CN114411975B - 复合式栓接剪力键构造 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合式栓接剪力键构造，包括预制混凝土承板、钢过渡件和钢支撑件，所述钢过渡件预埋于预制混凝土承板，并与预制混凝土承板形成整体，所述钢过渡件的第一端部凸出于预制混凝土承板用于与钢支撑件栓接；还包括预埋于预制混凝土承板的抗剪组件，所述抗剪组件包括栓钉和加强钢肋，所述栓钉为若干个，若干个栓钉沿长度方向间隔连接于钢过渡件；沿横向分设在预制混凝土承板中心轴线两侧的钢过渡件构成一组连接件组，所述加强钢肋沿横向的两端分别与连接件组中的两个钢过渡件连接，所述加强钢肋为若干个，若干个加强钢肋沿长度方向间隔布置，既能避免后浇混凝土槽孔(带)混凝土，提高了钢与混凝土装配度，又能方便施工，改善施工中钢与混凝土之间连接操作条件差的问题，并改善结构抗剪性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构和桥梁工程领域，具体涉及一种复合式栓接剪力键构造。
背景技术
为了加快建造速度，节约建设成本，同时提高结构质量，减少高空作业时间，提高施工安全性，基于快速建造的装配式钢-混组合梁日益得到广泛应用，也随之出现了很多装配式剪力键，它可以将钢梁与预制桥面板通过后期装配连接成为整体，是组合结构实现快速建造施工的关键受力构造。目前装配式剪力键还存在以下问题：
问题1：现有剪力键分为两大类，一为柔性剪力键，常常需要布置间距较密的钉群才能满足抗剪性能需要，并且柔性剪力键在使用过程中允许发生一定的剪切滑移，以自身的变形来抵抗水平剪切的需要。它的破坏状态分两种形式，栓钉剪断和混凝土压碎，其中栓钉剪断模式是最常用的一种，但当栓钉剪断后剪力键会迅速停止工作，不再有抗剪承载力，后期延性较差。二为刚性剪力键，刚性剪力键承载力高，但延性较差，常常出现脆性的突然破坏。
问题2：现有装配式栓钉剪力键均属于柔性剪力键，大致分为两类：一是带后浇槽孔(带)栓钉剪力键，如集束式栓钉剪力键和桥面板下方带暗榫的PCSC剪力键；二是无需后浇混凝土的全装配栓钉剪力键，如PCSS剪力键、各种高强螺栓剪力键等。每种剪力键各有优劣和适用场合，带后浇槽孔(带)栓钉剪力键的共同点是均需预留剪力键槽孔或后浇带，待到板内预应力张拉完成后，再后浇槽孔(带)混凝土，使钢梁与预制板结整为一体。它的优点是当预制板张拉预应力时能够很好适应板纵向位移的需要，受力性能良好，能在实现装配的同时满足受力性能需要，但当其应用于组合梁上时，其初始裂缝大都起源于预留孔的角隅处，这主要与负弯矩作用下混凝土桥道板处于受拉状态，预留孔无预应力储备、且角隅有应力集中有关。部分试验的初始裂缝出现在板间现浇接缝处，这主要与接缝砂浆质量是否有预压力或预压力是否足够有关。第二类无需后浇混凝土的全装配栓钉剪力键则规避了先后浇混凝土龄期差异的问题，也可以避免后浇槽孔(带)角隅出现开裂，能够实现预制混凝土板与钢梁的快速装配，但此类剪力键需在安装预制板时，板与钢梁的预留螺孔精确对位后方能实现有效联结，当螺孔位于板底中央时，操作时需仰面拧紧螺栓，操作条件较差，并且无法适应负弯矩区张拉预应力钢束时产生的纵向位移需要。
问题3：常规装配式钢混组合结构中，常常是利用某种剪力键将混凝土与钢直接装配，而混凝土与钢材属于两种材料，这就必然造成装配过程复杂且使混凝土局部受力较大，装配界面可能存在混凝土在装配过程中局部损伤。
因此，本方案提出一种能实现快速装配的复合式栓接装配剪力键构造，既能避免后浇混凝土槽孔(带)混凝土，提高了装配度，又能方便施工，改善施工中连接操作条件差的问题，并改善结构抗剪性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供复合式栓接剪力键构造，既能避免后浇混凝土槽孔(带)混凝土，提高了装配度，又能方便施工，改善施工中连接操作条件差的问题，并改善结构抗剪性能。
本发明的复合式栓接剪力键构造，包括预制混凝土承板、钢过渡件和钢支撑件，所述钢过渡件预埋于预制混凝土承板内与预制混凝土承板形成整体，所述钢过渡件具有凸出于预制混凝土承板用于与钢支撑件栓接的连接部；还包括预埋于预制混凝土承板的抗剪组件，所述抗剪组件包括栓钉和加强钢肋，所述栓钉为若干个，若干个栓钉沿长度方向间隔连接于钢过渡件；所述钢过渡件为若干个，若干个所述钢过渡件沿横向分设在预制混凝土承板中心轴线两侧构成一组连接件组，所述加强钢肋沿横向的两端分别与连接件组中的两个钢过渡件连接，所述加强钢肋为若干个，若干个加强钢肋沿长度方向间隔布置。
进一步，所述栓钉的头部朝向预制混凝土承板中心轴线布置，所述栓钉的尾部连接于钢过渡件。
进一步，位于预制混凝土承板中心轴线两侧的栓钉以预制混凝土承板中心轴线为对称轴对称布置，使得沿横向相对的栓钉之间形成受力区域。
进一步，所述钢过渡件为两个，两个沿横向分设在预制混凝土承板中心轴线两侧的钢过渡件构成一组连接件组。
进一步，所述预制混凝土承板的底部中部向下凸出形成混凝土底肋，两个所述钢过渡件分设于混凝土底肋沿横向的两端。
进一步，所述钢过渡件包括预埋于混凝土底肋的钢侧板以及由钢侧板沿横向向外延伸凸出于混凝土底肋的连接部，所述连接部与钢支撑件栓接。
进一步，所述钢侧板垂直于水平方向预埋于混凝土底肋，所述连接部由钢侧板的底部垂直向外延伸形成，使得所述钢过渡件沿纵向的截面呈“L”形。
进一步，所述钢支撑件为工字梁，所述工字梁支撑于混凝土底肋的底部中部，所述连接部栓接于工字梁的上翼缘。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种复合式栓接剪力键构造，具备如下优势：
1)提出了一种预制混凝土板与钢梁之间新的装配方式。传统钢混组合结构中，常常是利用某种剪力键将混凝土与钢直接装配，而混凝土与钢材属于两种材料，这就必然造成装配过程复杂且使混凝土局部受力较大，装配界面可能存在混凝土在装配过程中局部损伤。本专利在施行预制混凝土承板与工字梁装配时，实际上是将工字梁上翼缘和钢过渡件上的螺栓孔一一对位并拧紧即可，这属于钢结构之间的传统螺栓连接方法，即将钢混结合的过程转化为钢钢结合，避免了装配界面可能存在混凝土在装配过程中局部损伤及局部受力过大的问题，并简化了钢梁与混凝土板的装配过程，提高了施工效率。
2)本专利提出的剪力键属于传统的刚性剪力键与柔性剪力键的结合。传统剪力钉属于柔性剪力键，常常需要布置钉群才能满足抗剪性能需要。而本专利中的加强钢肋属于刚性剪力键的一种，它与水平栓钉结合，可以有效保证工字梁与预制混凝土承板之间抗剪需要的前提下，有效减少栓钉数量，增大栓钉布置间距，提高施工效率；
3)加强钢肋加强了钢过渡件之间混凝土的套箍作用，增强了剪力键的延性性能，使剪力键在破坏过程中即使栓钉剪断后，处于两侧钢过渡件之间的混凝土也会继续存在部分承载力，使承载力和滑移曲线缓慢下降的趋势，增强了传统栓钉剪力键的后期承载力和延性。
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为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，
如图所示，本方案中的纵向为预制混凝土承板1的延伸方向，所述的横向为预制混凝土承板1的宽度方向，所述的水平方向和竖直方向对应图1中放置时的水平和竖直，在此不再赘述，本实施例中的复合式栓接剪力键构造包括包括预制混凝土承板1、钢过渡件2和钢支撑件3，所述钢过渡件2预埋于预制混凝土承板1内与预制混凝土承板1形成整体，所述钢过渡件2具有凸出于预制混凝土承板1用于与钢支撑件3栓接的连接部；还包括预埋于预制混凝土承板1的抗剪组件，所述抗剪组件包括栓钉4和加强钢肋5，所述栓钉4为若干个，若干个栓钉4沿长度方向间隔连接于钢过渡件2；所述钢过渡件2为若干个，若干个所述钢过渡件2沿横向分设在预制混凝土承板1中心轴线两侧构成一组连接件组，所述加强钢肋5沿横向的两端分别与连接件组中的两个钢过渡件2连接，所述加强钢肋5为若干个，若干个加强钢肋5沿长度方向间隔布置。其中所述栓钉4为水平布置的，其可沿横向远离预制混凝土承板1中心轴线向两侧延伸布置，也可沿横向靠近预制混凝土承板1中心轴线布置，其中由于连接件组至少包括两个分设在预制混凝土承板1中心轴线两侧的钢过渡件2，分别位于不同钢过渡件2上的栓钉4可沿纵向相互交错穿插布置，也可如本方案中以预制混凝土承板1中心轴线为对称轴对称布置，其主要目的在于栓钉4作为柔性剪力键使用，而与之配合的加强钢肋5则作为刚性剪力键使用，二者同时应用于本方案提供复合式剪力键构造，提高抗剪能力，提高承载力和延性，更进一步的，如图1中所示的，栓钉4至少包括位于加强钢肋5顶部的上部栓钉4和位于加强钢肋5底部的下部栓钉4，二者构成竖直方向将加强钢肋5夹持的栓钉4组，使得受剪力作用时加强钢肋5和栓钉4同时受力，提高加强钢肋5和栓钉4形成整体的整合度，如图2所示的，加强钢肋5将预制混凝土承板1分隔成若干块，在若干块预制混凝土承板1内沿纵向分布有多组上述栓钉4组，使得整体受力构造分力更为均匀、平衡，同时起到提高抗剪能力的作用。
本实施例中，所述栓钉4的头部朝向预制混凝土承板1中心轴线布置，所述栓钉4的尾部连接于钢过渡件2。靠近中部布置的栓钉4并结合位于连接件组之间的加强钢肋5，提供柔性剪力键和刚性剪力键的结合构造，更能提高预制混凝土承板1与钢梁之间的抗剪承载能力。
本实施例中，位于预制混凝土承板1中心轴线两侧的栓钉4以预制混凝土承板1中心轴线为对称轴对称布置，使得沿横向相对的栓钉4之间形成受力区域。相对布置的栓钉4使得复合式剪力键构造更容易形成整体受力，受力区域更向预制混凝土承板1的中部集中，分散连接点的应力，提高抗剪效果。
本实施例中，所述钢过渡件2为两个，两个沿横向分设在预制混凝土承板1中心轴线两侧的钢过渡件2构成一组连接件组。实际施工时，所述的钢过渡件2可根据实际情况布置多个形成连接件组，在此不再赘述。
本实施例中，所述预制混凝土承板1的底部中部向下凸出形成混凝土底肋，两个所述钢过渡件2分设于混凝土底肋沿横向的两端。，所述栓钉4以及加强钢肋5均布置于混凝土底肋中，提高结构紧凑性，向下凸出形成的混凝土底肋，更利于钢过渡件2的预埋和与底部钢支撑件3的栓接，本方案中将传统的非同种类待连接件变换为同类别待连接件的连接，不仅提高了连接点的连接强度，更提高两个待连接件通过钢过渡件2连接后形成整体后的整体性，将混凝土构件和钢构件两种不同材料相结合的连接关系替代为等同材料的钢结构件连接关系，异种材料的连接更加稳定可靠，通过栓钉4的结合更能提高混凝土构件与钢构件装配的便捷性，简化装配工序，提高装配效率，并且钢构件之间的栓接极大的延缓了连接位置的老化失效，更使得抗剪能力得到有效提升，防止连接处的剪力开裂。
本实施例中，所述钢过渡件2包括预埋于混凝土底肋的钢侧板以及由钢侧板沿横向向外延伸凸出于混凝土底肋的连接部，所述连接部与钢支撑件3栓接。
本实施例中，所述钢侧板垂直于水平方向预埋于混凝土底肋，所述连接部由钢侧板的底部垂直向外延伸形成，使得所述钢过渡件2沿纵向的截面呈“L”形。如图所示的，钢过渡件2沿纵向的投影呈“L”形与底部工字梁的上翼缘栓接，二者相互平行，提高了装配的效率，进一步的，工字梁的上翼缘和底板上对应开设有供高强螺栓6穿设安装的螺栓孔。
本实施例中，所述钢支撑件3为工字梁，所述工字梁支撑于混凝土底肋的底部中部，所述连接部栓接于工字梁的上翼缘。
本发明公开的一种复合式栓接剪力键构造，具备如下优势：
1)提出了一种预制混凝土板与钢梁之间新的装配方式。传统钢混组合结构中，常常是利用某种剪力键将混凝土与钢直接装配，而混凝土与钢材属于两种材料，这就必然造成装配过程复杂且使混凝土局部受力较大，装配界面可能存在混凝土在装配过程中局部损伤。本专利在施行预制混凝土承板1与工字梁装配时，实际上是将工字梁上翼缘和钢过渡件2上的螺栓孔一一对位并通过高强螺栓6拧紧即可，这属于钢结构之间的传统螺栓连接方法，即将钢混结合的过程转化为钢钢结合，避免了装配界面可能存在混凝土在装配过程中局部损伤及局部受力过大的问题，并简化了装配过程，提高了施工效率。
2)本专利提出的剪力键属于传统的刚性剪力键与柔性剪力键的结合。传统剪力钉属于柔性剪力键，常常需要布置钉群才能满足抗剪性能需要。而本专利中的加强钢肋5属于刚性剪力键的一种，它与水平栓钉4结合，可以有效保证工字梁与预制混凝土承板1之间抗剪需要的前提下，有效减少栓钉4数量，增大栓钉4布置间距，提高施工效率；
3)加强钢肋5加强了钢过渡件2之间混凝土的套箍作用，增强了剪力键的延性性能，使剪力键在破坏过程中即使栓钉4剪断后，处于两侧钢过渡件2之间的混凝土也会继续存在部分承载力，使承载力和滑移曲线缓慢下降的趋势，增强了传统栓钉4剪力键的后期承载力和延性。
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 (4)
1.一种复合式栓接剪力键构造，其特征在于：包括预制混凝土承板、钢过渡件和钢支撑件，所述钢过渡件预埋于预制混凝土承板内与预制混凝土承板形成整体，所述钢过渡件具有凸出于预制混凝土承板用于与钢支撑件栓接的连接部；还包括预埋于预制混凝土承板的抗剪组件，所述抗剪组件包括栓钉和加强钢肋，所述栓钉为若干个，若干个栓钉沿长度方向间隔连接于钢过渡件；所述钢过渡件为若干个，若干个所述钢过渡件沿横向分设在预制混凝土承板中心轴线两侧构成一组连接件组，所述加强钢肋沿横向的两端分别与连接件组中的两个钢过渡件连接，所述加强钢肋为若干个，若干个加强钢肋沿长度方向间隔布置；
所述钢过渡件为两个，两个沿横向分设在预制混凝土承板中心轴线两侧的钢过渡件构成一组连接件组；
所述预制混凝土承板的底部中部向下凸出形成混凝土底肋，两个所述钢过渡件分设于混凝土底肋沿横向的两端；
所述钢过渡件包括预埋于混凝土底肋的钢侧板以及由钢侧板沿横向向外延伸凸出于混凝土底肋的连接部，所述连接部与钢支撑件栓接；
所述钢支撑件为工字梁，所述工字梁支撑于混凝土底肋的底部中部，所述连接部栓接于工字梁的上翼缘。
2.根据权利要求1所述的复合式栓接剪力键构造，其特征在于：所述栓钉的头部朝向预制混凝土承板中心轴线布置，所述栓钉的尾部连接于钢过渡件。
3.根据权利要求2所述的复合式栓接剪力键构造，其特征在于：位于预制混凝土承板中心轴线两侧的栓钉以预制混凝土承板中心轴线为对称轴对称布置，使得沿横向相对的栓钉之间形成受力区域。
4.根据权利要求1所述的复合式栓接剪力键构造，其特征在于：所述钢侧板垂直于水平方向预埋于混凝土底肋，所述连接部由钢侧板的底部垂直向外延伸形成，使得所述钢过渡件沿纵向的截面呈“L”形。
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