一种部分预制型钢-混凝土组合梁的制作方法

本发明涉及一种部分预制型钢-混凝土组合梁，属于建筑技术领域以及结构工程技术领域。

背景技术：

现浇式型钢-混凝土组合梁是钢-混凝土组合梁的一种常见形式，其主要特点是在混凝土中配置型钢，由于在型钢的约束下混凝土处于三向受力状态，同时，型钢被混凝土包裹着不易发生屈曲，使得这种组合方式能有效提高组合梁的承载力、延性和抗震性能，因此，型钢-混凝土组合梁可以在大跨度结构、高层以及超高层建筑中应用。

但是，由于节点连接较复杂且工序冗杂，型钢-混凝土组合梁具有施工困难、建造速度慢、需花费大量劳动力且经济成本较高等缺陷，限制了其在实际工程中的应用。

预制装配式混凝土结构是以预制构件为主要受力构件经装配而成的混凝土结构，预制装配式混凝土组合梁是其中的一种，由于其可工厂预制、现场连接，有着施工方便、建造速度快、节约劳动力等优点，且由于其使用的构件可在工厂生产，质量比较有保证，还能减少现场的支模、拆模的施工工序，有效减少施工现场的建筑垃圾，因此，我国目前正在大力推广使用预制混凝土结构。

但是，预制装配式混凝土结构相对现浇式型钢-混凝土结构整体性较差，不少专家对其稳定性和抗震性能提出质疑。

而日本学者为解决上述问题，提出了一种结合预制装配式混凝土组合梁和现浇式型钢-混凝土组合梁的部分预制型钢-混凝土组合梁，使得组合梁既具有预制装配式混凝土梁施工方便、节约人力与成本的优势，又具有现浇式型钢-混凝土梁承载能力强、延性好的优势。

但是，这种梁的混凝土由于存在预制和现浇两部分，两部分混凝土很难协同工作，易导致两部分混凝土发生滑移破坏，大大降低了结构的承载力。

因此，急需找到一种新的可解决现有部分预制型钢-混凝土组合梁两部分混凝土粘结不佳、抗剪力弱、整体性能较弱问题的组合梁。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种部分预制型钢-混凝土组合梁，其既结合了型钢-混凝土梁(承载力强、延性高、抗震性能好)与预制混凝土梁(施工方便、建造速度快、节约劳动力)的优点，又很好的规避了现有部分预制钢-混凝土组合梁预制部分和现浇两部分粘结不佳、抗剪力弱、整体性能较弱的缺陷，适用于工业化生产，符合当前建筑工业化的趋势。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种部分预制型钢-混凝土组合梁，所述组合梁含有型钢1、预制混凝土u型槽2、填充于预制混凝土u型槽2内部的现浇混凝土3、位于现浇混凝土3上方的现浇混凝土翼缘板4，以及位于型钢1外部且部分内置于预制混凝土u型槽2、部分内置于现浇混凝土翼缘板4的钢筋骨架5；

所述型钢1含有上翼缘板6、下翼缘板7、用于连接上翼缘板6与下翼缘板7的两块或两块以上的腹板8，以及位于下翼缘板7靠近钢筋骨架5的两端且贯穿下翼缘板7的螺栓9；所述下翼缘板7埋入预制混凝土u型槽2底部；所述腹板8之间填充有轻质填充材料10；

所述钢筋骨架5含有四根或四根以上平行于预制混凝土u型槽2槽长方向的纵筋11、若干垂直于下翼缘板7且围绕于纵筋11的封闭式箍筋12以及若干垂直于预制混凝土u型槽2槽长方向且通过抗剪连接件13连接于上翼缘板6上方的贯通钢筋14。

在本发明的一种实施方式中，所述预制混凝土u型槽2、现浇混凝土3以及现浇混凝土翼缘板4的材料可为玻璃轻石混凝土、陶粒混凝土或普通混凝土中的一种或多种。

所述玻璃轻石混凝土记载于公开号为cn108585682a的专利申请文本中。

在本发明的一种实施方式中，所述预制混凝土u型槽2的材料为普通混凝土；所述现浇混凝土3以及现浇混凝土翼缘板4的材料为玻璃轻石混凝土。

在本发明的一种实施方式中，所述现浇混凝土翼缘板4平行于下翼缘板7。

在本发明的一种实施方式中，所述上翼缘板6平行于下翼缘板7。

在本发明的一种实施方式中，所述下翼缘板7的长度长于上翼缘板6。

在本发明的一种实施方式中，所述腹板8垂直于下翼缘板7。

在本发明的一种实施方式中，所述腹板8为波纹板。

在本发明的一种实施方式中，所述腹板8的数量为两个。

在本发明的一种实施方式中，所述螺栓9垂直于下翼缘板7。

在本发明的一种实施方式中，所述螺栓9位于下翼缘板7下方的部分内置于预制混凝土u型槽2，位于下翼缘板7上方的部分部分内置于预制混凝土u型槽2、部分内置于现浇混凝土3。

在本发明的一种实施方式中，所述螺栓9在下翼缘板7上的排布方向平行于预制混凝土u型槽2的槽长方向。

在本发明的一种实施方式中，所述轻质填充材料10可为泡沫填充材料、矿棉或加气混凝土中的一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述轻质填充材料10为泡沫填充材料。

在本发明的一种实施方式中，所述纵筋11与封闭式箍筋12均部分内置于预制混凝土u型槽2、部分内置于现浇混凝土翼缘板4；所述贯通钢筋14内置于现浇混凝土翼缘板4。

在本发明的一种实施方式中，所述封闭式箍筋12为圆角矩形；所述纵筋11的数量为四根且四根纵筋11分别位于封闭式箍筋12的内角处。

在本发明的一种实施方式中，所述贯通钢筋14的长度长于上翼缘板6。

在本发明的一种实施方式中，所述抗剪连接件13为单排孔钢板抗剪连接件。

本发明提供了上述一种部分预制型钢-混凝土组合梁的施工方法，所述方法为将纵筋11与封闭式箍筋12进行绑扎，形成部分钢筋骨架5，将部分钢筋骨架5按设计距离置于按照预制混凝土u型槽2制作的模板中；将腹板8焊接于上翼缘板6与下翼缘板7之间，在腹板8之间填充轻质填充材料10，在上翼缘板6上方焊接抗剪连接件13，在下翼缘板7两端打孔后布置螺栓9，得到型钢1，将型钢1按设计距离置于按照预制混凝土u型槽2制作的模板中；将混凝土浇筑于按照预制混凝土u型槽2制作的模板中完成预制部分，得到预制件；将预制件运送至施工现场，将预制件放入按照现浇混凝土3以及现浇混凝土翼缘板4制作的模板中，将贯通钢筋14插入抗剪连接件13中，将混凝土浇筑于按照现浇混凝土3以及现浇混凝土翼缘板4制作的模板中，得到完成件。

本发明提供了上述部分预制型钢-混凝土组合梁或上述施工方法在建筑方面的应用。

有益效果：

(1)本发明的预制型钢-混凝土组合梁既结合了现浇式型钢-混凝土梁(承载力强、延性高、抗震性能好)与预制混凝土梁(施工方便、建造速度快、节约劳动力)的优点，又很好的规避了现有部分预制钢-混凝土组合梁预制部分和现浇两部分粘结不佳、抗剪力弱、整体性能较弱的缺陷，适用于工业化生产，符合当前建筑工业化的趋势；

(2)当本发明预制型钢-混凝土组合梁的跨度为2500mm、t型截面的尺寸为200mm×300mm×800mm×100mm时，其极限抗弯承载能力可达218.5kn·m左右，而重量仅有约642.6kg，性能极佳；

(3)本发明的预制型钢-混凝土组合梁充分发挥了钢和混凝土两种材料的性能，将型钢包裹在混凝土中，以减少型钢发生横向屈曲的可能性并增加组合梁的承载能力和延性，达到降低组合梁高度的目的；

(4)本发明的预制型钢-混凝土组合梁使用螺栓连接型钢、预制混凝土以及现浇混凝土，以增强三者界面的粘结，并且，本发明的预制型钢-混凝土组合梁在上翼缘板上方连接有抗剪连接件，以增加预制混凝土以及现浇混凝土两个界面的粘结，保证两部分混凝土共同工作，确保组合梁的正常使用和承载能力；

(5)本发明的预制型钢-混凝土组合梁使用的纵筋以及封闭式箍筋贯穿预制混凝土以及现浇混凝土，以增加预制混凝土以及现浇混凝土两个界面的粘结，保证两部分混凝土共同工作，确保组合梁的正常使用和承载能力，同时，本发明预制型钢-混凝土组合梁的纵筋可采用预应力筋，以应用于大跨度结构；

(6)本发明的预制型钢-混凝土组合梁在上翼缘板上方通过抗剪连接件连接了贯通钢筋，由贯通钢筋与现浇混凝土翼缘板共同抵抗纵向剪力，大大提高组合梁的承载能力和延性，同时，贯通钢筋可作为混凝土翼缘板的受力钢筋；

(7)本发明预制型钢-混凝土组合梁的现浇部分可选择用轻质混凝土，如玻璃轻石混凝土进行浇制，进一步减轻结构自重且不影响其结构性能；

(8)本发明的预制型钢-混凝土组合梁使用的腹板为波纹板，抗剪强度较大，并且，本发明的预制型钢-混凝土组合梁可在腹板之间填充轻质填充材料，可在不影响结构性能的前提下减轻自重；

(9)由于上翼缘板所受应力较小，本发明的预制型钢-混凝土组合梁可将型钢的上下翼缘板进行不对称设计，使下翼缘板长于上翼缘板，以充分发挥材料性能，节约成本；

(10)本发明预制型钢-混凝土组合梁预制的部分为u型，在现场浇筑混凝土时，它可以代替模板，方便施工且降低成本，同时，本发明预制型钢-混凝土组合梁在施工现场可通过现浇直接将型钢与混凝土连接成整体。

附图说明

图1为本发明部分预制型钢-混凝土组合梁的立体结构示意图；

图2为本发明部分预制型钢-混凝土组合梁的横截面示意图；

其中，1型钢、2预制混凝土u型槽、3现浇混凝土、4现浇混凝土翼缘板、5钢筋骨架、6上翼缘板、7下翼缘板、8腹板、9螺栓、10轻质填充材料、11纵筋、12封闭式箍筋、13抗剪连接件以及14贯通钢筋。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图以及实施例对本发明进行进一步的阐述：

下述实施例中涉及的玻璃轻石混凝土记载于公开号为cn108585682a的专利申请文本中，每1m³所述混凝土中含有玻璃轻石400kg～500kg、砂子700kg～750kg、凝胶材料445kg～555kg、水160kg～200kg以及减水剂4.8kg。

下述实施例中涉及的检测方法如下：

抗弯承载能力检测方法：

对简支组合梁试件进行抗弯承载力试验研究，采用两点对称加载方式，采用50t级别油压千斤顶进行加载，并通过分配梁将荷载传递至试件的两个加载点处，在千斤顶处安装力传感器，其量程为100t，用来测量梁受到的荷载值；

试验采用分级加载，在梁开裂前，荷载每级增加5kn，组合梁开裂后直到破坏荷载改为每级10kn，每级荷载持续时间约为10min，混凝土翼缘板压碎时加载结束；

将位移计布置在跨中和加载点处以量测梁在纯弯段的位移，将应变片分别布置在试件跨中和加载点截面的型钢、纵筋以及混凝土上；

其中，在跨中截面和加载点截面的型钢的上翼缘板上表面等距布置五个应变片，在跨中截面和加载点截面的型钢的下翼缘板下表面等距布置五个应变片，在跨中截面和加载点截面的型钢的波纹侧板两侧沿高度方向等距布置五个应变片，在跨中截面和加载点截面的受拉纵筋和受压纵筋均布置一个应变片，同时，在跨中截面和加载点截面的预制部分混凝土的两侧边均等距布置五个应变片，底边等距布置3个应变片，在跨中截面的现浇混凝土的翼缘板顶部等距布置五个应变片，两侧边各等距布置一个应变片。

重量检测方法：

采用估算方式计算组合梁的重量，即先用容重乘以体积算出各部分材料的重量，再将各部分材料的重量累加得到组合梁的总重量；

其中，普通混凝土的容重为2400kg/m³，玻璃轻石混凝土的容重为1800kg/m³，钢材的容重为7850kg/m³，泡沫填充材料的容重为18kg/m³。

实施例1：本发明的部分预制型钢-混凝土组合梁

如图1-2，本发明提供的部分预制型钢-混凝土组合梁含有型钢1、预制混凝土u型槽2、填充于预制混凝土u型槽2内部的现浇混凝土3、位于现浇混凝土3上方的现浇混凝土翼缘板4，以及位于型钢1外部且部分内置于预制混凝土u型槽2、部分内置于现浇混凝土翼缘板4的钢筋骨架5；

所述型钢1含有上翼缘板6、下翼缘板7、用于连接上翼缘板6与下翼缘板7的两块或两块以上的腹板8，以及位于下翼缘板7靠近钢筋骨架5的两端且贯穿下翼缘板7的螺栓9；所述下翼缘板7埋入预制混凝土u型槽2底部；所述腹板8之间填充有轻质填充材料10；

所述钢筋骨架5含有四根或四根以上平行于预制混凝土u型槽2槽长方向的纵筋11、若干垂直于下翼缘板7且围绕于纵筋11的封闭式箍筋12以及若干垂直于预制混凝土u型槽2槽长方向且通过抗剪连接件13连接于上翼缘板6上方的贯通钢筋14。

作为进一步地优选，所述预制混凝土u型槽2、现浇混凝土3以及现浇混凝土翼缘板4的材料可为玻璃轻石混凝土、陶粒混凝土或普通混凝土中的一种或多种。

作为进一步地优选，所述预制混凝土u型槽2的材料为普通混凝土；所述现浇混凝土3以及现浇混凝土翼缘板4的材料为玻璃轻石混凝土。

作为进一步地优选，所述现浇混凝土翼缘板4平行于下翼缘板7。

作为进一步地优选，所述上翼缘板6平行于下翼缘板7。

作为进一步地优选，所述下翼缘板7的长度长于上翼缘板6。

作为进一步地优选，所述腹板8垂直于下翼缘板7。

作为进一步地优选，所述腹板8为波纹板。

作为进一步地优选，所述腹板8的数量为两个。

作为进一步地优选，所述螺栓9垂直于下翼缘板7。

作为进一步地优选，所述螺栓9位于下翼缘板7下方的部分内置于预制混凝土u型槽2，位于下翼缘板7上方的部分部分内置于预制混凝土u型槽2、部分内置于现浇混凝土3。

作为进一步地优选，所述螺栓9在下翼缘板7上的排布方向平行于预制混凝土u型槽2的槽长方向。

作为进一步地优选，所述轻质填充材料10可为泡沫填充材料、矿棉或加气混凝土中的一种或多种。

作为进一步地优选，所述轻质填充材料10为泡沫填充材料。

作为进一步地优选，所述纵筋11与封闭式箍筋12均部分内置于预制混凝土u型槽2、部分内置于现浇混凝土翼缘板4；所述贯通钢筋14内置于现浇混凝土翼缘板4。

作为进一步地优选，所述封闭式箍筋12为圆角矩形；所述纵筋11的数量为四根且四根纵筋11分别位于封闭式箍筋12的内角处。

作为进一步地优选，所述贯通钢筋14的长度长于上翼缘板6。

作为进一步地优选，所述抗剪连接件13为单排孔钢板抗剪连接件。

实施例2：本发明部分预制型钢-混凝土组合梁的施工方法

具体步骤如下：

(1)将纵筋11与封闭式箍筋12进行绑扎，形成部分钢筋骨架5，将部分钢筋骨架5按设计距离置于按照预制混凝土u型槽2制作的模板中；

(2)将腹板8焊接于上翼缘板6与下翼缘板7之间，在腹板8之间填充轻质填充材料10，在上翼缘板6上方焊接抗剪连接件13，在下翼缘板7两端打孔后布置螺栓9，得到型钢1，将型钢1按设计距离置于按照预制混凝土u型槽2制作的模板中；

(3)将混凝土浇筑于按照预制混凝土u型槽2制作的模板中完成预制部分，得到预制件；

(4)将预制件运送至施工现场，将预制件放入按照现浇混凝土3以及现浇混凝土翼缘板4制作的模板中，将贯通钢筋14插入抗剪连接件13中，将混凝土浇筑于按照现浇混凝土3以及现浇混凝土翼缘板4制作的模板中，得到完成件。

实施例3：本发明部分预制型钢-混凝土组合梁的检测

具体步骤如下：

选取上翼缘板的尺寸为80×6，下翼缘板的尺寸为100×8，波纹测板的高度为160mm，规格为w94×20×2，单排孔钢板抗剪连接件的尺寸为25×4、孔洞直径为15mm、孔洞间距为孔洞直径的2倍(即30mm)，钢板均采用q345，纵筋的直径均为18mm、采用hrb335钢筋，封闭式箍筋的直径为6mm、采用hpb300钢筋，贯通钢筋的直径为8mm、采用hrb335钢筋，螺栓采用10.9级m12型号的高强螺栓，预制混凝土采用c40普通混凝土，现浇混凝土采用玻璃轻石混凝土。

按实施例1-2，制备得到本发明的新型部分预制组合梁，组合梁的跨度为2500mm，t型截面组合梁的全截面尺寸为200mm×300mm×800mm×100mm。

根据上述抗弯承载力检测方法测量其极限抗弯承载能力以及重量，检测结果为：极限抗弯承载能力为218.5kn·m、重量约为642.6kg。

实施例4：现浇式型钢-混凝土组合梁的施工方法及检测

具体步骤如下：

选用与实施例3相同的材料；

将纵筋与封闭式箍筋进行绑扎，形成部分钢筋骨架，将部分钢筋骨架按设计距离置于t型梁的模板中；将腹板焊接于上翼缘板与下翼缘板之间，在腹板之间填充轻质填充材料，在上翼缘板上方焊接抗剪连接件，在下翼缘板两端打孔后布置螺栓，得到型钢，将型钢按设计距离置于t型梁的模板中；将贯通钢筋插入抗剪连接件中，再将混凝土浇筑于t型梁的模板中，得到现浇式型钢-混凝土组合梁。

实施例4与实施例3的区别在于：混凝土部分全部为现浇且混凝土全采用c40普通混凝土。

按上述实施方案，制备得到现浇式型钢-混凝土组合梁，组合梁的跨度为2500mm，t型截面组合梁的全截面尺寸为200mm×300mm×800mm×100mm。

根据上述抗弯承载力检测方法测量其极限抗弯承载能力以及重量，检测结果为：极限抗弯承载能力为232.7kn·m、重量约为784.6kg。

从实施例3-4可以看出：本发明组合梁的抗弯承载能力与普通全现浇组合梁的抗弯承载力相差不大，自重减轻，且在试验中观察到两个混凝土界面无滑移，证明本发明提出的新型组合梁的两部分混凝土能协同工作，能安全有效地应用于实际工程，且比普通的全现浇型钢混凝土组合梁有更多的优点。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。