一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁，包括鋼梁和焊接在鋼梁上的抗剪連接件，鋼梁上澆筑有彈性混凝土板，抗剪連接件置于彈性混凝土板中；其中彈性混凝土板采用彈性混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)而成。本發(fā)明能夠有效防止混凝土板疲勞破壞的發(fā)生，并且彈性混凝土強(qiáng)大的變形能力和抗裂性能，能夠使其與抗剪連接件變形更加協(xié)調(diào)，從而有效延長包裹在其內(nèi)的抗剪連接件的疲勞壽命，同時保證承載能力，簡化施工工藝，利于工程推廣。
【專利說明】一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)，具體的說，是涉及一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁。
【背景技術(shù)】
[0002]由鋼梁、鋼筋混凝土板和抗剪連接件組成的鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展歷史已有90余年，其應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】廣泛，包括橋梁結(jié)構(gòu)中的城市橋梁、公路橋梁、鐵路橋梁、大跨度拱橋、懸索橋和斜拉橋的橋面結(jié)構(gòu)；工業(yè)建筑中的多層廠房樓蓋、工作平臺梁、吊車梁、棧橋以及民用多、高層建筑中的組合樓蓋。
[0003]鋼-混凝土組合梁的受力特點為下部鋼材受拉，上部混凝土受壓，其優(yōu)勢為承載力高、穩(wěn)定性強(qiáng)、耐久性好、方便施工等，但此種組合結(jié)構(gòu)也存在一些不足，即疲勞破壞問題，疲勞斷裂屬于脆性破壞，使該結(jié)構(gòu)的承載力與耐久性大大降低。通過工程實例發(fā)現(xiàn)，以承受反復(fù)荷載為主的橋梁及吊車梁結(jié)構(gòu)，其疲勞破壞涉及兩個方面:上層混凝土板產(chǎn)生嚴(yán)重的疲勞裂縫和保證鋼與混凝土共同工作的抗剪連接件(栓釘)的疲勞破壞。所以，組合梁結(jié)構(gòu)需要在滿足其承載力的前提下，著重提高其疲勞性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的是傳統(tǒng)鋼-混凝土組合梁經(jīng)常發(fā)生兩種疲勞破壞，即混凝土板疲勞破壞與抗剪連接件疲勞斷裂的技術(shù)問題，提供了一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁，能夠有效防止混凝土板疲勞破壞的發(fā)生，并且彈性混凝土強(qiáng)大的變形能力和抗裂性能，能夠使其與抗剪連接件變形更加協(xié)調(diào)，從而有效延長包裹在其內(nèi)的抗剪連接件的疲勞壽命，同時保證承載能力，簡化施工工藝，利于工程推廣。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0006]一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁，包括鋼梁和焊接在所述鋼梁上的抗剪連接件，所述鋼梁上澆筑有彈性混凝土板，所述抗剪連接件置于所述彈性混凝土板中。
[0007]所述彈性混凝土板采用彈性混凝土，所述彈性混凝土按重量份由以下組分混合制
成:
[0008]
橡膠顆粒50-150份
水泥400-590傷
石子704-1230份
砂子412-1004 K
水166-168 份
減水劑5-9份[0009]其中，橡膠顆粒的直徑為l_2mm。
[0010]優(yōu)選地，所述彈性混凝土按重量份由以下組分混合制成:
[0011]
橡膠顆粒90-110份
水泥560-590份
石子1200-1230份
砂子412-450份
水166-168 份
減水劑6-8份。
[0012]更為優(yōu)選地，所述彈性混凝土按重量份由以下組分混合制成:
[0013]
橡膠顆粒100份
水泥590份
石子1230份
砂子412份
水168份
減水劑7份。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明的采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁，繼承了傳統(tǒng)鋼-混凝土組合梁的優(yōu)點，通過計算及實驗室適配出不同強(qiáng)度的彈性混凝土保證結(jié)構(gòu)的承載力，能有效解決傳統(tǒng)組合梁的疲勞破壞問題，從而大大提高組合梁的耐久性。
[0016]一是在混凝土板的疲勞破壞方面:普通混凝土與鋼組合梁結(jié)構(gòu)很多是因為混凝土板產(chǎn)生了嚴(yán)重的裂紋以致失效，這是因為普通混凝土是一種脆性材料，其延性和抗疲勞性能較差。而彈性混凝土中的橡膠顆?？煽醋骶鶆蚍植加诨炷林械奈⑿∷苄詥卧?，在受到外力作用時，橡膠顆粒憑借其較強(qiáng)的彈性變形能力進(jìn)行抵抗，同時間斷分布的橡膠顆粒阻礙了混凝土中裂縫的延伸發(fā)展和貫通，從而保證了彈性混凝土板的完整性。經(jīng)過大型通用有限元計算軟件Ansys和Abaqus分析以及實驗室彈性混凝土抗壓強(qiáng)度及應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€測試發(fā)現(xiàn)，彈性混凝土的極限拉壓應(yīng)變均高于普通混凝土，而且相同荷載下彈性混凝土裂紋出現(xiàn)相對普通混凝土晚，裂紋分布均勻且分散，不存在致命性裂紋，同時通過聲發(fā)射設(shè)備檢測發(fā)現(xiàn)彈性混凝土有良好的能量耗散功能，損傷演化速度緩慢，而且破壞前是有預(yù)兆的，相對于普通混凝土更接近塑性，非常適合用于承受疲勞荷載。
[0017]二是在抗剪連接件的疲勞破壞方面，在組合梁結(jié)構(gòu)中彈性混凝土部分是受壓力，相對于普通混凝土的“脆性”，彈性混凝土能承受更大的變形，吸收更多應(yīng)變能，與鋼板以及剪力連接件協(xié)同工作，延性好。經(jīng)過大型通用有限元計算軟件Ansys和Abaqus分析以及結(jié)構(gòu)試驗同時發(fā)現(xiàn)，鋼與彈性混凝土之間的滑移量大于鋼與普通混凝土之間的滑移量，且前者大約為后者的1.2-1.7倍，即本發(fā)明所限定的彈性混凝土柔性更大，與抗剪連接件結(jié)合更好。同時通過疲勞試驗和有限元分析驗證，采用此種彈性混凝土后抗剪連接件的疲勞壽命也大有改善?？辜暨B接件能夠與此種彈性混凝土發(fā)生協(xié)同作用，因彈性混凝土裂紋出現(xiàn)較晚，且破壞時能保持完整性，使得相同受力下，當(dāng)抗剪連接件周圍的普通混凝土已經(jīng)破壞時，而彈性混凝土能繼續(xù)存活，包裹住抗剪連接件，使抗剪連接件最大受力區(qū)域的應(yīng)力值降低。根據(jù)應(yīng)力幅壽命曲線(S-N)理論，抗剪連接件的疲勞壽命相對于普通混凝土組合梁有所提高，根據(jù)試驗發(fā)現(xiàn)抗剪連接件的壽命能提高1.3-2.0倍，效果顯著。
[0018]另外由于采用了本發(fā)明所限定的彈性混凝土，組合梁表面的耐磨性能、抗老化性能、抗?jié)B水性、抗凍性能、抗侵蝕能力、抗爆裂性能、吸聲性能、熱傳導(dǎo)性以及耐火性均有提高，這樣可以使組合梁表面的混凝土返修率大大降低，并且降低噪音污染；同時實現(xiàn)資源回收利用的一條新途徑，減少大量廢棄輪胎造成的環(huán)境污染；除了在配置混凝土?xí)r按比例添加橡膠外，其施工過程并沒有增加難度，利于工程推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明所提供的采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明所提供的采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁的截面圖。
[0021]圖中:1:彈性混凝土板；2:鋼梁；3:抗剪連接件。
【具體實施方式】
[0022]下面通過具體的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0023]以下實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0024]其中各實施例均選用天津科威橡膠廠生產(chǎn)的橡膠細(xì)集料(1-2_直徑)；天津水泥廠生產(chǎn)的駱駝牌P.042.5普通硅酸鹽水泥。橡膠顆粒和水泥的選用不一定指定上述品牌，橡膠顆粒直徑滿足要求即可。另外，水泥、砂子、石子和減水劑即為普通工程中采用的材料，沒有特殊要求。鋼梁和抗剪連接件部分也不存在特殊要求，均為工程中普遍采用的材料。
[0025]實施例1
[0026]如圖1和圖2所示，采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁主要由三部分組成，分別為彈性混凝土板1，鋼梁2以及抗剪連接件3?？辜暨B接件3焊接在鋼梁2上，鋼梁2上面澆筑彈性混凝土形成彈性混凝土板1，使抗剪連接件3置于彈性混凝土中，以保證彈性混凝土與鋼梁2協(xié)同工作。
[0027]該鋼-混凝土組合梁按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017-2003)中鋼與混凝土組合梁一節(jié)中的設(shè)計方法進(jìn)行截面設(shè)計以及抗剪栓釘?shù)脑O(shè)計，其承載力計算、撓度驗算、抗裂驗算以及構(gòu)造措施須滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017-2003)與《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)。
[0028]彈性混凝土板I采用現(xiàn)澆彈性混凝土的方式澆注于已經(jīng)支好模板并焊好抗剪連接件3的鋼梁2上，模板可以采用木模，鋼模或是壓型鋼板。彈性混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)的過程要求與普通混凝土一致。
[0029]彈性混凝土是一種把橡膠顆粒作為水泥混凝土的組成材料配置而成的新型混凝土，其中柔性成分主要來源于廢舊橡膠制品，以廢舊輪胎為主，是一種環(huán)境友好型綠色材料，具有強(qiáng)大的耐磨性能、吸聲性能、變形能力及抗裂性能，并且相對于普通混凝土疲勞性能顯著增強(qiáng)?，F(xiàn)有彈性混凝土最大的弱點即為抗壓強(qiáng)度和彈性模量相對普通混凝土低。本發(fā)明的鋼-混凝土組合梁所采用的彈性混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量經(jīng)過測試均較高，較為接近普通混凝土，而且塌落度較高，適合工程應(yīng)用。經(jīng)過應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€實驗發(fā)現(xiàn)，彈性混凝土的極限拉壓應(yīng)變均高于普通混凝土，而且相同荷載下彈性混凝土裂紋出現(xiàn)相對普通混凝土晚，裂紋分布均勻且分散，不存在致命性裂紋，同時通過聲發(fā)射設(shè)備檢測發(fā)現(xiàn)彈性混凝土有良好的能量耗散功能，損傷演化速度緩慢，而且破壞前是有預(yù)兆的，相對于普通混凝土的脆性更接近塑性，非常適合用于承受疲勞荷載。
[0030]本實施例所采用的彈性混凝土通過水泥、石子、砂子、水、減水劑以及橡膠顆粒通過混凝土攪拌機(jī)攪拌而成。通過混凝土立方體抗壓試驗配制出最優(yōu)彈性混凝土，按照重量份為橡膠顆粒100份、水泥590份、石子1230份、砂子412份、水168份、減水劑7份，其中橡膠顆粒的直徑為l_2mm。
[0031]經(jīng)過試驗測得本實施例所采用彈性混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)46.3MPa，彈性模量為2.183E+4，并且坍落度超過100mm，適合工程應(yīng)用。
[0032]同時通過組合梁試驗以及有限元驗證發(fā)現(xiàn)，本實施例的鋼-混凝土組合梁，其鋼與彈性混凝土之間的滑移量為鋼與普通混凝土之間滑移量的1.7倍，即前者的組合能力更強(qiáng)，柔性更大。同時疲勞試驗發(fā)現(xiàn)采用了該彈性混凝土后，鋼-混凝土組合梁的疲勞壽命為普通混凝土組合梁壽命的2.0倍，效果非常明顯。
[0033]實施例2
[0034]實施例2與實施例1的不同之處僅在于，所采用彈性混凝土按照重量份由橡膠顆粒50份、水泥400份、石子704份、砂子708份、水167份、減水劑5份組成。
[0035]經(jīng)過試驗測得本實施例所采用彈性混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)45.1MPa,彈性模量為2.790E+4，并且坍落度超過100mm，適合工程應(yīng)用。
[0036]同時通過組合梁試驗以及有限元驗證發(fā)現(xiàn)，本實施例的鋼-混凝土組合梁，其鋼與彈性混凝土之間的滑移量為鋼與普通混凝土之間滑移量的1.2倍，即前者的組合能力更強(qiáng)，柔性更大。同時疲勞試驗發(fā)現(xiàn)采用了該彈性混凝土后，鋼-混凝土組合梁的疲勞壽命為普通混凝土組合梁壽命的1.3倍，效果較為明顯。
[0037]實施例3
[0038]實施例3與實施例1的不同之處僅在于，所采用彈性混凝土按照重量份由橡膠顆粒150份、水泥495份、石子967份、砂子1004份、水166份、減水劑9份組成。
[0039]經(jīng)過試驗測得本實施例所采用彈性混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)38.5MPa，彈性模量為1.445E+4，并且坍落度為90mm，仍適合工程應(yīng)用。
[0040]同時通過組合梁試驗以及有限元驗證發(fā)現(xiàn)，本實施例的鋼-混凝土組合梁，其鋼與彈性混凝土之間的滑移量為鋼與普通混凝土之間滑移量的1.4倍，即前者的組合能力更強(qiáng)，柔性更大。同時疲勞試驗發(fā)現(xiàn)采用了該彈性混凝土后，鋼-混凝土組合梁的疲勞壽命為普通混凝土組合梁壽命的1.7倍，效果明顯。
[0041]實施例4
[0042]實施例4與實施例1的不同之處僅在于，所采用彈性混凝土按照重量份由橡膠顆粒90份、水泥560份、石子1200份、砂子431份、水166份、減水劑6份組成。
[0043]經(jīng)過試驗測得本實施例所采用彈性混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)46.0MPa,彈性模量為2.302E+4，并且坍落度超過100mm，適合工程應(yīng)用。
[0044]同時通過組合梁試驗以及有限元驗證發(fā)現(xiàn)，本實施例的鋼-混凝土組合梁，其鋼與彈性混凝土之間的滑移量為鋼與普通混凝土之間滑移量的1.6倍，即前者的組合能力更強(qiáng)，柔性更大。同時疲勞試驗發(fā)現(xiàn)采用了該彈性混凝土后，鋼-混凝土組合梁的疲勞壽命為普通混凝土組合梁壽命的1.9倍，效果明顯。
[0045]實施例5
[0046]實施例5與實施例1的不同之處僅在于，所采用彈性混凝土按照重量份由橡膠顆粒110份、水泥575份、石子1215份、砂子450份、水167份、減水劑8份組成。
[0047]經(jīng)過試驗測得本實施例所采用彈性混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)43.0MPa,彈性模量為1.901E+4，并且坍落度為100mm，適合工程應(yīng)用。
[0048]同時通過組合梁試驗以及有限元驗證發(fā)現(xiàn)，本實施例的鋼-混凝土組合梁，其鋼與彈性混凝土之間的滑移量為鋼與普通混凝土之間滑移量的1.5倍，即前者的組合能力更強(qiáng)，柔性更大。同時疲勞試驗發(fā)現(xiàn)采用了該彈性混凝土后，鋼-混凝土組合梁的疲勞壽命為普通混凝土組合梁壽命的1.8倍，效果明顯。
[0049]綜合上述實施例發(fā)現(xiàn)，五個實施例在不同程度上組合效果均優(yōu)于普通混凝土與鋼組合梁，其中最優(yōu)的方案為實施例一:重量份為橡膠顆粒100份、水泥590份、石子1230份、砂子412份、水168份、減水劑7份，其鋼與彈性混凝土之間的滑移量為鋼與普通混凝土之間滑移量的1.7倍，柔性非常大，而且彈性混凝土與鋼組合梁的疲勞壽命為普通混凝土與鋼組合梁壽命的2.0倍，效果非常明顯。
[0050]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁，包括鋼梁和焊接在所述鋼梁上的抗剪連接件，其特征在于，所述鋼梁上澆筑有彈性混凝土板，所述抗剪連接件置于所述彈性混凝土板中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁，其特征在于，所述彈性混凝土板采用彈性混凝土，所述彈性混凝土按重量份由以下組分混合制成:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁，其特征在于，所述彈性混凝土按重量份由以下組分混合制成:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用彈性混凝土的鋼-混凝土組合梁，其特征在于，所述彈性混凝土按重量份由以下組分混合制成:
【文檔編號】C04B18/22GK103899039SQ201410123679
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】韓慶華, 王一泓, 邢穎, 徐杰, 蘆燕 申請人:天津大學(xué)