钢筋混凝土结构连接头的构造研究.docx

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一．钢筋混凝土结合部设计
钢混凝土结合部早期设计是在两侧的预应力混凝土箱梁端部〔靠钢箱梁侧〕 各设置一个牛腿，然后吊装钢箱梁，以牛腿作为临时搁置点，最终通过张拉纵向预应力钢筋，使钢箱梁和两侧的预应力混凝土箱梁形成一个连续构造。这种处理方式的优点是对钢箱梁的加工精度要求较低，即使钢箱梁制作长度与设计值有肯定误差，仍可以通过钢混凝土结合部预留宽度进展调整缺点需要在预应力混凝土箱梁端部和钢箱梁端部开纵向孔，而且两者所开孔洞必需一一对牢，施工较难掌握，缺点用于体系转换所用的纵向精轧螺纹钢位置偏中间，不能充分发挥其预应力效应。
原钢-混凝土结合部剖面图〔单位：cm〕
针对原先结合部设计存在的缺陷，设计进展了以下改进现浇预应力混凝土连续梁时，在其端部先预埋钢接头，然后再将钢接头与钢混凝土组合梁焊接，完成体系转换，形成构造连续。钢接头预埋段长 150cm ，是跨中钢箱梁与两侧预应力混凝土箱梁的构造过渡段，有助于钢和混凝土两种材料能够较为平顺地过
渡。为了确保钢接头和预应力混凝土箱梁形成一个整体，将钢接头做成一个 U 型构造，保证预应力混凝土箱梁端部混凝土浇筑时流通性和密实性，同时在钢接头开小孔并插入钢筋形成 PBL 键。
改进后钢 混凝土结合部剖面图〔单位 cm〕
结合部设计格外重要，设计时应考虑以下特点并实行相应措施为保证钢梁与混凝土梁的牢靠连接，并有效平顺传递弯矩和剪力，在与混凝土梁重叠局部的钢梁上应焊接栓钉或抗剪连接件由于活载产生的竖向弯矩或风荷载产生的横向弯矩，接口部位会伴随有拉应力的消灭，所以还要对接口部位增加一局部纵向预应力，以此来补偿接口部位的拉应力。
318 国道长桥大桥主桥钢混凝土接头承受填充混凝土后板式，通过 PBL 剪力板和预应力钢束，使钢混凝土接头和紧邻的混凝土箱梁段的顶板、底板和腹板得到很好的连接。大桥的混凝土接头预埋 ，并且在直接接触面安放了 1 块承压板用于加固和钢箱梁的焊接，而钢箱梁的顶板则承受了加劲板。
钢接头顶板和底板均焊接加劲肋板，并在加劲肋板上开60mm 圆孔，贯穿16 钢筋，形成顶、底面的 PBL 剪力板为便利钢接头局部混凝土浇筑，将钢接头腹板开 U 型孔〔便于混凝土横向流通〕，并在钢腹板上开 60mm 圆孔，贯穿
16 钢筋，形成腹板局部的 PBL 剪力板。钢 混凝土接头处的弯矩和剪力全部靠这些 PBL 剪力板传递，是两侧混凝土现浇箱梁和中间钢箱梁过渡的桥梁。为了保证钢 混凝土接头局部浇筑密实，减小混凝土收缩产生的空隙，保证PBL 剪力板的连接效果，钢接头局部混凝土应承受微膨胀混凝土浇筑。
为了增加构造的安全储藏，当钢接头混凝土浇筑完并到达设计强度后，在钢混凝土接头部位施加纵向预应力，钢束布置尽量靠近截面的顶缘、底缘以及箱梁的两个侧边，预应力短束锚固在混凝土箱梁横隔板和钢箱梁承压板上，预应力长束锚固在混凝土箱梁顶、底板的齿块和钢箱梁承压板上。
钢筋混凝土接头总体分布图
钢筋构造接头构造
二．钢筋混凝土接头分析争论
钢预应力砼混连续梁桥的钢混凝土接头是全桥桥梁最重要的构造之一，该接头设计的合理性直接关系到大桥的构造安全和耐久性，因此应深入分析争论该接头的设计连接方法。拿钢混构造的混凝土连续梁桥来讲，在均布面荷载作用下， 位于钢混构造主梁部位的混凝土接头主要受主次梁弯矩和横向剪力的作用，为了预防掌握混凝土接头在弯矩的作用下衍生出的拉应力，在这里增设了预应力钢筋
三．PBL 剪力板争论
PBL 剪力板主要是由横穿钢筋的钢板构成，其主要作用有三个方面，〔1〕 钢板空隙中的混凝土可以承接钢板的竖向剪力，〔2〕钢板空隙中的混凝土可以承接钢板和混凝土之间的掀起力，〔3〕钢板空隙中的混凝土还可以帮助钢板承承受压面的横向剪力。
剪力板作用机理如以下图所示
钢板空隙中圆混凝土在受外力作用下的破坏形式
割 裂 破 坏 (b) 剪 切 破 坏
(c)压缩破坏
由于设计中考虑了钢板中横穿钢筋，因此，其强度计算承受文献组合构造桥梁〔刘玉擎〕中的公式，依据很多争论者的试验结果，认为贯穿钢筋的影响很大， 应当反映在计算式中
〔d2ds2 〕fcds2fy26100 式中 d:钢板所开圆孔的直径〔mm〕 ds:贯穿钢筋的直径〔mm〕
fc:混凝土的抗压强度fy:贯穿钢筋的屈服强度
预应力设计
预应力设计主要考虑使用极限状态下，整个截面的应力分布，充分保证截面顶板、底板都有应力储藏，保证钢 混凝土接头部位混凝土不会消灭裂缝。因此， 全部的预应力钢束尽可能地靠近截面的顶缘和底缘，保证接头部位在正负弯矩交替作用下均有肯定的安全储藏。
四．钢筋混凝土接头计算
钢筋混凝土混合构造自身构成材料的简单性以及其构造的特别性，打算了钢筋混凝土构造所担当的力的简单性，假设想要具体的了解计算钢混构造内部各部位所担当力的大小和分布，一般状况下，只能通过局部构件的剖析来了解。对于构造简单、跨度较大的桥梁，假设对整体都进展周密细致的剖析，以目前人们所应用的计算机是没有力量实现的。大多数状况下，都是截取一局部钢筋混凝土构件进展周密细致的剖析，考虑到剖析构件所需的财力、物力以及现如今计算机的进展应用力量，大多数状况下都对这一步骤进展了如下简化
计算模型
应用软件 MIDASFEA 模拟大桥桥梁、混凝土接头等局部构件模型。钢箱梁和预应力混凝土箱梁均承受三维技术建模，承受八点六面实体模拟技术。模型构件统计总数为 157919 个，其中，混凝土箱梁构件 104979 个，钢箱梁构件 48318 个。以下图为钢筋混凝土接头内部构造剖析图以及钢筋混凝土接头构件的局部模型。
钢筋混混凝土接头内部构造剖析图
钢筋混凝土接头构件局部模型
根本假定
分析时无视预应力混凝土箱梁与钢箱梁之间的滑移，无视混凝土与钢板间的黏结摩阻作用。具体计算参数如下：混凝土标号是 C60，弹性模量是 MPa，泊松比是 钢材使用 Q445B 钢，弹性模量是 ，
泊松比是 预应力钢束使用 钢绞线，公称抗拉强度是 fpk1890MPa ， 弹性模量是 ，其张拉掌握应力是 。
钢 混凝土接头传力性能分析
为分析钢混凝土接头传力性能，将局部构件中钢混结合面预应力混凝土箱梁一侧固结、钢箱梁一侧承受刚性连接的方式形成刚性面，在刚性面施加 6200kN m 的弯矩(上缘受拉弯矩)。
计算腹板正应力，计算结果如图，图中横坐标表示沿截面高度方向从上至下的 11 等分中点。由图可知， 三腹板正应力竖向分布近似呈直线，说明三腹板变形近似满足平截面假定，处于较好的工作状态。
五．总结
综上所述，预应力钢筋的是为了增加钢筋混凝土接头处的正负弯矩，保证钢筋混凝土接头部位混凝土保护层的完好无损。而剪力板的作用则是关心预应力钢筋完成主次梁弯矩和剪力的传递，从而保证预应力混凝土梁的构造安全。