CN221218461U - 一种新型pbl剪力连接件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型PBL剪力连接件，涉及PBL剪力连接件技术领域，以解决强度不足，同时钢材和混凝土的材料利用率较低；剪力连接钢板的设置不利于钢筋网的铺设且混凝土层的厚度要求较大的问题；一种新型PBL剪力连接件，包括：钢梁、Twin‑PBL连接件、横向连接板、纵向贯穿钢筋及横向贯穿钢筋，钢梁包括两个横板及竖板，Twin‑PBL连接件包括两块纵向钢板，每个纵向钢板外壁上均开设有若干第一通孔，各横向连接板依次设于两块纵向钢板之间，每一横向连接板上均开设有一个第二通孔，纵向贯穿钢筋贯穿若干第二通孔将多个横向连接板连接，横向贯穿钢筋设置多个且每个横向贯穿钢筋均贯穿两个第一通孔。

Description

一种新型PBL剪力连接件

技术领域

本实用新型涉及PBL剪力连接件的技术领域，具体而言，涉及一种新型PBL剪力连接件。

背景技术

混凝土梁具有结构简单、受力明确、造价低廉等优点，在中小跨径桥梁结构中得到了大量的应用。但已有的工程实践表明，现有的混凝土桥梁仍存在诸多的技术瓶颈；为减轻自重和节省材料，钢-混凝土组合桥梁应运而生，钢-混凝土组合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构型式；它主要通过在钢梁和混凝土翼缘板之间设置剪力连接件，从而抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移，使之成为一个整体而共同工作。钢-混凝土组合梁同钢筋混凝土梁相比，可以减轻结构自重，减小地震作用，减小截面尺寸，增加有效使用空间，节省支模工序和模板，缩短施工周期，增加梁的延性等；同钢梁相比，钢-混凝土组合梁可以减小用钢量，增大刚度，增加稳定性和整体性，增强结构抗火性和耐久性等。

剪力连接件是保证钢和混凝土协同工作的关键部件，具有防止界面过大滑移和分离的作用，使弹性模量不同的钢材和混凝土连接成整体。钢与混凝土组合结构接合面的连接很大程度上影响整体力学性能。连接件相较于粘结型、胶结型和摩擦型连接能够高效抵抗剪力和掀起力，在组合桥梁中大量应用。连接件按照构造形式可分为：钢筋连接件、型钢连接件、栓钉连接件、PBL连接件和组合连接件。栓钉连接件、PBL连接件目前在实际工程中应用较多。

普通PBL连接件相较于栓钉连接件，其抗剪性能更好、结构刚度大、抗疲劳性能好、施工便利。其工作原理是利用钢板孔洞在混凝土浇筑时形成的榫或插入的钢筋以抵抗钢混接合面的剪力和掀起力。但是由此出现的问题是：强度不足，不能有效抵抗各向剪力，同时钢材和混凝土的材料利用率较低，不能充分利用钢材和混凝土的材质特性；剪力连接钢板的设置不利于钢筋网的铺设且混凝土层的厚度要求较大。

实用新型内容

本实用新型要解决的是强度不足，不能有效抵抗各向剪力，同时钢材和混凝土的材料利用率较低，不能充分利用钢材和混凝土的材质特性；剪力连接钢板的设置不利于钢筋网的铺设且混凝土层的厚度要求较大的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种新型PBL剪力连接件，包括：钢梁；所述钢梁包括两个横板及一个竖板，所述竖板连接于两个所述横板之间的中间位置；

Twin-PBL连接件，所述Twin-PBL连接件连接于所述钢梁的位于上方的所述横板的上端，所述Twin-PBL连接件包括两块平行且沿所述钢梁的横板的上端的长度方向设置于其上的纵向钢板，每个所述纵向钢板的外壁上均开设有若干沿所述纵向钢板的长度方向间隔设置的第一通孔；

横向连接板，所述横向连接板设置多个，各所述横向连接板沿任一所述纵向钢板的长度方向依次设于两块所述纵向钢板之间并均与两个所述纵向钢板垂直固定，每一所述横向连接板上均开设有一个第二通孔，且若干所述第二通孔同轴设置；

纵向贯穿钢筋，所述纵向贯穿钢筋贯穿若干所述第二通孔将多个所述横向连接板连接；

横向贯穿钢筋，所述横向贯穿钢筋设置多个且每个所述横向贯穿钢筋均贯穿两个所述纵向钢板上相正对设置的两个所述第一通孔。

本方案中，通过设置两个纵向钢板组成的Twin-PBL连接件，在连接部位内部形成抗扭的趋势，从而加强了整个组合结构的抗震能力，同时有效利用了钢筋、钢板和混凝土之间的机械咬合力和粘结力，保证了组合结构的整体性能；纵向水平剪力由横向连接板、横向贯穿钢筋及第一通孔内混凝土浇筑时形成的混凝土榫共同抵抗，横向水平剪力由两块纵向钢板、纵向贯穿钢筋及第二通孔内混凝土浇筑时形成的混凝土榫共同抵抗，钢梁的高度要求可以降低，克服了普通PBL连接件由于剪力连接钢板的设置不利于钢筋网的铺设和混凝土层的厚度要求较大的缺陷。

作为优选，每个所述横向连接板均设于位于同一所述纵向钢板上的相邻的两个所述第一通孔之间，且相邻的两个所述横向连接板之间的距离与同一所述纵向钢板的两个相邻的所述第一通孔之间的距离相同。

作为优选，每一所述横向贯穿钢筋的中部均向下折弯形成用于防止所述横向贯穿钢筋与所述纵向贯穿钢筋造成干涉的避让部。

本方案中，通过设置避让部可以使得纵向贯穿钢筋搭设在横向贯穿钢筋上，使得横向贯穿钢筋安装后可以更方便安装纵向贯穿钢筋，两者不会互相干涉，不会无法安装纵向贯穿钢筋。

作为优选，每个所述纵向钢板的厚度与每个所述横向连接板的厚度相同且均大于9mm。

作为优选，所述第二通孔的孔径不小于所述第一通孔的孔径。

作为优选，每个所述第一通孔和每个所述第二通孔的开孔直径均为15～40mm。

作为优选，每个所述横向贯穿钢筋的直径均为10～30mm，且所述横向贯穿钢筋的直径小于所述第一通孔的直径。

作为优选，所述纵向贯穿钢筋的直径为10～30mm，且所述纵向贯穿钢筋的直径小于所述第二通孔的直径。

附图说明

图1为本实用新型的新型PBL剪力连接件的结构示意图；

图2为本实用新型的新型PBL剪力连接件的Twin-PBL连接件和横向连接板的连接结构示意图；

图3为本实用新型的新型PBL剪力连接件的爆炸结构示意图；

图4为本实用新型的新型PBL剪力连接件的结构剖面示意图；

图5为本实用新型的新型PBL剪力连接件的侧视图；

图6为本实用新型的新型PBL剪力连接件的俯视图。

附图标记说明：1、钢梁；2、Twin-PBL连接件；21、纵向钢板；22、第一通孔；3、横向连接板；31、第二通孔；4、纵向贯穿钢筋；5、横向贯穿钢筋。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

本实用新型的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种新型PBL剪力连接件，如图1-图6所示，包括：

钢梁1；钢梁1包括两个横板及一个竖板，竖板连接于两个横板之间的中间位置；

Twin-PBL连接件2，Twin-PBL连接件2连接于钢梁1的位于上方的横板的上端，Twin-PBL连接件2包括两块平行且沿钢梁1的横板的上端的长度方向设置于其上的纵向钢板21，每个纵向钢板21的外壁上均开设有若干第一通孔22；

横向连接板3，横向连接板3设置多个，各横向连接板3沿任一纵向钢板21的长度方向依次设于两块纵向钢板21之间并均与两个纵向钢板21垂直固定，每一横向连接板3上均开设有一个第二通孔31，且若干第二通孔31同轴设置；

纵向贯穿钢筋4，纵向贯穿钢筋4贯穿第二通孔31将多个横向连接板3连接；

横向贯穿钢筋5，横向贯穿钢筋5设置多个且每个横向贯穿钢筋5均贯穿于两个纵向钢板21上相正对设置的两个第一通孔22。

每个横向连接板3均设于位于同一纵向钢板21上的相邻的两个第一通孔22之间，且相邻的两个横向连接板3之间的距离与同一纵向钢板21的两个相邻的第一通孔22之间的距离相同。

每一横向贯穿钢筋5的中部均向下折弯形成用于防止横向贯穿钢筋5与纵向贯穿钢筋4造成干涉的避让部。

具体的，本实施例中，钢梁1为工字型设置的工字型钢，包括两个横板和一个竖板，两个横板之间连接一个竖板，竖板位于两个横板的中心位置；横向连接板3设于Twin-PBL连接件2的两块纵向钢板21之间并与两个纵向钢板21垂直焊接且沿纵向钢板21长度方向设置；若干个横向连接板3平行设置；两块纵向钢板21的侧壁上均开设有若干个第一通孔22，第一通孔22贯穿纵向钢板21的内外两侧设置；首先预制相应设计尺寸的钢梁1和相应尺寸的Twin-PBL连接件2和横向连接板3并在Twin-PBL连接件2和横向连接板3的固定位置分别开设第一通孔22和第二通孔31，其次将横向连接板3按对应位置焊接到Twin-PBL连接件2的两块纵向钢板21之间。先焊接Twin-PBL连接件2和横向连接板3而不是先将Twin-PBL连接件2焊接到钢梁1上，是为了减小后期因变形产生的误差，方便施工和后期焊接。将焊接好的整体连接件按对应位置居中焊接到钢梁1之上，焊接时采用双面焊，焊接完成后焊缝整体形状为“梯子”形。同时在工厂预制相应长度的纵向贯穿钢筋4和横向贯穿钢筋5，并将横向贯穿钢筋5中间位置适当弯曲从而形成避让部，方便后续施工，待整体连接件的焊接部位检验合格后，将钢梁1、钢筋运输至施工现场。待钢梁1吊装至正确位置后，在连接件开孔处插入纵向贯穿钢筋4和横向贯穿钢筋5，最后再混凝土浇筑和养护的施工。新型PBL连接件不仅加强了刚度、整体性，同时便于安装施工，提高工程效率，保证结构的安全性能。

具体的，本实施例中，第一通孔22沿纵向钢板21的长度方向设置、高度方向上位置居中，每一个纵向钢板21上的第一通孔22共设置八个；通过设置两块带第一通孔22的纵向钢板21，使得剪力键的抗剪强度和整体性能得到进一步的加强，并且在连接部位内部形成抵抗扭矩的趋势，从而加强了整个组合结构的抗震能力，同时Twin-PBL连接件2沿翼缘板纵向布置，可以起到加劲板的作用。

具体的，本实施例中，横向连接板3设于Twin-PBL连接件2两块纵向钢板21之间并与两个纵向钢板21垂直焊接、沿纵向钢板21长度方向设置且在横向连接板3中间设有第二通孔31，第二通孔31的个数与横向连接板3的数量相对应均设置八个；第二通孔31位于横向连接板3中间，高度和宽度方向上都居中。PBL连接件的抗剪性能得到了进一步提高。

具体的，本实施例中，通过设置两个纵向钢板21组成的Twin-PBL连接件2，在连接部位内部形成抗扭的趋势，从而加强了整个组合结构的抗震能力，同时有效利用了钢筋、钢板和混凝土之间的机械咬合力和粘结力，保证了组合结构的整体性能；纵向水平剪力由横向连接板3、横向贯穿钢筋5及第一通孔22内混凝土浇筑时形成的混凝土榫共同抵抗，横向水平剪力由两块纵向钢板21、纵向贯穿钢筋4及第二通孔31内混凝土浇筑时形成的混凝土榫共同抵抗，钢梁1的高度要求可以降低，克服了普通PBL连接件由于剪力连接钢板的设置不利于钢筋网的铺设和混凝土层的厚度要求较大的缺陷。

每个纵向钢板21的厚度与每个横向连接板3的厚度相同且均大于9mm。第二通孔31的孔径不小于第一通孔22的孔径。每个第一通孔22和每个第二通孔31的直径均为15～40mm。每个横向贯穿钢筋5的直径均为10～30mm，且横向贯穿钢筋5的直径小于第一通孔22的直径。纵向贯穿钢筋4的直径为10～30mm，且纵向贯穿钢筋4的直径小于第二通孔31的直径。

具体的，本实施例中，纵向钢板21厚度与横向连接板3厚度相同，板厚保持一致便于材料的采购和加工。板厚一般大于9mm，当板厚小于9mm时，PBL连接件受剪破坏呈单面剪切破坏的形式，而当板厚大于9mm时，PBL连接件受剪通常发生双面剪切破坏。对于桥梁结构中的钢-混凝土组合梁、PBL加劲型钢管混凝土及钢-混凝土结合段等结构，通常均采用9mm以上的中厚板或厚板作为PBL连接件的开孔钢板，钢板厚度会影响PBL剪力键失效模式的改变，如果钢板厚度太小，剪力键失效将由钢板焊缝剪切破坏引起钢板孔内的混凝土榫和穿孔钢筋几乎起不到作用，所以钢板的需满足一定的宽厚比，来保证其刚度，因此需采用板厚9mm以上的纵向钢板21与横向连接板3。

具体的，本实施例中，第一通孔22和第二通孔31的开孔直径范围在15mm～40mm之间，且一般第二通孔31的孔径不小于第一通孔22的孔径。钢板开孔直径直接影响到孔内混凝土的有效抗剪面积，所以在满足PBL剪力键刚度的前提下，开孔越大，抗剪能力越强，同时应根据开孔钢板的高度以及贯穿钢筋直径来进行设计。同一纵向钢板21上的相邻的两个第一通孔22之间的最小孔距为2.25倍的第一通孔22的开孔直径，且沿钢梁1的翼缘的长度方向间隔50mm-100mm布置。开孔孔距对承载力也有影响，孔距越小，孔内混凝土榫的影响范围将出现重叠，从而导致重叠区域的混凝土处于高应力状态，降低混凝土榫的强度，即降低剪力键的极限承载力，所以应该有最小孔距的限制。

具体的，本实施例中，纵向贯穿钢筋4的直径一般为10mm～30mm，选取时必须小于第二通孔31的开孔直径，通过增加贯穿钢筋直径能显著提高PBL连接件的极限承载力。首先贯穿钢筋靠自身的受拉来提供纵向抗剪承载力；其次贯穿钢筋、开孔钢板以及周围混凝土的共同作用使孔内混凝土处于三轴受压状态，一定程度上提高了孔内混凝土的抗压强度。但同时增加贯穿钢筋直径时应该要注意到，如果钢筋直径过大，进入孔内的混凝土将减少，一定程度上会降低混凝土的抗剪承载力对连接件抗剪刚度的贡献，从而降低PBL连接件的抗剪刚度。所以，在设计时应严格把控贯穿钢筋直径和混凝土强度，以便最大限度提高PBL连接件的力学性能。

具体的，本实施例中，横向贯穿钢筋5长度略小于钢梁1的翼缘宽度，留足一定的保护层厚度。钢筋与混凝土之间存在粘结锚固，混凝土保护层越厚，粘结锚固作用越大，但也不能过厚，过厚的保护层将影响构件截面的“有效高度”。同时一定的保护层厚度可以保护钢筋免遭锈蚀。混凝土的碱性环境使包裹在里面的钢筋表面形成钝化膜而不易锈蚀，一定厚度保护层是保证结构耐久性所必需的条件。横向贯穿钢筋5的直径一般为10mm～30mm，选取时必须小于第一通孔22的开孔直径，原理同纵向贯穿钢筋4相同。横向贯穿钢筋5在中间位置向下折弯形成避让部，弯曲半径需小于纵向钢板21高度的1/2，便于纵向贯穿钢筋4的插入，同时纵向贯穿钢筋4、横向贯穿钢筋5和普通钢筋相互配合形成钢筋笼，不仅提高了各向抗拉性能，同时有利于约束混凝土，提高该组合结构构件的整体性能。

具体的，本实施例中，纵向钢板21与横向连接板3的连接、纵向钢板21和横向连接板3连接后的整体与钢梁1的连接皆为焊接，且为双面焊，需要使用专用的焊接设备，焊接加工较为方便。其焊缝的高度为0mm～3mm，而焊缝的宽度一般情况可取1倍～1.5倍钢板的厚度，宜窄不宜宽。焊接时，应在钢梁1的上表面根据剪力连接件的尺寸确定两侧焊接位置——沿翼缘板纵向布置并焊接，焊接完成后焊缝整体形状为“梯子”形。

具体的，本实施例中，使用方法：

使用时，首先预制相应设计尺寸的钢梁1和相应尺寸的Twin-PBL连接件2和横向连接板3并在Twin-PBL连接件2和横向连接板3的固定位置分别开设第一通孔22和第二通孔31，其次将横向连接板3的按对应位置焊接到Twin-PBL连接件2的两块纵向钢板21之间。将焊接好的整体连接件按对应位置居中焊接到钢梁1之上,焊接时采用双面焊，焊接完成后焊缝整体形状为“梯子”形。同时预制相应长度的纵向贯穿钢筋4和横向贯穿钢筋5，并将横向贯穿钢筋5中间位置适当弯曲，待整体连接件的焊接部位检验合格后，将钢梁1和钢筋运输至施工现场、吊装至正确位置，最后在连接件开孔处插入相应钢筋，则该新型PBL剪力连接件装配完成，可用于混凝土的浇筑及养护施工中。

具体的，本实施例中，该连接件主要应用于钢-混凝土组合梁中，较其他剪力连接件和普通PBL连接件而言，抗剪承载力、延性和抗剪刚度、界面滑移抗力都有显著提高，且组合梁界面滑移抗力(粘结力、抗剪连接件的抗力以及摩擦力等)的提高，平衡了更多法向压力的水平分力，使得组合梁截面承受弯矩下降、正应力减小，刚度提高、挠度减小，从而可以提高梁的极限承载能力。此外，该新型PBL剪力连接件构造简单，制作方便，能实现工厂批量化生产，且施工工艺简单，能有效缩短施工周期，施工质量有保证。同时结构整体自重轻、承载力高、跨越能力大、可不设置预应力、耐久性好。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型PBL剪力连接件，其特征在于，包括：

钢梁(1)；所述钢梁(1)包括两个横板及一个竖板，所述竖板连接于两个所述横板之间的中间位置；

Twin-PBL连接件(2)，所述Twin-PBL连接件(2)连接于所述钢梁(1)的位于上方的所述横板的上端，所述Twin-PBL连接件(2)包括两块平行且沿所述钢梁(1)的横板的上端的长度方向设置于其上的纵向钢板(21)，每个所述纵向钢板(21)的外壁上均开设有若干沿所述纵向钢板(21)的长度方向间隔设置的第一通孔(22)；

横向连接板(3)，所述横向连接板(3)设置多个，各所述横向连接板(3)沿任一所述纵向钢板(21)的长度方向依次设于两块所述纵向钢板(21)之间并均与两个所述纵向钢板(21)垂直固定，每一所述横向连接板(3)上均开设有一个第二通孔(31)，且若干所述第二通孔(31)同轴设置；

纵向贯穿钢筋(4)，所述纵向贯穿钢筋(4)贯穿若干所述第二通孔(31)将多个所述横向连接板(3)连接；

横向贯穿钢筋(5)，所述横向贯穿钢筋(5)设置多个且每个所述横向贯穿钢筋(5)均贯穿两个所述纵向钢板(21)上相正对设置的两个所述第一通孔(22)。

2.根据权利要求1所述的新型PBL剪力连接件，其特征在于，每个所述横向连接板(3)均设于位于同一所述纵向钢板(21)上的相邻的两个所述第一通孔(22)之间，且相邻的两个所述横向连接板(3)之间的距离与同一所述纵向钢板(21)的两个相邻的所述第一通孔(22)之间的距离相同。

3.根据权利要求1所述的新型PBL剪力连接件，其特征在于，每一所述横向贯穿钢筋(5)的中部均向下折弯形成用于防止所述横向贯穿钢筋(5)与所述纵向贯穿钢筋(4)造成干涉的避让部。

4.根据权利要求1所述的新型PBL剪力连接件，其特征在于，每个所述纵向钢板(21)的厚度与每个所述横向连接板(3)的厚度相同且均大于9mm。

5.根据权利要求1所述的新型PBL剪力连接件，其特征在于，所述第二通孔(31)的孔径不小于所述第一通孔(22)的孔径。

6.根据权利要求1所述的新型PBL剪力连接件，其特征在于，每个所述第一通孔(22)和每个所述第二通孔(31)的开孔直径均为15～40mm。

7.根据权利要求1所述的新型PBL剪力连接件，其特征在于，每个所述横向贯穿钢筋(5)的直径均为10～30mm，且所述横向贯穿钢筋(5)的直径小于所述第一通孔(22)的直径。

8.根据权利要求1所述的新型PBL剪力连接件，其特征在于，所述纵向贯穿钢筋(4)的直径为10～30mm，且所述纵向贯穿钢筋(4)的直径小于所述第二通孔(31)的直径。