具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁及剪力钉设计方法

摘要

本发明公开了一种具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁及剪力钉设计方法，涉及桥梁工程建筑施工领域，具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁包括至少两层层叠设置的混凝土板；至少一钢梁，钢梁包括上翼缘，上翼缘支撑混凝土板底部；同时，剪力钉群包括多组剪力钉，每层混凝土板均设有一组剪力钉，剪力钉包括钉头和钉身，同组的剪力钉的钉头均埋设于相应层的混凝土板内，每组剪力钉的钉身均连接于上翼缘，同组的剪力钉的结构相同。每一组剪力钉的钉头到埋设该钉头的混凝土板底面的距离小于相应混凝土板厚度的2/3。本发明解决了双层或多层混凝土板组合梁关键的受力问题。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程建筑施工领域，具体涉及一种具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁及剪力钉设计方法。

背景技术

钢-混凝土组合梁是由钢梁通过剪力钉与钢筋混凝土板组合而成的结构。常规的钢-混凝土组合梁，桥面板整体预制，采用整体预制后结合的方式，受吊重限制，桥面板和钢梁分开吊装，增加了吊装次数，同时加大了现场施工作业量，增大了水污染、大气污染和固体废物污染的风险，对城市交通造成严重影响。

由于交通量和重型车辆的不断增加，再加上环境的影响，常规的钢-混凝土组合梁在运营不久就出现钢筋混凝土翼板纵向开裂、钢筋混凝土桥面板横向开裂、桥面板局部破裂或腐蚀、钢梁锈蚀等问题，严重影响桥梁的使用寿命。而且钢-混凝土组合梁桥面板在横向悬臂受力过程中，抗掀起能力不能满足受力要求，先期施工的桥面板极易被掀起而发生破坏。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁及剪力钉设计方法，确保各层桥面板与钢梁之间的剪力传递满足要求的同时，又保证桥面板在横向悬臂弯矩作用下不被掀起。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁，包括：

至少两层层叠设置的混凝土板；

至少一钢梁，所述钢梁包括上翼缘，所述上翼缘支撑所述混凝土板底部；

同时，所述剪力钉群包括多组剪力钉，每层混凝土板均设有一组剪力钉，所述剪力钉包括钉头和钉身，同组的所述剪力钉的钉头均埋设于相应层的混凝土板内，每组剪力钉的钉身均连接于所述上翼缘。

在上述技术方案的基础上，同组的剪力钉的结构相同。

在上述技术方案的基础上，每一组剪力钉的钉头到埋设该钉头的混凝土板底面的距离小于相应混凝土板厚度的2/3。

在上述技术方案的基础上，所述钢梁包括腹板，所述上翼缘垂直的组设于所述腹板上，所述剪力钉群沿所述腹板对称布置。

在上述技术方案的基础上，一种具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁的剪力钉设计方法，其特征在于：

S1、确定所述多层混凝土板的层数，计算各层混凝土板之间的剪力，以及多层混凝土板与钢梁之间的剪力；

S2、根据多层混凝土板与钢梁之间的剪力，选定各层混凝土板内剪力钉钉身直径和钉头直径，确定剪力钉所能承受的剪力和抗拔力；

S3、根据选定各层混凝土板内剪力钉能承受的剪力和抗拔力，确定各层混凝土板需要的剪力钉数量。

在上述技术方案的基础上，在S1中，先确定混凝土板层数为n，再根据混凝土板层数计算混凝土板组合梁所受最大载荷，计算第i层混凝土板所受剪力为T_i，多层混凝土板与钢梁之间的剪力T_X；

在S2中，根据第i层混凝土板所受剪力T_i，选定第i层混凝土板内剪力钉钉身直径为D_i、钉头直径为d_i，所述剪力钉所能承受的剪力ΔT_i和抗拔力ΔF_i，其中i＝1、2、3......n，n＝2、3......。

在上述技术方案的基础上，在S3中，第i层混凝土板所需剪力钉钉身数量其中i＝1、2、3......n，T_i为第i层混凝土板所受剪力，ΔT_i为所述剪力钉所能承受的剪力。

在上述技术方案的基础上，第i层混凝土板内钉头的数量为n_i头＝n_i身-n_i-1身，其中i＝1、2、3......n，n_i身为第i层混凝土板所需剪力钉钉身数量，n_i-1身为第i-1层混凝土板所需剪力钉钉身数量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁及剪力钉设计方法选择不同规格的剪力钉组合成一种剪力钉群，解决了双层或多层混凝土桥面板组合梁关键的受力问题。

附图说明

图1为本发明实施例中双层混凝土板组合梁的剪力钉群结构示意图；

图2为本发明实施例中双层混凝土板组合梁的剪力钉群沿钉头方向的俯视图；

图3为本发明实施例中多层混凝土板组合梁的剪力钉群结构示意图；

图4为本发明实施例中多层混凝土板组合梁的剪力钉群沿钉头方向的俯视图；

图中：1-钢梁，101-上翼缘，102-下翼缘，103-腹板，2-底层混凝土板，3-混凝土面板，4-剪力钉群，41-底层剪力钉，42-面板剪力钉，43-第一剪力钉，44-第二剪力钉，45-第三剪力钉，46-第四剪力钉，7-第一层混凝土板，8-第二层混凝土板，9-第三层混凝土板，10-第四层混凝土板。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁，包括：

至少两层层叠设置的混凝土板；

至少一钢梁1，钢梁1包括上翼缘101，上翼缘101支撑于混凝土板底部；

同时，剪力钉群4包括多组剪力钉，每层混凝土板均设有一组剪力钉，剪力钉包括钉头和钉身，同组的剪力钉的钉头均埋设于相应层的混凝土板内，每组剪力钉的钉身均连接于上翼缘101。

同组的剪力钉的结构相同。

每一组剪力钉的钉头到埋设该钉头的混凝土板底面的距离小于相应混凝土板厚度的2/3。

钢梁1包括腹板103，上翼缘101垂直的组设于腹板103上，剪力钉群4沿腹板103对称布置。

一种具有剪力钉群的多层混凝土板组合梁的剪力钉设计方法，其特征在于：

S1、确定多层混凝土板的层数，计算各层混凝土板之间的剪力，以及多层混凝土板与钢梁之间的剪力；

S2、根据多层混凝土板与钢梁之间的剪力，从技术手册中可以选定各层混凝土板内剪力钉钉身直径和钉头直径，确定剪力钉所能承受的剪力和抗拔力；

S3、根据选定各层混凝土板内剪力钉能承受的剪力和抗拔力，确定各层混凝土板需要的剪力钉数量。

在S1中，根据混凝土板厚度，吊装机械的吊装能力和混凝土的供应能力，先确定混凝土板层数为n，再根据混凝土板层数计算混凝土板组合梁所受最大载荷，计算第i层混凝土板所受剪力为T_i，多层混凝土板与钢梁之间的剪力T_X；

在S2中，根据第i层混凝土板所受剪力T_i，选定第i层混凝土板内剪力钉钉身直径为D_i、钉头直径为d_i，所述剪力钉所能承受的剪力ΔT_i和抗拔力ΔF_i，其中i＝1、2、3......n，n＝2、3......。

在S3中，第i层混凝土板所需剪力钉钉身数量其中i＝1、2、3......n，T_i为第i层混凝土板所受剪力，ΔT_i为剪力钉所能承受的剪力。

第i层混凝土板内钉头的数量为n_i头＝n_i身-n_i-1身，其中i＝1、2、3......n，n_i身为第i层混凝土板所需剪力钉钉身数量，n_i-1身为第i-1层混凝土板所需剪力钉钉身数量。

本发明具体实施例1如图1所示，双层混凝土板组合梁包括若干并列的钢梁1，钢梁1包括上翼缘101、下翼缘102和腹板103，上翼缘101上端设有底层混凝土板2，上翼缘101上端面设有剪力钉群4，底层混凝土板2上端敷设有混凝土面板3，剪力钉群4包括底层剪力钉41和面板剪力钉42，如图2所示为实施例1的俯视图，底层剪力钉41和面板剪力钉42排布成矩形。

本发明具体实施例2如图3所示，多层混凝土板组合梁包括若干并列的钢梁1，钢梁1包括上翼缘101、下翼缘102和腹板103，上翼缘101上端设有第一层混凝土板7，上翼缘101上端面设有剪力钉群4，第一层混凝土板7上端依次敷设有第二层混凝土板8、第三层混凝土板9、第四层混凝土板10，剪力钉群4包括第一剪力钉43、第二剪力钉44、第三剪力钉45和第四剪力钉46，此四种剪力钉钉头分别位于第一层混凝土板7、第二层混凝土板8、第三层混凝土板9和第四层混凝土板10内，如图4所示为实施例2的俯视图，第一剪力钉43、第二剪力钉44、第三剪力钉45和第四剪力钉46排布成矩形，且高低错落排布。

双层或多层混凝土板组合梁是综合考虑施工便捷、减少干扰、降低混凝土供应要求、满足结构受力适应城市快速化改造的一种桥梁形式，将混凝土桥面板分层，底层桥面板采用预制桥面板，其上各层采用现浇桥面板的组合结构。底层桥面板与钢梁结合后，可作为模板，在现场浇筑其上各层现浇桥面板，最终各层现浇桥面板与底层桥面板形成整体，并通过剪力钉群与钢梁结合。这一桥梁结构实现结构轻型化、预制化和装配化施工，现场施工速度快、周期短、占地少、噪音低等特点，基本不影响城市原有交通。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。