一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构的制作方法

本实用新型涉及桥梁工程的建筑细部及其构造和施工领域，尤其是一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构。

背景技术：

组合结构在桥梁工程中的应用，从最初的组合梁发展到现在的组合柱以及更为复杂的组合结构缩塔和混合梁等结构，极大的丰富了传统的结构形式。钢-混凝土组合梁桥通过在下部的钢梁和上部的混凝土翼缘板混凝土板之间设置剪力连接件以抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移，使两者成为一个整体而共同工作，钢板和砼桥面板组合后的力学性能、整体性能、抗震性能均超过了材料各自的性能，钢材和钢筋混凝土材料有机结合在一起，可以弥补各自材料的缺点。目前在组合结构中最常用的连接件是栓钉连接件和开孔板连接件(pbl连接件)，开孔板连接件的特点是强度高、刚度大，但是其对混凝土部分有较大削弱，较易导致混凝土部分出现裂缝。对于一般构造开孔板连接件在极限状态是孔中混凝土的剪切破坏，其破坏是脆性破坏；对于栓钉连接件，在极限状态一般是栓钉根部的剪切破坏，其破坏是延性破坏。栓钉连接件可以在钢结构表面灵活布置，并且焊接栓钉连接件有专门设备，施工较方便，在组合结构中焊钉连接件得到广泛的应用。

在组合梁抗弯分析中，焊钉连接件仅承受剪力作用，因而目前的研究主要集中研究剪力连接件的抗剪性能。目前在一些规范和标准中也给出了其抗剪承载力的设计公式。然而在组合梁承受扭矩或者承受局部荷载或支座负弯矩处时，连接件会承受拉拔力和剪切力的共同作用。目前组合结构桥梁主梁逐渐趋于采用槽形宽幅单主梁结构，连接件将承受由于桥面板横向弯曲而产生的较大的拉拔作用力。同样在混合梁的结合部以及组合索塔部位，连接件也会承受拉、剪组合作用。如果仅仅考虑焊钉连接件的抗剪受力，将会造成安全隐患。

技术实现要素：

为了克服已有上述可能出现的问题，本实用新型提出一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构，其改进了传统组合梁的结构形式，在多轴外荷载作用下，该种组合梁具有较好的抗剪、抗拔承载力，使钢梁和混凝土板组成一个有机的整体，可以应用于各种组合梁桥工程中。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构，包括混凝土左板、混凝土右板、钢梁、限制定位装置、螺杆、上固定装置、下固定装置、连接器、抗剪件、上部纵向钢筋、下部纵向钢筋和灌浆材料，所述抗剪件连接于所述钢梁上翼缘上表面，所述限制定位装置连接于所述钢梁上翼缘的边缘，所述限制定位装置与所述钢梁上翼缘上表面形成开口空腔；所述混凝土左板和所述混凝土右板通过所述螺杆、所述上固定装置、所述下固定装置和连接器连接于所述钢梁上；所述混凝土左板、混凝土右板、连接器与限制定位装置通过所述灌浆材料粘结成整体形成新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构。

进一步，所述混凝土左板包括混凝土板和所述左上部钢筋以及所述左下部钢筋；所述左上部钢筋和左下部钢筋为所述混凝土板配筋中一部分上部横向钢筋和下部横向钢筋的外伸部分，所述左上部钢筋的钢筋端向下，在钢筋端部处设置所述钢筋螺纹；

所述混凝土右板包括混凝土板和所述右上部钢筋以及所述右下部钢筋；所述右上部钢筋和右下部钢筋为所述混凝土板配筋中一部分上部横向钢筋和下部横向钢筋的外伸部分，所述右上部钢筋的钢筋端向下，在钢筋端部处设置所述钢筋螺纹；

所述左上部钢筋和右上部钢筋相互交错布置，所述左上部钢筋的钢筋螺纹与一个连接器的上端螺纹连接，所述右上部钢筋的钢筋螺纹与另一个连接器的上端螺纹连接。

所述左上部钢筋包括钢筋和钢筋螺纹，所述左上部钢筋通过90°冷弯工艺形成“l”形状，钢筋端向下，在钢筋端部处制作所述钢筋螺纹，冷弯工艺按相关标准施工；

所述左下部钢筋通过180°冷弯工艺后，钢筋端部成倒“u”字形，钢筋端头向下。

所述右上部钢筋包括钢筋和钢筋螺纹，所述右上部钢筋通过90°冷弯工艺形成“l”形状，钢筋端向下，在钢筋端部处制作所述钢筋螺纹，冷弯工艺按相关标准施工；

优先的，所述右下部钢筋通过180°冷弯工艺后，钢筋端部成倒“u”字形，钢筋端头向下，冷弯工艺按相关标准施工；

进一步，所述钢梁上开设供所述螺杆穿过的钢梁螺孔，所述钢梁螺孔包括第一钢梁螺孔和第二钢梁螺孔，所述第一钢梁螺孔与左上部钢筋下垂段位置对齐，所述第二钢梁螺孔与右上部钢筋下垂段位置对齐。

所述连接器用于连接所述左上部钢筋或所述右上部钢筋和所述螺杆，所述内孔螺纹与所述左上部钢筋或所述右上部钢筋下端部的所述钢筋螺纹匹配，所述螺杆和所述上固定装置以及所述下固定装置组成连接装置，通过所述连接器将所述左上部钢筋或所述右上部钢筋于所述钢梁相连接。

所述螺杆上端和下端均有螺纹，螺纹相同，螺纹与所述连接器内控螺纹匹配，所述上固定装置和所述下固定装置均包含一个垫片和一个螺母，螺母与所述螺杆上的螺纹匹配。

优先的，所述混凝土板优先采用高强度混凝土。

优先的，所述钢梁采用耐腐蚀、耐高温的合金钢材。

所述第一钢梁螺孔和所述第二钢梁螺孔直径比所述螺杆直径大1～2mm。

进一步，所述限制定位装置通过粘结或者焊接的方式设置于钢梁上翼缘上表面的所有边缘处，与所述钢梁上翼缘上表面之间形成开口空腔。

优先的，所述限制定位装置优先采用高分子材料，也可采用与所述钢梁相同的材质，所述限制定位装置的高度为10mm～30mm。

进一步，所述抗剪件通过焊接工艺设置于所述钢梁上翼缘上表面。

优先的，所述抗剪件优先采用栓钉，也可以采用螺栓、开孔板、槽钢等形式。

进一步，所述上部纵向钢筋和所述下部纵向钢筋的材质分别与所述混凝土左板和所述混凝土右板的上部和下部纵向钢筋相同，可以提高接缝处的整体性。

进一步，所述灌浆材料优先采用环氧砂浆，也可以采用自密实混凝土。

进一步，在工厂预制时，与所述灌浆材料接触的所述混凝土左板和所述混凝土右板部分应采用止浆带。

优先的，所述止浆带优先采用表面较细密的产品。

本实用新型的有益效果主要表现在：

(1)混凝土板外伸的上部钢筋采用冷弯工艺弯成90°向下，并采用连接器与螺杆连接成整体，将螺杆穿过钢梁上开设的孔洞，通过上固定装置和下固定装置连接于钢梁上，浇筑灌浆料凝固后，混凝土板和钢梁之间的连接更加稳固，当剪力、扭转、横向弯矩或者支座负弯矩作用于钢-混凝土组合梁上时，上部钢筋下弯段、连机器和螺杆上部可以起到抗剪作用，可以抵抗各工况在组合结构界面处产生的剪力；当各种工况使混凝土和钢梁之间产生拉力或扭矩等时，上部钢筋下弯段、连机器和螺杆可以起到抗拔或抗扭作用，是钢梁和混凝土板之间失踪保证紧密贴合的状态。

(2)结构通过抗剪件、螺杆和上部钢筋下弯部分以及环氧砂浆共同抗剪，大大提高了现有组合梁方案的抗剪承载力。

(3)预制混凝土板时，在位于接缝混凝土模板上设置具有凹凸状的止浆带，使接缝处的预制板表面规则凹凸状，配合环氧砂浆超强的抗压、抗剪能力、变形协调能力和抗剥离性能，使接缝处环氧砂浆和预制板之间形成有效的连接，可以防止新旧区块交接处在外荷载作用下出现开裂情况。

(4)钢梁上设置的限制定位装置和钢梁之间新城一个开口腔，预制板架设于限制定位装置之上，灌注环氧砂浆时，环氧砂浆可以填满该开孔腔，使钢梁和混凝土预制板之间的连接无间隙。一方面，可以起到防水的效果，防止钢梁上翼缘板上表面与预制板之间出现脱空的情况，避免钢梁上表面和抗剪连接件在潮湿的环境下发生锈蚀，提高钢-混凝土组合梁桥的耐久性；另一方面，钢梁和混凝土之间的这层环氧砂浆可以和抗剪连接件共同工作，为结构抵抗剪力，并且可以缓解抗剪连接件在工作时所受的疲劳损伤。

附图说明

图1为一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构未装配的正面剖切示意图。

图2为一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构未浇筑的正面剖切示意图。

图3为一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构的a-a剖面图。

图4为一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构的爆炸示意图。

其中，11为混凝土左板，111为左上部钢筋，112为左下部钢筋，12为混凝土右板，121为右上部钢筋，122为右上部钢筋，13为钢筋螺纹，2为钢梁，211为第一钢梁螺孔，212为第二钢梁螺孔，3为限制定位装置，4为螺杆，41为上固定装置，42为下固定装置，5位连接器，6为抗剪件，7为上部纵向钢筋，8为下部纵向钢筋，9为灌浆材料，10为止浆带。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图4，一种新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构，包括混凝土左板11、混凝土右板12、钢梁2、限制定位装置3、螺杆4、上固定装置41、下固定装置42、连接器5、抗剪件6、上部纵向钢筋7、下部纵向钢8和灌浆材料9。抗剪件6通过焊接方式连接于钢梁2上翼缘上表面，限制定位装置3通过粘结或焊接连接于钢梁2上翼缘的边缘，与钢梁2上翼缘上表面形成开口空腔；混凝土左板11和混凝土右板12通过螺杆4、上固定装置41、下固定装置42和连接器5连接于钢梁2上；混凝土左板11、混凝土右板12和设置有连接件6与限制定位装置3通过灌浆材料9粘结成整体，形成新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构。

混凝土左板11包括混凝土和左上部钢筋111以及左下部钢筋112，混凝土板优先采用高强度混凝土。

左上部钢筋111和左下部钢筋112为混凝土左板11配筋中一部分上部横向钢筋和下部横向钢筋的外伸部分，上部钢筋包含钢筋和钢筋螺纹13；左上部钢筋111包括钢筋和钢筋螺纹13，左上部钢筋111通过90°冷弯工艺形成“l”形状，钢筋端向下，在钢筋端部处制作钢筋螺纹13，冷弯工艺按相关标准施工；左下部钢筋112通过180°冷弯工艺后，钢筋端部成倒“u”字形，钢筋端头向下，冷弯工艺按相关标准施工。

混凝土右板12包括混凝土和右上部钢筋121以及右下部钢筋122，混凝土板优先采用高强度混凝土；左上部钢筋121和左下部钢筋122为混凝土右板12配筋中一部分上部横向钢筋和下部横向钢筋的外伸部分，上部钢筋包含钢筋和钢筋螺纹13；右上部钢筋121包括钢筋和钢筋螺纹，右上部钢筋121通过90°冷弯工艺形成“l”形状，钢筋端向下，在钢筋端部处制作钢筋螺纹，冷弯工艺按相关标准施工；右下部钢筋122通过180°冷弯工艺后，钢筋端部成倒“u”字形，钢筋端头向下，冷弯工艺按相关标准施工。

钢梁2上开设钢梁螺孔，钢梁采用耐腐蚀、耐高温的合金钢材，钢梁螺，包括第一钢梁螺孔211和第二钢梁螺孔212，第一钢梁螺孔211与左上部钢筋111下垂段位置对齐，第二钢梁螺孔212与右上部钢筋121下垂段位置对齐，第一钢梁螺孔211和第二钢梁螺孔212直径比螺杆直径大2mm；限制定位装置3通过粘结或者焊接的方式设置于钢梁2上翼缘上表面的所有边缘处，与钢梁2上翼缘上表面之间形成开口空腔；限制定位装置3采用与钢梁3相同的材质，限制定位装置3的高度为30mm。

连接器5用于连接左上部钢筋111或右上部钢筋121和螺杆4；连接器3采用高强度材料，其内孔螺纹与左上部钢筋111或右上部钢筋121下端部的钢筋螺纹13匹配。

螺杆4和上固定装置41以及下固定装置42组成连接装置，通过连接器5将左上部钢筋111或右上部钢筋于钢梁121相连接，螺杆4上端和下端均有螺纹，螺纹相同，螺纹与连接器5内控螺纹匹配，螺杆4采用高强度材料；上固定装置41和下固定装置42均包含一个垫片和一个螺母，螺母与螺杆上的螺纹匹配，均采用高强度材料制成.

抗剪件6通过焊接工艺设置于钢梁2上翼缘上表面；抗剪件6优先采用栓钉形式；上部纵向钢筋7和下部纵向钢筋8的材质分别与与混凝土左板11和混凝土右板12的上部和下部纵向钢筋相同，灌浆材料9采用环氧砂浆，在工厂预制时，与灌浆材料9接触的混凝土左板11和混凝土右板12部分应采用止浆带10。

本实施例的新型抗拉剪的钢-混凝土组合梁结构的制作工艺，包括以下步骤：

(1)工厂预制

1.1)准备好制作预制板的混凝土材料、钢筋材料、止浆带；

1.2)根据图纸中混凝土板构造绑扎钢筋和制作模板，与灌浆材料接触的混凝土板部分应采用止浆带；

1.3)对接的两块混凝土板外伸的上部、下部钢筋成交错状；将混凝土板外伸的上部钢筋和下部进行锚固处理，上部钢筋通过90°冷弯工艺形成“l”形状，钢筋端向下，钢筋端部处制作钢筋螺纹；下部钢筋通过180°冷弯工艺后，钢筋端部成倒“u”字形，钢筋端头向下，冷弯工艺按相关标准施工；

1.4)浇筑混凝土、养护和拆模，撕下表面凹凸规则的止浆带，形成所有混凝土预制板；

1.5)准备好制作钢梁坯料的钢板，对钢板进行裁剪，并通过焊接形成“工”字或“h”或“t”或其它形状的钢梁；

1.6)在钢梁上翼缘上开钢梁螺孔，钢梁螺孔与上部钢筋下垂位置对齐；

1.7)对钢梁上表面进行除锈处理，在钢梁上翼缘上表面周边设置限制定位装置，限制定位装置和钢梁上翼缘上表面之间形成上开口的空腔；

1.8)在钢梁的表面通过焊缝设置抗剪连接件；

1.9)对接缝处钢梁表面和抗剪连接件表面进行喷砂处理，对其他部位进行防腐和防火处理；

1.10)制作或购买螺杆、上固定装置、下固定装置和限制定位装置；

(2)现场拼装

2.1)将预制的钢梁和混凝土板运往现场，合理堆放，待拼装；

2.2)将钢梁架设于工程现场的支座上；

2.3)用扭矩扳手通过连接器将上部钢筋下垂段与螺杆上端连接在一起，需要达到钢筋连接器相关规范规定的扭矩，并将上部固定装置套在螺杆上，采用临时固定的方式，使上部固定装置粘结在螺杆上；

2.4)通过吊装将预制混凝土板安装在钢梁上，预制混凝土板与限制定位装置直接接触，保证每根螺杆的下端穿过钢梁上的钢梁螺孔，并进行对其布置；

2.5)将上部纵向钢筋和下部纵向钢筋和混凝土板外伸的钢筋通过板扎的方式连接成整体；

2.6)待整体稳定后，拧好上部固定装置，保证上部固定装置与钢梁上翼缘上表面贴紧；

2.7)向钢梁和预制板之间形成接缝处灌注调配好的灌浆材料(环氧砂浆)；

2.8)待凝固后，将下部固定装置穿过螺杆下部，并拧紧，并采用封胶材料密封，防止锈蚀。