沉管节段接头的工字钢梁式剪力键

1.本实用新型涉及的是一种水下隧道建筑领域的技术，具体是一种沉管节段接头的工字钢梁式剪力键。


背景技术：

2.沉管法是目前在水下建造隧道的一种常用的土木工程施工方法，将整个隧道分成若干个管节，每个管节的接头段都会采用混凝土剪力键来搭接构造成沉管隧道的连接结构，沉管接头混凝土剪力键的稳定性对于整个隧道的安全起着至关重要的作用。
3.为了保证沉管隧道管节对接的密封性和防水性，其混凝土剪力键在管节下沉后水下现浇成形，由于工程条件的差异会导致二者的混凝土成形质量存在很大的差异，它们之间存在薄弱接触界面，使得沉管隧道整体的连续性、完整性和安全性降低。由于混凝土剪力键与管节之间刚度不同，会产生差异变形，接触界面的附加应力增加，在纵横剪切、扭矩、弯矩以及轴压等复杂外力条件下，普通的钢筋连接和pbl剪力键无法很好地改善接触界面上的应力特性和剪力的传递，造成接触界面成为薄弱部位易发生脆性开裂。
4.经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号cn215368246u授权公告日20211231，公开了一种可实现贯穿钢筋精准定位的pbl剪力键。但该现有技术构件结构复杂，不利加工且与沉管管节连接部位不均匀，主要为上部承受荷载，下部易发生破坏。当剪力键相互作用时，只有一端能够传递荷载，需要调整安装位置。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有沉管隧道管节与剪力键之间整体性较低，在复杂物理力学条件下其接触界面容易发生脆性开裂的缺陷，提出一种沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，能够很好地保证管节与剪力键之间的整体性，使其剪力能够有效地进行传递，可以保证接触界面不会发生突发性的脆性开裂，已达到提高沉管隧道整体完整性和安全性的目的。
6.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
7.本实用新型涉及一种沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，包括：位于沉管管节端面且作为剪力键抗剪的工字钢梁和贯穿工字钢梁并连接钢梁与管节的带肋钢筋。
8.所述的工字钢梁和带肋钢筋外部浇筑有混凝土层。
9.所述的工字钢梁的腹板靠近上下翼缘部位设有开孔，工字钢梁的开孔段位于沉管管节内部，未开孔段露出沉管端面。
10.所述的开孔，优选为圆形孔洞，圆孔边缘与工字钢上下翼缘的最小距离大于等于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离大于等于1.5倍的圆孔直径。
11.所述的贯穿是指：将带肋钢筋穿过开孔工字钢梁的腹板的开孔并使其与腹板垂直，优选地，将贯穿钢筋与沉管管节内部钢筋箍匝。
12.所述的工字钢梁为整体铸造形成。
13.所述的工字钢梁的翼缘宽度与高度比优选为[1.5,2.5]。
[0014]
所述的钢筋为热轧或冷轧带肋钢筋，该钢筋的直径满足[16mm,30mm]。
附图说明
[0015]
图1为本实用新型新型预制沉管节段接头的剪力键整体构造示意图；
[0016]
图2a-c分别为局部开孔工字钢梁剪力键三视图；
[0017]
图3a-c为局部开孔工字钢梁剪力键剖视图。
[0018]
图中：1为沉管管节端面、2为翼缘、3为腹板、4为开孔、5为带肋钢筋。
具体实施方式
[0019]
如图1-图3所示，为本实施例涉及一种沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，包括：位于沉管管节端面1且作为剪力键抗剪的工字钢梁和贯穿工字钢梁并连接钢梁与管节的带肋钢筋5。
[0020]
所述的工字钢梁的开孔段埋入沉管管节部分，在工字钢梁的腹板3靠近上下翼缘2部位钻开若干圆形孔洞，圆孔4边缘与工字钢上下翼缘2的最小距离大于等于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离大于等于1.5倍的圆孔直径。
[0021]
所述的工字钢梁的未开孔段为剪力键，外露出沉管管节。
[0022]
所述的带肋钢筋5从开孔工字钢梁开孔段腹板3上的圆孔4中心穿过。
[0023]
所述的工字钢梁的开孔段外围以及带肋钢筋5通过管节浇筑实现整体包裹。
[0024]
与现有技术相比，本装置使得接触界面上的纵向剪力和横向剪力都能够很好地由工字钢梁截面来承担，使得工字钢梁剪力键无论是在什么复杂环境下其剪应力都能够很好地由连接结构传递至沉管隧道管节中，避免接触界面发生脆性开裂的可能。
[0025]
本实用新型采用整体预制的方法，减少后期施工时的安装工作，提高施工效率。
[0026]
本实用新型整体规则、上下对称和结构简单，开孔工字钢梁腹板与带肋钢筋之间可以形成类pbl剪力键，整体应力分布均匀、传递路径清晰，有效避免应力集中问题。
[0027]
通过带肋钢筋很好地将开孔工字钢梁与沉管管节连结起来，保证了连接结构的稳定性且大幅度提升整个沉管隧道的整体性和连续性。
[0028]
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。


技术特征：
1.一种沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，其特征在于，包括：位于沉管管节端面且作为剪力键抗剪的工字钢梁和贯穿工字钢梁并连接钢梁与管节的带肋钢筋；所述的工字钢梁和带肋钢筋外部浇筑有混凝土层。2.根据权利要求1所述的沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，其特征是，所述的工字钢梁的腹板靠近上下翼缘部位设有开孔，工字钢梁的开孔段位于沉管管节内部，未开孔段露出沉管端面。3.根据权利要求2所述的沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，其特征是，所述的开孔，为圆形孔洞，圆孔边缘与工字钢上下翼缘的最小距离大于等于圆孔直径的一半，圆孔边缘与圆孔边缘的距离大于等于1.5倍的圆孔直径。4.根据权利要求1所述的沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，其特征是，所述的贯穿是指：将带肋钢筋穿过开孔工字钢梁的腹板的开孔并使其与腹板垂直，地，将贯穿钢筋与沉管管节内部钢筋箍匝。5.根据权利要求1所述的沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，其特征是，所述的工字钢梁为整体铸造形成。6.根据权利要求1所述的沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，其特征是，所述的工字钢梁的翼缘宽度与高度比为[1.5,2.5]。7.根据权利要求1所述的沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，其特征是，所述的钢筋为热轧或冷轧带肋钢筋，该钢筋的直径满足[16mm,30mm]。

技术总结
一种沉管节段接头的工字钢梁式剪力键，包括：位于沉管管节端面且作为剪力键抗剪的工字钢梁和贯穿工字钢梁并连接钢梁与管节的带肋钢筋。本发明能够很好地保证管节与剪力键之间的整体性，使其剪力能够有效地进行传递，可以保证接触界面不会发生突发性的脆性开裂，已达到提高沉管隧道整体完整性和安全性的目的。到提高沉管隧道整体完整性和安全性的目的。到提高沉管隧道整体完整性和安全性的目的。


技术研发人员：叶超 王明俊 孙红 安贺东
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.11.18
技术公布日：2023/3/28