CN113216484B - 一种钢-混组合梁连接构造及设计计算方法 - Google Patents

一种钢-混组合梁连接构造及设计计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢‑混组合梁连接构造及设计计算方法，该连接构造包括预制混凝土楼板、H型钢梁、后置钢筋架、后置贯穿纵筋以及后浇混凝土，预制混凝土楼板在连接侧的侧面开有纵向贯通槽和多个竖向贯通槽，在竖向贯通槽内伸出有连接钢筋，连接钢筋端部形成有弯钩；两侧的预制混凝土楼板拼接在H型钢梁上翼缘上；后置钢筋架居中设置在两侧楼板对接形成的竖向贯通槽内；后置贯穿纵筋从后置钢筋架和连接钢筋端部的弯钩中穿过；后浇混凝土浇筑在纵向贯通槽和多个竖向贯通槽中。本发明解决了传统钢‑混组合梁负弯矩区易开裂、施工效率低和耐久性差的技术问题，具有性能可靠、构造简单、便于工厂化生产现场拼接方便，施工效率高等优势。

Description

一种钢-混组合梁连接构造及设计计算方法
技术领域
本发明涉及建筑结构连接构造技术领域，具体而言，涉及一种钢-混组合梁连接构造及设计计算方法。
背景技术
依据国家可持续发展战略的相关要求，绿色化、工业化建造成为我国建筑行业发展的主要趋势，大力推进装配式建筑、不断提高建筑工程装配化率逐渐成为我国土木工程领域的重点发展方向。钢-混组合结构可充分利用钢材和混凝土材料性能优势，具有承载力高、刚度大、抗震及动力性能好、构件截面尺寸小和施工快捷方便等优点，目前成为装配式建筑的重要结构形成之一。
钢-混组合梁是组合结构体系的主要组成部分，具有截面高度小、自重轻、延性好等优点。目前国内装配式建筑中，钢-混凝土叠合板组合梁和钢桁架-预制混凝土板组合梁等形式是较为成熟的装配式钢-混组合梁连接方法，但一方面，上述方法仍然存在现场湿作业量大、局部连接构造复杂和性能不确定等问题，严重影响工程施工效率，增加施工难度，经济性较差，存在环境污染和资源浪费等问题；另一方面，上述两种组合梁的预制梁、板构件尺寸局限性较大，在建筑结构特别是住宅领域的适用性差，严重影响住宅结构空间使用效率和成本控制。此外，尽管现有装配式组合梁连接方法可保证其具有与现浇组合梁相当的受力性能，但其仍未解决钢-混组合梁负弯矩区混凝土板易开裂的问题，进而影响装配式结构耐久性和长期可靠性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种钢-混组合梁连接构造及设计计算方法，该连接构造能够解决传统钢-混组合梁负弯矩区易开裂、施工效率低和耐久性差的技术问题，具有性能可靠、构造简单、便于工厂化生产，现场拼接方便，施工效率高。
本发明是这样实现的：
一种钢-混组合梁连接构造，包括预制混凝土楼板、H型钢梁、后置钢筋架、后置贯穿纵筋以及后浇混凝土，其中：
所述预制混凝土楼板在连接侧的侧面开有纵向贯通槽和多个竖向贯通槽，纵向贯通槽纵向贯通楼板的长度，竖向贯通槽开设在纵向贯通槽上并竖向贯通楼板的厚度；在所述竖向贯通槽内伸出有连接钢筋，所述连接钢筋端部形成有弯钩；
两侧的所述预制混凝土楼板拼接在H型钢梁上翼缘上，所述H型钢梁上翼缘上焊接有栓钉连接件，拼接状态下所述栓钉连接件位于所述竖向贯通槽内；
所述后置钢筋架居中设置在两侧楼板对接形成的竖向贯通槽内；
所述后置贯穿纵筋从所述后置钢筋架和所述连接钢筋端部的弯钩中穿过，并分别布置在两侧楼板的纵向贯通槽内；
所述后浇混凝土浇筑在纵向贯通槽和多个竖向贯通槽中，与所述后置钢筋架、后置贯穿纵筋锚固形成通长的连接块。
较佳的，所述纵向贯通槽在连接侧将预制混凝土楼板分隔成上部区域和下部区域，所述预制混凝土楼板内的横向钢筋伸入所述上部区域和下部区域内但不外漏。
较佳的，所述纵向贯通槽横截面为内宽外窄的梯形缩口结构。
较佳的，所述竖向贯通槽在板面方向为内宽外窄的梯形缩口结构，在板厚方向由上至下呈连续的梯形缩口结构。
较佳的，所述竖向贯通槽沿所述纵向贯通槽均匀间隔排布，竖向贯通槽与纵向贯通槽深度相同，且均不超出H型钢梁上翼缘。
较佳的，所述H型钢梁上翼缘对应腹板位置焊接有定位钢板，所述后置钢筋架搁置在所述定位钢板上，所述栓钉连接件纵向设置两排并对称焊接在所述定位钢板两侧。
较佳的，所述后置钢筋架为直角弯曲四边形环形钢筋架，钢筋直径同预制混凝土楼板内横向钢筋直径。
较佳的，所述后置钢筋架在所述竖向贯通槽内布置一个，后置钢筋架位于所述栓钉连接件的一侧，所述连接钢筋位于所述栓钉连接件的另一侧；
或者，所述后置钢筋架在所述竖向贯通槽内布置两个，两个后置钢筋架对称布置在所述栓钉连接件的两侧，所述连接钢筋正对所述栓钉连接件。
较佳的，所述后浇混凝土为超高性能混凝土UHPC。
一种钢-混组合梁连接构造的设计计算方法，包括如下步骤：
步骤1，确定预制混凝土楼板、H型钢梁尺寸，以及预制混凝土楼板配筋：
预制混凝土楼板尺寸包括板厚h，楼板配筋包括横向钢筋间距a；
步骤2，确定纵向贯通槽与竖向贯通槽槽孔的尺寸：
纵向贯通槽槽孔尺寸包括深度s、内宽w1、外宽w2、深度方向倾角
Figure 88665DEST_PATH_IMAGE001
；
竖向贯通槽被纵向贯通槽分割成上部区域和下部区域，包括深度s，槽孔宽度分为内宽和外宽以及水平方向倾角
Figure 802543DEST_PATH_IMAGE002
、竖直方向倾角
Figure 582280DEST_PATH_IMAGE003
，内宽沿板厚方向从上往下分别为w11、w12、w13、w14，外宽沿板厚方向从上往下分别为：w21、w22、w23、w24；上部区域和下部区域槽孔厚度相同，包括内部厚度t1、外部厚度t2；
各尺寸存在如下关系：
Figure 384014DEST_PATH_IMAGE004
Figure 932807DEST_PATH_IMAGE005
Figure 755270DEST_PATH_IMAGE006
Figure 819041DEST_PATH_IMAGE007
Figure 752362DEST_PATH_IMAGE008
Figure 421241DEST_PATH_IMAGE009
Figure 818199DEST_PATH_IMAGE010
Figure 369266DEST_PATH_IMAGE011
Figure 106278DEST_PATH_IMAGE012
Figure 364084DEST_PATH_IMAGE013
确定槽孔基本尺寸w1、w11、
Figure 466032DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 707658DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 513940DEST_PATH_IMAGE001
、s，即可通过上述关系确定其他尺寸；
步骤3，槽孔尺寸验算，预先给定一个w1、w11、
Figure 891832DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 226998DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 628023DEST_PATH_IMAGE001
、s的尺寸，按照如下原则对槽孔进行验算：
竖向贯通槽浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使相邻的预制混凝土楼板区域发生剪切破坏；
竖向贯通槽浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使相邻的预制混凝土楼板区域发生局压破坏；
Figure 237996DEST_PATH_IMAGE014
式1
Figure 470395DEST_PATH_IMAGE015
式2
Figure 914145DEST_PATH_IMAGE016
Figure 599205DEST_PATH_IMAGE017
Figure 12868DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 365352DEST_PATH_IMAGE019
为竖向贯通槽内UHPC浇筑完成之后的抗剪承载力，
Figure 980004DEST_PATH_IMAGE020
为预制混凝土楼板混凝土的抗剪承载力，
Figure 417939DEST_PATH_IMAGE021
为预制混凝土楼板混凝土的局压承载力，
Figure 572977DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 45546DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 690154DEST_PATH_IMAGE024
分别为UHPC抗剪强度设计值、预制混凝土楼板混凝土抗剪强度设计值和抗压强度设计值，
Figure 287489DEST_PATH_IMAGE025
为预制混凝土楼板钢筋强度折减系数，通过试验确定；
根据以上公式验证槽孔的基本参数是否满足式1和式2的要求，如果满足进行下一步，如果不满足，改变槽孔尺寸及角度继续进行式1和式2的验算，直到满足，然后进行下一步；
步骤4，组合梁抗剪承载力计算：
抗剪承载力计算：分为截面1和截面2，截面1为预制混凝土楼板硬接触面，截面2为纵向贯通槽内宽对应的预制混凝土楼板的纵向断面；
截面1的抗剪承载力包括：后置钢筋架提供的剪力
Figure 511797DEST_PATH_IMAGE026
、UHPC提供的剪力
Figure 307715DEST_PATH_IMAGE019
、以及预制混凝土楼板之间摩擦产生的剪力
Figure 592065DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 801330DEST_PATH_IMAGE028
Figure 829329DEST_PATH_IMAGE029
Figure 417436DEST_PATH_IMAGE016
Figure 138267DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 38090DEST_PATH_IMAGE031
为后置钢筋架抗剪强度折减系数，
Figure 10725DEST_PATH_IMAGE032
为后置钢筋架抗拉强度设计值，
Figure 46815DEST_PATH_IMAGE033
为后置钢筋架断面面积，
Figure 407389DEST_PATH_IMAGE034
为预制混凝土楼板之间的界面摩擦系数，N1为预制混凝土楼板之间的轴力；
截面2的抗剪承载力包括：连接钢筋（13）提供的剪力
Figure 591245DEST_PATH_IMAGE035
、纵向贯通槽（11）浇筑完成后形成的UHPC剪力
Figure 695468DEST_PATH_IMAGE019
、槽孔与预制混凝土楼板接触面摩擦提供的抗剪承载力
Figure 586063DEST_PATH_IMAGE036
：
Figure 786713DEST_PATH_IMAGE037
Figure 395549DEST_PATH_IMAGE016
Figure 365779DEST_PATH_IMAGE038
Figure 376460DEST_PATH_IMAGE039
其中
Figure 78837DEST_PATH_IMAGE040
为连接钢筋的抗拉强度设计值，
Figure 174969DEST_PATH_IMAGE041
为连接钢筋抗拉强度折减系数，
Figure 558677DEST_PATH_IMAGE042
为连接钢筋截面面积，
Figure 423865DEST_PATH_IMAGE043
为后浇UHPC与预制混凝土截面摩擦系数，
Figure 93881DEST_PATH_IMAGE044
为后浇UHPC与预制混凝土之间的压力；
组合梁连接构造设计完毕，将剪力
Figure 411729DEST_PATH_IMAGE045
、
Figure 661445DEST_PATH_IMAGE046
与依据实际工况荷载计算所得的组合梁节点位置的剪力进行对比，大于该剪力即可。
与现有技术相比，本发明提供的一种钢-混组合梁连接构造具有受力性能佳、经济性能好以及服役周期长三方面特点：
1、受力性能方面：通过在预制混凝土楼板设置板面方向：内宽外窄、板厚方向上宽下窄的竖向贯通槽，板厚方向纵向贯穿、横向内宽外窄的纵向贯通槽，现场放置纵向钢筋和环形钢筋架，最后浇筑UHPC形成高性能混凝土双向楔形受力键；在纵向贯通槽内伸出连接钢筋和第二连接钢筋，增强了后浇UHPC与两侧预制混凝土楼板的联系。一方面提高了UHPC与混凝土预制板交界面纵向黏结抗剪、横向抗拉刚度和抗弯刚度；另一方面有效增强了楼板与钢梁之间的面外抗掀起能力，具备抵抗意外荷载产生的面外冲击力、限制相对位移的功能。
2、经济性方面：利用UHPC高强度、高延性等优良性能，及其与钢筋间的强黏结锚固性能，搭接长度在规范要求的基础上可减小至1/7，在保证组合梁承载力、刚度和延性的同时，大大减小现场后置钢筋架的长度，进而降低预留槽孔的尺寸，极大地减少钢筋用量以及后浇UHPC用量，在材料用量方面经济效益显著。
预制混凝土楼板连接侧无需进行凿毛等特殊处理，便于工厂化制作；施工现场无需支模，实现了装配化施工，方便快捷，普通工人即可完成，省去高昂的人工费，生产施工方便经济效益显著，便于推广应用。
3、全寿命周期优势：该组合梁通过在钢梁上方有限区域内使用UHPC，显著提升钢-混组合梁负弯矩区混凝土抗裂性能和耐久性，避免装配式钢-混组合结构在服役过程中的性能退化行为，降低后期维护成本，具有全寿命周期内的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。
图1是一种实施方式钢-混组合梁整体结构示意图；
图2是钢-混组合梁连接构造分解示意图；
图3是钢-混组合梁连接构造局部斜侧视示意图；
图4是一种布置方式的竖向贯通槽俯视示意图；
图5是连接块结构示意图；
图6是H型钢梁结合后置钢筋架结构示意图；
图7是槽孔位置局部放大示意图；
图8是另一种布置方式的竖向贯通槽俯视示意图；
图9是纵向贯通槽侧视示意图（板端方向）；
图10是竖向贯通槽宽度示意图；
图11是竖向贯通槽主视示意图（板厚方向）；
图12是竖向贯通槽上部区域和下部区域槽孔厚度示意图；
图13是竖向贯通槽俯视示意图（板面方向）。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。
参见图1-3，一种钢-混组合梁连接构造，包括两侧的预制混凝土楼板1、H型钢梁2、后置钢筋架3、后置贯穿纵筋4以及后浇混凝土5，其中，预制混凝土楼板1在连接侧的侧面开有纵向贯通槽11和多个竖向贯通槽12，纵向贯通槽11在连接侧的侧面纵向贯通楼板的长度，竖向贯通槽12在连接侧的侧面竖向贯通楼板的厚度，且竖向贯通槽12与纵向贯通槽11相互交叉并贯通；
显而易见，连接侧的侧面即两个预制混凝土楼板1相互连接的侧边，本发明为楼板的纵向侧边，纵向贯通槽11在楼板的侧边沿楼板纵向通长开设，即从楼板侧边向楼板内开设一定深度s形成槽孔，竖向贯通槽12沿纵向贯通槽11均匀间隔布置，竖向贯通槽12由楼板的顶面向下贯通纵向贯通槽11并贯通至楼板的底面。
本发明中，H型钢梁2按照结构承载需求选用热轧H型钢梁或焊接H型钢梁；
两侧的预制混凝土楼板1拼接在H型钢梁2上翼缘上，H型钢梁2上翼缘上焊接有栓钉连接件21，拼接状态下栓钉连接件21位于竖向贯通槽12内；
栓钉连接件21可设置一排或多排，本发明中，栓钉连接件21在钢梁纵向上焊接两排，两排栓钉连接件21对称分布在钢梁上翼缘上，两侧的预制混凝土楼板1拼接状态下，两排栓钉连接件21分别位于两侧预制混凝土楼板1的竖向贯通槽12内。栓钉连接件21用于与后浇混凝土5形成锚固作用，提高两侧预制混凝土楼板1在连接节点处与H型钢梁2的连接强度，其尺寸、纵向间距及列数根据组合梁所受承载力按照相应规程进行设计。
后置钢筋架3居中设置在两侧楼板对接形成的竖向贯通槽12内；两侧楼板对接后，竖向贯通槽12对接合并成一个完整的槽孔，如图4所示，后置钢筋架3放置于槽孔中，具体施工时可采用临时固定措施将后置钢筋架3临时固定，使得其基本位于槽孔中央且不晃动、倾倒即可。
本发明在在竖向贯通槽12内伸出有连接钢筋13，连接钢筋13端部形成有弯钩，后置贯穿纵筋4从后置钢筋架3和连接钢筋13端部的弯钩中穿过，并分别布置在两侧楼板的纵向贯通槽11内；后置贯穿纵筋4有两根，从后置钢筋架3和连接钢筋13端部的弯钩中穿设，连接钢筋13端部的弯钩用于放置和定位后置贯穿纵筋4，浇筑混凝土后，后置钢筋架3与连接钢筋13端部的弯钩对后置贯穿纵筋4形成约束，一方面能够加强楼板预制混凝土与后浇UHPC之间的连接，另一方面能够将两侧预制混凝土楼板牢固连接形成一体。
较佳的，连接钢筋13从竖向贯通槽12内板厚方向的中间位置伸出，如此使得后置贯穿纵筋4布置时能够恰好位于板厚方向的中间位置。
后浇混凝土5浇筑在纵向贯通槽11和多个竖向贯通槽12中，与后置钢筋架3、后置贯穿纵筋4锚固形成通长的连接块6，如图5所示。
本发明中，后浇混凝土5采用超高性能混凝土UHPC。UHPC具有超高强度、超高韧性、超长耐久性等优良性能，相比普通混凝土，可对槽孔内钢筋形成更强的粘结锚固作用（锚固性能约为普通C30混凝土的5~7倍），可将受拉钢筋混凝土中受力钢筋锚固长度由C30混凝土对应的35d缩小为5d~7d，即在保证全预制楼板间板缝承载力、刚度和延性的同时，将钢筋锚固长度降为C30混凝土锚固时的1/7~1/5，显著降低后置钢筋尺寸，进而使得槽孔尺寸、钢筋用量以及后浇UHPC区域范围得到有效控制，经济效益显著。
本发明中，如图2并结合图9所示，纵向贯通槽11横截面为内宽外窄的梯形缩口结构，浇筑UHPC后形成的内宽外窄的形状，可以显著提高板缝的抗拉强度。
本发明中，如图4并结合图10-13所示，竖向贯通槽12在板面方向为内宽外窄的梯形缩口结构，在板厚方向由上至下呈连续的梯形缩口结构。通过设计板面方向内宽外窄的形状，使得预制混凝土板在面内方向对UHPC形成有效锚固，与预制混凝土板间形成面内横、纵方向的有效连接，并协同后置钢筋架3共同抵抗交界面的剪力和拉力，H型钢梁和楼板之间形成可靠锚固，显著提高钢混组合梁的抗剪承载力、面内抗弯承载力；板厚方向由上至下呈连续的梯形缩口结构，在面外方向对UHPC形成堪固，保证后浇UHPC与预制混凝土板间形成面外方向的有效连接，协同后置钢筋架3共同抵抗竖向荷载作用下的正负弯矩和变形，显著提高钢混组合梁的面外抗弯承载力和抵抗变形的能力。
本发明中，竖向贯通槽12沿纵向贯通槽11均匀间隔排布，且竖向贯通槽12与纵向贯通槽11深度相同，且均不超出H型钢梁2上翼缘，如图1所示。从施工工艺的角度，槽孔深度相同便于开设，另外竖向贯通槽12的间距与楼板内横向钢筋的间距保持一致，以避开预制混凝土楼板内的横向钢筋。
再参见图6，较佳的，本发明中H型钢梁2上翼缘对应腹板位置焊接有定位钢板22，后置钢筋架3搁置在定位钢板22上。综合考虑槽孔的尺寸以及钢筋保护层厚度等因素，本发明定位钢板22设计高度为15mm。通过将后置钢筋架3搁置在定位钢板22上，定位钢板22作为放置后置钢筋架3的定位措施，不再需要临时放置简易定位结构，且定位钢板22能够在一定程度上起到与栓钉连接件21相同的作用，即增强与后浇UHPC的锚固强度。
当设置定位钢板22时，两排栓钉连接件21纵向对称焊接在定位钢板22两侧。
再参见图2、图7，纵向贯通槽11在连接侧将预制混凝土楼板1分隔成上部区域和下部区域，预制混凝土楼板1内的横向钢筋14伸入所述上部区域和下部区域内但不外漏。由于竖向贯通槽12被纵向贯通槽11分割成上部区域和下部区域，预制混凝土楼板1横向钢筋14伸入上部区域和下部区域混凝土内，以增强纵向贯通槽11上下部区域的非竖向贯通槽12位置混凝土整体性。横向钢筋14在此处不外漏方便预制过程中加工制作和混凝土浇筑。
再如图2、图6，后置钢筋架3为直角弯曲四边形环形钢筋架，钢筋架四边形的上下边长需满足超高性能混凝土uhpc内钢筋2倍锚固长度，长度为2倍的竖向贯通槽12的深度减去20~30mm，高度为预制混凝土板1板厚减去两倍的保护层厚度，钢筋直径同预制混凝土楼板1横向钢筋直径。后置钢筋架3放置在竖向贯通槽12内，搁置在定位钢板22上。四边形环形钢筋架与槽孔形状匹配，便于放置，同时能够用于穿设后置贯穿纵筋4。本发明中后置钢筋架3放置后两侧距离竖向贯通槽12边缘各10~15mm。
再参见图4，在一个实施例中，后置钢筋架3在竖向贯通槽12内布置一个，后置钢筋架3位于栓钉连接件21的一侧，连接钢筋13位于栓钉连接件21的另一侧；
又如图8，在另一个实施例中，后置钢筋架3在竖向贯通槽12内布置两个，两个后置钢筋架3对称布置在栓钉连接件21的两侧，连接钢筋13正对栓钉连接件21。两个后置钢筋架3对称布置，并将连接钢筋13夹在中间，锚固强度更高，且对称结构能够均匀受力，结构布置更合理。
本发明所提供的一种钢-混组合梁连接构造，按照如下设计计算方法进行设计计算：
步骤1，确定预制混凝土楼板1、H型钢梁2尺寸，以及预制混凝土楼板1配筋：
预制混凝土楼板尺寸包括板厚h，楼板配筋包括横向钢筋间距a；
步骤2，确定纵向贯通槽11与竖向贯通槽12槽孔的尺寸：
纵向贯通槽11槽孔尺寸包括深度s、内宽w1、外宽w2、深度方向倾角
Figure 318823DEST_PATH_IMAGE001
；
竖向贯通槽12被纵向贯通槽11分割成上部区域和下部区域，包括深度s，槽孔宽度分为内宽和外宽以及水平方向倾角
Figure 159740DEST_PATH_IMAGE002
、竖直方向倾角
Figure 230464DEST_PATH_IMAGE003
，内宽沿板厚方向从上往下分别为w11、w12、w13、w14，外宽沿板厚方向从上往下分别为：w21、w22、w23、w24；上部区域和下部区域槽孔厚度相同，包括内部厚度t1、外部厚度t2；
各尺寸存在如下关系：
Figure 18291DEST_PATH_IMAGE004
Figure 530175DEST_PATH_IMAGE005
Figure 10835DEST_PATH_IMAGE006
Figure 37697DEST_PATH_IMAGE007
Figure 425953DEST_PATH_IMAGE008
Figure 120239DEST_PATH_IMAGE009
Figure 443905DEST_PATH_IMAGE010
Figure 223642DEST_PATH_IMAGE011
Figure 618851DEST_PATH_IMAGE012
Figure 698802DEST_PATH_IMAGE013
确定槽孔基本尺寸w1、w11、
Figure 786844DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 725981DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 924881DEST_PATH_IMAGE001
、s，即可通过上述关系确定其他尺寸；
步骤3，槽孔尺寸验算，预先给定一个w1、w11、
Figure 62602DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 321545DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 872612DEST_PATH_IMAGE001
、s的尺寸，按照如下原则对槽孔进行验算：
竖向贯通槽12浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使相邻的预制混凝土楼板区域发生剪切破坏；
竖向贯通槽12浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使相邻的预制混凝土楼板区域发生局压破坏；
Figure 16148DEST_PATH_IMAGE014
式1
Figure 539534DEST_PATH_IMAGE015
式2
Figure 703799DEST_PATH_IMAGE016
Figure 679845DEST_PATH_IMAGE017
Figure 17285DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 67281DEST_PATH_IMAGE019
为竖向贯通槽12内UHPC浇筑完成之后的抗剪承载力，
Figure 136868DEST_PATH_IMAGE020
为预制混凝土楼板混凝土的抗剪承载力，
Figure 865790DEST_PATH_IMAGE021
为预制混凝土楼板混凝土的局压承载力，
Figure 741342DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 973740DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 479808DEST_PATH_IMAGE024
分别为UHPC抗剪强度设计值、预制混凝土楼板混凝土抗剪强度设计值和抗压强度设计值，
Figure 111339DEST_PATH_IMAGE025
为预制混凝土楼板钢筋强度折减系数，通过试验确定；
根据以上公式验证槽孔的基本参数是否满足式1和式2的要求，如果满足进行下一步，如果不满足，改变槽孔尺寸及角度继续进行式1和式2的验算，直到满足，然后进行下一步；
步骤4，组合梁抗剪承载力计算：
抗剪承载力计算：分为截面1和截面2，截面1为预制混凝土楼板硬接触面，截面2为纵向贯通槽11内宽对应的预制混凝土楼板的纵向断面；
截面1的抗剪承载力包括：后置钢筋架提供的剪力
Figure 993845DEST_PATH_IMAGE026
、UHPC提供的剪力
Figure 143066DEST_PATH_IMAGE019
、以及预制混凝土楼板之间摩擦产生的剪力
Figure 85614DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 257970DEST_PATH_IMAGE028
Figure 678587DEST_PATH_IMAGE029
Figure 823260DEST_PATH_IMAGE016
Figure 671131DEST_PATH_IMAGE047
其中，
Figure 127520DEST_PATH_IMAGE031
为后置钢筋架抗剪强度折减系数，
Figure 351828DEST_PATH_IMAGE032
为后置钢筋架抗拉强度设计值，
Figure 413325DEST_PATH_IMAGE033
为后置钢筋架断面面积，
Figure 697675DEST_PATH_IMAGE034
为预制混凝土楼板之间的界面摩擦系数，
Figure 782306DEST_PATH_IMAGE048
为预制混凝土楼板之间的轴力；
截面2的抗剪承载力包括：连接钢筋（13）提供的剪力、纵向贯通槽（11）浇筑完成后形成的UHPC剪力
Figure 544726DEST_PATH_IMAGE019
、槽孔与预制混凝土楼板接触面摩擦提供的抗剪承载力
Figure 257467DEST_PATH_IMAGE036
：
Figure 447140DEST_PATH_IMAGE049
Figure 346963DEST_PATH_IMAGE016
Figure 585177DEST_PATH_IMAGE038
Figure 621266DEST_PATH_IMAGE050
其中
Figure 981840DEST_PATH_IMAGE040
为连接钢筋的抗拉强度设计值，
Figure 368959DEST_PATH_IMAGE041
为连接钢筋抗拉强度折减系数，
Figure 4340DEST_PATH_IMAGE042
为连接钢筋截面面积，
Figure 160515DEST_PATH_IMAGE043
为后浇UHPC与预制混凝土截面摩擦系数，
Figure 629673DEST_PATH_IMAGE044
为后浇UHPC与预制混凝土之间的压力；
组合梁连接构造设计完毕，将剪力
Figure 238509DEST_PATH_IMAGE045
、
Figure 146422DEST_PATH_IMAGE046
与依据实际工况荷载计算所得的组合梁节点位置的剪力进行对比，大于该剪力即可。至此，设计计算完成。
本发明的设计计算方法是针对本发明一种钢-混组合梁连接构造给出的对应的设计计算方法，设计思路清晰明确，为钢-混组合梁连接构造承载力校核提供理论依据，便于工程应用时专业人员进行设计计算。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢-混组合梁连接构造，其特征在于包括预制混凝土楼板（1）、H型钢梁（2）、后置钢筋架（3）、后置贯穿纵筋（4）以及后浇混凝土（5），其中：
所述预制混凝土楼板（1）在连接侧的侧面开有纵向贯通槽（11）和多个竖向贯通槽（12），纵向贯通槽（11）纵向贯通楼板的长度，竖向贯通槽（12）开设在纵向贯通槽（11）上并竖向贯通楼板的厚度；在所述竖向贯通槽（12）内伸出有连接钢筋（13），所述连接钢筋（13）端部形成有弯钩；
两侧的所述预制混凝土楼板（1）拼接在H型钢梁（2）上翼缘上，所述H型钢梁（2）上翼缘上焊接有栓钉连接件（21），拼接状态下所述栓钉连接件（21）位于所述竖向贯通槽（12）内；
所述后置钢筋架（3）居中设置在两侧楼板对接形成的竖向贯通槽（12）内；
所述后置贯穿纵筋（4）从所述后置钢筋架（3）和所述连接钢筋（13）端部的弯钩中穿过，并分别布置在两侧楼板的纵向贯通槽（11）内；
所述后浇混凝土（5）为超高性能混凝土UHPC，浇筑在纵向贯通槽（11）和多个竖向贯通槽（12）中，与所述后置钢筋架（3）、后置贯穿纵筋（4）锚固形成通长的连接块（6）。
2.根据权利要求1所述的连接构造，其特征在于，
所述纵向贯通槽（11）在连接侧将预制混凝土楼板（1）分隔成上部区域和下部区域，所述预制混凝土楼板（1）内的横向钢筋（14）伸入所述上部区域和下部区域内但不外漏。
3.根据权利要求1所述的连接构造，其特征在于，
所述纵向贯通槽（11）横截面为内宽外窄的梯形缩口结构。
4.根据权利要求3所述的连接构造，其特征在于，
所述竖向贯通槽（12）在板面方向为内宽外窄的梯形缩口结构，在板厚方向由上至下呈连续的梯形缩口结构。
5.根据权利要求4所述的连接构造，其特征在于，
所述竖向贯通槽（12）沿所述纵向贯通槽（11）均匀间隔排布，竖向贯通槽（12）与纵向贯通槽（11）深度相同，且均不超出H型钢梁（2）上翼缘。
6.根据权利要求1所述的连接构造，其特征在于，
所述H型钢梁（2）上翼缘对应腹板位置焊接有定位钢板（22），所述后置钢筋架（3）搁置在所述定位钢板（22）上，所述栓钉连接件（21）纵向设置两排并对称焊接在所述定位钢板（22）两侧。
7.根据权利要求1所述的连接构造，其特征在于，
所述后置钢筋架（3）为直角弯曲四边形环形钢筋架，钢筋直径同预制混凝土楼板（1）内横向钢筋直径。
8.根据权利要求7所述的连接构造，其特征在于，
所述后置钢筋架（3）在所述竖向贯通槽（12）内布置一个，后置钢筋架（3）位于所述栓钉连接件（21）的一侧，所述连接钢筋（13）位于所述栓钉连接件（21）的另一侧；
或者，所述后置钢筋架（3）在所述竖向贯通槽（12）内布置两个，两个后置钢筋架（3）对称布置在所述栓钉连接件（21）的两侧，所述连接钢筋（13）正对所述栓钉连接件（21）。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述钢-混组合梁连接构造的设计计算方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，确定预制混凝土楼板（1）、H型钢梁（2）尺寸，以及预制混凝土楼板（1）配筋：
预制混凝土楼板尺寸包括板厚h，楼板配筋包括横向钢筋间距a；
步骤2，确定纵向贯通槽（11）与竖向贯通槽（12）槽孔的尺寸：
纵向贯通槽（11）槽孔尺寸包括深度s、内宽w1、外宽w2、深度方向倾角
Figure 941908DEST_PATH_IMAGE001
；
竖向贯通槽（12）被纵向贯通槽（11）分割成上部区域和下部区域，包括深度s，槽孔宽度分为内宽和外宽以及水平方向倾角
Figure 512698DEST_PATH_IMAGE002
、竖直方向倾角
Figure 364110DEST_PATH_IMAGE003
，内宽沿板厚方向从上往下分别为w11、w12、w13、w14，外宽沿板厚方向从上往下分别为：w21、w22、w23、w24；上部区域和下部区域槽孔厚度相同，包括内部厚度t1、外部厚度t2；
各尺寸存在如下关系：
Figure 246091DEST_PATH_IMAGE005
确定槽孔基本尺寸w1、w11、
Figure 296086DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 568936DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 969961DEST_PATH_IMAGE001
、s，即可通过上述关系确定其他尺寸；
步骤3，槽孔尺寸验算，预先给定一个w1、w11、
Figure 252038DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 687699DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 128520DEST_PATH_IMAGE001
、s的尺寸，按照如下原则对槽孔进行验算：
竖向贯通槽（12）浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使相邻的预制混凝土楼板区域发生剪切破坏；
竖向贯通槽（12）浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使相邻的预制混凝土楼板区域发生局压破坏；
Figure 548000DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 633768DEST_PATH_IMAGE007
为竖向贯通槽（12）内UHPC浇筑完成之后的抗剪承载力，
Figure 923935DEST_PATH_IMAGE008
为预制混凝土楼板混凝土的抗剪承载力，
Figure 69745DEST_PATH_IMAGE009
为预制混凝土楼板混凝土的局压承载力，
Figure 710942DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 334821DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 10653DEST_PATH_IMAGE012
分别为UHPC抗剪强度设计值、预制混凝土楼板混凝土抗剪强度设计值和抗压强度设计值，
Figure 61786DEST_PATH_IMAGE013
为预制混凝土楼板钢筋强度折减系数，通过试验确定；
根据以上公式验证槽孔的基本参数是否满足式1和式2的要求，如果满足进行下一步，如果不满足，改变槽孔尺寸及角度继续进行式1和式2的验算，直到满足，然后进行下一步；
步骤4，组合梁抗剪承载力计算：
抗剪承载力计算：分为截面1和截面2，截面1为预制混凝土楼板硬接触面，截面2为纵向贯通槽（11）内宽对应的预制混凝土楼板的纵向断面；
截面1的抗剪承载力包括：后置钢筋架提供的剪力
Figure 190279DEST_PATH_IMAGE014
、UHPC提供的剪力
Figure 614920DEST_PATH_IMAGE007
、以及预制混凝土楼板之间摩擦产生的剪力
Figure 145258DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 632871DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 983081DEST_PATH_IMAGE017
为后置钢筋架抗剪强度折减系数，
Figure 948763DEST_PATH_IMAGE018
为后置钢筋架抗拉强度设计值，
Figure 333608DEST_PATH_IMAGE019
为后置钢筋架断面面积，
Figure 726543DEST_PATH_IMAGE020
为预制混凝土楼板之间的界面摩擦系数，
Figure 95208DEST_PATH_IMAGE021
为预制混凝土楼板之间的轴力；
截面2的抗剪承载力包括：连接钢筋（13）提供的剪力
Figure 864581DEST_PATH_IMAGE022
、纵向贯通槽（11）浇筑完成后形成的UHPC剪力
Figure 838353DEST_PATH_IMAGE007
、槽孔与预制混凝土楼板接触面摩擦提供的抗剪承载力
Figure 688276DEST_PATH_IMAGE023
：
Figure 278658DEST_PATH_IMAGE024
其中
Figure 586142DEST_PATH_IMAGE025
为连接钢筋的抗拉强度设计值，
Figure 945579DEST_PATH_IMAGE026
为连接钢筋抗拉强度折减系数，
Figure 945897DEST_PATH_IMAGE027
为连接钢筋截面面积，
Figure 757995DEST_PATH_IMAGE028
为后浇UHPC与预制混凝土截面摩擦系数，
Figure 134749DEST_PATH_IMAGE029
为后浇UHPC与预制混凝土之间的压力；
组合梁连接构造设计完毕，将剪力
Figure 83114DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 254332DEST_PATH_IMAGE031
与依据实际工况荷载计算所得的组合梁节点位置的剪力进行对比，大于该剪力即可。
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