一种钢筋斜交互锁桥面板连接结构及设计方法与流程

本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种钢筋斜交互锁桥面板连接结构及设计方法。

背景技术：

1、随着我国交通运输行业的飞速发展以及国家对桥梁工业化的大力推广，桥梁工业化技术得到蓬勃发展和广泛应用，各种新型的预制装配式桥梁在工程领域大量涌现，在桥梁工业化建造中，桥面板多以预制桥面板采用湿接缝后浇连接的方式形成，预制桥面板在工厂预制，边缘预留锚固钢筋，相邻两块预制桥面板的预留锚固钢筋在湿接缝处相互搭接后浇筑混凝土形成整体。预制桥面板之间的连接对整个结构安全起着制约性作用，因此规范对于湿接缝钢筋搭接提出了一些基础的构造要求。如对于直线钢筋搭接要求搭接长度达到一定倍数的钢筋直径长度，一般要求搭接长度范围为35d～50d，d为搭接钢筋直径，直径20的钢筋搭接长度要达到700mm～1000mm，直线搭接长度要求较长，在很多应用场景下无法实现，施工支模难度也较大；基于该情况，工程技术人员将预留钢筋由直线筋改为u型回转钢筋，即桥面板的上下排直线钢筋是由一根钢筋通过端头弯钩形成的整体，这样可以大大减少搭接长度，由于规范对于钢筋末端弯钩弯曲直径有一定的要求，对于带肋钢筋要求末端弯钩的弯曲直径至少达到5d，直径20的钢筋要求弯钩的弯曲净直径达到100mm，对于一些桥面板较薄的情况，在仅有的厚度范围内无法实现钢筋回转弯钩，在仅有的厚度范围内过度弯折钢筋会导致钢筋过大的塑性变形甚至屈服破坏，影响钢筋的承载特性，且在施工上也难以实现弯折。因此需要针对这种情况提出一种适用于现行规范要求的新的桥面板钢筋连接方式，同时针对这种新的连接方式给出通用的设计方法。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题本发明提供了一种钢筋斜交互锁桥面板连接结构的设计方法，以期解决薄型预制桥面板连接钢筋难以弯制的问题，同时给出设计方法方便快速计算构造要求，帮助设计人员进行安全合理的设计。

2、为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

3、本发明提供一种钢筋斜交互锁桥面板连接结构，由第一预制桥面板、第二预制桥面板、湿接缝组成，所述第一预制桥面板和第二预制桥面板在湿接缝横向端部分别预留一定长度的与上下平面呈一定倾斜角度的第一斜向门式钢筋和第二斜向门式钢筋，并沿着湿接缝长度方向等间距布置；所述第一斜向门式钢筋与第二斜向门式钢筋相互套锁呈斜交互锁状，并在中间留有足够宽度的孔道，至少4根纵向直线贯穿钢筋从所述孔道内周边转角处垂直贯穿整个湿接缝长度。

4、所述第一预制桥面板(1)长度方向两端部的第一根预留钢筋为垂直于上下平面的l形第一下补位钢筋(5)和第一上补位钢筋(6)，均由底部或顶部直线段和预留钢筋端部竖直段组成；

5、所述第二预制桥面板(2)长度方向两端部的第一根预留钢筋为垂直于上下平面的为l形第二上补位钢筋(8)和第二下补位钢筋(9)，由底部或顶部直线段和预留钢筋端部竖直段组成；

6、所述第一下补位钢筋(5)与所述第二上补位钢筋(8)位于湿接缝长度方向的同一端且相互套锁形成矩形孔道的端面的矩形环；所述第一上补位钢筋(6)与所述第二下补位钢筋(9)位于湿接缝长度方向的另一同端且相互套锁形成矩形孔道的另一端面的矩形环。

7、本发明还提供一种钢筋斜交互锁桥面板连接结构的设计方法，预制第一预制桥面板(1)和第二预制桥面板(2)，预制的同时安装和确定第一斜向门式钢筋(4)、第二斜向门式钢筋(7)、第一下补位钢筋(5)、第一上补位钢筋(6)、第二上补位钢筋(8)和第二下补位钢筋(9)外形尺寸参数和钢筋排布参数；

8、外形尺寸参数包括钢筋直径d、斜向门式钢筋双肢的竖向垂直距离h，所述钢筋排布参数为预留钢筋沿湿接缝长度方向均匀分布的相邻两钢筋之间的距离s、湿接缝边缘至对向预留钢筋中心的距离as；

9、所述湿接缝边缘至对向预留钢筋中心的距离as取值大于40mm。

10、第一预制桥面板(1)和第二预制桥面板(2)之间预留湿接缝的宽度b，第二斜向门式钢筋(7)在安装前分为上斜肢(7.1)和下斜肢(7.2)两部分，两斜肢在连接段中间留有缺口(11)，供安装时第一斜向门式钢筋(4)从缺口(11)穿过与第二斜向门式钢筋(7)相互套锁呈斜交互锁状，确定第一斜向门式钢筋(4)和第二斜向门式钢筋(7)水平搭接长度ls，待安装完成后再使用帮条焊或机械螺栓连接将所述上斜肢(7.1)和下斜肢(7.2)连接成整体形成完整的第二斜向门式钢筋(7)；

11、所述第一斜向门式钢筋(4)与第二斜向门式钢筋(7)相互套锁中间留有孔道，纵向直线贯穿钢筋(10)从所述孔道内周边转角处垂直贯穿整个湿接缝长度。

12、进一步的，第一斜向门式钢筋(4)和第二斜向门式钢筋(7)的水平搭接长度ls通过如下步骤确定：

13、1)建立三种破坏模式下钢筋斜交互锁桥面板连接的抗拉承载力fu的计算方法；2)计算各类破坏模式中两种破坏模式同时发生时斜向门式钢筋的水平搭接长度lsi；3)取各类工况发生时计算所得lsi的最大值作为第一斜向门式钢筋(4)和第二斜向门式钢筋(7)水平搭接长度ls最小限定值。

14、进一步的，所述三种破坏模式为①连接钢筋屈服破坏、②核心混凝土扭转破坏、③钢筋滑移破坏；各破坏模式下抗拉承载力计算方法如下；

15、1)连接钢筋屈服破坏，抗拉承载力fu1的计算公式为：

16、fu1＝fyas＝2fyas1                     (1)

17、2)核心混凝土扭转破坏,是指由双向互锁的两个斜向门式钢筋所包围的核心混凝土块在两端部不对称压力作用下产生的整体扭转破碎的破坏模式，抗扭承载力由扭转面上的混凝土拉应力提供，核心混凝土扭转破坏模式下的抗扭承载力tumax的计算公式为：

18、tumax＝0.7wtft                          (2)

19、式中，wt为由双向互锁的两个斜向门式钢筋所包围的核心混凝土块在扭转外力作用下的抗扭塑性抵抗矩，由下式计算得出：

20、

21、在核心混凝土扭转破坏时，抗扭承载力tumax与外部最大拉力即抗拉承载力fu2的关系如下：

22、

23、将式(3)、(4)带入式(2)求解得出核心混凝土扭转破坏模式下的抗拉承载力fu2的计算公式为：

24、

25、3)钢筋滑移破坏，是指斜向门式钢筋从后浇的湿接缝混凝土中拉出的破坏模式，抗拉承载力由斜向门式钢筋与其周围包裹混凝土之间的粘结力及斜向门式钢筋端部两肢连接段混凝土压应力控制，钢筋滑移破坏模式下的抗拉承载力tu3的计算公式为：

26、

27、式(1)-(6)中，fy为连接钢筋的抗拉强度设计值，as为单个u型钢筋的受拉总面积，as1为单个u型钢筋的单肢面积；fc为湿接缝混凝土抗压强度设计值，ft为湿接缝混凝土抗拉强度设计值。

28、进一步的，计算各类破坏模式中任意两种破坏模式同时发生时斜向门式钢筋的搭接长度lsi，是指计算为了充分发挥预制构件预留钢筋和混凝土的材料性能，将两种破坏同时发生时的搭接长度作为经济安全的搭接长度；同时发生时两种破坏模式下的抗拉承载力tui取值相等，即联立的两种破坏模式下抗拉承载力tui均可以记为同一未知数tu；分别将式(1)、(5)、(6)两两联立求出各工况下的斜向门式钢筋搭接长度lsi；

29、4)工况1，核心混凝土扭转破坏的同时连接钢筋屈服破坏，联立式(1)、(5)求得斜向门式钢筋搭接长度ls记为ls1，如下式所示：

30、

31、5)工况2，钢筋滑移破坏的同时连接钢筋屈服破坏，联立式(1)、(6)求得斜向门式钢筋搭接长度ls记为ls2，如下式所示：

32、

33、6)工况3，核心混凝土扭转破坏的同时钢筋滑移破坏，联立式(5)、(6)求得u型钢筋搭接长度ls记为ls3，如下式所示：

34、

35、进一步的，计算所得的ls1、ls2、ls3应不小于0,若lsi求解值小于0，则取lsi＝0,最后取ls1、ls2、ls3中的最大值作为第一斜向门式钢筋(4)和第二斜向门式钢筋(7)水平搭接长度ls的最小限定值，具体计算公式如下所示：

36、ls≥max{ls1、ls2、ls3}                  (10)。

37、进一步的，第一下补位钢筋(5)、第一上补位钢筋(6)、第二上补位钢筋(8)及第二下补位钢筋(9)的水平段预留长度la按下式计算：

38、la＝ls+as                         (11)。

39、进一步的，预留湿接缝的宽度b按下式计算：

40、b≥ls+2as                      (12)。

41、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

42、本发明提供的一种钢筋斜交互锁桥面板连接结构，利用斜向设置的第一斜向门式钢筋和第二斜向门式钢筋，增大回转钢筋的中段长度，增加钢筋的弯折空间，进而增加回转钢筋的弯曲半径，满足规范关于钢筋弯曲半径要求的同时减小钢筋的塑性变形，解决薄板结构连接钢筋无法回转弯折的情况，相对于直线筋大大提高连接的抗拉承载力，同时也可以减少预留钢筋的搭接长度。

43、同时给出该连接结构的设计方法，给出钢筋斜交互锁连接可能存在的钢筋破坏、混凝土破坏、滑移破坏三种破坏模式的承载力计算方法，计算任意两种破坏同时发生时的钢筋搭接长度作为该连接型式中钢筋搭接长度的构造要求，可以实现钢筋破坏的同时混凝土破坏，或者钢筋/混凝土破坏的同时钢筋与混凝土滑移破坏，使得该连接几个维度的承载能力能维持较为均衡的水平，不至于钢筋长度浪费或者混凝土强度过剩的问题；最后选择几种工况下计算所得的搭接长度最大值作为连接钢筋的水平搭接长度，能确保设计的构造尺寸经济且安全。综上，使用本发明提供的设计方法能够方便快速计算预制桥面板预留钢筋搭接长度的经济安全的构造要求，帮助设计人员进行安全合理的设计。