一种混凝土内衬板与波形钢板连接结构及其施工方法

本发明涉及一种应用于组合结构桥梁的连接件及其施工方法，特别涉及一种混凝土内衬板与波形钢板连接结构及其施工方法，属于结构工程领域。

背景技术：

1、在大跨径波形钢腹板pc箱梁桥的支座附近，为使波形钢板与混凝土腹板的应力传递均匀，防止波形钢板发生屈曲，在邻近支座的混凝土节段内设置了内衬混凝土，形成钢-混凝土组合腹板。传统的波形钢腹板组合结构桥梁支座截面，波形钢板和混凝土内衬板通常采用普通销钉连接件进行连接。

2、然而，随着波形钢腹板pc连续梁桥跨径的不断增大，桥梁根部梁高不断增高，由于收缩徐变引起的内衬混凝土与波形钢腹板之间的约束内力逐渐增强，常见销钉连接件刚度较大、变形较小，易造成内衬混凝土板受拉发生开裂，在支座附近，波形钢板与混凝土衬板通过普通销钉连接件形成的组合作用对于结构来说，反而是极其不利的，这也是组合结构桥梁抗开裂设计的难题之一，即支座处混凝土衬板由于通过普通销钉连接件与波形钢板发生非协同变形，在长期的拉应力作用下，混凝土内衬板开裂将导致严重的耐久性问题，这是工程中不希望发生的。在传统设计中，往往会采取改变混凝土配合比、添加钢纤维或增加预应力等措施，但增加了施工成本，施工过程复杂，施工质量不可控。

技术实现思路

1、技术目的：针对上述技术问题，本发明提出一种波形钢板-混凝土内衬板组合结构及其施工方法，相对于传统组合腹板，有效减小了混凝土内衬板的拉应力，增强了混凝土内衬板的抗裂性，且现场施工方法简单，施工质量可靠。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术手段：

3、一种混凝土内衬板与波形钢板连接结构，包括波形钢板、混凝土内衬板以及将所述波形钢板锚固在所述混凝土内衬板中的曲面凹槽柔性连接件，所述曲面凹槽柔性连接件包括钉头和钉杆，钉杆一端垂直固定连接于所述波形钢板，另一端与所述钉头连接，所述钉杆(12)杆壁上沿杆轴线设有1～n个曲面凹槽，所述曲面凹槽柔性连接件的曲面凹槽处在混凝土内衬板发生收缩徐变时能够发生弯曲变形，释放混凝土内衬板与波形钢板之间的部分约束，以减小混凝土内衬板因收缩徐变产生的拉应力，增强混凝土内衬板的抗裂性。

4、所述曲面凹槽通过机械加工方式形成。

5、所述钉杆的直径d0及长度l0根据混凝土内衬板收缩徐变的位移值x确定，

6、当x<1mm时，d0＝10mm，l0＝50mm～100mm；

7、当1mm≤x≤5mm时,d0＝10+2[x]mm，l0＝100mm～150mm；

8、当5mm<x时,d0＝10+3[x]mm≤30mm，l0＝150mm～300mm。

9、根据钉杆直径d0，设计钉杆上曲面凹槽的数量n，其中，

10、当x<1mm时，n＝1；

11、当1mm≤x≤5mm时，n＝[(x-1)/2]+1；

12、当5mm<x时，n＝4；

13、单个曲面凹槽最小处截面直径d1为钉杆直径d0的4/5～1/2，单个曲面凹槽沿钉杆投影长度l1为钉杆总长l0的1/9～1/2；

14、曲面凹槽形状为圆弧曲面、抛物曲面或其他曲面形状。

15、所述钉杆材料为低屈服点钢材，其屈服强度fy范围205～245mpa，抗拉强度fu范围300～400mpa，延伸率δ≥40％。

16、所述混凝土内衬板包括纵、横向钢筋网和自密实混凝土，混凝土内衬板通过均匀分布的多个钉头锚固在波形钢板侧面上。

17、所述钉杆一端垂直焊接于所述波形钢板。

18、本发明进一步公开了一种基于所述混凝土内衬板与波形钢板连接结构的施工方法，包括如下步骤：

19、s1.根据桥墩处混凝土内衬板收缩徐变产生的位移x计算值，设计钉杆直径d0，钉杆长度l0以及曲面凹槽的数量n,曲面凹槽最小处截面直径d1，单个曲面凹槽沿钉杆投影长度l1；

20、s2.在工厂对钉杆通过机械加工方式形成1～n个曲面凹槽，n＝1，2，3，4；

21、s3.将加工完成的钉杆根据混凝土内衬板的受力情况分布并将钉杆底端垂直焊接于波形钢板侧面；

22、s4.将波形钢板安装到桥墩位置，绑扎混凝土内衬板的纵、横向钢筋网；

23、s5.支模并浇筑混凝土内衬板的自密实混凝土，使钢筋网与钉杆连接成整体，共同受力；

24、s6.经过养护后，在混凝土内衬板收缩徐变作用下，钉杆的曲面凹槽处发生弯曲变形，从而波形钢板和混凝土内衬板接触界面之间发生一定的相对滑移，减小了混凝土内衬板所收到的拉应力，增强其抗裂性和耐久性；

25、另外，柔性连接件的钉头将波形钢板锚固在混凝土内衬板中，防止二者之间的分离，发挥钢板和混凝土两种材料间的组合作用，抵抗混凝土内衬板受压时产生的掀起力，保证两种材料共同工作。

26、有益效果：

27、(1)本发明在钉杆的杆壁沿轴向上加工曲面凹槽，形成1～n节可弯曲过渡段，降低自身刚度，在混凝土内衬板收缩徐变作用下，由于钉杆曲面凹槽处可以发生弯曲变形，从而波形钢板和混凝土内衬板接触界面之间的可以发生相对滑移，释放波形钢板与混凝土之间的部分约束，防止混凝土内衬板因与波形钢板的非协同变形而产生较大的拉应力，保证了混凝土内衬板在界面处不发生开裂或裂缝数量、宽度大大减小，提高其耐久性。

28、(2)钉杆的钉头将波形钢板在混凝土内衬板中锚住，在组合梁桥中使用本发明的钉杆，可以实现在压力作用时波形钢板与混凝土之间形成组合作用，混凝土内衬板不发生掀起，提升结构的刚度和承载力。该连接件与传统销钉连接件一样具有抗拔作用，可以防止混凝土衬板与波形钢板的分离。

29、(3)该连接件构造简单，加工方法便捷，相比于传统的销钉连接件仅需要额外在钉杆上机械加工1～n个曲面凹槽即可，工艺简单，施工速度快。

技术特征：

1.一种混凝土内衬板与波形钢板连接结构，其特征在于，包括波形钢板、混凝土内衬板以及将所述波形钢板锚固在所述混凝土内衬板中的曲面凹槽柔性连接件(1)，所述曲面凹槽柔性连接件(1)包括钉头(11)和钉杆(12)，钉杆(12)一端垂直固定连接于所述波形钢板(2)，另一端与所述钉头(11)连接，所述钉杆(12)杆壁上沿杆轴线设有1～n个曲面凹槽(121)，所述曲面凹槽柔性连接件的曲面凹槽(121)处在混凝土内衬板(3)发生收缩徐变时能够发生弯曲变形，释放混凝土内衬板(3)与波形钢板(2)之间的部分约束，以减小混凝土内衬板(3)因收缩徐变产生的拉应力，增强混凝土内衬板的抗裂性。

2.根据权利要求1所述的混凝土内衬板与波形钢板连接结构，其特征在于，所述曲面凹槽(121)通过机械加工方式形成。

3.根据权利要求1所述混凝土内衬板与波形钢板连接结构，其特征在于，所述钉杆(12)的直径d0及长度l0根据混凝土内衬板收缩徐变的位移值x确定，

4.根据权利要求3所述混凝土内衬板与波形钢板连接结构，其特征在于，根据钉杆(12)直径d0，设计钉杆(12)上曲面凹槽(121)的数量n，其中，

5.根据权利要求1所述混凝土内衬板与波形钢板连接结构，其特征在于，所述钉杆(12)材料为低屈服点钢材，其屈服强度fy范围205～245mpa，抗拉强度fu范围300～400mpa，延伸率δ≥40％。

6.根据权利要求1所述混凝土内衬板与波形钢板连接结构，其特征在于，所述混凝土内衬板(3)包括纵、横向钢筋网(31)和自密实混凝土(32)，混凝土内衬板(3)通过均匀分布的多个钉头(11)锚固在波形钢板(2)侧面上。

7.根据权利要求1所述混凝土内衬板与波形钢板连接结构，其特征在于，所述钉杆(11)一端垂直焊接于所述波形钢板(2)。

8.基于权利要求1～7中任一所述混凝土内衬板与波形钢板连接结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提出了一种混凝土内衬板与波形钢板连接结构及其施工方法，该连接件包括波形钢板、混凝土内衬板以及将所述波形钢板锚固在所述混凝土内衬板中的曲面凹槽柔性连接件，所述曲面凹槽柔性连接件包括钉头和钉杆，钉杆一端垂直固定连接于所述波形钢板，另一端与所述钉头连接，所述钉杆杆壁上沿杆轴线设有1～n个曲面凹槽，所述曲面凹槽柔性连接件的曲面凹槽处在混凝土内衬板发生收缩徐变时能够发生弯曲变形，释放混凝土内衬板与波形钢板之间的部分约束，以减小混凝土内衬板因收缩徐变产生的拉应力，增强混凝土内衬板的抗裂性。

技术研发人员：万水,李书利,符俊冬,岳汝,申纪伟,沈孔健,吕德堡,孙小峰,付理想
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14