开孔板连接件在钢_混凝土结合部中的应用

内的重庆石 板坡大桥就采用 了这种设计思 路
,
其结合部 的设 计与以往 的形式大致相 同 采取
,
,
。
的方法是 在钢梁格室 中填充混凝土 通过各格室的连 接件将钢梁段 的作用 力传递给混 凝土 梁
段
。
只是 各格 室 钢板上 沿纵 向采用 开孔板连 接件 取 代以 往 较常用的焊钉或 型 钢连 接件
、
焊
钉在格室腹板 顶底板的焊接难度相对较大 数量又 多 而 开孔钢板仅仅是板件的焊接 抗剪刚
,
,
度 强 度 比较大 又 不 易受疲劳的影 响
,
、
。
图 示 出 了主跨达
的重庆石 板坡 大桥钢 一 混凝
土 结合部
。
图
重庆石 板坡长 江 大桥钢 一 混凝土 结合部 尺 寸单位
,
广东佛 山平胜 大桥是第一 座采用混 合梁 的悬 索桥 即加劲梁设 计采用混合梁 主跨采用 钢
, , ,
接件 以混 凝 土 板纵 向劈裂 为 主 普 通 混 凝 土 中开 孔板连 接 件 的极 限 承 载 力 要 高 于 焊钉 连
开 孔板连 接 件在钢 一 混凝土 结合部中的应用
在 混合梁中的应用
混合梁是钢梁与
一 起 而 形成的结 构
。
或
,
梁在梁体纵 向通 过连接件 承压 板 预应力 筋或锚杆 等结合在
一
开 孔 板 连 接件
前言
开孔板连接件是 指在钢板适 当位置 开 圆孔 将混凝土 灌人 圆孔 中形成混 凝土 桦 依靠圆孔
,
,
中混 凝土 承担钢 与混凝 土 间作用 力的新型 连接件
,
,
。
开孔板连接件孔 中混 凝 土 具有很大 的销
,
。 。
栓作用 其最终破坏是孔 中混 凝土 的剪切或压 缩破 坏 不 受疲劳的影响 开孔钢板连接件最初 应用 在组 合梁 中 作为钢梁 与混凝 土 桥面板 的连接件
摘
要 开 孔 板 连 接件 是 指 在钢 板 适 当 位 置 开 圆 孔 将 混 凝 土 灌 入 圆 孔 中 形 成 混 找 土 择 依 靠
。
圆 孔 中混 凝 土承 担钢 与 混 疑 土 间 作 用 力 的 新 里 连 接 件
在 钢 一 混叛 土 结 合 部 中 采 用 开 孔 板 连 接
件 将钢 截 面 上 的 巨 大 轴 力 及 弯 矩 荷 载 分 配 到 混 找 土 中 使 钢 结 构 应 力 得 到 浪 好 分 散 较 好 地 改 善
丸
比较
。
等人 于
。
年提 出将设 置 圆孔 的钢板沿 个 协
,
着作用 力 方 向 埋 设 在 混 凝 土 中 作 为 连 接 件 使 用
,
他以
的焊钉 和
,
孔
孔距 为
的开 孔板连 接件 的 推 出试 验结 果 为依据 对它 们静力性 能 进行 了 试验
,
通 过 比较可 以 发现 在达 到极 限荷载之 前 开 孔 板 连 接件提供 的 刚性 略 高 当滑 移量 达
,
、 。
、
、
通 过 对钢材 和混凝土 两 种材料合理 利用 混 合梁的受力性 能 跨越 能力
、
。
经 济性能等方面得到很 大改善 在桥梁建设 中得 到越来越 多的重视
目前 已 应用 于 斜拉桥 梁
,
式桥 自锚式悬 索桥等多种桥梁结构 中
,
、
湖北 鄂 东长江 大桥首次将 开孔板连 接件应 用 于 混 合梁斜拉桥 的钢一混 凝 土 结 合段 上 避
,
,
疲劳强度也 高 即使孔 内支撑混 凝土 局 部受损时 混凝 土 板 的应 力轨迹线 的荷载也 偏心 不 大
, ,
,
而且 开 孔板连接件无 初 始弯曲效应 所 以 可 以 肯定开孔板连接件 比焊钉连接件疲劳性能要好
,
。
等人还 对开 孔板连接件疲劳性能进行 了研 究 在
循环 后 开 孔板连接件实测滑移量仅为
, ,
,
,
加 了边 跨 主梁 的重 量 和 刚度 减少 主缆 内力和变形 以 及 边跨端支点 的负反 力 从 而 增 加悬 索桥
,
的跨越能力 有效地 发挥 了钢 和 混 凝 土 材 料 的特性
,
。
在混 合索塔中的应用
国外采用 钢 索塔 的悬 索桥 和斜拉桥较多 国 内仅有香 港 汀九桥 南京长江第三 大桥 两 座斜
柱
。
,
开孔板连接件将上 塔柱传递下来 的荷载分配 到下塔柱 提高了结合段 传力结构的强度 刚
,
。
、
度和延性
在混合拱肋中的应用 在 已建成的钢箱拱桥中 钢拱肋端部多是直接与钢筋混凝 土 基 础承台相连接 的 而对于钢 箱拱肋与混凝土 拱肋 的连接 这种结构多采用埋入 式的连接方式 在钢拱肋与混凝土 拱肋 间设
,
到
后 开孔板连接件仍能提供
,
,
的极限荷载 而 焊钉连接件在滑 移量达 到
,
后
,
荷载 即开 始 下 降 个别焊钉被剪掉 如 图
,
所示
。
开孔板连接件的疲劳性能如何也是学者所关心 的 由于 开孔板连接件钢板可 以用通 常焊
。
接方法通过焊脚尺 寸很小的连续角焊缝焊接到钢梁翼缘上 这就 比焊钉连接件局部焊接可靠
了结 合 部 的 力 学 性 能
、
。
对 开 孔 板 连 接件 与 焊钉 连 接 件 力 学 性 能 进 沂 了 比 较 并 介 绍 了 开 孔 板 连 接
,
件在 混合 梁 混合 索 塔 及 混合 拱 肋 钢 混 叛 土 结 合 部 中 的 应 用 实 例
一
。
关健 词 混 合 结 构
钢 混 疑 土结 合 部
,
,
好 的延 性 其抗剪 承载力 比焊钉大 并且 破坏 时卸 载较慢 开 孔板连接 件破 坏时更 有利 于 荷载 的重 分布川 西 南交通 大学宗周 红 等也 进行 了 只 焊钉连接件和 只开 孔板连接件 的
。
,
,
。
推 出试 验困 接件
。
。
结果表明 焊 钉连 接 件破坏 以 焊钉 受弯剪破坏 和 焊缝 被 剪 断为 主 开 孔 板 连
,
一 般来说 由于 塔柱 的截面 尺 寸通 常小
, ,
于 基 础承 台的尺 寸 因此 对 于钢塔 柱 与混 凝土 塔柱 之 间的连接 在设 计 和 施 工 上 往往 比钢塔
,
柱 直接连接到基 础 承 台上 难度更大 如 图 所示 南京长江 第三 大桥在钢与混 凝 土 混 合塔柱
。
,
中将开孔板作为主要 连接件使用 将主塔单肢钢塔柱轴 向力通 过 钢与混 凝 土 结合段 传人 下 塔
, , ,
在钢格 室 腹板 上 采
,
,
用 开 孔 板连接件代替数量 较多的焊钉 连接件 这样可 使孔 洞 中的混凝 土 处 于 三 向受力状态 提
高了剪力连接件 的强 度 且 比焊钉连接件具 有更优 的抗 滑 移性 能 施 工 性 好 湖北 鄂东 长 江 大
桥钢一 混 凝 土 结 合部如 图
所示
。
图
,
集 中力 在混 凝 土 拱 肋 中就较难扩散
, , ,
,
置 钢与混凝 土 过 渡段 并使用连接件将钢拱肋上 的作用 力均匀地 传递给混凝 土 结构 逐 步改善
, ,
整体结构受力状态
,wenku.baidu.com
。
由于 承 台或拱座
截面尺寸通 常要 大于 混 凝 土 拱肋截 面
尺 寸 钢 拱肋 上 的集 中力在承台或 拱
座 中较 容易扩散 因而 对 于 钢拱肋与
,
混 凝 土 拱 肋 之 间 的连 接 钢拱肋上 的
,
近 几 年开 始在钢 混 凝 土 结合部设 计
,
、
一
采用 开孔板连接件 作为将钢截面 上 的巨 大轴力及 弯矩荷载分配 到混 凝土 中的主要 受力构件
从而 达到受力明确 合理设计 的 目的田
, , ,
。
另外 钢 混凝 土 结合部 自身内部设 置 许多加劲板 横
,
,
、
一
隔板 结构构造 复杂 以 往的设 计方法需要 焊接许多焊钉连接件 剪力钉 造成焊接空 间狭小 钢筋布置 困难
开 孔 板连 接 件的破 坏模 式
关于 开 孔板连接件在混凝 土 中受到 剪力 作用 时 的破坏模式 一 般认 为大 致会 出现 以 下
,
种情 况
基金项 目 西部交通 建设科技项 目
。 。
两孔之间的钢板发生剪切破坏
圆子 中的混凝土 发生割裂破坏
圆孔 中的混凝土 发生剪切破坏 圆孔中的混凝土 发生压 缩破坏 无贯通 钢筋开孔板连 接件 圆孔 中混 凝 土 剪切破坏 示 意图如 图 时 圆孔中的混凝 土容易发生剪切破坏
开孔 板 连 接 件 在 钢 混 凝 土 结 合 部 中 的 应 用
一
公田 与 舜
一
翻 自解 迪殆岑侣
之
粉协
叶声 黔 州万 磷 葬 吧
硕 月户 撇 件 。枷 心 袋 任峨 娜 份 称口 龟 纵
召 峪 芳包绝 钾 命 鑫
蹲聆
别找 介 尹 不 丢
徐 国平
刘 高 吴 文明
—
一一
—
一一
一一 一 一
中 交 公 路 规 划 设 计 院有 限 公 司
,
,
。
极限荷载下 经 过
,
,
万次
,
而 焊钉连接件的滑移则明显 要高得多 达 到
如图
所示
。
山 碑 化 山 让 梢
荷载一 滑移曲线
疲劳 曲线
,
和
将开孔板连接与焊钉连接件性 能进行 了 比较 发 现 开 孔板连 接 件 在
,
荷载作用下 初始刚度 比焊钉要 大 在接 近 极限荷 载时 开 孔板连接件滑 移 发 展 较 快 具 有较
,
鄂东长江 大桥钢一 馄凝土结合部 尺寸单位
,
在某些 特定情况下 为了增大梁式桥 的跨越能力 在跨 中采用钢主梁而其余部分采用混凝
土 主梁
。
该思 路解决了单纯采用钢 主梁导致 的钢箱梁底板和 腹板厚度过大 的问题 也 解 决 了
, ,
、
。
单纯采用混凝 土 主梁导致的 自重过 大引起的跨径瓶颈问题 日本 的新川桥阁 堪坪桥川 以及 国
,
,
所示
。
当设 置贯 通 钢 筋
,
时 圆孔 中的混 凝 土 处在 三 维 约束状态 不 论 开 孔 板 薄厚 混 凝土 不 会发 生 割裂破坏 或剪 切 破
,
坏 最终是 混 凝土 压 坏 钢筋屈 服
, ,
、
。
另外 当贯通 钢筋直径越大时抗剪承 载力也增大 但是钢 筋
,
,
直径过 大 与圆孔 之 间的缝 隙过小 时 孔中的混 凝 土 在 荷载初期 阶段 被挤碎 抗 剪刚度反而 有
免 了在钢格 室 内大量焊接焊钉连接件 使该种方式 的结合在工 艺上 避 免 了 繁琐 的工 序 简化 了
,
构造 且 具有 更强 的可 操 作性 与可 靠性
、
,
。
在钢箱梁端部设 置 了填充 混 凝 土 的钢格 室 结构 并通
、 。
,
过 承压 板 开 孔板连 接 件及 钢板 与混 凝 土 的摩擦力传递 轴力 剪力 和 弯矩
,
、
开孔板 自身的破坏是不希望发
生 的 通 常限制圆孔间距 的大小来加以 防止
作用力
,
。
作用力
三 维压缩应力 区域
混凝土 压坏 贯通钢筋
切破坏
发生剪切破坏
贯通钢筋约束混凝土 发生剪切破坏 最终混凝土压 坏 钢筋屈服
、
图
开孔板连接件破坏模式 有贯通钢筋
无 贯通钢筋
有贯通 钢筋开孔板连接件 圆孔中混凝 土 压 缩破坏 示 意 图如 图
,
所降低
。
开 孔板 连 接件与焊 钉连 接 件力学性能 比较
从
,
、
世纪
、
年代至 今 许多 中外学者对 以焊钉为代表 的传统剪力连接件进 行 了大量 的
,
。
研 究 取得 了大量 卓有成效 的成 果
、
除焊钉连接件之外 工 程界也 一 直在致力研究开 发传力有
,
。
效 造价低廉 施 工 方便 的新 型 剪 力键
,
、
拉桥采用钢索塔
。
在 全钢 的索塔中 塔 柱的底节是 直 接 与钢 筋 混 凝土 基 础 的承 台相连 接
, ,
。
。
在
世界上 已 建成 的钢 索塔 中 大多数 为全 钢 的索塔
对 于 像南 京 长江 第 三 大 桥这 样 的钢 与混 凝
图
,
广东佛 山平胜大桥钢一 混凝 土 结合部 尺寸单位
。
土 混合结构 的索塔 首节钢塔 柱 与混 凝 土 塔柱相连接
用
。
。
开孔板连 接件可 以避 免这样 问题 同时可 以起到对拱肋顶 底板 腹板的加 劲作
, , ,
在钢 混 凝土 结合部采用 开 孔板连 接件 将较大幅度改善结合部 的力学性 能 将钢 截面 上
,
。
一
的 巨 大轴力及 弯矩 荷载分配 到 混 凝 土 中 使钢截 面 应力得 到很 好 分散 从 钢结构 的高应力状态 顺 利过 渡到混凝 土 的低应 力状 态
,
梁 边 跨 锚 跨 采用混凝土 梁
, , ,
。
在 钢与混 凝土 过 渡段 箱梁 的顶底板 和腹 板带肋条 都伸入 混 凝
,
上 梁 在肋条上 开 孔 穿钢筋形 成开 孔板连 接件 通 过 开 孔 板连 接件与混 凝土 梁相 连 如 图
,
,
所
示
。
混 合梁 的突 出优点是 能充分适应 桥位地 形 减小边 跨跨 度 有效节 省 投 资 突 出特 点是增
,
,
。
。
所示
,
。
当开 孔板较厚
。
当开孔板较薄 时 圆孔中的混凝土 受以 的作用力就 比
,
。
较集 中 容易使混 凝土 发 生 割裂破坏 至 于 钢板多薄时会发生 割裂破坏 详细的研 究还 比较
少 特别是在不 设 置 贯通 钢筋时一 定要 确保开孔板 的厚度
,
两 孔 之 间的钢板 发生 剪切破坏的
。
可能性较小 大都是在 圆孔 间距 较小 开孔板较薄时才会发生