CN114059440A - 全装配式sbsg剪力连接的钢-砼组合梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全装配式SBSG剪力连接的钢‑砼组合梁，包括钢梁和预制砼桥道板，钢梁顶部固定分部有多个钢栓，钢栓至少在一个竖向截面上为逐渐过渡的上大下小的结构，预制砼桥道板下部分布有下部开口的配合槽，配合槽在所述竖向截面上与钢栓适形配合；本发明具有可靠的抗剪和抗拔能力，无需现浇结合混凝土实现桥道板与钢梁的可靠连接；钢梁顶部钢栓和配合槽可采用钢结构，均易满足桥位现场桥道板与钢梁顶部的嵌入安装精度要求，避免了设置专门抗拔连接结构，明显简化了构造，钢栓与配合槽的嵌套安装允许具有较大空隙(填充结合材料)，明显降低了安装精度要求；显著减少了现场工作量，并相应提高了组合结构的可靠性。

Description

全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁

技术领域

本发明属于桥梁及结构工程领域，特别涉及一种全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁。

背景技术

钢-混凝土组合梁桥能够充分发挥钢和混凝土二种材料性能优势，避免结构性开裂病害隐患，具有使用性能好，砂石开采少，钢材可回收利用，便于工厂化、标准化建造等系列优点。现有钢-混凝土组合梁桥的常用施工方式为安装钢梁在桥墩上就位，吊装预制砼桥道板在钢梁上就位，再通过现浇混凝土或在结合部位施焊连接形成整体的钢-砼组合梁。

整个施工过程虽然与常用的装配式混凝土桥梁结构相比总体上效率有所提高，但现有的装配式钢混组合梁桥所需现浇结合区混凝土施工周期长，连接质量难以保证；或需对预埋钢板与钢梁纵缝施焊连接是在桥道板以下操作，施工不便，现场焊接质量难以保证，存在焊缝疲劳开裂隐患，连接施工的质量和效率都亟待改进。

“全装配式NHNR剪力连接的钢-砼组合梁(发明专利申请号

2021110956079)”提出：用嵌套钢钉承担钢混组合梁结合截面的抗剪力，用后置入抗拔螺栓连接承担钢混组合梁结合截面的抗拔力，避免了通过现浇混凝土或施焊连接形成装配式钢混组合梁。但后置入抗拔螺栓连接使预制桥道板和钢梁的局部结构复杂，安装精度要求高，质量控制较难。

因此，需要对现有钢-砼组合梁的装配结构上进行改进，能够充分发挥钢-砼组合梁桥的结构优势，在保证整体受力条件的情况下，实现完全、方便、快捷、可靠的现场装配安装，既能保证钢材以及混凝土的强度优势的发挥，还能显著提高装配效率，简化组合梁整体构造及施工工艺，保证桥梁整体的受力性能，同时在需要更换桥道板便于拆除旧桥道板再安装新桥道板，从而延长主体使用寿命，降低建设及维护成本，尽力减少维修更换对桥梁运营的干扰。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，能够充分发挥钢混组合结构的性能优势，在保证整体受力条件的情况下，实现完全、方便、快捷、可靠的现场装配安装，既能保证钢材以及混凝土的强度优势的发挥，还能显著提高装配效率，简化组合梁装配连接构造及施工工艺，保证桥梁整体的受力性能，同时在需要更换桥道板便于拆除旧桥道板再安装新桥道板，从而延长主体使用寿命，降低建设及维护成本，尽力减少维修更换对桥梁运营的干扰。

本发明的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，包括钢梁和预制砼桥道板，所述钢梁顶部固定分部有多个钢栓，所述钢栓至少在一个竖向截面上为逐渐过渡的上大下小的结构，所述预制砼桥道板下部分布有下部开口的配合槽，所述配合槽在所述竖向截面上与所述钢栓适形配合，且所述配合槽的下部开口尺寸使得预制砼桥道板装配至钢梁顶部时钢栓能够插入；

在钢栓与配合槽的槽壁和槽底之间填充有结合材料。

进一步，所述预制砼桥道板为下部带纵向肋板的板式结构，所述纵向肋板底部固定托有纵向钢托，所述纵向钢托具有两个纵向侧板且两个纵向侧板分别对应预埋于纵向肋板的两侧面；在所述两个纵向侧板之间固定连接设有横向肋板，所述横向肋板两个为一组且沿纵向并列设置多组；

所述配合槽为设置于纵向肋板底面的横向槽；

所述纵向钢托浇筑于所述纵向肋板底部后，同一组的两个所述横向肋板对应形成所述配合槽的两侧壁。

进一步，所述钢栓在纵向截面上为逐渐过渡的上大下小的结构，所述配合槽在纵向截面上为与钢栓相适形的底大口小结构。

进一步，所述钢栓在纵向截面上为上大下小结构的倒梯形榫，所述配合槽在纵向截面上为为底大口小结构的倒梯形槽，对应的同组所述横向肋板在由下向上的方向上相对向外倾斜并形成倒梯形槽的纵向两侧壁。

进一步，在所述配合槽内除钢栓所占位置以外空间内均填充有结合材料，在纵向肋板底面与钢梁的顶面之间填充有所述结合材料；所述钢栓在钢梁的顶面上呈横排和纵排的阵列方式排布，所述配合槽则位于纵向肋板底部在纵向上并列排布，横向同排的钢栓至少为两个且位于同一配合槽内。

进一步，在靠近预制桥道板两端的所述横向肋板和/或纵向侧板上固定有浇筑于预制桥道板内的加强锚固钢筋；或者，所述两个纵向侧板之间在靠近预制桥道板两端的位置另外焊接加强肋板，所述加强肋板固定有浇筑于预制桥道板内的加强锚固钢筋。

进一步，还包括装配引导结构，所述引导结构包括固定设置于钢梁上的引导板，所述引导板设有横向倾斜的横向引导斜面和纵向倾斜的纵向引导斜面；

在所述钢梁上与每一段预制桥道板的两端对应分别设置所述引导板为一组，一组引导板为分列预制桥道板的纵向肋板的横向两侧的两个；所述一组的两个引导板的横向引导斜面分别在横向上与预制桥道板上的纵向肋板的两侧壁相适应向外侧倾斜，并在就位时在横向上约束并引导预制桥道板在钢梁上就位；

位于每一段预制桥道板两端且同侧的引导板的纵向引导斜面的倾斜方向相反，所述预制桥道板的纵向肋板上固定设有与引导板的纵向引导斜面相对应的引导凸起，所述引导凸起设有与引导板的纵向引导斜面相配合的被引导斜面，在就位时，所述纵向引导斜面通过引导凸起的被引导斜面在纵向上约束并引导预制桥道板在钢梁上就位。

进一步，位于每一段预制桥道板两端且同侧的引导板的纵向引导斜面分别向两端倾斜，相对应的所述引导凸起的被引导斜面的倾斜方向与对应的纵向引导斜面相适配。

进一步，相邻预制桥道板的相对端部的引导板制成一体，所述引导凸起为规定设置于预制桥道板的纵向肋板两侧壁的引导钢条，所述引导钢条倾斜设置使其表面直接形成被引导斜面。

进一步，所述结合材料可采用超高性能混凝土、添加硅粉或/和钢粉的环氧粘结料或结构粘结胶。

本发明的有益效果是：本发明的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁构道板装配连接的组合梁，结构上使钢梁顶面固定连接的倒梯形剪力钢栓，嵌套在预制桥道板底部的预设倒梯形剪力钢槽内，采用结合材料密实填充倒梯形剪力钢槽与倒梯形剪力钢栓之间的空隙，形成整体的钢-混凝土组合结构；由此形成本结构的传力路径：混凝土桥道板-剪力钢槽-结合材料-剪力钢栓-钢梁顶板-钢梁，具有可靠的抗剪性能；同时，周边钢板构成的倒梯形剪力钢槽，制约由结合材料与倒梯形剪力钢栓形成上大下小倒梯形抗拔结构，抵抗组合梁受载时产生的桥道板与钢梁顶板的竖向上拔力；尤其是填充的结合材料受到剪力钢槽与剪力钢栓的劲性约束，结合材料的抗剪和抗压能力将显著提高，可保证SBSG剪力连接具有可靠的抗剪和抗拔能力；

本发明与常规钢-混凝土组合梁相比，无需现浇结合混凝土实现桥道板与钢梁的可靠连接；钢梁顶部钢栓和预埋剪力钢槽均为钢结构，其制造精度符合钢结构要求，均易满足桥位现场桥道板与钢梁顶部的嵌入安装精度要求；与抗拔螺栓-钢钉连接的组合结构相比，本发明将抗拔与抗剪合为一体成形的嵌套连接结构避免了设置专门抗拔连接结构，明显简化了结构构造和现场连接工艺；钢栓与钢槽的嵌套安装在连接性能可靠条件下允许具有较大空隙(填充结合材料)，明显降低了安装精度要求；显著减少了现场工作量，并相应提高了组合结构的可靠性。

本发明采用钢栓和配合槽嵌套的机械连接原理，取代了通过现浇混凝土或现场施焊的土木结构传统连接方式，实现了真实意义的组合桥梁结构预制-现场机械式连接装配的工业化建造，显著缩短了现场建设工期，减少了桥梁建设施工用地(面积x时间)，降低了砂石开采量，提高了材料可回收利用率，批量化工业生产可明显降低桥梁建设费用，具有显著的技术、经济、环保和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的纵向剖面结构示意图；

图2为图1A-A向剖面示意图；

图3为图1B-B向剖面示意图；

图4为图1的C处放大图；

图5为图2的D处放大图；

图6为纵向钢托的俯视图；

图7为图6E-E向剖视图；

图8为预制桥道板就位于钢梁的引导结构横向剖视图；

图9为预制桥道板就位于钢梁的立面图；

图10为图8的F处放大图；

图11为图9的G处放大图。

具体实施方式

如图1至图7所示：本实施例的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，包括钢梁2和预制砼桥道板1，所述钢梁1顶部固定分部有多个钢栓201，可采用焊接，也可以是其他机械固定方式，在此不再赘述；所述钢栓201至少在一个竖向截面上为逐渐过渡的上大下小的结构，所述预制砼桥道板1下部分布有下部开口的配合槽102，所述配合槽102在所述竖向截面上与所述钢栓201适形配合，且所述配合槽102的下部开口尺寸使得预制砼桥道板装配至钢梁顶部时钢栓201能够插入，一般情况下还需具有适度的误差间隙，以方便装配，在此不再赘述；

在钢栓201与配合槽102的槽壁和槽底之间填充有结合材料；

该结构中，钢栓可以是到圆锥台结构、倒棱锥台结构或者在一个竖向截面上是上大下小的结构而在其他截面上是矩形或者其它形状均可；在在钢栓201与配合槽102的槽壁和槽底之间填充的结合材料一般为高性能粘接材料，固化后利用上大下小的结构使得钢栓201与配合槽102之间通过固化后的结合材料形成结合，在抗拔方面斜面结合斜面可将抗拔力分解为垂直于斜面的分力形成对槽壁以及钢栓的压力，符合预制砼桥道板的受力特征；同时水平方向的分力转化为剪切力，与结合位置受到外来剪切力同样，转化为对曹以及钢栓为压力；受力特点方面与现有技术的装配式抗剪和抗拔结构相比具有明显的优势，充分利用上大下小的斜面结果，利用同一安装结构同时抗剪和抗拔，并且装配简单，无需较为复杂的连接装配工序；为了增加配合强度，配合槽的槽壁可设置成钢板结构，大大增加整体的抗拔和抗剪结构。

本实施例中，所述预制砼桥道板1为下部带纵向肋板101的板式结构，所述纵向肋板101底部固定托有纵向钢托3，纵向钢托3可以理解为预埋于预制砼桥道板的槽形预埋件；所述纵向钢托具有两个纵向侧板且两个纵向侧板301、302分别对应预埋于纵向肋板101的两侧面，使得纵向钢托3形成槽形结构；在所述两个纵向侧板301、302之间固定连接设有横向肋板，所述横向肋板两个为一组且沿纵向并列设置多组，如图6所示，两个横向肋板304、305为一组形成小槽形结构；

所述配合槽102为设置于纵向肋板底面的横向槽；

所述纵向钢托3浇筑于所述纵向肋板101底部后，同一组的两个所述横向肋板304、305对应形成所述配合槽的两侧壁。

本实施例中，所述钢栓201在纵向截面上为逐渐过渡的上大下小的结构，所述配合槽102在纵向截面上为与钢栓201相适形的底大口小结构(这里的底指的是槽底，可以为理解为上顶)，即可理解为配合槽102在纵向截面上为与钢栓201相适形的上顶大下口小的槽形结构

如图所示，相应的两个所述横向肋板304、305作为配合槽的两侧壁也为倒八字形结构排列；

采用将配合槽的槽壁设置成与纵向钢托固定连接的钢板结构，大大增加配合槽本身的整体强度，补偿了混凝土的受力弱点，保证了整体的抗拔和抗剪能力。

本实施例中，所述钢栓201在纵向截面上为上大下小结构的倒梯形榫，所述配合槽102在纵向截面上为为底大口小结构的倒梯形槽，对应的同组的两个所述横向肋板304、305在由下向上的方向上相对向外倾斜(倒八字结构排列)并形成倒梯形槽的纵向两侧壁。

本实施例中，在所述配合槽201内除钢栓102所占位置以外空间内均填充有结合材料，在纵向肋板101底面与钢梁2的顶面之间填充有所述结合材料；钢梁一般为工字钢梁，钢梁2的顶面一般指的是钢梁2的顶部翼板，在此不再赘述；所述钢栓102在钢梁的顶面(顶部翼板的上表面)上呈横排和纵排的阵列方式排布，所述配合槽102则位于纵向肋板101底部在纵向上并列排布，横向同排的钢栓201至少为两个且位于同一配合槽102内；如图所示，钢栓沿纵向根据长度多个成排、横向三个成排，配合槽纵向数量与钢栓的纵向数量相对应，而横向为涵盖所有横排钢栓的横向槽；

本实施例中，在靠近预制桥道板1两端的所述横向肋板和/或纵向侧板上固定有浇筑于预制桥道板内的加强锚固钢筋5；或者，所述两个纵向侧板301/302之间在靠近预制桥道板1两端的位置另外焊接加强肋板，所述加强肋板固定有浇筑于预制桥道板内的加强锚固钢筋5，增加整体的连接强度。

本实施例中，还包括装配引导结构，所述引导结构包括固定设置于钢梁2上的引导板6，所述引导板6设有横向倾斜的横向引导斜面和纵向倾斜的纵向引导斜面；

在所述钢梁2上与每一段预制桥道板1的两端对应分别设置所述引导板6为一组，一组引导板6为分列预制桥道板的纵向肋板101的横向两侧的两个(同一组的引导板一般设置于钢梁上翼板上表面的横向两侧)；所述一组的两个引导板6的横向引导斜面分别在横向上与预制桥道板1上的纵向肋板101的两侧壁相适应向外侧倾斜，并在就位时在横向上约束并引导预制桥道板1在钢梁2上就位；

位于每一段预制桥道板1两端且同侧的引导板6(指的是位于预制桥道板横向同一侧)的纵向引导斜面的倾斜方向相反，所述预制桥道板1的纵向肋板101上固定设有与引导板6的纵向引导斜面相对应的引导凸起7，所述引导凸起7设有与引导板6的纵向引导斜面相配合的被引导斜面，在就位时，所述纵向引导斜面通过引导凸起7的被引导斜面在纵向上约束并引导预制桥道板1在钢梁2上就位。

本实施例中，位于每一段预制桥道板1两端且同侧的引导板6的纵向引导斜面分别向两端倾斜，呈倒八字形结构，相对应的所述引导凸起7的被引导斜面的倾斜方向与对应的纵向引导斜面(钢梁上翼板侧边的引导板)相适配，即斜面倾斜角度及倾斜方向一致。

本实施例中，相邻预制桥道板1的相对端部的引导板6制成一体，所述引导凸起7为规定设置于预制桥道板的纵向肋板两侧壁的引导钢条，所述引导钢条倾斜设置使其表面直接形成被引导斜面。

本实施例中，所述结合材料可采用超高性能混凝土(UHPC)、添加硅粉或/和钢粉的环氧粘结料或结构粘结胶，一般采用超高性能混凝土，结构强度较高且成本较低。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：包括钢梁和预制砼桥道板，所述钢梁顶部固定分部有多个钢栓，所述钢栓至少在一个竖向截面上为逐渐过渡的上大下小的结构，所述预制砼桥道板下部分布有下部开口的配合槽，所述配合槽在所述竖向截面上与所述钢栓适形配合，且所述配合槽的下部开口尺寸使得预制砼桥道板装配至钢梁顶部时钢栓能够插入；

在钢栓与配合槽的槽壁和槽底之间填充有结合材料。

2.根据权利要求1所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：所述预制砼桥道板为下部带纵向肋板的板式结构，所述纵向肋板底部固定托有纵向钢托，所述纵向钢托具有两个纵向侧板且两个纵向侧板分别对应预埋于纵向肋板的两侧面；在所述两个纵向侧板之间固定连接设有横向肋板，所述横向肋板两个为一组且沿纵向并列设置多组；

所述配合槽为设置于纵向肋板底面的横向槽；

所述纵向钢托浇筑于所述纵向肋板底部后，同一组的两个所述横向肋板对应形成所述配合槽的两侧壁。

3.根据权利要求1或2所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：所述钢栓在纵向截面上为逐渐过渡的上大下小的结构，所述配合槽在纵向截面上为与钢栓相适形的底大口小结构。

4.根据权利要求3所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：所述钢栓在纵向截面上为上大下小结构的倒梯形榫，所述配合槽在纵向截面上为为底大口小结构的倒梯形槽，对应的同组所述横向肋板在由下向上的方向上相对向外倾斜并形成倒梯形槽的纵向两侧壁。

5.根据权利要求4所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：在所述配合槽内除钢栓所占位置以外空间内均填充有结合材料，在纵向肋板底面与钢梁的顶面之间填充有所述结合材料；所述钢栓在钢梁的顶面上呈横排和纵排的阵列方式排布，所述配合槽则位于纵向肋板底部在纵向上并列排布，横向同排的钢栓至少为两个且位于同一配合槽内。

6.根据权利要求5所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：在靠近预制桥道板两端的所述横向肋板和/或纵向侧板上固定有浇筑于预制桥道板内的加强锚固钢筋；或者，所述两个纵向侧板之间在靠近预制桥道板两端的位置另外焊接加强肋板，所述加强肋板固定有浇筑于预制桥道板内的加强锚固钢筋。

7.根据权利要求5所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：还包括装配引导结构，所述引导结构包括固定设置于钢梁上的引导板，所述引导板设有横向倾斜的横向引导斜面和纵向倾斜的纵向引导斜面；

在所述钢梁上与每一段预制桥道板的两端对应分别设置所述引导板为一组，一组引导板为分列预制桥道板的纵向肋板的横向两侧的两个；所述一组的两个引导板的横向引导斜面分别在横向上与预制桥道板上的纵向肋板的两侧壁相适应向外侧倾斜，并在就位时在横向上约束并引导预制桥道板在钢梁上就位；

位于每一段预制桥道板两端且同侧的引导板的纵向引导斜面的倾斜方向相反，所述预制桥道板的纵向肋板上固定设有与引导板的纵向引导斜面相对应的引导凸起，所述引导凸起设有与引导板的纵向引导斜面相配合的被引导斜面，在就位时，所述纵向引导斜面通过引导凸起的被引导斜面在纵向上约束并引导预制桥道板在钢梁上就位。

8.根据权利要求7所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：位于每一段预制桥道板两端且同侧的引导板的纵向引导斜面分别向两端倾斜，相对应的所述引导凸起的被引导斜面的倾斜方向与对应的纵向引导斜面相适配。

9.根据权利要求8所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：相邻预制桥道板的相对端部的引导板制成一体，所述引导凸起为规定设置于预制桥道板的纵向肋板两侧壁的引导钢条，所述引导钢条倾斜设置使其表面直接形成被引导斜面。

10.根据权利要求5所述的全装配式SBSG剪力连接的钢-砼组合梁，其特征在于：所述结合材料可采用超高性能混凝土、添加硅粉或/和钢粉的环氧粘结料或结构粘结胶。

Images