拉杆组件2与端部连接件1均安装在一起。
S4、绑扎混凝土内的钢筋网并立模，浇筑混凝土并养护，将拉杆组件、板端连接件埋入混凝土板中。
S5、拧紧高强螺母23，以在高强拉杆22上施加预应力。
进一步地，高强拉杆22上的预加力的施加方法包括：
S5-1、根据S1-3所确定的高强拉杆预加力Fs，计算高强拉杆22的伸长量Δ，其计算公式为：
其中，l为套管21长度，E为弹性模量。
S5-2、对高强螺母23进行第一次拧紧，使端部连接件1与混凝土板3相接面密贴，并记录第一次拧紧结束时，高强螺母23端面与高强拉杆22相邻端的端部的相对距离Δ1。
S5-3、重复S5-1至S5-2，直至完成所有高强螺母23的第一次拧紧，然后根据设定施拧扭矩对所有高强螺母23进行第二次拧紧，并测量此时高强螺母23端面与高强拉杆22相邻端的端部的相对距离Δ2。
S5-4、当高强螺母23所在位置满足条件公式Δ2-Δ1≥Δ时，结束拧紧，否则继续拧紧，直至满足条件公式。
通过设置扭矩和高强拉杆伸出量配合，提高了预应力施加的精度，解决了高强拉杆22在养护过程中生锈导致螺母螺杆结构的摩擦力增大，当施拧的扭矩达到规范额定值时，高强拉杆22拉力小于所需值的问题，提高了预压力施加的精度。
通过高强螺母23施加预压力，施加预压力的空间小，高强螺母23的施拧与预压力的施加同时完成，采用扭力扳手即可实施，无需传统的千斤顶、撑脚等专用预压力设备，在狭小的空间内即可实施预压力的施加。
上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (8)
1.一种混凝土板钢混连接界面抗裂结构，其特征在于，包括设置于混凝土板端部的端部连接件，所述端部连接件包括位于混凝土板侧面的竖向板，竖向板与混凝土板间设置有补厚板，补厚板上安装有与混凝土板内钢筋连接的拉杆组件，所述拉杆组件包括安装于混凝土板上的高强拉杆，高强拉杆的端部套设有用于施拧时在钢混连接界面处施加预压力的高强螺母；高强螺母的底面与补厚板抵接；高强拉杆位于补厚板一侧设置有套管，高强拉杆末端通过螺纹套与钢筋套接；端部连接件包括与混凝土板底面相接的横向板，横向板的一端与竖向板相接，横向板的底部与竖向板间设置有加劲肋；
套管外侧套设有密封圈，密封圈位于补厚板与混凝土板间；
套管与高强拉杆间无粘接；
横向板上开设有螺栓孔，并通过固定螺栓与混凝土板连接。
2.根据权利要求1所述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构，其特征在于，所述套管长度l满足条件：
l≤L-6d1
其中，L为高强拉杆的长度，d1为高强拉杆直径。
3.一种权利要求1至2任一所述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、预先计算需要的拉杆组件的个数；
S2、根据计算的拉杆组件个数，分别加工拉杆组件和端部连接件；
S3、将拉杆组件与端部连接件相互连接；
S4、绑扎混凝土内的钢筋网并立模，浇筑混凝土，将拉杆组件、板端连接件埋入混凝土板中；
S5、拧紧高强螺母。
4.根据权利要求3所述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法，其特征在于，所述计算需要的拉杆组件的个数的方法包括：
S1-1、根据抗裂要求确定钢混连接界面的预压应力σi，预压应力σi不小于3MPa；
S1-2、预先设定加劲肋的高度hs和高强拉杆直径d1，并计算混凝土板每米宽度所需的预加力Fp：
其中，β＝0.6～1.4，a＝0.3～0.6，b＝0.04～0.08，c＝0.4～0.8，g＝50～80，e＝6～10，f＝70～130，这些均为常系数；
S1-3、计算混凝土板每米宽度所需的高强拉杆组件根数S：
其中，FS为单根高强拉杆上的预加力，fy为高强拉杆的屈服强度，可通过查表得到；
S1-4、计算高强拉杆组件根数Ts：
TS＝Bb/S，
其中，Bb为混凝土板的宽度。
5.根据权利要求4所述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法，其特征在于，所述加工拉杆组件的方法包括：
S2-1、对钢筋上与高强拉杆套接的一端攻丝；
S2-2、将高强拉杆的一端通过螺纹套与钢筋套接，另一端套入套管，使套管到高强拉杆偏离螺纹套一端端部的距离为t1+t3，t1为竖向板厚度，t3为密封圈厚度；
S2-3、将套管两端密封，然后在套管上套设密封圈，使密封圈到套管上偏离螺纹套一端端部的距离为t2，t2为补厚板的厚度。
6.根据权利要求5所述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法，其特征在于，所述加工端部连接件的方法包括：
S2-4、在竖向板上钻制孔径为D1的安装孔，D1≥d2，其中，d2为高强螺母施拧时所用套筒的外径；
S2-5、在补厚板上钻制孔径为D2的连接孔，D2≥d1+1mm；
S2-6、将连接孔与安装孔中心对齐，然后将补厚板与竖向板焊接；
S2-7、将横向板的一端与竖向板抵接，抵接部的上端面与竖向板相接并焊接，在横向板底面和竖向板间焊接加劲肋。
7.根据权利要求3所述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法，其特征在于，所述拉杆组件与端部连接件相互连接的方法包括：
S3-1、将拉杆组件一端偏离螺纹套一端穿入端部连接件的连接孔中，并在拉杆组件的端部套接密封圈，将密封圈挤入连接孔另一侧；
S3-2、在拉杆组件上套接高强螺母，使高强螺母与补厚板贴合；
S3-3、挤压密封圈，使密封圈与套管和补厚板另一面贴合；
S3-4、重复步骤S3-1至S3-3，直至将所有拉杆组件与端部连接件均安装在一起。
8.根据权利要求6所述的混凝土板钢混连接界面抗裂结构的制作方法，其特征在于，所述高强拉杆预加力的施加方法包括：
S5-1、根据S1-3所确定的高强拉杆预加力Fs，计算高强拉杆的伸长量Δ，其计算公式为：
其中，l为套管长度，E为弹性模量；
S5-2、对高强螺母进行第一次拧紧，使端部连接件与混凝土板相接面密贴，并记录第一次拧紧结束时，高强螺母端面与高强拉杆相邻端的端部的相对距离Δ1；
S5-3、重复S5-1至S5-2，直至完成所有高强螺母的第一次拧紧，然后根据设定施拧扭矩，对所有高强螺母进行第二次拧紧，并测量此时高强螺母端面与高强拉杆相邻端的端部的相对距离Δ2；
S5-4、当高强螺母所在位置满足条件公式Δ2-Δ1≥Δ时，结束拧紧，否则继续拧紧，直至满足条件公式。
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