一种可更换的集束式剪力连接件装置及其施工方法与流程

本发明属于桥梁工程，尤其是涉及一种可更换的集束式剪力连接件装置及其施工方法。

背景技术：

1、近年来，钢-混凝土组合结构在我国得到了广泛应用，尤其是在土木工程的桥梁中应用尤为广泛。此种组合结构能够充分发挥钢和混凝土的物理和受力性能，自重轻、施工快、抗震性能较好。剪力连接件为钢-混凝土组合结构的关键部位，混凝土板与钢梁间主要通过剪力连接件抵抗界面的滑移及掀起，使二者协同受力。

2、目前，工程中大量应用带头栓钉为剪力连接件，施工现场采用焊接方式将栓钉与钢梁连接，然后在其上浇筑混凝土。按栓钉布置方式分类，栓钉布置方式可分为均匀布置与集束式布置两类，其中栓钉等间距布置为均匀布置，栓钉分段均匀布置为集束式布置，在结构构造、设计施工方面，集束式栓钉布置有以下特点：①采用栓钉集束式布置时，仅需将桥面板在栓钉集束位置开孔即可，桥面板整体性较强；②栓钉集束式布置可以使得横向预应力得以通长布置；③栓钉集束式布置时，桥面板可采用预制桥面板，简化了桥面板施工工序，减少混凝土现浇工作量，可以有效提高施工速度与施工质量，降低工程造价。因此，此种集束式栓钉布置方式在工程中也不断得到广泛应用。

3、然而，采用集束式栓钉布置方式时，栓钉之间间距较小，且施工现场情况较为复杂，实际焊接过程可能存在各类焊接缺陷，造成栓钉承载力降低，影响到组合结构的整体受力性能。而且，由于栓钉连接件密集布置，栓钉焊接后也影响到后续其他施工工序的质量。

4、在钢-混凝土组合结构使用过程中，受多种因素影响，例如车辆荷载作用下栓钉易发生疲劳破坏，在沿海地区氯盐侵蚀作用下栓钉锈蚀导致结构承载能力降低等，组合结构表现出不同程度的病害问题，需要对其进行维修、加固或更换。采用栓钉连接的钢-混凝土组合结构，在混凝土桥面板拆除时，如果栓钉受腐蚀情况较为严重，需要切割栓钉，然后重新焊接栓钉，组合结构拆除重建工作流程较为复杂。

技术实现思路

1、鉴于上述背景技术中问题的存在，为了改善钢-混凝土组合结构中栓钉剪力连接件的施工质量及提升混凝土桥面板破坏后的更换修复经济效益，本发明提出一种可更换的集束式剪力连接件装置及其施工方法。

2、本发明采用预制装配的施工方法，安装栓钉剪力连接件，减少现场施工工作量，提升施工质量，改善钢-混凝土组合结构受力性能，同时此种预制装配的施工方法也减少了后期桥面板更换过程的工作量，提升更换修复的经济效益。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

4、本发明提供一种可更换的集束式剪力连接件装置，包括钢梁、钢板、栓钉、高强螺栓及螺帽；所述钢板设置在钢梁上，所述钢板与钢梁之间通过高强螺栓及螺帽连接，所述栓钉焊接在钢板上。

5、在本发明的一个实施方式中，所述栓钉设置多个，形成集束式剪力连接件。

6、在本发明的一个实施方式中，所述栓钉在钢板上间隔均匀排布。

7、在本发明的一个实施方式中，所述高强螺栓连接在钢板的两侧，所述栓钉位于两侧的高强螺栓之间。

8、在本发明的一个实施方式中，所述钢梁在剪力连接件设计区域设置有钢梁螺栓孔，所述钢板上设置有钢板螺栓孔，钢板螺栓孔与钢梁螺栓孔一一对应，高强螺栓穿过钢梁螺栓孔以及钢板螺栓孔后被螺帽紧固。

9、在本发明的一个实施方式中，所述高强螺栓包括高强螺栓螺杆及高强螺栓螺帽，所述高强螺栓螺杆穿过钢梁螺栓孔与钢板螺栓孔，高强螺栓螺杆一端设置有高强螺栓螺帽，另一端被螺帽紧固。

10、在本发明的一个实施方式中，所述高强螺栓螺帽位于钢梁下方，与钢梁间设置钢垫板，所述螺帽位于钢板上方，在螺帽与钢板之间设置有钢垫板。

11、本发明中，钢板上方依次设置钢垫板和螺帽，钢垫板和螺帽穿过高强螺栓螺杆，通过紧固钢板上方的螺帽使得钢板与钢梁稳固连接，也即保证了栓钉剪力连接件与钢梁间稳固连接。

12、本发明还提供可更换的集束式剪力连接件装置的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

13、步骤s1、工厂生产钢梁，然后在设计位置开凿钢梁螺栓孔，按照实际施工流程架设钢梁；

14、步骤s2、工厂内将钢板开凿钢板螺栓孔，然后在其上焊接栓钉，运输至施工现场后安装钢板与栓钉的组合构件，钢板螺栓孔与钢梁螺栓孔一一对齐；

15、步骤s3、从高强螺栓螺杆端放置一个钢垫板，然后从钢梁下方旋拧高强螺栓，高强螺栓螺杆穿过钢梁螺栓孔与钢板螺栓孔；

16、步骤s4、从高强螺栓螺杆上端依次安装钢垫板与螺帽，紧固螺帽使钢板与钢梁连接稳固。

17、在本发明的一个实施方式中，所述施工方法还包括以下步骤：

18、步骤s5、将预制桥面板放置在钢梁上方，且位于钢板的两侧，在两个预制桥面板之间浇筑混凝土，形成现浇桥面板，所述现浇桥面板将钢板上的栓钉浇筑在内。

19、在本发明的一个实施方式中，步骤s5中，所述高强螺栓同样被浇筑在现浇桥面板内，此时，高强螺栓螺杆长度除去与钢梁螺栓孔、钢板螺栓孔、螺帽及钢垫板连接部分外，还包括一自由长度段，该高强螺栓除起连接作用外，也兼作剪力连接件。

20、在本发明的一个实施方式中，步骤s5中，所述高强螺栓不被浇筑在现浇桥面板内。

21、即，本发明中，所述高强螺栓可根据设计需求埋设在现浇桥面板内部或外部，当其埋设在现浇桥面板内部时，高强螺栓螺杆长度除去与钢梁螺栓孔、钢板螺栓孔、螺帽及钢垫板连接部分外，还包括一自由长度段，该高强螺栓除起连接作用外，也可兼作剪力连接件。

22、在本发明的一个实施方式中，所述施工方法还包括步骤s6：当桥面板在运营过程中发生损坏时，采用可更换的集束式剪力连接件装置更换桥面板的施工步骤，具体包括以下步骤：

23、步骤s61、切割剪力连接件区域现浇桥面板，使其与其他部位预制桥面板相互分离；

24、步骤s62、旋拧高强螺栓螺帽至高强螺栓螺杆完全旋出，解除钢板与栓钉组合构件与钢梁之间的连接；

25、步骤s63、移除现浇桥面板与其下的钢板、栓钉组合构件，然后重新安装新的剪力连接件装置，连接区域浇筑混凝土，形成新的现浇桥面板。

26、与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：

27、(1)采用装配式剪力连接件，将栓钉与钢板焊接放在工厂进行，提升了焊接质量，减少了现场焊接工作量，加快施工速度，提升了整体经济效益；

28、(2)采用此种装配式剪力连接件，当混凝土桥面板损坏时，只需通过卸掉螺栓即可拆除混凝土桥面板，然后继续安装新的剪力连接件和浇筑桥面板，更换过程不影响钢梁，能够大幅提升桥面板更换修复的经济效益。

技术特征：

1.一种可更换的集束式剪力连接件装置，其特征在于，包括钢梁(1)、钢板(2)、栓钉(3)、高强螺栓(4)及螺帽(5)；所述钢板(2)设置在钢梁(1)上，所述钢板(2)与钢梁(1)之间通过高强螺栓(4)及螺帽(5)连接，所述栓钉(3)焊接在钢板(2)上。

2.根据权利要求1所述的一种可更换的集束式剪力连接件装置，其特征在于，所述栓钉(3)设置多个，形成集束式剪力连接件；所述栓钉(3)在钢板(2)上间隔均匀排布。

3.根据权利要求1所述的一种可更换的集束式剪力连接件装置，其特征在于，所述高强螺栓(4)连接在钢板(2)的两侧，所述栓钉(3)位于两侧的高强螺栓(4)之间。

4.根据权利要求1所述的一种可更换的集束式剪力连接件装置，其特征在于，所述钢梁(1)在剪力连接件设计区域设置有钢梁螺栓孔(11)，所述钢板(2)上设置有钢板螺栓孔(21)，钢板螺栓孔(21)与钢梁螺栓孔(11)一一对应，高强螺栓(4)穿过钢梁螺栓孔(11)以及钢板螺栓孔(21)后被螺帽(5)紧固。

5.根据权利要求4所述的一种可更换的集束式剪力连接件装置，其特征在于，所述高强螺栓(4)包括高强螺栓螺杆(41)及高强螺栓螺帽(42)，所述高强螺栓螺杆(41)穿过钢梁螺栓孔(11)与钢板螺栓孔(21)，高强螺栓螺杆(41)一端设置有高强螺栓螺帽(42)，另一端被螺帽(5)紧固。

6.根据权利要求4所述的一种可更换的集束式剪力连接件装置，其特征在于，所述高强螺栓螺帽(42)位于钢梁(1)下方，与钢梁间设置钢垫板(6)，所述螺帽(5)位于钢板(2)上方，在螺帽(5)与钢板(2)之间设置有钢垫板(6)。

7.权利要求1-6中任一项所述可更换的集束式剪力连接件装置的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述可更换的集束式剪力连接件装置的施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述可更换的集束式剪力连接件装置的施工方法，其特征在于，步骤s5中，所述高强螺栓(4)同样被浇筑在现浇桥面板(7)内，此时，高强螺栓螺杆(41)长度除去与钢梁螺栓孔(11)、钢板螺栓孔(21)、螺帽(5)及钢垫板(6)连接部分外，还包括一自由长度段，该高强螺栓(4)除起连接作用外，也兼作剪力连接件；或

10.根据权利要求8所述可更换的集束式剪力连接件装置的施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括步骤s6：当桥面板在运营过程中发生损坏时，采用可更换的集束式剪力连接件装置更换桥面板的施工步骤，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种可更换的集束式剪力连接件装置及其施工方法。更换的集束式剪力连接件装置，包括钢梁、钢板、栓钉、高强螺栓及螺帽；所述钢板设置在钢梁上，所述钢板与钢梁之间通过高强螺栓及螺帽连接，所述栓钉焊接在钢板上。所述栓钉设置多个，形成集束式剪力连接件。本发明采用装配式剪力连接件，通过在工厂将栓钉焊接在钢板上，施工现场将钢板与钢梁通过高强螺栓紧密相连，能够提升栓钉焊接质量，加快现场施工速度，通过旋拧螺栓能够较为便捷地将钢梁与其上混凝土桥面板快速分离，有利于后期混凝土桥面板拆除与更换，提升了整体经济效益。

技术研发人员：房涛,阮欣,董磊,韩洋洋,司涵,刘吉林,易岳林,陈政,朱志鹏,方佳,葛礼春,黄俊杰,石振洲,王小琴
受保护的技术使用者：安徽省交通控股集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12