CN114856082B - 一种装配式预应力复合型腹板组合梁 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种装配式预应力复合型腹板组合梁，包括混凝土翼板、上翼板、下翼板、主腹板组件以及侧腹板组件；主腹板组件包括上腹板和下腹板，上腹板和下腹板的断面形状均为弧形，上腹板和下腹板的外弧面相抵接，上翼板连接于上腹板远离下腹板的一侧，混凝土翼板位于上腹板顶壁，下翼板连接于下腹板远离上腹板的一侧；侧腹板组件包括两个侧立板，侧立板连接于上腹板两侧，侧立板长度方向的两侧分别与上腹板和下腹板连接，上腹板和下腹板上均设置有预应力张拉组件，下腹板和上腹板通过预应力张拉组件与侧立板连接。本申请提高该组合梁的结构强度、承载性能、抗剪切、抗弯曲等综合能力，使得该组合梁能够有效适用在大跨度和重荷载的场合。
Description
技术领域
本申请涉及组合梁领域，尤其是涉及一种装配式预应力复合型腹板组合梁。
背景技术
组合梁是钢梁和混凝土板通过抗剪连接件连成整体而共同受力的横向承重构件，能够充分发挥钢材抗拉、混凝土抗压性能好的优点，具有承载力高、刚度大、抗震和动力性能好、构件截面尺寸小、施工方便等优点；现有组合梁所采用的钢梁形式有工字形、箱形、钢桁架、蜂窝形钢梁等。
相关的公告号为CN110952457A的中国发明专利，其公开了一种钢板组件梁桥无支架现浇混凝土装置，包括压型钢板、钢梁、钢筋骨架和剪力键。钢梁截面形状为工字型，包括上翼缘、下翼缘以及连接上翼缘和下翼缘的腹板，钢梁的上翼缘上布置剪力键，同时钢梁的上翼缘两侧分别连接一压型钢板，每块压型钢板上分别布置多个钢筋骨架。
针对上述中的相关技术，发明人相关的组合梁在应用于大跨度、重荷载的场景中，钢梁中的腹板强度不够，容易出现弯曲形变，是整个组合梁中的结构薄弱点，制约组合梁整体的结构强度以及应用领域。
发明内容
为了改善上述问题，本申请提供一种装配式预应力复合型腹板组合梁。
本申请提供的一种装配式预应力复合型腹板组合梁采用如下的技术方案：
一种装配式预应力复合型腹板组合梁，包括混凝土翼板、上翼板、下翼板以及连接于上腹板和下腹板之间的主腹板组件以及侧腹板组件；
所述主腹板组件包括相对设置的上腹板和下腹板，所述上腹板和下腹板垂直于长度方向的断面形状均为弧形，所述上腹板和下腹板的外弧面相抵接，所述上翼板水平连接于上腹板远离下腹板的一侧，所述混凝土翼板位于上腹板顶壁，所述下翼板水平连接于下腹板远离上腹板的一侧；
所述侧腹板组件包括两个侧立板，所述侧立板连接于上腹板两侧，所述侧立板长度方向的两侧分别与上腹板和下腹板连接，所述上腹板和下腹板上均设置有预应力张拉组件，所述下腹板和上腹板通过预应力张拉组件与侧立板连接。
通过采用上述技术方案，当混凝土翼板承受荷载时，通过上翼板传递至主腹板组件和侧腹板组件上，上腹板和下腹板的断面形状均为弧形，且上腹板和下腹板的外弧面相抵接，荷载集中至上腹板和下腹板的抵接面，利用拱桥承载原理，将弯曲应力有效转变成压应力，而上腹板和下腹板又反向将荷载均匀传递至上腹板和下腹板上，从而有效提高组合梁的承载性能和抗弯曲形变能力，而侧立板除了能够起到提供支撑，承载荷载的作用外，并通过预应力张拉组件与主腹板组件连接在一起，继而起到稳固主腹板组件的作用，起到抗剪切力的作用，使得主腹板组件的结构更加稳固，进而有效提高该组合梁的结构强度、承载性能、抗剪切、抗弯曲等综合能力，使得该组合梁能够有效适用在大跨度和重荷载的场合。
优选的，所述侧立板与相邻的上腹板和下腹板的侧壁围成有安装腔，所述安装腔中插设填充有混凝土芯柱。
通过采用上述技术方案，混凝土芯柱对于上腹板和下腹板起到支撑稳固的作用，有效降低上腹板和下腹板的受载形变；并间接提高上腹板和下腹板之间的接触面积，使得上腹板和下腹板之间的连接关系更加稳固，荷载能够均匀分布在主腹板组件以及芯柱上，降低应力集中破坏的可能性，且有效降低上腹板和下腹板受剪切力而发生倾斜扭翻的可能性。
优选的，所述混凝土芯柱上开设有若干蜂窝孔。
通过采用上述技术方案，采用混凝土芯柱本身的成本较低，且混凝土的密度较低，继而降低组合梁的重量；蜂窝孔的设置在保障混凝土芯柱良好的的承载性能和结构强度的前提下，进一步降低芯柱的重量以及耗材，节约成本。
优选的，所述上腹板和下腹板弧长两端的侧边固定有连接板，所述连接板与相邻的侧立板相贴合，所述预应力张拉组件包括连接套管与两个连杆，所述连接套管位于两个连接板之间，两个所述连杆分别穿设于连接套管的两端，且均与所述连接套管螺纹连接，两个所述连杆与连接套管之间的螺纹连接旋向相反，所述连杆远离连接套管的一端与穿过连接板并与侧立板固定连接。
通过采用上述技术方案，由于两个连杆与连接套管之间的螺纹连接旋向相反，通过转动连接套管， 能够带动两个连杆相对或向背移动；该预应力张拉组件在使用时，旋转连接套管使得两个连杆相互靠近，继而连杆对上腹板和下腹板施加拉力，使得上腹板和下腹板内形成有预应力，且该预应力的方向与上腹板和下腹板受载产生的应力作用方向相反，从而起到提高组合梁结构强度和稳定性的效果。
优选的，所述上翼板为梯形波形板，所述上翼板包括相互连接的底板、顶板以及斜侧板，所述底板与顶板相互平行且错位设置，所述底板和顶板通过斜侧板相连接，所述顶板与上腹板远离下腹板的一侧连接，所述上翼板的上表面形成有连接凹槽，所述混凝土翼板的底面固定有与连接凹槽相适配的连接凸块。
通过采用上述技术方案，上翼板采用梯形波形板，一方面增强上翼板的结构强度，另一方面；上翼板通过连接凹槽和连接凸块与混凝土翼板相互连接，混凝土翼板与上翼板之间相互嵌合，提高了连接凸块与混凝土翼板之间的连接强度和稳定性。
优选的，所述底板的底面与连接套管抵接。
通过采用上述技术方案，上翼板的底板的底面与连接套管相互抵接，继而上翼板受压发生形变时，预应力张拉组件能够对上翼板提供支撑，且若上翼板受压变形并导致预应力张拉组件向下弯曲时，则导致预应力张拉组件的对于主腹板组件的预应力则更强，以提高主腹板组件的抗变形的能力。
优选的，所述连接板远离上腹板的端板上固定有若干第一连接块，所述顶板的两端延伸至上腹板以及侧立板的顶部，所述顶板上开设有与第一连接块相适配的若干第一连接插口，所述第一连接块插设于相应的第一连接插口内。
通过采用上述技术方案，一方面对于上翼板起到安装定位的效果；另一方面提高上翼板与上腹板之间的连接稳定性。
优选的，所述侧立板的顶壁上固定有若干第二连接块，所述顶板上开设有与第二连接块相适配的若干第二连接插口，所述第二连接块插设于相应的第二连接插口内，所述第二连接块与第一连接块之间错位设置。
通过采用上述技术方案，提高侧立板与上翼板之间的连接强度和稳定性，使得上翼板、侧腹板组件和主腹板组件间的整体性更好；第一连接块和第二连接块之间错位设置，使得上翼板与侧立板以及上腹板之间的受力效果平稳均衡。
优选的，所述上腹板和下腹板之间设置有连接件，所述连接件包括连接螺杆和连接螺母，所述连接螺杆穿设于上腹板与下腹板之间的抵接交界处，所述连接螺杆的两端分别贯穿上腹板和下腹板并与连接螺母螺纹连接。
通过采用上述技术方案，通过旋紧连接螺母，使得连接螺母与相应的上腹板或下腹板抵接，进一步提高上腹板与下腹板之间的连接稳定性。
优选的，所述上腹板和下腹板的内弧面上均设置有连接垫板，所述连接垫板的长度方向的侧边与相应的上腹板或下腹板的内弧面抵接，所述连接螺杆的两端穿设连接垫板，所述连接螺母与连接垫板的外侧壁抵接。
通过采用上述技术方案，由于上腹板和下腹板的断面形状为弧形，连接螺母与连接垫板的外侧壁抵接，连接螺母通过垫板与上腹板和下腹板抵接，提高连接螺母对于上腹板和下腹板的连接固定效果。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的主腹板组件将弯曲应力有效转变成压应力，而上腹板和下腹板又反向将荷载均匀传递至上腹板和下腹板上，从而有效提高组合梁的承载性能和抗弯曲形变能力，而侧立板除了能够起到提供支撑，承载荷载的作用外，并起到稳固主腹板组件的作用，起到抗剪切力的作用，使得主腹板组件的结构更加稳固，进而有效提高该组合梁的结构强度、承载性能、抗剪切、抗弯曲等综合能力，使得该组合梁能够有效适用在大跨度和重荷载的场合；
2.通过设置混凝土芯柱，对于上腹板和下腹板起到支撑稳固的作用，有效降低上腹板和下腹板的受载形变；并间接提高上腹板和下腹板之间的接触面积，使得上腹板和下腹板之间的连接关系更加稳固，荷载能够均匀分布在主腹板组件以及芯柱上，降低应力集中破坏的可能性，且有效降低上腹板和下腹板受剪切力而发生倾斜扭翻的可能性。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构示意图。
图2是本申请实施例横断面的剖视图。
图3是本申请实施例的爆炸图。
图4是本申请实施例中上翼板的局部结构示意图。
图5是本申请实施例纵断面的局部剖视图。
附图标记说明：1、混凝土翼板；11、连接凸块；2、上翼板；21、底板；22、斜侧板；23、顶板；231、第一连接插口；232、第二连接插口；233、连接凹槽；3、下翼板；4、主腹板组件；41、上腹板；42、下腹板；43、连接板；431、第一连接块；44、连接件；441、连接螺杆；442、连接螺母；443、连接垫板；5、侧腹板组件；51、侧立板；511、第二连接块；52、安装腔；6、预应力张拉组件；61、连接套管；62、连杆；7、混凝土芯柱；71、蜂窝孔；234、横杆。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种装配式预应力复合型腹板组合梁。参照图1和图2，一种装配式预应力复合型腹板组合梁包括混凝土翼板1、上翼板2、下翼板3、主腹板组件4以及侧腹板组件5。主腹板组件4包括相对设置的上腹板41和下腹板42，上腹板41和下腹板42垂直于长度方向的断面形状均为弧形，上腹板41和下腹板42的圆心连线呈竖直设置。上腹板41和下腹板42的外弧面相抵接。上翼板2水平焊接于上腹板41远离下腹板42的一侧；混凝土翼板1安装于上腹板41顶壁，下翼板3水平焊接于下腹板42远离上腹板41的一侧。侧腹板组件5包括两个侧立板51，侧立板51连接于上腹板41以及下腹板42长度方向的两侧，侧立板51长度方向的两侧壁分别与上翼板2和下翼板3焊接固定。下腹板42和下腹板42通过预应力张拉组件6与侧立板51连接。
参照图1和图2，当混凝土翼板1承受荷载时，通过上翼板2传递至主腹板组件4和侧腹板组件5上，主腹板组件4利用拱桥承载原理，将弯曲应力有效转变成压应力，且上腹板41和下腹板42又反向将荷载均匀传递至上腹板41和下腹板42上，从而有效提高组合梁的承载性能和抗弯曲形变能力。侧立板51不仅对混凝土翼板1提供支撑和承载荷载，并起到稳固主腹板组件4的作用，以及抗剪切力的效果，使得主腹板组件4的结构更加稳固，进而提高组合梁的结构强度、承载性能、抗剪切、抗弯曲等综合能力。
参照图1和图2，上腹板41和下腹板42之间设置有若干连接件44，连接件44包括连接螺杆441以及连接螺母442，连接螺杆441穿设于上腹板41与下腹板42之间的抵接交界处，连接螺杆441的两端分别贯穿上腹板41与下腹板42并与连接螺母442螺纹连接。为了保障该连接件44对上腹板41和下腹板42的连接固定效果，上腹板41和下腹板42的内弧面上均设有连接垫板443，连接垫板443沿上腹板41的长度方向延伸设置，连接垫板443长度方向的断面形状呈倒“U”形。连接垫板443的长度方向的侧边与相应的上腹板41或下腹板42的内弧面抵接，连接螺杆441的两端穿设连接垫板443，连接螺母442与连接螺杆441穿出连接垫板443的端部螺纹连接，通过旋紧连接螺母442，使得连接螺母442与连接垫板443的外侧壁抵接，以实现对上腹板41和下腹板42的连接固定。
参照图1和图2，侧立板51与相邻的上腹板41和下腹板42的侧壁围成有安装腔52，安装腔52中插设填充有混凝土芯柱7，混凝土芯柱7的外侧壁与相邻上腹板41、下腹板42以及侧立板51相贴合。混凝土芯柱7对于上腹板41和下腹板42起到支撑稳固的作用，有效降低上腹板41和下腹板42的受载形变；并间接提高上腹板41和下腹板42之间的接触面积，使得上腹板41和下腹板42之间的连接关系更加稳固，荷载能够均匀分布在主腹板组件4以及混凝土芯柱7上，降低应力集中破坏的可能性，且有效降低上腹板41和下腹板42受剪切力而发生倾斜扭翻的可能性。
参照图2和图3，而混凝土芯柱7的密度较低，降低组合梁的重量；且混凝土芯柱7上开设有若干蜂窝孔71，若干蜂窝孔71沿混凝土芯柱7的长度方向排布，蜂窝孔71的孔轴线呈竖直设置，在保障混凝土芯柱7良好的承载性能和结构强度的前提下，进一步降低芯柱的重量以及耗材，节约成本。
参照图2和图3，上腹板41和下腹板42弧长两端的侧边均焊接固定有连接板43，连接板43与相邻的侧立板51相贴合，预应力张拉组件6包括连接套管61与两个连杆62，连接套管61水平设置于两个连接板43之间，两个连杆62分别穿设于连接套管61轴向两端，两个连杆62均与连接套管61螺纹连接，且两个连杆62与连接套管61之间的螺纹连接旋向相反，连杆62远离连接套管61的一端与穿过连接板43并与侧立板51垂直焊接固定。该预应力张拉组件6在使用时，旋转连接套管61使得两个连杆62相互靠近，继而连杆62对上腹板41和下腹板42施加拉力，使得上腹板41和下腹板42内形成有预应力，且该预应力的方向与上腹板41和下腹板42受载产生的应力作用方向相反，从而起到提高组合梁结构强度和稳定性的效果。
参照图3和图4，上翼板2为梯形波形板，该上翼板2包括相互连接的底板21、斜侧板22以及顶板23，底板21与顶板23相互平行且错位设置，底板21与顶板23通过斜侧板22连接固定。顶板23与连接板43以及侧立板51相连接，上翼板2的上表面形成有连接凹槽233，混凝土翼板1的底面一体成型有与连接凹槽233相适配的连接凸块11，混凝土翼板1和上翼板2之间通过连接凸块11和连接凹槽233相互嵌合，有效提高混凝土翼板1与上翼板2之间的连接强度和稳定性。
参照图4和图5，且上翼板2的底板21与连接套管61相抵接，继而上翼板2受压发生形变时，预应力张拉组件6能够对上翼板2提供支撑，且若上翼板2受压变形并导致预应力张拉组件6向下弯曲时，则导致预应力张拉组件6对于主腹板组件4的预应力更强，以提高主腹板组件4的抗变形的能力。
参照图3和图4，连接板43远离主腹板组件4的端面上焊接固定有若干第一连接块431，第一连接块431沿连接板43的长度方向排布。下翼板3为平板，上翼板2的顶板23以及下翼板3上均开设有与相应的第一连接块431相适配的第一连接插口231，第一连接块431插设于相应的第一连接插口231内并焊接固定，不仅起到良好的安装定位的作用，并提高上翼板2、下翼板3与连接板43之间的连接稳定性。侧立板51高度方向两端面上均焊接固定有若干第二连接块511，第二连接块511沿侧立板51的长度方向排布，上翼板2的顶板23以及下翼板3上开设有与相应的第二连接块511相适配的第二连接插口232，第二连接块511插设于相应的第二连接插口232内并焊接固定，且位于同一侧的第一连接块431和第二连接块511之间错位设置，提高上翼板2、下翼板3与侧立板51之间的连接稳定性和强度，并使得上翼板2、下翼板3与主腹板组件4以及侧腹板组件5之间的受力效果的平稳均衡。
参照图3和图4，上翼板2的顶板23上表面垂直焊接固定有若干锚固杆，锚固杆远离顶板23的一端焊接有横杆234，横杆234与锚固杆相垂直，锚固杆和横杆234预埋插设于混凝土翼板1内，从而进一步提高混凝土翼板1与上翼板2之间的连接强度和稳定性。
本申请实施例一种装配式预应力复合型腹板组合梁的实施原理为：当混凝土翼板1承受荷载时，通过上翼板2传递至主腹板组件4和侧腹板组件5上，上腹板41和下腹板42的断面形状均为弧形，且上腹板41和下腹板42的外弧面相抵接，荷载集中至上腹板41和下腹板42的抵接面；利用拱桥承载原理，将弯曲应力有效转变成压应力，而上腹板41和下腹板42又反向将荷载均匀传递至上腹板41和下腹板42上，从而有效提高组合梁的承载性能和抗弯曲形变能力。而侧立板51除了能够起到提供支撑，承载荷载的作用外，并通过预应力张拉组件6与主腹板组件4连接在一起，继而起到稳固主腹板组件4的作用，起到抗剪切力的作用，使得主腹板的结构更加稳固，进而有效提高该组合梁的结构强度、承载性能、抗剪切、抗弯曲等综合能力，使得该组合梁能够有效适用在大跨度和重荷载的场合。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：包括混凝土翼板(1)、上翼板(2)、下翼板(3)以及连接于上腹板(41)和下腹板(42)之间的主腹板组件(4)以及侧腹板组件(5)；
所述主腹板组件(4)包括相对设置的上腹板(41)和下腹板(42)，所述上腹板(41)和下腹板(42)垂直于长度方向的断面形状均为弧形，所述上腹板(41)和下腹板(42)的外弧面相抵接，所述上翼板(2)水平连接于上腹板(41)远离下腹板(42)的一侧，所述混凝土翼板(1)位于上腹板(41)顶壁，所述下翼板(3)水平连接于下腹板(42)远离上腹板(41)的一侧；
所述侧腹板组件(5)包括两个侧立板(51)，所述侧立板(51)连接于上腹板(41)两侧，所述侧立板(51)长度方向的两侧分别与上腹板(41)和下腹板(42)连接，所述上腹板(41)和下腹板(42)上均设置有预应力张拉组件(6)，所述下腹板(42)和上腹板(41)通过预应力张拉组件(6)与侧立板(51)连接。
2.根据权利要求1所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述侧立板(51)与相邻的上腹板(41)和下腹板(42)的侧壁围成有安装腔(52)，所述安装腔(52)中插设填充有混凝土芯柱(7)。
3.根据权利要求2所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述混凝土芯柱(7)上开设有若干蜂窝孔(71)。
4.根据权利要求1所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述上腹板(41)和下腹板(42)弧长两端的侧边固定有连接板(43)，所述连接板(43)与相邻的侧立板(51)相贴合，所述预应力张拉组件(6)包括连接套管(61)与两个连杆(62)，所述连接套管(61)位于两个连接板(43)之间，两个所述连杆(62)分别穿设于连接套管(61)的两端，且均与所述连接套管(61)螺纹连接，两个所述连杆(62)与连接套管(61)之间的螺纹连接旋向相反，所述连杆(62)远离连接套管(61)的一端与穿过连接板(43)并与连接板（43）相邻的侧立板(51)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述上翼板(2)为梯形波形板，所述上翼板(2)包括相互连接的底板(21)、顶板(23)以及斜侧板(22)，所述底板(21)与顶板(23)相互平行且错位设置，所述底板(21)和顶板(23)通过斜侧板(22)相连接，所述顶板(23)与上腹板(41)远离下腹板(42)的一侧连接，所述上翼板(2)的上表面形成有连接凹槽(233)，所述混凝土翼板(1)的底面固定有与连接凹槽(233)相适配的连接凸块(11)。
6.根据权利要求5所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述底板(21)的底面与连接套管(61)抵接。
7.根据权利要求5所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述连接板(43)远离上腹板(41)的端板上固定有若干第一连接块(431)，所述顶板(23)的两端延伸至上腹板(41)以及侧立板(51)的顶部，所述顶板(23)上开设有与第一连接块(431)相适配的若干第一连接插口(231)，所述第一连接块(431)插设于相应的第一连接插口(231)内。
8.根据权利要求7所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述侧立板(51)的顶壁上固定有若干第二连接块(511)，所述顶板(23)上开设有与第二连接块(511)相适配的若干第二连接插口(232)，所述第二连接块(511)插设于相应的第二连接插口(232)内，所述第二连接块(511)与第一连接块(431)之间错位设置。
9.根据权利要求1所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述上腹板(41)和下腹板(42)之间设置有连接件(44)，所述连接件(44)包括连接螺杆(441)和连接螺母(442)，所述连接螺杆(441)穿设于上腹板(41)与下腹板(42)之间的抵接交界处，所述连接螺杆(441)的两端分别贯穿上腹板(41)和下腹板(42)并与连接螺母(442)螺纹连接。
10.根据权利要求9所述的一种装配式预应力复合型腹板组合梁，其特征在于：所述上腹板(41)和下腹板(42)的内弧面上均设置有连接垫板(443)，所述连接垫板(443)的长度方向的侧边与相应的上腹板(41)或下腹板(42)的内弧面抵接，所述连接螺杆(441)的两端穿设连接垫板(443)，所述连接螺母(442)与连接垫板(443)的外侧壁抵接。
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