[发明专利]分枝型抗剪连接件及其在制备钢-混凝土组合结构中的应用

说明书

本发明公开了一种分枝型抗剪连接件及其在制备钢‑混凝土组合结构中的应用，该分枝型抗剪连接件是基于仿生学原理，包括：主杆、分枝杆、圆柱头、引弧结。主杆为圆截面直杆，其下端通过引弧结与钢结构焊接，主杆的上部和/或侧面与分枝杆的下端连接，主杆和/或分枝杆的上端与圆柱头连接。主杆和分枝杆的直径、几何尺寸、连接位置等根据结构受力确定。本发明能有效保证钢与混凝土的连接、便于钢筋架设、施工方便。

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种分枝型抗剪连接件及其在制备钢-混凝土组合结构中的应用。

背景技术

钢-混凝土组合结构是由钢梁、连接件和钢筋混凝土板组合成为整体而共同工作的一种结构。这种结构兼具钢结构和钢筋混凝土结构的一些特性，在桥梁工程中得到了广泛应用。如已经建成的东海大桥、上海长江大桥的引桥、港珠澳大桥的85m跨引桥等，正在设计的深中通道的引桥、大连湾跨海交通工程的引桥等都提出了钢-混凝土组合结构方案。

钢-混凝土组合结构通常采用连接件保证钢梁和钢筋混凝土板两种结构间的协同受力，常用的连接件有焊钉连接件和开孔板连接件。但是，开孔板连接件刚度很大，其在混凝土结构中容易引发较大的应力集中，从而导致混凝土结构开裂。传统的焊钉连接件刚度较小，其只有一个圆柱头，其与混凝土之间的连接能力较弱，从而导致钢筋混凝土板很容易出现开裂，尤其是钢-混组合连续梁在负弯矩处区由于桥面板承受较大的拉应力，极易出现开裂问题。此外，也是由于传统的焊钉连接件只有一个圆柱头，无法有效固定钢筋混凝土板内部的钢筋，钢筋定位需要采取额外措施，从而导致施工期间钢筋的定位经常发生破坏，无法达到理想的受力状态。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种基于仿生学原理的分枝型抗剪连接件及其在制备钢-混凝土组合结构中的应用，从而有效保证钢梁与钢筋混凝土结构之间的有效连接、不引入较大应力集中，同时便于钢筋架设、方便施工，为钢-混凝土组合结构的设计与施工提供更多的选择。

(二)技术方案

为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种分枝型抗剪连接件，基于仿生学原理，其包括：主杆、分枝杆、圆柱头和引弧结。其中，主杆为圆截面直杆，其下端通过引弧结与钢结构焊接。所述主杆的上部和/或侧面与所述分枝杆的下端连接，所述主杆和/或所述分枝杆的上端与所述圆柱头连接。

所述分枝杆的型式为上部分枝型、侧向分枝型、上部分枝型与侧向分枝型的组合型。

当所述分枝杆为上部分枝型时，所述主杆的上端与所述分枝杆的下端连接，所述分枝杆为圆截面曲杆，所述分枝杆的上端与所述圆柱头连接；当所述分枝杆为侧向分枝型时，所述主杆的侧面与一个或多个所述分枝杆的下端连接，所述分枝杆为圆截面曲杆或直杆，所述主杆和所述分枝杆的上端均与所述圆柱头连接；当所述分枝杆为上部分枝型与侧向分枝型的组合时，侧向分枝型的分枝杆的下端低于上部分枝型的分枝杆的下端。

上部分枝型的分枝杆的形状为U形、V形或开口槽形；侧向分枝型的分枝杆的形状可为形、形或\形。

所述主杆的直径R为10-30mm，优选为10mm、13mm、16mm、19mm、22mm或25mm；所述分枝杆的直径r比R小，其确定原则如下：

(I)对于上部分枝型，r＝(R/2+2)mm，若r为小数，则四舍五入只保留整数；

(II)对于侧向分枝型，若有一个分枝，r＝(R/2+2)mm，若r为小数，则四舍五入只保留整数；若有N个分枝，N≥2，r＝[R/(N+1)+1]mm，若r为小数，则四舍五入只保留整数；

(III)对于组合型，上部分枝型和侧向分枝型的分枝杆的r分别按原则(I)和(II)确定。