一种组合型波形钢腹板底板剪力连接键及施工方法与流程

本发明涉及一种波形钢腹板组合箱梁桥建设领域，具体涉及一种用来连接波形钢腹板下翼缘与箱梁混凝土底板的，一种组合型波形钢腹板底板剪力连接键及施工方法。

背景技术：

波形钢腹板钢筋混凝土组合箱梁结构是目前我国正在大力推广的一种钢-混凝土组合结构，其主要特点是由强度较高的波形钢材代替了传统混凝土箱梁的腹板，波型钢腹板和顶底板之间通过剪力键连接。由于波形钢腹板具有自重轻、抗剪强度高、可工厂预制等特点，因此大大降低了结构自重、结构受力更加合理，提高了桥梁跨径、避免了传统混凝土箱梁腹板开裂问题。

剪力连接键是波形钢腹板箱梁中最重要的部位。波形钢腹板由于其“手风琴效应”，承担了大部分竖向剪力，而箱梁顶底板则承担弯压力。两种材料是否能够很好的连接为一体，共同抵抗外加荷载作用，必须依靠剪力连接键的作用。目前，国内外波形钢腹板箱梁较常采用的剪力键连接方式主要有两种：埋入型剪力键和翼缘型剪力键。

嵌入型剪力键是在顶底板混凝土施工前将波形钢腹板预先埋入到顶底板内，待混凝土浇筑完成后，从而使波形钢腹板与顶底板连接成整体。此种剪力键的优点是构造简单、施工最为经济，但缺点是剪力键连接较为薄弱、整体工作性能较差。

翼缘型剪力键是将波形钢腹板上下缘焊接钢板形成翼缘板，然后在钢翼缘板上焊接不同类型钢材的一种剪力键形式，与嵌入型剪力键相比其整体受力性能得到了提高，特别是翼缘板下焊接开口钢板的PBL剪力键，是目前国内最常采用的剪力键连接形式。但是大量工程实践发现，此种剪力键形式用于箱梁底板施工时，由于翼缘板位于剪力键顶部，底板立模后，由于下翼缘钢板的阻挡，混凝土浇筑、振捣困难，由于混凝土自重导致钢混连接处不密实，严重影响了结构耐久性。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述嵌入型和翼缘型剪力键的不足，提供一种承载能力大、整体受力性能好、施工方便、加工制造简单、结构受力合理的嵌入翼缘组合型波形钢腹板底板剪力键构造及施工方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种组合型波形钢腹板底板剪力连接键，包括波形钢腹板、下翼缘钢板、腹板开孔钢板、翼缘板带状开孔钢板和剪力键构造钢筋；所述的下翼缘钢板沿顺桥向水平焊接在波形钢腹板底部；波形钢腹板每个波折段均焊接有与其竖直面垂直的腹板开孔钢板，且所述腹板开孔钢板与下翼缘钢板平行；腹板开孔钢板的孔洞轴线与下翼缘钢板垂直；下翼缘钢板顶面沿结构顺桥向通长焊接有与其垂直的翼缘板带状开孔钢板，翼缘板带状开孔钢板的空洞轴线与波形钢腹板垂直；剪力键构造钢筋分为竖向构造钢筋、水平构造钢筋、顺桥向构造钢筋，所述的竖向构造钢筋穿过腹板开孔钢板的孔洞连接到下翼缘钢板上；所述的水平构造钢筋水平穿过翼缘板带状开孔钢板的孔洞连接到波形钢腹板，并且竖向构造钢筋、水平构造钢筋在同一断面相交处搭接焊接，顺桥向构造钢筋通长与竖向、水平构造钢筋焊接成整体，其目的是保证箱梁底板混凝土浇筑过程中剪力键构造钢筋的整体性，同时保证混凝土浇筑后剪力键与底板的整体工作性能。

进一步的，所述的波形钢腹板垂直嵌入到箱梁底板内，并到达箱梁底板底面。

进一步的，所述的下翼缘钢板位于波形钢腹板底部，与波形钢腹板垂直焊接，其目的是保证剪力键的抗拔性能，且不影响混凝土浇筑施工。

进一步的，所述的下翼缘钢板宽度不超过混凝土底板的宽度。

进一步的，所述的腹板开孔钢板位于波形钢腹板内侧，其孔洞直径略大于竖向构造钢筋直径。腹板开孔钢板其作用一方面可增加钢腹板与混凝土的整体性，同时辅助定位剪力键构造钢筋。

进一步的，所述的翼缘板带状开孔钢板也位于波形钢腹板内侧，其位置位于内侧下翼缘板宽度中心位置附近，其作用与腹板开孔钢板相同。

进一步的，所述的同一断面剪力键竖向、水平构造钢筋垂直搭接焊接，并与剪力键顺桥向构造钢筋焊接形成整体钢筋骨架。

利用所述的一种组合型波形钢腹板底板剪力连接键施工方法，包括以下几个步骤：

步骤1：根据箱梁底板设计尺寸要求，加工波形钢腹板、下翼缘钢板、腹板开孔钢板、翼缘板带状开孔钢板。

步骤2：按照设计要求将上述部件焊接成整体，并检查验收。

即下翼缘钢板沿顺桥向水平焊接在波形钢腹板底部；波形钢腹板每个波折段均焊接有腹板开孔钢板，所述腹板开孔钢板与波形钢腹板垂直且与下翼缘钢板平行；腹板开孔钢板的孔洞轴线与下翼缘钢板垂直；下翼缘钢板顶面沿结构顺桥向通长焊接有与其垂直的翼缘板带状开孔钢板，翼缘板带状开孔钢板的空洞轴线与波形钢腹板垂直；

步骤3：将步骤2组装好的钢构件运至施工现场，箱梁底板立模后，测量放样波形钢腹板的轴线位置。

步骤4：吊装波形钢腹板至预定轴线位置，复测波形钢腹板空间坐标，并配合手动葫芦微调至设计位置后，将本节段安装的波形钢腹板与前一节段的波形钢腹板通过螺栓连接成整体，并焊接上节段与本节段腹板底部的下翼缘钢板。

步骤5：按照设计要求长度，加工剪力键构造钢筋。

步骤6：将位于同一断面位置，穿过腹板开孔钢板、翼缘板带状开孔钢板孔洞的剪力键构造钢筋进行垂直搭接焊接。

步骤7：将顺桥向通长钢筋顺桥向穿入底板，与剪力键水平构造钢筋、部分竖直构造钢筋焊接形成整体。

步骤8：浇筑底板混凝土，并振捣养护，完成本节段箱梁底板与剪力键连接施工。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明所述组合型波形钢腹板底板剪力连接键，下翼缘钢板位于底板底面，剪力键翼缘板不阻碍底板混凝土浇筑、振捣施工，保证了剪力键与混凝土结合面的浇筑质量，提高了剪力键抗拉拔性能。

2、本发明所述开孔钢板一方面可进一步增加剪力键与混凝土的连接性能，同时还可以辅助定位剪力键构造钢筋，减小了钢筋定位难度。

3、本发明所述剪力键构造钢筋全部为直筋，加工方便且易于安装，通过焊接可使全部剪力键构造钢筋形成钢筋骨架，保证了混凝土浇筑过程中剪力键构造钢筋的整体性，同时进一步加强了混凝土浇筑后剪力键与底板的整体工作性能。

4、本发明所述剪力键整体受力性能好、承载能力大、施工方便、加工制造简单，大大节约了施工时间及施工成本，提高了施工的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1传统嵌入型波形钢腹板剪力键典型示意图；

图2传统翼缘板型波形钢腹板剪力键典型示意图；

图3本发明组合型波形钢腹板底板剪力连接键立面示意图；

图4本发明组合型波形钢腹板底板剪力连接键平面示意图；

图中：101波形钢腹板、102贯通钢筋、103连接钢筋、104混凝土底板；

201下翼缘钢板、202翼缘板带状钢板、203钢混连接处；

301腹板开孔钢板、302剪力键竖向构造钢筋、303剪力键横向构造钢筋、304剪力键顺桥向构造钢筋、305焊接位置；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

结合图1所示，传统嵌入型剪力连接键主要由波形钢腹板101、贯通钢筋102、连接钢筋103组成。由于波形钢腹板101整体嵌入，底部通过贯通钢筋102与混凝土底板104连接，因此整体连接及受力性能较差。

结合图2所示，传统翼缘型型剪力键主要由波形钢腹板101、下翼缘钢板201、带状钢板202、贯通钢筋102组成。由于底板施工时，下翼缘钢板201位于剪力键顶部，底板立模后，由于下翼缘钢板201的阻挡，混凝土浇筑、振捣困难，由于混凝土自重导致钢混连接处203不密实。

本发明一种组合型波形钢腹板底板剪力连接键，主要由波形钢腹板101、下翼缘钢板201、腹板开孔钢板301、翼缘板带状开孔钢板202、剪力键竖向构造钢筋302、剪力键横向构造钢筋303、剪力键顺桥向构造钢筋304组成。

结合图3、图4所示，下翼缘钢板沿波形钢腹板101长度方向(即前面所描述的顺桥向)水平焊接在波形钢腹板101底部；波形钢腹板101每个波折段均焊接腹板开孔钢板301，且所述腹板开孔钢板301与波形钢腹板101垂直，与下翼缘钢板平行，开孔方向正对下翼缘钢板201(即：腹板开孔钢板的孔洞轴线与下翼缘钢板垂直)；下翼缘钢板201顶面沿结构顺桥向通长焊接翼缘板带状开孔钢板202，且所述翼缘板带状开孔钢板202与下翼缘钢板201垂直，开孔方向正对波形钢腹板101(即：翼缘板带状开孔钢板的空洞轴线与波形钢腹板垂直)；剪力键构造钢筋分为竖向构造钢筋302、横向构造钢筋303、顺桥向构造钢筋304，所述的竖向、水平构造钢筋分别穿过钢腹板、翼缘板开孔钢板孔洞(所述的竖向构造钢筋穿过腹板开孔钢板的孔洞连接到下翼缘钢板上；所述的水平构造钢筋水平穿过翼缘板带状开孔钢板的孔洞连接到波形钢腹板)，并在剪力键底部相交处搭接焊接305，顺桥向构造钢筋304通长与水平构造钢筋、部分竖向构造钢筋焊接成整体，其目的是保证底板混凝土浇筑过程中剪力键构造钢筋的整体性，同时保证混凝土浇筑后剪力键与底板的整体工作性能。

上述结构中所述波形钢腹板下翼缘钢混结合部构造，

进一步的，所述的波形钢腹板101垂直嵌入到混凝土底板104内，并到达箱梁混凝土底板104底面。

进一步的，所述的下翼缘钢板201位于波形钢腹板101底部，与波形钢腹板101垂直焊接。

进一步的，所述的下翼缘钢板201宽度不超过混凝土底板。

进一步的，所述的腹板开孔钢板301位于波形钢腹板101内侧，其孔洞直径略大于剪力键构造钢筋直径。

进一步的，所述的下翼缘板带状钢板202同样位于波形钢腹板101内侧，其位置位于内侧下翼缘板宽度中心位置附近。

进一步的，所述的同一断面剪力键竖向、水平构造钢筋垂直搭接焊接305，并与剪力键顺桥向构造钢筋304焊接形成整体钢筋骨架。

进一步的，所述的腹板开孔钢板301为一个矩形结构，焊接时，其一个边与形钢腹板101的波折段平行，多个腹板开孔钢板301焊接完成后，形成与波形钢腹板101的波纹形状一致的波纹状。利用所述的一种组合型波形钢腹板底板剪力连接键施工方法，包括以下几个步骤：

步骤1：根据底板设计尺寸要求，在工厂加工波形钢腹板101、下翼缘钢板201、、腹板开孔钢板301、翼缘板带状钢板202。

步骤2：按照设计要求将上述部件焊接成整体，并检查验收。

步骤3：将钢构件运至施工现场，箱梁底板立模后，测量放样波形钢腹板101轴线位置。

步骤4：吊装波形钢腹板101至预定轴线位置，复测波形钢腹板101空间坐标，并配合手动葫芦微调至设计位置后，将本节段安装的波形钢腹板与前一节段的波形钢腹板通过螺栓连接成整体，并焊接连接上节段与本节段腹板底部的下翼缘板。

步骤5：按照设计要求长度，加工剪力键构造钢筋。

步骤6：将按设计尺寸加工好的竖向及横向构造钢筋分别穿过腹板开孔钢301板、翼缘板带状钢板302孔洞，并将位于同一断面位置的竖向及横向构造钢筋垂直搭接焊接305。

步骤7：将顺桥向构造钢筋穿入底板，与剪力键水平构造钢筋303、部分竖直构造钢筋302焊接形成整体。

步骤8：浇筑底板混凝土，并振捣养护，完成本节段箱梁底板与剪力键连接施工。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。