一种装配式波形钢腹板-UHPC组合梁的制作方法

一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁
技术领域
1.本发明涉及建筑工程或桥梁工程技术领域，具体涉及一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁。

背景技术：

2.钢-混凝土组合梁充分利用了混凝土抗压和钢材抗拉的特性，它以其优越的受力性能、施工性能和良好的综合效益，近年来广泛应用于建筑与桥梁结构领域。但也存在几个问题：
3.(1)传统的钢-混凝土组合梁混凝土翼板和钢梁的组合效用大多通过焊接在钢梁上的连接件(焊钉连接件、开孔钢板连接件、型钢连接件等)来实现，这使得组合梁构件在发生损坏后无法(或很难)对其进行更换，缩短了组合梁的使用寿命，并且组合梁在使用寿命结束后，结构的拆除和随后的材料回收也需要大量的切割工作，这是一项劳动密集型工作。在此过程中不仅消耗大量资源，而且产生大量碳排放造成环境污染。
4.(2)传统的钢-混凝土组合梁使用的是普通混凝土板，具有自重大、强度低、耐久性差等缺点，在荷载和环境共同作用下容易失效。此外，普通混凝土在不良环境及交通荷载作用下极易损伤劣化，导致强度和结构安全性降低，增加建筑或桥梁后期的养护维修费用，限制了组合梁的进一步发展。
5.(3)传统钢-混凝土组合梁中的钢梁一般采用平腹板工字钢梁，腹板较高的情况下，钢腹板稳定性差，容易发生屈曲。
6.因此，本领域有必要开发一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁以解决上述问题。

技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题在于针对上述传统钢-混凝土组合梁存在的几个不足之处，提供一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，以实现组合梁中钢梁与混凝土板的可拆卸更换；提高混凝土板的性能，增强钢梁腹板的屈曲稳定性，简化钢-混凝土组合梁的施工工序，提高建造效率。
8.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，包括uhpc板、钢梁和螺栓连接件；所述uhpc板沿其长度方向开设有槽口；
9.所述钢梁包括上翼缘钢板、波形钢腹板以及下翼缘钢板，所述上翼缘钢板、波形钢腹板以及下翼缘钢板通过焊接相连形成波形钢腹板钢梁；
10.所述上翼缘钢板的顶面上设有所述的uhpc板，所述上翼缘钢板沿钢梁中心轴线方向设有连接孔，所述uhpc板上的槽口与所述上翼缘钢板上的连接孔位置相对应，所述槽口的内表面与所述上翼缘钢板的顶面之间形成现浇槽；
11.所述螺栓连接件通过相应的连接孔与所述上翼缘钢板固定相连；
12.所述螺栓连接件包括螺杆和螺母；所述螺杆从上至下依次包括第一螺杆段、第二螺杆段和第三螺杆段；所述第三螺杆段穿过所述连接孔并固定连接有所述的螺母，所述第
二螺杆段置于所述连接孔内，所述第一螺杆段置于所述连接孔上方的现浇槽内，所述现浇槽内填充有浇筑材料。
13.上述一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁采用uhpc板和波形钢腹板钢梁装配施工而成；uhpc板的高延性使其能够与波形钢腹板钢梁协同变形，可延缓组合梁的开裂，而且uhpc板良好的耐久性可降低组合梁的养护维修费用，提高组合梁的使用寿命；波形钢腹板屈曲稳定性好，且无需布置加劲肋，可简化钢梁的施工工序，提高建造效率；组合梁装配安装时，首先将uhpc板置于钢梁上翼缘钢板的顶面上，并将uhpc板上的槽口与上翼缘钢板上的连接孔位置相对应，然后将螺栓连接件通过相应的连接孔与上翼缘钢板进行固定连接，螺栓连接件全部安装完毕后，在现浇槽内浇筑填充材料，从而完成装配波形钢腹板-uhpc组合梁的施工；如需更换组合梁构件，从上翼缘钢板底部将螺栓连接件的螺母拧开即可进行组合梁构件的拆卸和更换。由此，上述一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁可实现组合梁中钢梁与混凝土板的拆卸更换；提高混凝土板的性能；增强钢梁腹板的屈曲稳定性，简化钢梁的施工工序，提高建造效率。
14.进一步的，所述连接孔包括上部倒圆台段和下部圆柱段，所述第二螺杆段包括上部倒圆台段和下部圆柱段；所述第二螺杆段的外表面与所述连接孔的内表面紧密贴合。由此，可增大螺杆与上翼缘钢板之间的抗剪切面积，螺杆与上翼缘钢板连接处的受力更均匀，可提高连接处的抗剪切强度，降低连接处的初始滑移，提高连接处的初始抗剪刚度。
15.更进一步的，所述连接孔的内表面和所述第二螺杆段的外表面均为光滑面。螺杆与上翼缘钢板接触部位的无螺纹设计避免了螺杆上的螺纹嵌入上翼缘钢板内部造成连接处的损坏，并且当组合梁需要进行拆除或更换时，可方便将uhpc板与波形钢腹板钢梁进行快速拆除和更换。
16.进一步的，所述螺栓连接件还包括圆形空心套筒；所述第一螺杆段的外表面与所述圆形空心套筒的内表面之间螺纹连接，所述第一螺杆段的底端与所述圆形空心套筒的底端齐平，所述圆形空心套筒的底端面置于所述上翼缘钢板的顶面上，所述第一螺杆段的顶端置于所述圆形空心套筒的内部空间中。
17.进一步的，所述第一螺杆段从上至下依次包括第一圆柱段、第二圆柱段和第三圆柱段；所述第一圆柱段的外表面为光滑面，所述第二圆柱段的外表面设有螺纹结构；所述圆形空心套筒从上至下依次包括第一套筒段、第二套筒段和第三套筒段，所述第二套筒段的内表面设有螺纹结构；所述第二圆柱段的外表面与所述第二套筒段的内表面通过螺纹结构固定连接；所述第三圆柱段的外表面与所述第三套筒段的内表面紧密贴合，所述第一圆柱段置于所述第一套筒段的内部空间中。圆形空心套筒的第一套筒段内部空间浇筑有填充材料，可增强螺栓连接件的锚固刚度。
18.进一步的，所述圆形空心套筒的外壁顶部设有朝套筒径向向外延伸的凸起。更进一步的，所述凸起为环绕空心套筒设置的圆环形凸台。由此，可提高螺栓连接件的抗拉拔强度。
19.进一步的，所述uhpc板沿其长度方向设有多个所述的槽口，所述上翼缘钢板上的连接孔沿其长度方向间隔设有多组，所述连接孔与相应的槽口位置相对设置。
20.进一步的，所述uhpc板为预制板。
21.进一步的，所述uhpc板为实心板、空心板或华夫板。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.一、本发明的螺栓连接件具有连接紧密、耐疲劳、安装拆卸方便等优点，并且可以避免常规焊钉焊接之后由于工艺问题存在残余应力，实现了组合梁的可拆卸可更换，使得未损坏构件得到重复利用，可节约建材资源。
24.二、螺杆的第二螺杆段与上翼缘钢板上的连接孔构造设计为上部倒圆台形和下部圆柱形，增大了螺杆与上翼缘钢板之间的抗剪切面积，螺杆与上翼缘钢板连接处的受力更均匀，可提高连接处的抗剪切强度、降低连接处的初始滑移、提高连接处的初始抗剪刚度。
25.三、连接孔的内表面和第二螺杆段的外表面均为光滑面，螺杆与上翼缘钢板接触部位的无螺纹设计避免了螺杆上的螺纹嵌入上翼缘钢板内部从而降低连接处的连接作用，当组合梁需要进行拆除或更换时，可方便将uhpc板与波形钢腹板钢梁进行快速拆除和更换，运营期间更换螺栓连接的构件时，可在uhpc板与波形钢腹板钢梁分离后，拧下螺杆部分，仅圆形空心套筒留在桥面板内部，未损伤的螺杆、螺母、钢制垫片等均可重复利用。
26.四、圆形空心套筒第一套筒段的内部空间中浇筑有填充材料，可增强螺栓连接件的锚固刚度；圆形空心套筒的外壁顶部设有朝套筒径向向外延伸的凸起，可提高螺栓连接件的抗拉拔强度。
27.五、uhpc板能够与波形钢腹板钢梁协同变形，可延缓组合梁开裂；uhpc良好的耐久性可降低组合梁的养护费用，可提高组合梁的使用寿命。
28.六、波形钢腹板屈曲稳定性好，且无需布置加劲肋，可简化钢梁的施工工序，提高建造效率。
附图说明
29.图1为本发明一种实施例中一段装配式波形钢腹板-uhpc组合梁的结构示意图；
30.图2为本发明一种实施例中钢梁与uhpc板连接处的结构放大图；
31.图3为本发明一种实施例中槽口处的俯视图；
32.图4为本发明一种实施例中上翼缘钢板的俯视图；
33.图5为本发明一种实施例中螺栓连接件的结构示意图；
34.图6为本发明一种实施例中螺栓连接件与上翼缘钢板连接处的结构示意图；
35.图7为图6中a-a处的剖面图；
36.图8为本发明一种实施例中圆形空心套管的结构示意图；
37.图9为图8中b-b处的结构示意图；
38.图10为本发明一种实施例中螺杆的结构示意图。
39.图中：1、uhpc板；2、槽口；3、上翼缘钢板；4、波形钢腹板；5、下翼缘钢板；6、螺栓连接件；7、连接孔；8、螺杆；81、第一螺杆段；811、第一圆柱段；812、第二圆柱段；813、第三圆柱段；82、第二螺杆段；83、第三螺杆段；9、螺母；10、钢制垫片；11、圆形空心套筒；111、第一套筒段；112、第二套筒段；113、第三套筒段；12、凸起；l、钢梁中心轴线；θ、上部倒圆台段的圆台切线与水平面的夹角。
具体实施方式
40.以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情
况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
41.如图1-图4所示，本发明提供了一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁包括uhpc板1、钢梁和螺栓连接件6。
42.所述uhpc板1为预制板，所述uhpc板1可以在现场支模浇筑制成预制板也可在工厂提前制成预制板。所述uhpc板1的结构形式为实心板、空心板或华夫板。
43.所述uhpc板1沿其长度方向开设有槽口2。所述槽口2为方形槽口，优选地，所述槽口2的边长为15cm～20cm。
44.所述钢梁包括上翼缘钢板3、波形钢腹板4以及下翼缘钢板5，所述上翼缘钢板3、波形钢腹板4以及下翼缘钢板5通过焊接相连形成波形钢腹板梁。
45.所述上翼缘钢板3的顶面上设有所述的uhpc板1，所述上翼缘钢板3沿钢梁中心轴线l方向的左右两侧对称设有连接孔7，所述uhpc板1上的槽口2与所述上翼缘钢板3上的连接孔7位置相对应。
46.所述uhpc板1沿其长度方向设有多个所述的槽口2，所述上翼缘钢板3上的连接孔7沿长度方向间隔设有多组，连接孔7每组的数量为4个。所述槽口2的内表面与所述上翼缘钢板3的顶面之间形成现浇槽。
47.所述螺栓连接件6通过相应的连接孔7与所述上翼缘钢板3固定相连。所述螺栓连接件6包括螺杆8、螺母9和钢制垫片10。所述螺杆8从上至下依次包括第一螺杆段81、第二螺杆段82和第三螺杆段83。所述第三螺杆段83穿过所述连接孔7并固定连接有所述的螺母9，所述螺母9的顶面与所述上翼缘钢板3的底面之间设有所述的钢制垫片10。所述第二螺杆段82置于所述连接孔7内，所述第一螺杆段81置于所述连接孔7上方的现浇槽内，每个现浇槽内安装有4个所述的螺栓连接件6。
48.所述现浇槽内浇筑有填充材料，所述填充材料为高强无收缩浆料。
49.如图5-图10所示，所述连接孔7包括上部倒圆台段和下部圆柱段，所述第二螺杆段82包括上部倒圆台段和下部圆柱段；所述第二螺杆段82的外表面与所述连接孔7的内表面紧密贴合。由此，可增大螺杆与上翼缘钢板之间的抗剪切面积，螺杆与上翼缘钢板连接处的受力更均匀，可提高连接处的抗剪切强度，降低连接处的初始滑移，提高连接处的初始抗剪刚度。
50.所述连接孔7的内表面和所述第二螺杆段82的外表面均为光滑面。螺杆与上翼缘钢板接触部位的无螺纹设计避免了螺杆上的螺纹嵌入上翼缘钢板内部从而降低连接处的连接作用，当组合梁需要进行拆除或更换时，可方便将uhpc板与波形钢腹板钢梁进行快速拆除和更换。
51.所述螺栓连接件6还包括圆形空心套筒10。所述第一螺杆段81的外表面与所述圆形空心套筒10的内表面之间通过螺纹结构相连接，所述第一螺杆段81的底端与所述圆形空心套筒10的底端齐平，所述圆形空心套筒10的底端面置于所述上翼缘钢板3的顶面上，所述第一螺杆段81的顶端置于所述圆形空心套筒10的内部空间中。
52.所述第一螺杆段81从上至下依次包括第一圆柱段811、第二圆柱段812和第三圆柱段813。所述第一圆柱段811的外表面为光滑面，所述第二圆柱段812的外表面设有螺纹结
构，所述第三圆柱段813的外表面为光滑面。
53.所述第一圆柱段811和所述第三螺杆段83的直径可取20mm、24mm或28mm。所述第二螺杆段82的上部倒圆台段的圆台顶面直径比第三螺杆段83的直径大6～10mm为宜。所述上部倒圆台段的圆台外表面切线与水平面的夹角θ为45
°
。所述螺母9可采用m20、m24或m28的六角螺母，所述螺母9的规格型号与第三螺杆段83的直径相匹配。
54.所述圆形空心套筒11从上至下依次包括第一套筒段111、第二套筒段112和第三套筒段113，所述第一套筒段111的内表面为光滑面，所述第二套筒段112的内表面设有螺纹结构，所述第三套筒段113的内表面为光滑面。优选地，所述第一套筒段111的壁厚为2～3mm，所述第二套筒段112的壁厚为3～5mm，所述第三套筒段113的壁厚为2～3mm。
55.所述第二圆柱段812的外表面与所述第二套筒段112的内表面通过螺纹结构固定连接；所述第三圆柱段813的外表面与所述第三套筒段113的内表面紧密贴合，所述第一圆柱段811置于所述第一套筒段111的内部空间中。
56.所述圆形空心套筒11的顶部设有朝套筒径向向外延伸的凸起12。所述凸起12为环绕空心套筒11设置的圆环形凸台。所述凸起12向外延伸的长度为1cm～2cm。由此，可提高螺栓连接件的抗拉拔强度。
57.本发明实施例组合梁的施工工艺步骤如下：
58.s1：将上翼缘钢板3、波形钢腹板4和下翼缘钢板5通过焊接相连形成波形钢腹板梁；
59.s2：制作uhpc板1，并在uhpc板1上预留槽口2；在上翼缘钢板3沿钢梁中心轴线l方向开设连接孔7，将uhpc板1置于上翼缘钢板3的顶面上，并将uhpc板1上的槽口2与上翼缘钢板3上的连接孔7位置相互对齐；
60.s3：将圆形空心套筒11拧入螺杆8的上部；
61.s4：将圆形空心套筒11与螺杆8从uhpc板1的槽口2穿过上翼缘钢板3上的预留孔7，将钢制垫片10紧贴上翼缘钢板3的底壁，螺母9从螺杆8的下部拧入使得uhpc板1与波形钢腹板钢梁连接紧密牢固。
62.s5：在uhpc板1的槽口2内灌入高强无收缩浆料，完成组合梁的装配施工。
63.若组合梁的构件发生损坏需要更换时，从上翼缘钢板3底部拧开螺母9，取下钢制垫片10，将预制uhpc板1与波形钢腹板钢梁分离，实现组合梁的快速拆卸更换。运营期间更换螺栓连接的构件时，可在uhpc板与钢梁分离后，拧下螺杆部分，仅圆形空心套筒留在桥面板内部，未损伤的螺杆、螺母、钢制垫片等均可重复利用。
64.本实施例的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁实现了组合梁构件的可拆卸更换。提高了混凝土板的性能。增强了钢梁腹板的屈曲稳定性，简化了钢-混凝土组合梁的施工工序，提高了建造效率。
65.上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实施例的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求所限定的范围。

技术特征：

1.一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，包括uhpc板(1)、钢梁和螺栓连接件(6)；所述uhpc板(1)沿其长度方向开设有槽口(2)；所述钢梁包括上翼缘钢板(3)、波形钢腹板(4)以及下翼缘钢板(5)，所述上翼缘钢板(3)、波形钢腹板(4)以及下翼缘钢板(5)之间通过焊接相连形成波形钢腹板钢梁；所述上翼缘钢板(3)的顶面上设有所述的uhpc板(1)，所述上翼缘钢板(3)沿钢梁中心轴线(l)方向设有连接孔(7)，所述uhpc板(1)上的槽口(2)与所述上翼缘钢板(3)上的连接孔(7)位置相对应，所述槽口(2)的内表面与所述上翼缘钢板(3)的顶面之间形成现浇槽；所述螺栓连接件(6)通过相应的连接孔(7)与所述上翼缘钢板(3)固定相连；所述螺栓连接件(6)包括螺杆(8)和螺母(9)；所述螺杆(8)从上至下依次包括第一螺杆段(81)、第二螺杆段(82)和第三螺杆段(83)；所述第三螺杆段(83)穿过所述连接孔(7)并固定连接有所述的螺母(9)，所述第二螺杆段(82)置于所述连接孔(7)内，所述第一螺杆段(81)置于所述连接孔(7)上方的现浇槽内，所述现浇槽内填充有浇筑材料。2.根据权利要求1所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述连接孔(7)包括上部倒圆台段和下部圆柱段，所述第二螺杆段(82)包括上部倒圆台段和下部圆柱段；所述第二螺杆段(82)的外表面与所述连接孔(7)的内表面紧密贴合。3.根据权利要求2所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述连接孔(7)的内表面和所述第二螺杆段(82)的外表面均为光滑面。4.根据权利要求1所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述螺栓连接件(6)还包括圆形空心套筒(11)；所述第一螺杆段(81)的外表面与所述圆形空心套筒(11)的内表面之间螺纹连接，所述第一螺杆段(81)的底端与所述圆形空心套筒(11)的底端齐平，所述圆形空心套筒(11)的底端面置于所述上翼缘钢板(3)的顶面上，所述第一螺杆段(81)的顶端置于所述圆形空心套筒(11)的内部空间中。5.根据权利要求4所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述第一螺杆段(81)从上至下依次包括第一圆柱段(811)、第二圆柱段(812)和第三圆柱段(813)；所述第一圆柱段(811)的外表面为光滑面，所述第二圆柱段(812)的外表面设有螺纹结构；所述圆形空心套筒(11)从上至下依次包括第一套筒段(111)、第二套筒段(112)和第三套筒段(113)，所述第二套筒段(112)的内表面设有螺纹结构；所述第二圆柱段(812)的外表面与所述第二套筒段(112)的内表面通过螺纹结构固定连接；所述第三圆柱段(813)的外表面与所述第三套筒段(113)的内表面紧密贴合，所述第一圆柱段(811)置于所述第一套筒段(111)的内部空间中。6.根据权利要求4所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述圆形空心套筒(11)的外壁顶部设有朝套筒径向向外延伸的凸起(12)。7.根据权利要求6所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述凸起(12)为环绕空心套筒(11)设置的圆环形凸台。8.根据权利要求1所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述uhpc板(1)沿其长度方向设有多个所述的槽口(2)，所述上翼缘钢板(3)上的连接孔(7)沿其长度方向间隔设有多组，所述连接孔(7)与相应的槽口(2)位置相对设置。9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述uhpc板(1)为预制板。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的一种装配式波形钢腹板-uhpc组合梁，其特征在于，所述uhpc板(1)为实心板、空心板或华夫板。

技术总结

本发明提供了一种装配式波形钢腹板-UHPC组合梁，其包括UHPC板、钢梁和螺栓连接件；UHPC板沿其长度方向开设有槽口；钢梁包括上翼缘钢板、波形钢腹板以及下翼缘钢板；UHPC板置于上翼缘钢板的顶面上，上翼缘钢板沿钢梁中心轴线方向设有连接孔，UHPC板上的槽口与上翼缘钢板上的连接孔位置相对应，槽口的内表面与上翼缘钢板的顶面之间形成现浇槽；螺栓连接件通过连接孔与上翼缘钢板固定相连；螺栓连接件包括螺杆、螺母、钢制垫片和圆形空心套筒；螺杆的锚固端置于连接孔上方的现浇槽内，现浇槽内填充有浇筑材料。本发明实现了组合梁构件的可拆卸更换；提高了混凝土板的性能；增强了钢梁腹板的屈曲稳定性，简化了钢-混凝土组合梁的施工工序，可提高建造速度。可提高建造速度。可提高建造速度。