CN113718624B - 一种组合桁架节点构造、桥梁及施工方法 - Google Patents

一种组合桁架节点构造、桥梁及施工方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种组合桁架节点构造、桥梁及施工方法,涉及桥梁工程技术领域,针对目前节点位置钢腹杆与混凝土内弦杆组合节点位置易损坏的问题,通过一体化节点减少节点构造中剪力键的布置,在节点上预留通孔结构一方面结合钢筋连接桥梁钢筋骨架结构,另一方面借由充填通孔的混凝土形成销结构,提高节点与桥梁混凝土主体结构的连接强度;包括一体化节点,节点包括弦杆和端部对接弦杆的腹杆,弦杆周向包覆有混凝土层,弦杆连接有埋入混凝土层的剪力钉,弦杆和腹杆连接弦杆处均设有多个垂直于弦杆轴向的第一通孔,第一通孔配合有贯穿节点并埋入混凝土层的第一钢筋,弦杆上还设有第二通孔,第二通孔轴线与第一通孔轴线垂直。

Description

一种组合桁架节点构造、桥梁及施工方法
技术领域
本公开涉及桥梁工程技术领域,具体涉及一种组合桁架节点构造、桥梁及施工方法。
背景技术
钢-混凝土组合桁架结构是一种新型大跨度结构,钢桁架受拉,混凝土受压,这两种材料各自发挥自身优点并完美配合,改善了传统桁架结构的不足,可以较好地应用在大跨度的高速公路或铁路桥梁建设中,其以显著的优势在保证承载能力的同时节省了钢材的用量,提高了桁架桥的跨越能力。
但由于混凝土和钢材在受力及变形性能上的差异,使得钢腹杆与混凝土内弦杆组合节点处的力学性能和受力状态较为复杂,导致节点板容易破坏。目前为保持结构的受力性能,在钢-混桁架节点构造中布置了很多剪力键,这使得钢腹杆与顶底板混凝土弦杆连接较为困难。同时较多的散件拼装不仅增加了节点构造处理的工作量,也提高了整个节点的安装精度控制难度,推高了建造成本,影响了经济效应。
发明内容
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷,提供一种组合桁架节点构造、桥梁及施工方法,通过一体化节点减少节点构造中剪力键的布置,在节点上预留通孔结构一方面结合钢筋连接桥梁钢筋骨架结构,另一方面借由充填通孔的混凝土形成销结构,提高节点与桥梁混凝土主体结构的连接强度。
本公开的第一目的是提供一种组合桁架节点构造,采用以下技术方案:
包括一体化的节点,节点包括弦杆和至少一个腹杆,弦杆和腹杆的截面均为H型,弦杆周向包覆有混凝土层,弦杆连接有埋入混凝土层的剪力钉,节点上设有多排轴线垂直于弦杆轴向的第一通孔,第一通孔配合有贯穿节点并埋入混凝土层的第一钢筋,弦杆上还设有第二通孔,第二通孔轴线与第一通孔轴线垂直。
进一步地,所述节点包括至少一个腹杆,当有多个腹杆时,腹杆端部对接后连接弦杆。
进一步地,所述腹杆连接弦杆处围绕有混凝土。
进一步地,所述剪力钉布置有多组,每组剪力钉包括的多个剪力钉沿弦杆表面阵列布置。
进一步地,所述第一通孔设置有依次间隔且平行布置的多列,每列第一通孔包括有沿弦杆轴向依次布置的多个第一通孔。
进一步地,同一节点对应的所有第一通孔的轴线平行布置。
进一步地,每个第一通孔均配合有第一钢筋,相邻列正对的第一通孔所配合的第一钢筋连接,并连接混凝土层内的钢筋骨架结构,共同埋入混凝土层。
进一步地,所述弦杆上设有多个第二通孔,第二通孔在弦杆上呈阵列布置,混凝土层填充所有第二通孔。
本公开的第二目的是提供一种桥梁,利用如上所述的组合桁架节点构造。
本公开的第三目的是提供一种组合桁架节点施工方法,包括以下步骤:
将包括弦杆和腹杆的一体化节点上安装剪力钉,沿垂直于弦杆方向上,在节点上开设第一通孔和第二通孔;
将节点对接外部桥梁结构,在第一通孔内穿入第一钢筋,第一钢筋连接外部桥梁的钢筋骨架结构;
对弦杆周向包覆混凝土层,使剪力钉、第一钢筋均埋入混凝土层内,混凝土层填充第二通孔。
与现有技术相比,本公开具有的优点和积极效果是:
(1)针对目前节点位置钢腹杆与混凝土内弦杆组合节点位置易损坏的问题,通过一体化节点减少节点构造中剪力键的布置,在节点上预留通孔结构一方面结合钢筋连接桥梁钢筋骨架结构,另一方面借由充填通孔的混凝土形成销结构,提高节点与桥梁混凝土主体结构的连接强度。
(2)采用工厂一体化制作的整体节点板,比较好地解决传统组合式节点板散件拼装时板件上开孔、加设剪力钉时的定位精度问题,以及多个板件组合定位安装精度问题,降低钢腹杆与混凝土板内钢弦杆连接的施工难度。
(3)弦杆上布置有第一通孔配合第一钢筋,使得钢筋穿过第一通孔与节点形成连接,贯穿节点后的钢筋能够与桥梁内部的钢筋骨架结构稳定连接,从而使得节点与桥梁结构稳定固连,保证其承载的稳定性。
(4)第一通孔与第二通孔对应的轴线垂直布置,形成两个交叉方向上的约束关系,保证节点与混凝土的连接稳定性,结合剪力钉结构,能够借助混凝土提高节点与外部弦杆的连接强度,提高节点、弦杆和混凝土层的结合效果。
(5)将混凝土结构内的横向钢筋通过整体节点板,既能与整体节点板上的剪力钉一起提高整体节点板与混凝土板的结合效果,又能减少组合结构各构件之间的干扰,方便混凝土板内的钢筋连续通过。
(6)第二通孔在形成销结构的同时,还能够作为灌注孔,在组合结构钢结构部分开设了混凝土灌注孔,提高结合部位混凝土浇筑密实度,解决混凝土浇筑质量问题。
(7)整体结构力学性能良好、施工相对简便,解决钢-混凝土组合节点构造复杂等问题,降低钢腹杆与混凝土弦杆节点连接处理的工作量,提高经济性。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1、2、3中节点构造的示意图;
图2为本公开实施例1、2、3中节点与混凝土板连接的示意图;
图3为本公开实施例1、2、3中第二通孔的示意图。
图中,1-混凝土板,2-预埋钢弦杆,3-节点,4-钢腹杆,5-第一通孔,6-第一钢筋,7-剪力钉,8-第二通孔。
具体实施方式
实施例1
本公开的一个典型实施例中,如图1-图3所示,给出一种组合桁架节点构造。
针对目前节点位置钢腹杆4与混凝土内弦杆组合节点位置易损坏的问题,提供一种组合桁架节点构造,对预制装配式钢桁腹-混凝土组合桁架结构节点构造进行相应的优化设计,加强节点强度和刚度,减少节点构造中剪力键的布置,并且以此降低的建造成本和施工困难。
具体通过一体化节点3减少节点构造中剪力键的布置,节点3上的弦杆与外部钢弦杆2对接,节点3上的腹杆与外部钢腹杆4连接,一体化节点3埋入混凝土中形成固连,满足强度需求。
采用工厂一体化制作的整体节点3,比较好地解决传统组合式节点散件拼装时板件上开孔、加设剪力钉7时的定位精度问题,以及多个板件组合定位安装精度问题,降低钢腹杆4与混凝土板1内钢弦杆2连接的施工难度。
参见图1、图2,所述组合桁架节点构造包括节点3、混凝土层和钢筋。节点3为一体化结构,设有对应连接外部钢弦杆2、钢腹杆4的延伸杆件结构,并将部分结构埋设于混凝土层内,完成与混凝土层的协同受力;预留在混凝土层外的部分,方便与非混凝土包裹结构进行连接。
钢筋将节点3与混凝土固连,钢筋穿过节点3上的连接孔结构,并将位于节点3外的部分埋设在混凝土层中,结合节点3作为整个构造的骨架结构,提高节点3与混凝土的连接强度。
具体的,如图1、图2所示,一体化节点3结构包括截面为H型的弦杆和腹杆,其中腹杆一端连接于弦杆,另一端用于连接外部钢腹杆4,弦杆外部包覆混凝土层,在具体安装于桥梁主体结构时,弦杆埋入桥梁的混凝土板1中,腹杆连接弦杆处与混凝土板1接触,其他位置延伸至混凝土板1外。
由于弦杆和腹杆为一体化成型结构,保证节点3的腹杆和弦杆之间的连接强度,保证其一体受力性能,从而减少该位置剪力键的布置,解决组合节点3位置容易发生损坏的问题。
为了提高节点3与混凝土层之间的连接强度,同样提高其应用于桥梁时与混凝土板1的连接强度,弦杆连接有埋入混凝土层的剪力钉7,弦杆和腹杆连接弦杆处均设有多个垂直于弦杆轴向的第一通孔5,第一通孔5配合有贯穿节点3并埋入混凝土层的第一钢筋6,弦杆上还设有第二通孔8,第二通孔8轴线与第一通孔5轴线垂直。
需要特别指出的是,第一方面,剪力钉7布置有多组,每组剪力钉7包括的多个剪力钉7沿弦杆表面阵列布置;剪力钉7能够在加工节点3时预先连接至节点3上,整体包裹混凝土层或整体埋设于桥梁的混凝土板1内,提高节点3与混凝土层/混凝土板1的连接强度。
第二方面,设置第一通孔5结构配合第一钢筋6,第一通孔5设置有依次间隔且平行布置的多列,每列第一通孔5包括有沿弦杆轴向依次布置的多个第一通孔5;同一节点3对应的所有第一通孔5的轴线平行布置。
在本实施例中,如图1所示,第一通孔5设有两列,一列布置于节点3的弦杆上,另一列布置于弦杆连接腹杆位置;可以理解的是,对于一些尺寸较大的节点3,还可以增加第一通孔5的数目和第一通孔5的列数,满足其连接混凝土层的强度需求。
当然,对于每列第一通孔5的数目,可以根据需求布置,沿弦杆轴向一端到另一端,依次等间隔布置有多个,满足连接强度需求。
每个第一通孔5均配合有第一钢筋6,相邻列正对的第一通孔5所配合的第一钢筋6连接,并连接混凝土层内的钢筋骨架结构,共同埋入混凝土层。
设置第一钢筋6,每个第一通孔5均配合有第一钢筋6,相邻列正对的第一通孔5所配合的第一钢筋6连接,并连接混凝土层内的钢筋骨架结构,共同埋入混凝土层。
第三方面,如2、图3所示,设置轴线与第一通孔5轴线垂直的第二通孔8,弦杆上设有多个第二通孔8,第二通孔8在弦杆上呈阵列布置,混凝土层填充所有第二通孔8。
需要特别指出的是,在节点3上预留通孔结构一方面结合钢筋连接桥梁钢筋骨架结构,另一方面借由充填通孔的混凝土形成销结构,提高节点3与桥梁混凝土主体结构的连接强度。
结合第一通孔5和第二通孔8与混凝土层的连接关系,第一通孔5与第二通孔8对应的轴线垂直布置,形成两个交叉方向上的约束关系,保证节点3与混凝土的连接稳定性,结合剪力钉7结构,能够借助混凝土提高节点3与外部弦杆的连接强度,提高节点3、弦杆和混凝土层的结合效果。
进一步地,对于第一通孔5配合第一钢筋6,将混凝土结构内的横向钢筋通过整体节点3,既能与整体节点3上的剪力钉7一起提高整体节点3与混凝土板1的结合效果,又能减少组合结构各构件之间的干扰,方便混凝土板1内的钢筋连续通过。
在实际施工时,第二通孔8在形成销结构的同时,还能够作为灌注孔,在组合结构钢结构部分开设了混凝土灌注孔,提高结合部位混凝土浇筑密实度,解决混凝土浇筑质量问题。
如图1所示,对于节点3本体,第二通孔8在形成销结构的同时,还能够作为灌注孔,在组合结构钢结构部分开设了混凝土灌注孔,提高结合部位混凝土浇筑密实度,解决混凝土浇筑质量问题;腹杆连接弦杆处围绕有混凝土。
弦杆外所包裹的混凝土层厚度数值根据实际工程受力情况和经济效益而定。
弦杆和腹杆均可以采用焊接H型钢,钢材规格及强度可根据实际工程状况而定;同样的,对于弦杆和腹杆组成的一体化结构的节点3,采用整体化工厂一体化预制,尺寸根据实际受力确定。
弦杆末端预留连接段,用于配合外部钢弦杆2,同样腹杆末端预留连接段,用于配合外部钢腹杆4,连接段的长度可以选用400mm,具体数值可根据节点3受力情况而定;也可以根据连接强度需求调整连接段的长度。
所述节点3上开设的第一通孔5可以为直径40mm圆孔,具体数值可根据横向布置的第一钢筋6的规格情况而定,第一通孔5也可以根据第一钢筋6的型号适应性选用其他尺寸的圆孔。
所述节点3上开设的第二通孔8可以为长圆形孔,端部为半径为30mm的半圆弧形,两端半圆弧段之间的长度可以为60mm;在其他实施例中,第二通孔8的形状和尺寸也可以根据需求进行调整,比如设置为圆形孔、矩形孔结构等。
在本实施例中,节点3与混凝土层通过第一钢筋6、剪力钉7连接,第一钢筋6、剪力钉7的尺寸和数量均根据节点3的受力情况确定。
实施例2
本公开的另一个实施例中,如图1-图3所示,给出一种桥梁,利用如实施例1中所述的一种组合桁架节点构造。
所述组合桁架节点构造用于预制装配式钢桁腹-混凝土组合桁架结构的节点位置,节点3整体埋入桥梁的混凝土板1内,解决混凝土竖向开裂以及节点破坏等问题,降低钢腹杆4与混凝土弦杆节点连接处理的工作量。
节点3在工厂内预制,并预先施加剪力钉7、开设第一通孔5作为第一钢筋6通过孔、第二通孔8作为混凝土灌注孔;桥梁的混凝土板1作为节点3的混凝土层,混凝土板1内埋设有多个节点3,并埋设有通长布置的钢弦杆2,节点3的弦杆两端分别与对应的钢弦杆2对接,节点3的腹杆端部与桥梁上的钢腹杆4连接。
对于桥梁钢腹杆4、钢弦杆2和节点3的连接方式,可以选用焊接或螺栓连接,根据施工现场的便利性和需求进行选择。
采用工厂一体化制作的整体节点3,比较好地解决传统组合式节点3散件拼装时板件上开孔、加设剪力钉7时的定位精度问题,以及多个板件组合定位安装精度问题,降低钢腹杆4与混凝土板1内钢弦杆2连接的施工难度。
整体结构力学性能良好、施工相对简便,解决钢-混凝土组合节点3构造复杂等问题,降低钢腹杆4与混凝土弦杆节点3连接处理的工作量,提高经济性。
实施例3
本公开的再一实施例中,如图1-图3所示,给出一种组合桁架节点施工方法。
包括以下步骤:
将包括弦杆和腹杆的一体化节点3上安装剪力钉7,沿垂直于弦杆方向上,在节点3上开设第一通孔5和第二通孔8;
将节点3对接外部桥梁结构,在第一通孔5内穿入第一钢筋6,第一钢筋6连接外部桥梁的钢筋骨架结构;
对弦杆周向包覆混凝土层,使剪力钉7、第一钢筋6均埋入混凝土层内,混凝土层填充第二通孔8。
具体的,在本实施例中,结合实施例1,对上述施工方法进行详细描述。具体包括以下步骤:
(1)按设计尺寸及其要求,在工厂预制整体节点3,焊接剪力钉7,预设第一孔及第二通孔8,第一通孔5作为第一钢筋6通过孔,第二通孔8作为混凝土灌注孔;
(2)在预制整体节点3的同时,平行进行桥梁所使用的钢弦杆2与钢腹杆4的制作;
(3)在整体节点3、钢弦杆2、钢腹杆4制作完成后,将钢弦杆2、钢腹杆4、整体节点3定位准确,采用焊接或者栓接进行连接,节点3的弦杆两端分别与钢弦杆2对接,节点3的腹杆与钢腹杆4连接;
(4)待整体节点3与钢弦杆2、钢腹杆4连接后,从第一通孔5内穿过横向的第一钢筋6,对于多个节点3并列布置的情况,同一第一钢筋6可以穿过多个节点3上的第一通孔5,使其形成固连,搭设混凝土板1模板,浇筑桥梁的混凝土板1,作为节点3的混凝土层包裹节点3弦杆;
(5)待混凝土板1养护达到要求之后,节点3处理构造完工,可进行随后的桥梁的施工工作。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已,并不用于限制本公开,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种组合桁架节点构造,其特征在于,包括一体化的节点,一体化节点减少节点构造中剪力键的布置,节点包括弦杆和至少一个腹杆,弦杆和腹杆的截面均为H型,弦杆周向包覆有混凝土层,弦杆连接有埋入混凝土层的剪力钉,节点上设有多排轴线垂直于弦杆轴向的第一通孔,第一通孔配合有贯穿节点并埋入混凝土层的第一钢筋,第一筋穿过第一通孔与节点形成连接,贯穿节点后的钢筋与桥梁内部的钢筋骨架结构稳定连接,弦杆上还设有第二通孔,第二通孔轴线与第一通孔轴线垂直,第二通孔轴线与第一通孔在节点上形成两个交叉方向上的约束关系;
所述剪力钉布置有多组,每组剪力钉包括的多个剪力钉沿弦杆表面阵列布置;
所述弦杆上设有多个第二通孔,第二通孔在弦杆上呈阵列布置,第二通孔在节点上形成销结构,混凝土层填充所有第二通孔。
2.如权利要求1所述的组合桁架节点构造,其特征在于,所述节点包括多个腹杆时,腹杆端部对接后连接弦杆。
3.如权利要求2所述的组合桁架节点构造,其特征在于,所述腹杆一端连接弦杆中部,腹杆连接弦杆处围绕有混凝土。
4.如权利要求1所述的组合桁架节点构造,其特征在于,所述第一通孔设置有依次间隔且平行布置的多列,每列第一通孔包括有沿弦杆轴向依次布置的多个第一通孔。
5.如权利要求4所述的组合桁架节点构造,其特征在于,同一节点对应的所有第一通孔的轴线平行布置。
6.如权利要求4所述的组合桁架节点构造,其特征在于,每个第一通孔均配合有第一钢筋,相邻列正对的第一通孔所配合的第一钢筋连接,并连接混凝土层内的钢筋骨架结构,共同埋入混凝土层。
7.一种桥梁,其特征在于,包括如权利要求1-6任一项所述的组合桁架节点构造。
8.一种使用如权利要求1-6任一项所述的组合桁架节点构造的组合桁架节点施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
将包括弦杆和腹杆的一体化节点上安装剪力钉,沿垂直于弦杆方向上,在节点上开设第一通孔和第二通孔;
将节点对接外部桥梁结构,在第一通孔内穿入第一钢筋,第一钢筋连接外部桥梁的钢筋骨架结构;
对弦杆周向包覆混凝土层,使剪力钉、第一钢筋均埋入混凝土层内,混凝土层填充第二通孔。
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