具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板及抗裂施工方法

本发明涉及组合结构桥梁工程，特别涉及具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板及抗裂施工方法。

背景技术：

1、在连续组合梁桥中，常见截面构造由钢梁和混凝土顶板组成，二者通过传统销钉连接件进行连接，整体受力。然而，荷载作用下墩顶位置混凝土顶板受拉力，钢梁受压力作用，销钉将钢梁和混凝土顶板牢固连接，二者之间无滑移发生，此时销钉承受剪力较大。当混凝土顶板所受拉力大于混凝土抗拉强度标准值时，顶板易于发生开裂，影响结构的耐久性。

2、为了解决这一问题，主要有两种思路，一种思路是通过对连续桥梁支座位置混凝土顶板施加预压应力，抵消荷载作用下产生的拉应力,不足之处是施工过程复杂，且提高了施工成本，设备不可重复使用；另一种思路通过将增加橡胶或泡沫等材料包裹剪力件，通过变形释放混凝土顶板和钢梁之间的强约束，但缺点是需要增加弹性材料，需要特殊设备进行加工，且施工过程中容易受扰动。

3、因此，本发明提出一种新型空心管剪力连接件和一种施工便捷、经济性良好的防止混凝土顶板开裂的施工方法，不仅能提高组合结构桥梁的耐久性能，且施工设备可以重复使用，经济性良好，施工速度快。

技术实现思路

1、技术目的：针对上述技术问题，本发明提出了具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板及抗裂施工方法，不仅对混凝土顶板导入了充足的压应力，有效减小了混凝土顶板的拉应力，增强了混凝土顶板的抗裂性，而且现场施工方法简单、效率高，施工质量可靠，施工设备可重复利用，符合低碳设计要求。

2、技术方案：为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明所述的具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，包括：空心管剪力连接件，所述空心管剪力连接件用于布置在桥墩位置钢梁上翼缘；

4、吊环锚固件，在桥墩位置所述钢梁顶部浇筑受拉混凝土顶板之前，布置所述空心管剪力连接件在钢梁的上翼缘，并在钢梁的下翼缘板及桥墩混凝土中左右两端对称设置所述吊环锚固件。

5、钢丝绳的一端与钢梁下翼缘的吊环锚固件连接，另一端与桥墩吊环锚固件连接。

6、在受拉区混凝土顶板浇筑前，将所述穿心式千斤顶设置在所述钢梁吊环锚固件和桥墩吊环锚固件的钢丝绳之间，所述穿心式千斤顶用于对所述钢丝绳施加拉力，使钢梁发生拱起弹性变形，待墩顶混凝土顶板浇筑完成，强度满足设计要求后，释放穿心式千斤顶，钢梁发生回弹变形，对混凝土顶板产生预压应力。

7、根据本发明具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，所述空心管剪力连接件包括：钉头和钉杆，用于连接钢梁和混凝土顶板，所述钉杆为空心管，且通过机械加工方式形成两个正交孔，钉杆底端垂直焊接于组合梁负弯矩钢梁顶部，钉杆顶端与钉头相连。

8、根据本发明具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，所述钉杆为低屈服点钢材，屈服强度在200mpa～300mpa之间。所述正交孔的直径d1为钉杆直径d0的1/5～1/2，其数量为2个，所述空心管内径d2为钉杆直径d0的1/5～3/5。正交孔位置应根据混凝土顶板安全等级、预计滑移变形x通过有限元计算确定，所述钉头的直径d3能够抵抗混凝土顶板与钢梁之间的分离和掀起。

9、根据本发明具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，所述吊环锚固件设有吊环孔，用于与所述钢丝绳的一端连接。

10、根据本发明具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，所述吊环锚固件的螺栓或与所述钢梁下翼缘孔通过螺母和垫片连接，所述吊环锚固件的螺栓或与所述桥墩混凝土中钢筋焊接连接，所述吊环和螺栓直根据所述拉索的设计拉力确定，拉索的设计拉力由结构所需要的预压力决定。

11、本发明的具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板抗裂施工方法，施工时，先将一定数量的空心管剪力连接件垂直焊接在墩顶钢梁上翼缘，然后在钢梁下翼缘板及桥墩混凝土中左右两端对称设置所述吊环锚固件。钢丝绳的一端与钢梁下翼缘的吊环锚固件连接，另一端与桥墩吊环锚固件连接。

12、由于此时混凝土顶板和钢梁之间通过空心管剪力连接件相连。钢梁不会约束混凝土顶板的受压变形。通过改变穿心式千斤顶的拉力数值，可以控制混凝土顶板的轴向变形，若混凝土顶板的抗裂性能要求高，则可以提高穿心式千斤顶的拉力，动态控制抗裂性能。

13、施工方法具体步骤如下：

14、s1.根据桥墩处混凝土顶板拉力作用下的位移计算值，设计钉杆空心管的内径和外径尺寸以及正交孔的位置；

15、s2.在工厂对钉杆通过机械加工方式形成正交孔；

16、s3.在桥墩位置所述钢梁顶部浇筑受拉混凝土顶板之前，布置所述空心管剪力连接件在钢梁的上翼缘，并在钢梁的下翼缘板及桥墩混凝土中左右对称设置所述吊环锚固件。

17、s4.所述钢丝绳的一端与钢梁的下翼缘的吊环锚固件连接，另一端与桥墩吊环锚固件连接。

18、s5.在所述受拉区混凝土顶板浇筑前，将所述穿心式千斤顶设置在所述钢梁吊环锚固件和桥墩吊环锚固件的钢丝绳之间，所述穿心式千斤顶用于对所述钢丝绳施加拉力，使钢梁发生拱起弹性变形；

19、s6.待墩顶混凝土顶板浇筑完成，且强度满足设计要求后，释放穿心式千斤顶，钢梁发生回弹变形，对混凝土顶板产生预压应力。

20、有益效果：

21、(1)在组合梁桥中使用本发明的空心管剪力连接件，在混凝土顶板受压力作用时，该剪力连接件能够发生变形，释放钢梁与混凝土顶板的约束从而减小了顶板混凝土中产生的拉应力，防止混凝土顶板发生开裂，提高了组合结构的耐久性。

22、(2)在组合梁桥中使用本发明的组合梁混凝土顶板抗裂施工方法，可以实现桥墩处混凝土顶板轴向压力的导入，在成桥时为负弯矩区的桥面板提供一定的压应力储备，且该压应力水平可以通过穿心式千斤顶的拉力施工控制，从而有效抵消负弯矩区混凝土顶板在收缩徐变和移动荷载作用下产生的拉力。

23、(3)该空心管剪力连接件与传统销钉连接件一样具有抗拔作用，可以防止混凝土顶板与钢梁的分离。

24、(4)该施工方法无需增加额外的建造材料用量，在施工时所采用的吊环锚固件、钢丝绳和穿心式千斤顶均可以重复使用，降低了施工成本，施工简单且迅速。

25、(5)本发明具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板抗裂施工方法，可以为连续梁桥墩顶混凝土顶板导入充足的压应力，从而可以抵消混凝土顶板在桥梁使用过程中产生的拉应力，保证桥面板在正常使用状态下均处于受压状态，防止混凝土顶板开裂，提升桥梁耐久性能，且施工设备简单，施工效率高，设备可重复使用，经济性好。

技术特征：

1.具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，其特征在于，包括：空心管剪力连接件(1)，钢梁(2)及浇筑在钢梁(2)上翼缘(21)的混凝土顶板(3)，所述混凝土顶板(3)位于连续梁桥墩(7)负弯矩区；位于钢梁(2)的上翼缘(21)设有沿钢梁(2)长度方向排列的若干个空心管剪力连接件(1)，所述的空心管剪力连接件(1)用于连接钢梁(2)和混凝土顶板(3)；

2.根据权利要求1所述的具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，其特征在于：所述施加预应力的拉力装置包括钢梁吊环锚固件(4)，钢丝绳(5)，穿心式千斤顶(6)；所述的拉力装置位于桥墩(7)的两侧且对称布置；

3.根据权利要求1所述的具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，其特征在于：所述的空心管剪力连接件(1)包括钉头(11)、钉杆(12)；钉杆(12)底端垂直焊接于钢梁(2)的下翼缘(23)，钉杆(12)顶端与钉头(11)相连。

4.根据权利要求3所述的具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，其特征在于：所述的钉杆(12)为空心管，方式沿钉杆(12)径向开孔(121)；所述的孔(121)为两个，两个所述的孔(121)的中心轴线成正交布置，且两个孔(121)成上下错位布置。

5.根据权利要求2所述的具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，其特征在于：所述钢梁吊环锚固件(4)与钢梁(2)的下翼缘(23)之间通过螺栓(42)相连，钢梁(2)的下翼缘(23)设有用于安装该螺栓(41)的螺孔；

6.根据权利要求3或4所述的具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板，其特征在于：孔(121)的直径为钉杆(12)直径1/5～1/2，所述钉杆(12)的空心管内径为钉杆(12)空心管外直径的1/5～3/5。

7.利用权利要求1至6任意一项所述具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板抗裂施工方法，其特征在于，所述施工步骤如下：

技术总结
本发明提出了具有空心管剪力件的组合梁混凝土顶板及抗裂施工方法。空心管剪力件用于连接钢梁和混凝土顶板。该剪力连接件可以通过钉杆中部的正交圆孔实现双向弯曲，释放混凝土顶板与钢梁翼缘之间的变形约束，提高了混凝土顶板的抗裂性，且所述剪力连接件具有牢固的抗拔作用，可以防止混凝土顶板与钢梁的分离。施工方法所需设备包括空心管剪力连接件、吊环锚固件、钢梁、钢丝绳和穿心式千斤顶。通过对混凝土顶板施加预压应力增强顶板抗裂性能。本施工方法简单，设备要求低，且穿心式千斤顶、拉索和吊环可以多次使用，经济效益高。本发明的空心管剪力连接件构造简单，取材方便，材料成本低廉，工程适用性强，应用前景良好。

技术研发人员：万水,李书利,陈俊,孙小峰,付理想,符俊冬,岳汝,申纪伟,沈孔健,吕德堡
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15