约束混凝土劈裂及劈裂发展的栓钉抗剪连接件，包括用于连接钢梁翼缘以及钢筋混凝土翼缘的栓钉，所述栓钉通过螺栓栓接和焊接的方式与钢梁翼缘固连，且在栓钉外缘固定成型有一圈高强细石砼，所述高强细石砼强度大于浇筑的钢筋混凝土翼缘的砼强度，在其外缘通过环抱高强细石砼的抗拉单元来对高强细石砼及其内部组件施加一次环抱拉力，同时，在所述高强细石砼的抗拉单元外侧还设置有螺旋筋，此螺旋筋同心环绕在高强细石砼外侧并通过浇筑方式成型在钢筋混凝土翼缘中。本发明专利技术能提高栓钉抗剪接件纵向受剪承载力，提高其在钢‑混凝土组合梁中正常使用极限状态的有效荷载，从而解决钢‑混凝土组合梁的设计应用现状中的障碍。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑
的钢-混凝土组合梁中广泛使用的基础性圆柱头栓钉抗剪连接件，具体为约束混凝土劈裂及劈裂发展的栓钉抗剪连接件。
技术介绍
现行的《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)11.3章节中给出了现有技术中圆柱头焊钉(栓钉)连接件抗剪承载力公式：即该公式是建立在栓钉材料性能等级4.6级钢材和栓钉直接埋置于现浇砼翼缘板内抵抗“剪撬”局压作用的理论与试验研究基础上的，是对传统栓钉承载力计算的规范应用。但在实际应用过程中，由于栓钉与混凝土翼缘板的抗剪传力类似于线接触的圆柱形铰，栓钉周边3d(d-为栓钉直径)的范围内混凝土翼缘板受栓钉“剪撬”的局压集中作用，由于3d(d-为栓钉直径)范围内没有螺旋钢筋和间接钢筋约束，不可避免在砼翼缘板内产生纵向劈裂，栓钉抗剪连接件纵向受剪承载力受制于翼缘板混凝土弹性模量(EC)、与抗压强度(fc)，因此，材料性能等级为8.8级甚至10.8级及以上的高强度钢材作为栓钉无法在钢-混凝土组合梁中得到推广应用。并且，该纵向劈裂继续扩展仅当遇到按《高层民用建筑钢结构技术规程》第7.2.16、7.2.17条要求配置的足够多的横向抗剪钢筋处才得到横向钢筋的有限约束。此处的横向抗剪钢筋与混凝土翼缘板沿纵向剪切方向分布的混凝土翼缘板支座处的负弯矩计算所需钢筋不能相互替代，叠加后将导致混凝土板内的横向布置的钢筋密集到无法布置(在钢-混凝土组合梁完全抗剪连接的设计中尤为显著)，导致钢-混凝土组合梁大多采用部分抗剪连接设计，且这种部分抗剪连接的组合梁的最大跨度也被限制在20m以内。目前，传统的栓钉抗剪连接件的这种无法抑制的劈裂效应加剧了钢-混凝土组合梁之间的界面滑移，这种无有效约束的纵向劈裂及界面滑移一直是组合梁(结构)研究的热点与难点，《钢结构设计规范》11.4章节中虽然给出了组合梁的刚度折减系数，但是公式复杂且不便于应用。纵向劈裂效应降低了钢-混凝土组合梁中的组合作用，减小了正常使用极限状态的有效荷载。钢-混凝土组合梁的实际设计应用中受正常使用极限状态的制约，只能采用部分抗剪连接的设计。正常使用极限状态下，钢-混凝土组合梁传统的圆柱头栓钉抗剪连接件不进行改良，不能更充分发挥钢与混凝土材料各自的优点，制约了钢-混凝土组合梁及其他组合结构或混合结构中的广泛推广应用。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一类能约束混凝土劈裂及劈裂发展的栓钉抗剪连接件，这种栓钉抗剪连接件能有效约束限制栓钉周边3d(d-为栓钉直径)范围内的混凝土劈裂及其劈裂发展，提高栓钉抗剪接件纵向受剪承载力以及正常使用极限状态下的有效荷载。从而解决钢-混凝土组合梁的设计应用现状中的障碍，推动钢-混凝土组合梁及其他组合结构或混合结构的应用。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：约束混凝土劈裂及劈裂发展的栓钉抗剪连接件，包括用于连接钢梁翼缘以及钢筋混凝土翼缘的栓钉，此栓钉外缘固定成型有一圈高强细石砼，所述高强细石砼强度大于浇筑的钢筋混凝土翼缘的砼强度，在其外缘通过环抱高强细石砼的抗拉单元来对高强细石砼及其内部组件施加一次环抱拉力，同时，在所述高强细石砼的抗拉单元外侧还设置有螺旋筋，此螺旋筋同心环绕在高强细石砼外侧并通过浇筑方式成型在钢筋混凝土翼缘中。作为上述技术方案的进一步限定：所述高强细石砼的外径尺寸为栓钉外径尺寸的三倍，优选采用C50～C80高强度细石砼，该细石砼卵石的最大公称粒径为10mm。所述螺旋筋的内径尺寸为栓钉外径尺寸的六倍。所述抗拉单元为环绕在高强细石砼外柱面的高强金属丝或者弹性纤维绳或者高强纤维织物，优选采用300g/m2的碳纤维织物密贴缠绕包裹2～3周或者高强度钢丝采用绕丝法成型在高强细石砼圆柱体上并对其进行有效约束并锚固。另外，为了减少栓钉位置处的混凝土劈裂的可能性，还可以对高强细石砼施加环向预应力，该环向预应力通过一个埋入高强细石砼的锚座实现，该锚座为一个矩形块结构，其上设置有若干成组设置的供预应力钢丝穿过的孔，这些孔用于预应力钢丝的螺旋形张拉与锚固，还用于锚固提供环向预应力的锚固夹片。这种预应力锚具结构对栓钉周边核心范围内的高强度混凝土圆柱体施加环向预应力，杜绝在栓钉周边核心范围内混凝土的劈裂。从而提高连接件的承载能力，大大减小由于劈裂产生的滑移。所述螺旋筋优选采用Φ4螺旋筋，圈数不少于4圈，螺旋筋同心环绕在高强细石砼外侧并通过浇筑方式成型在钢筋混凝土翼缘中。所述栓钉与钢梁翼缘的连接方式包括螺栓栓接和焊接两种。其中，采用焊接方式进行连接时，在栓钉抗剪连接件中的栓钉端部与钢梁翼缘的接触部分设置有焊接根部构造，所述焊接根部构造通过套装在栓钉端部的环形内胎模实现，拆除内胎膜与外模即可在高强细石砼中形成电弧螺柱焊接需要的焊接根部构造。所述焊接根部构造包括套装在栓钉端部并部分预埋在高强细石砼中的环形内胎模，该环形内胎模为塑料模，且在其下部外边缘套装有一个防止焊接钢水外溢的钢质焊接辅助环，此辅助环厚度优选为1mm。考虑到采用有效约束劈裂发展后的栓钉抗剪连接件的纵向抗剪承载力较大增加后，栓钉的剪橇作用效应中撬起力随之有较大增加，在栓钉抗剪连接件浇筑到钢筋混凝土翼缘中前，还应在钢筋混凝土翼缘中对称设置抗掀起钢筋，这些对称设置的抗掀起钢筋以栓钉为中心对称设置，这些抗掀起钢筋结构一致，包括倒U型的钢筋，底边长度为六倍栓钉直径，并在两侧边边缘处设置有水平焊接段用于与钢梁翼缘进行焊接，且对称设置的倒U型钢筋平行间距为2～3倍栓钉直径长度，浇筑成型在钢筋混凝土翼缘中。传统的栓钉抗剪连接件的“剪撬”局压集中作用，导致钢-混凝土组合梁砼翼缘板的纵向劈裂，加剧了界面滑移，其栓钉抗剪连接件受剪承载力受制于翼缘板砼弹性模量EC受砼强度等级fc的限制，限制了高强度螺栓的强度优势发挥，减小了正常使用状态的有效荷载，降低了组合结构梁(结构)中组合作用。而在本专利技术中采用高强度的碳纤维织物有效约束栓钉周边3d(d-为栓钉直径)的核心范围内高强度混凝土圆柱体，栓钉在该范围内的劈裂及劈裂发展受到高强度的碳纤维织物有效约束无法扩展，从而有效提高连接件的承载能力。有益效果：本专利技术采用的栓钉抗剪连接件通过约束限制栓钉周边范围内混凝土劈裂及其劈裂发展，提高栓钉抗剪连接件纵向受剪承载力，提高正常使用极限状态的有效荷载，栓钉的材质可突破4.6级的规范理论限制。当采用8.8级甚至10.8级高强度螺栓时，与钢翼缘的连接可采用承压型高强度螺栓连接技术的理论。既可高效应用到大跨度桥梁结构中，也可广泛应用到钢-混凝土组合桁架、钢管混凝土组合柱、钢骨混凝土柱及各种高层钢-混凝土混合结构中。附图说明图1为本专利技术中采用焊接连接的实施例一的横截面示意图。图2为图1的实施例一的A-A截面示意图。图3为实施例一单排连接件装配后沿钢梁轴线方向的平面布置图。图4为图3的实施例一的B-B截面示意图。图5为实施例一装配抗掀起钢筋的平面布置图。图6为图5的实施例一的C-C截面示意图。图7为本专利技术中采用栓接连接的实施例二两排连接件装配后沿钢梁轴线方向的平面布置图。图8为图7的实施例二的D-D截面示意图。图9为本专利技术中用于施加预应力的锚座的实施例二的高强细石砼部分的剖面俯视图。图10为本专利技术中用于施加预应力的锚座的实施例二的高强细石砼部分的剖面仰视图。图11为图9本文档来自技高网...
【技术保护点】
约束混凝土劈裂及劈裂发展的栓钉抗剪连接件，其特征在于，包括用于连接钢梁翼缘以及钢筋混凝土翼缘的栓钉，所述栓钉通过螺栓栓接和焊接的方式与钢梁翼缘固连，且在所述栓钉外缘固定成型有一圈高强细石砼，所述高强细石砼强度大于浇筑的钢筋混凝土翼缘的砼强度，在其外缘通过环抱高强细石砼的抗拉单元来对高强细石砼及其内部组件施加一次环抱拉力，同时，在所述高强细石砼的抗拉单元外侧还设置有螺旋筋，此螺旋筋同心环绕在高强细石砼外侧并通过浇筑方式成型在钢筋混凝土翼缘中。
【技术特征摘要】
1.约束混凝土劈裂及劈裂发展的栓钉抗剪连接件，其特征在于，包括用于连接钢梁翼缘以及钢筋混凝土翼缘的栓钉，所述栓钉通过螺栓栓接和焊接的方式与钢梁翼缘固连，且在所述栓钉外缘固定成型有一圈高强细石砼，所述高强细石砼强度大于浇筑的钢筋混凝土翼缘的砼强度，在其外缘通过环抱高强细石砼的抗拉单元来对高强细石砼及其内部组件施加一次环抱拉力，同时，在所述高强细石砼的抗拉单元外侧还设置有螺旋筋，此螺旋筋同心环绕在高强细石砼外侧并通过浇筑方式成型在钢筋混凝土翼缘中。2.根据权利要求1所述的栓钉抗剪连接件，其特征在于，所述高强细石砼的外径尺寸为栓钉外径尺寸的三倍，为C50～C80高强度细石砼，且该细石砼卵石的最大公称粒径为10mm。3.根据权利要求1所述的栓钉抗剪连接件，其特征在于，所述螺旋筋的内径尺寸为栓钉外径尺寸的六倍。4.根据权利要求1所述的栓钉抗剪连接件，其特征在于，所述抗拉单元为环绕在高强细石砼外柱面的高强金属丝或者弹性纤维绳或者高强纤维织物。5.根据权利要求4所述的栓钉抗剪连接件，其特征在于，所述高强纤维织物为密贴缠绕包裹在高强细石砼外柱面2～3周的密度为300g/m2的碳纤维织物。6.根据权利要求4所述的栓钉抗剪连接件，其特征在于，所述高强金属丝为采用绕丝法成型并锚固在高强细石砼圆柱体上的高强度钢丝。7.根据权利要求4所述的栓钉...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹华，
申请(专利权)人：曹华，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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