一种应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统。

背景技术

钢-混凝土组合梁因能将两种材料的优势结合起来、自重小、强度大、抗震性能强、耐久性高等优点广泛运用于桥梁、高层建筑等领域。近年来，随着国家对建筑工业化的一系列政策要求的发布，装配式钢-混凝土组合结构以其高质量，高效率生产，便捷运输，快速安装等优点在组合结构中脱颖而出。装配式钢-开孔预制板组合梁作为其中的代表，由钢梁、连接件、开孔预制混凝土板以及填孔料组成，因其兼具组合结构和装配式结构的优点，得到了越来越广泛的运用。

剪力连接件是保证钢和混凝土协同工作的关键部件，具有防止界面过大滑移和分离的作用，使弹性模量不同的钢材和混凝土连接成整体。群钉连接件因其受力机理简单、具有良好的延展性和工艺成熟等优点在装配式钢-混凝土组合结构中广泛应用。但因其单个圆柱头焊钉承载力低，单组群钉连接件需要的圆柱头焊钉较多，且因群钉效应的存在，进一步扩大了预制混凝土板中预留孔的尺寸，增加了现场湿作业的工作量。同时，过大的预留孔也给预制混凝土板中钢筋的布置造成了一定的困难。

近些年，开孔钢板剪力连接件(PBL)作为一种刚性连接件具有承载力高、抗疲劳性能好等优点，在高层建筑及桥梁建设中得到推广和应用，尤其在大型桥梁工程中得到广泛的应用。然而，PBL剪力连接件大多需要在梁长范围内全长布置，焊接变形大且贯穿钢筋不易放置，除预留通长的后浇带外，并不适用于装配式钢-混凝土组合梁。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统，以克服群钉剪力连接件和开孔钢板剪力连接件的缺陷。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统，包括钢梁、开孔预制混凝土板、并列异形PBL剪力连接件和填孔料。

所述钢梁上焊接有并列异形PBL剪力连接件，位于钢梁上方的开孔预制混凝土板在并列异形PBL剪力连接件对应的位置开设有预留孔。

所述并列异形PBL剪力连接件安装在预留孔内，并列异形PBL剪力连接件包括若干异形钢板和三根贯穿钢筋。

N个相互平行的所述异形钢板焊接到钢梁的上翼缘，N个异形钢板沿钢梁上翼缘的宽度方向等间距布置，异形钢板的平面法线与钢梁的长度方向垂直，N为大于等于2的自然数。

所述异形钢板开设有圆孔和三个缺口，一个缺口位于异形钢板的上边缘，另两个缺口分别位于异形钢板的两个侧边缘。

一根所述贯穿钢筋依次穿过N个异形钢板上的圆孔，另外两根贯穿钢筋分别搁置在异形钢板两侧边缘的缺口上。

所述预留孔内现浇有填孔料，异形钢板和贯穿钢筋被包覆在填孔料内，填孔料填充到圆孔和缺口的缝隙中形成混凝土榫。

进一步，所述异形钢板的边缘包括直线段a、直线段b、圆弧段c、圆弧段d、直线段e、圆弧段f、直线段g、圆弧段h、直线段i、圆弧段j、直线段k、圆弧段m、圆弧段n和直线段p。

所述直线段a为异形钢板的下边缘且呈水平状，直线段a的两端分别与直线段b的下端以及直线段p的下端连接，直线段b与直线段p均呈竖直状。

所述直线段b的上端与圆弧段c的上端连接，圆弧段c的下端与圆弧段d的下端连接，圆弧段d的上端与直线段e的下端连接，直线段e的上端与圆弧段f的下端连接，圆弧段f的上端与水平的直线段g连接，直线段g与圆弧段h连接，圆弧段h与水平的直线段i连接，直线段i与圆弧段j的上端连接，圆弧段j的下端与直线段k的上端连接，直线段k的下端与圆弧段m的上端连接，圆弧段m的下端与圆弧段n的上端连接，圆弧段n的下端与直线段p的上端连接。

所述异形钢板的竖向平分面记为平面S，异形钢板上边缘的缺口记为缺口Ⅰ，异形钢板两个侧边缘的缺口分别记为缺口Ⅱ和缺口Ⅲ。

所述圆孔的圆心位于平面S上，呈半圆弧的圆弧段h为缺口Ⅰ，平面S穿过圆弧段h的圆心。所述圆弧段c、圆弧段d和直线段e连接形成缺口Ⅱ，直线段k、圆弧段m和圆弧段n连接形成缺口Ⅲ，缺口Ⅱ和缺口Ⅲ关于平面S对称。

所述直线段b和直线段p关于平面S对称，圆弧段f和圆弧段j关于平面S对称，直线段g和直线段i关于平面S对称。

进一步，所述异形钢板的厚度为t，6mm≤t≤16mm，相邻异形钢板的间距记为x，最外侧的异形钢板到钢梁上翼缘边缘的距离记为y，x≥3t，y≥3t。

进一步，所述贯穿钢筋直径记为q，8mm≤q≤20mm，贯穿钢筋端部伸出最外侧异形钢板的长度为u，u≥0.5x，长度u满足混凝土保护层厚度的要求。

进一步，所述异形钢板采用激光或等离子切割下料。

进一步，所述预留孔呈楔形或碗形，预留孔孔壁到并列异形PBL剪力连接件的最小距离满足最小保护层厚度要求。

进一步，所述填孔料为普通混凝土、高强砂浆或超高性能混凝土。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统，可以将PBL类型剪力连接件应用于装配式组合结构中，且能避免传统PBL剪力间接件通长焊缝带来的一系列问题；

2.本发明的应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统，可额外考虑异形钢板侧边端承力及多个凹槽对抗剪承载力的贡献，增大了连接件与混凝土的接触面积，减少了应力集中，改善了其工作性能；

3.本发明的应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统，可大幅度改善应用传统群钉连接件造成的预留孔大、布筋困难等问题；

4.在加工本发明的异形钢板时，可以充分利用原材料进行切割下料，最大限度地节省材料。

附图说明

图1为本发明系统的剖切三维图；

图2为开孔预制混凝土板透视图；

图3为并列异形PBL剪力连接件三维图；

图4为异形钢板三维图；

图5为异形钢板平面图；

图6为异形钢板尺寸图；

图7为异形钢板的下料示意图。

图中：钢梁1、开孔预制混凝土板2、预留孔201、并列异形PBL剪力连接件3、异形钢板301、贯穿钢筋302、填孔料4、圆孔401和缺口402。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开了一种应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统，包括钢梁1、开孔预制混凝土板2、并列异形PBL剪力连接件3和填孔料4。所述钢梁1采用的材料为Q460级钢，开孔预制混凝土板2采用的材料为C40商品混凝土。

参见图1，所述钢梁1上焊接有并列异形PBL剪力连接件3，参见图2，位于钢梁1上方的开孔预制混凝土板2在并列异形PBL剪力连接件3对应的位置开设有预留孔201。

所述并列异形PBL剪力连接件3安装在预留孔201内，并列异形PBL剪力连接件3包括多个异形钢板301和三根贯穿钢筋302。所述异形钢板301采用的材料为Q235级钢，贯穿钢筋302所采用的材料为HRB400带肋钢筋。

参见图3，N个相互平行的所述异形钢板301焊接到钢梁1的上翼缘，N个异形钢板301沿钢梁1上翼缘的宽度方向等间距布置，异形钢板301的平面法线与钢梁1的长度方向垂直，N为大于等于2的自然数，在本实施例中，N取3。

参见图4，所述异形钢板301开设有圆孔401和三个缺口402，一个缺口402位于异形钢板301的上边缘，另两个缺口402分别位于异形钢板301的两个侧边缘。N个所述异形钢板301上的圆孔401和缺口402相互对齐。

参见图5，所述异形钢板301的边缘包括直线段a、直线段b、圆弧段c、圆弧段d、直线段e、圆弧段f、直线段g、圆弧段h、直线段i、圆弧段j、直线段k、圆弧段m、圆弧段n和直线段p。

所述直线段a为异形钢板301的下边缘且呈水平状，直线段a的两端分别与直线段b的下端以及直线段p的下端连接，直线段b与直线段p均呈竖直状。

所述直线段b的上端与圆弧段c的上端连接，圆弧段c的下端与圆弧段d的下端连接，圆弧段d的上端与直线段e的下端连接，直线段e的上端与圆弧段f的下端连接，圆弧段f的上端与水平的直线段g连接，直线段g与圆弧段h连接，圆弧段h与水平的直线段i连接，直线段i与圆弧段j的上端连接，圆弧段j的下端与直线段k的上端连接，直线段k的下端与圆弧段m的上端连接，圆弧段m的下端与圆弧段n的上端连接，圆弧段n的下端与直线段p的上端连接。

所述异形钢板301的竖向平分面记为平面S，异形钢板301上边缘的缺口402记为缺口Ⅰ，异形钢板301两个侧边缘的缺口402分别记为缺口Ⅱ和缺口Ⅲ。

所述圆孔401的圆心位于平面S上，呈半圆弧的圆弧段h为缺口Ⅰ，平面S穿过圆弧段h的圆心。所述圆弧段c、圆弧段d和直线段e连接形成缺口Ⅱ，直线段k、圆弧段m和圆弧段n连接形成缺口Ⅲ，缺口Ⅱ和缺口Ⅲ关于平面S对称。

所述直线段b和直线段p关于平面S对称，圆弧段f和圆弧段j关于平面S对称，直线段g和直线段i关于平面S对称。

一根所述贯穿钢筋302依次穿过N个异形钢板301上的圆孔401，另外两根贯穿钢筋302分别搁置在异形钢板301两侧边缘的缺口402上。

所述异形钢板301的厚度为t，6mm≤t≤16mm，相邻异形钢板301的间距记为x，最外侧的异形钢板301到钢梁1上翼缘边缘的距离记为y，x≥3t，y≥3t。所述异形钢板301的板宽不小于100mm且不宜大于150mm,板高应时其能够满足混凝土保护层厚度要求。所述圆孔401孔径不小于贯穿钢筋302直径的2倍且不大于60mm，圆孔401中心到钢梁1上翼缘上表面的距离为D，在本实施例中，D取25mm。

所述贯穿钢筋302直径记为q，8mm≤q≤20mm，贯穿钢筋302端部伸出最外侧异形钢板301的长度为u，u≥0.5x，长度u满足混凝土保护层厚度的要求。

参见图1，所述预留孔201内现浇有填孔料4，异形钢板301和贯穿钢筋302被包覆在填孔料4内，填孔料4填充到圆孔401和缺口402的缝隙中形成混凝土榫，混凝土榫及贯穿钢筋302共同抵抗剪力和拉拔力。所述填孔料4采用的材料为普通混凝土、高强砂浆或超高性能混凝土，本实施例选用超高性能混凝土，其实测标准立方体试块的抗压强度为120MPa。所述预留孔201呈楔形或碗形，预留孔201孔壁到并列异形PBL剪力连接件3的最小距离满足最小保护层厚度要求。

参见图6，为本实施例所述异形钢板301的尺寸示意图，图中的长度单位为mm，异形钢板301采用激光或等离子切割下料，下料示意图如图7所示，图中的长度单位为mm，从图7可以看出，将矩形原材料切割成多个异形钢板301时，可以将原材料全部用上，做到零浪费，节省了制造成本。

本实施例所述应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统的装配顺序为：所述异形钢板301与钢梁1的焊接，搁置贯穿钢302于异形钢板301的缺口Ⅱ、缺口Ⅲ上以及圆孔401内，根据开孔预制混凝土2上的预留孔201和安装好的并列异形剪力连接件3，进行开孔预制混凝土板2的定位安装；于开孔预制混凝土板2中的预留孔201内，现场浇筑填孔料4，完成本发明一种应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统的装配。

实施例2：

本实施例公开了一种应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统，包括钢梁1、开孔预制混凝土板2、并列异形PBL剪力连接件3和填孔料4。

参见图1，所述钢梁1上焊接有并列异形PBL剪力连接件3，参见图2，位于钢梁1上方的开孔预制混凝土板2在并列异形PBL剪力连接件3对应的位置开设有预留孔201。

所述并列异形PBL剪力连接件3安装在预留孔201内，并列异形PBL剪力连接件3包括多个异形钢板301和三根贯穿钢筋302。

参见图3，N个相互平行的所述异形钢板301焊接到钢梁1的上翼缘，N个异形钢板301沿钢梁1上翼缘的宽度方向等间距布置，异形钢板301的平面法线与钢梁1的长度方向垂直，N为大于等于2的自然数。

参见图4，所述异形钢板301开设有圆孔401和三个缺口402，一个缺口402位于异形钢板301的上边缘，另两个缺口402分别位于异形钢板301的两个侧边缘。

一根所述贯穿钢筋302依次穿过N个异形钢板301上的圆孔401，另外两根贯穿钢筋302分别搁置在异形钢板301两侧边缘的缺口402上。

参见图1，所述预留孔201内现浇有填孔料4，异形钢板301和贯穿钢筋302被包覆在填孔料4内，填孔料4填充到圆孔401和缺口402的缝隙中形成混凝土榫。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图5，所述异形钢板301的边缘包括直线段a、直线段b、圆弧段c、圆弧段d、直线段e、圆弧段f、直线段g、圆弧段h、直线段i、圆弧段j、直线段k、圆弧段m、圆弧段n和直线段p。

所述直线段a为异形钢板301的下边缘且呈水平状，直线段a的两端分别与直线段b的下端以及直线段p的下端连接，直线段b与直线段p均呈竖直状。

所述直线段b的上端与圆弧段c的上端连接，圆弧段c的下端与圆弧段d的下端连接，圆弧段d的上端与直线段e的下端连接，直线段e的上端与圆弧段f的下端连接，圆弧段f的上端与水平的直线段g连接，直线段g与圆弧段h连接，圆弧段h与水平的直线段i连接，直线段i与圆弧段j的上端连接，圆弧段j的下端与直线段k的上端连接，直线段k的下端与圆弧段m的上端连接，圆弧段m的下端与圆弧段n的上端连接，圆弧段n的下端与直线段p的上端连接。

所述异形钢板301的竖向平分面记为平面S，异形钢板301上边缘的缺口402记为缺口Ⅰ，异形钢板301两个侧边缘的缺口402分别记为缺口Ⅱ和缺口Ⅲ。

所述圆孔401的圆心位于平面S上，呈半圆弧的圆弧段h为缺口Ⅰ，平面S穿过圆弧段h的圆心。所述圆弧段c、圆弧段d和直线段e连接形成缺口Ⅱ，直线段k、圆弧段m和圆弧段n连接形成缺口Ⅲ，缺口Ⅱ和缺口Ⅲ关于平面S对称。

所述直线段b和直线段p关于平面S对称，圆弧段f和圆弧段j关于平面S对称，直线段g和直线段i关于平面S对称。

实施例4：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述异形钢板301的厚度为t，6mm≤t≤16mm，相邻异形钢板301的间距记为x，最外侧的异形钢板301到钢梁上翼缘1边缘的距离记为y，x≥3t，y≥3t。

实施例5：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述贯穿钢筋302直径记为q，8mm≤q≤20mm，贯穿钢筋302端部伸出最外侧异形钢板301的长度为u，u≥0.5x，长度u满足混凝土保护层厚度的要求。

实施例6：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述异形钢板301采用激光或等离子切割下料。

实施例7：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述预留孔201呈楔形或碗形，预留孔201孔壁到并列异形PBL剪力连接件3的最小距离满足最小保护层厚度要求。

实施例8：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述填孔料4为普通混凝土、高强砂浆或超高性能混凝土。所述应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统的装配顺序为：异形钢板301与钢梁1的焊接；搁置贯穿钢筋302于所述异形钢板301的缺口Ⅱ、缺口Ⅲ上以及圆孔401内；根据开孔预制混凝土板2上的预留孔201和安装好的并列异形PBL剪力连接件3，进行开孔预制混凝土板2的定位安装；于开孔预制混凝土板2中的预留孔201内，现场浇筑填孔料4，完成本发明一种应用于装配式钢-开孔预制混凝土板组合梁中的并列异形PBL剪力连接系统的装配。