阅读说明：本技术 一种钢壳-混凝土组合结构 (Steel shell-concrete composite structure ) 是由 李永轩 刘玉擎 陈伟乐 宋神友 钟辉虹 刘健 金文良 张长亮 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种钢壳-混凝土组合结构,包括钢壳结构和钢壳结构内部填充的混凝土,钢壳结构由上面板、下面板、横向隔板和纵向隔板焊接而成,上面板纵向焊接型钢加劲肋,并在型钢加劲肋之间布置焊钉；下面板纵向焊接型钢加劲肋,横向焊接板肋；横向隔板为波折钢板,纵向隔板为平钢板,横向隔板与纵向隔板相互垂直；混凝土为自密实混凝土,通过上面板预留的浇筑孔进行混凝土浇筑,形成一个钢壳和混凝土组合结构单元,各个舱室连续布置形成钢壳与混凝土的组合结构。该钢壳-混凝土组合结构,结构设计合理、传力明确、经济安全、施工方便,且解决了现有钢壳混凝土组合结构横向抗剪刚度较低、横向隔板与混凝土组合效应弱、施工难度大的缺点。(The invention discloses a steel shell-concrete combined structure, which comprises a steel shell structure and concrete filled in the steel shell structure, wherein the steel shell structure is formed by welding an upper panel, a lower panel, a transverse partition plate and a longitudinal partition plate; the lower panel is longitudinally welded with the profile steel stiffening rib and transversely welded with the plate rib; the transverse partition plates are corrugated steel plates, the longitudinal partition plates are flat steel plates, and the transverse partition plates are perpendicular to the longitudinal partition plates; the concrete is self-compacting concrete, and the concrete is poured through the pouring holes reserved in the upper panel to form a steel shell and concrete combined structure unit, and all cabins are continuously arranged to form a combined structure of the steel shell and the concrete. The steel shell-concrete combined structure has the advantages of reasonable structural design, clear force transmission, economy, safety and convenience in construction, and overcomes the defects of low transverse shear rigidity, weak transverse partition plate and concrete combined effect and high construction difficulty of the conventional steel shell-concrete combined structure.)

一种钢壳-混凝土组合结构

技术领域

本发明涉及隧道结构技术领域，特别是涉及一种钢壳-混凝土组合结构。

背景技术

钢壳-混凝土组合结构是一种由钢壳和内部填充混凝土两部分组成的组合结构，应用于矩形断面海底沉管隧道的顶板、底板、外墙、中墙。传统设计的钢壳混凝土结构往往为圆形断面，在较少车道时广泛应用；而对于多车道隧道若采用圆形断面，其断面直径过大，净空过高，利用率低，从而多为采用矩形断面的隧道。而矩形断面隧道往往以钢筋混凝土沉管隧道为主，面临着抗裂性、耐久性等多重难题的考验。相比之下，矩形断面的钢壳混凝土沉管隧道既能够解决防水抗震问题，又能够提高断面利用率，还可以提高预制化水平保证施工精度，近年来在国内重大工程中得到积极推广和应用。

随着断面宽度增加，单孔顶板跨度不断增大，隧道的横向剪力成为结构安全的主要影响因素，横向隔板也成为结构的关键构造。由于结构施工时先形成钢壳结构，后采用自密实混凝土通过上面板预留的浇筑孔进行浇筑，舱室内大体积混凝土的自重荷载产生的剪力在施工过程中由横向隔板传递。但是，目前设计中横向隔板往往为平钢板，其抗剪刚度较弱，施工荷载引起的结构变形较大，导致结构顶板下挠问题突出，成为了结构施工质量和安全的主要问题。其次，在长期荷载作用下，平钢板作为横向隔板时，其对两侧混凝土的约束性较小，两侧舱室内混凝土可能出现开裂，进一步影响隧道横向抗剪刚度和结构的长期性能。此外，在没有浇筑混凝土时，平钢板竖向刚度不足，需要设置多道竖向、横向加劲肋以防止局部屈曲，但封闭空间内的焊接操作是极为困难的，且这种防屈曲的加劲构造在舱室内混凝土浇筑成型参与受力后作用不再明显，因此提高横向隔板的刚度、增强横向隔板与舱室内混凝土的组合作用、减小封闭空间的焊接施工操作是钢壳-混凝土组合结构沉管急需解决的问题。

因此，有必要设计一种能够充分发挥钢隔板作用并改善结构抗剪性能，既经济安全，又方便施工的钢壳-混凝土组合结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构设计合理、传力明确、经济安全、施工方便的横向隔板为波折钢板的钢壳-混凝土组合结构，从而克服现有钢壳混凝土横向抗剪刚度较低、横向隔板与混凝土组合效应弱、施工难度大的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钢壳-混凝土组合结构，包括钢壳结构和所述钢壳结构内部填充的混凝土，所述钢壳结构由上面板、下面板、横向隔板和纵向隔板焊接而成，所述上面板纵向焊接型钢加劲肋，并在型钢加劲肋之间布置焊钉；所述下面板纵向焊接型钢加劲肋，横向焊接板肋；所述横向隔板为波折钢板，所述纵向隔板为平钢板，所述横向隔板与纵向隔板相互垂直；所述混凝土为自密实混凝土，通过所述上面板预留的浇筑孔进行混凝土浇筑，形成一个钢壳和混凝土组合结构单元，各个舱室连续布置形成钢壳与混凝土的组合结构。

优选地，多道所述横向隔板横向平行布置，且每道横向隔板的厚度不小于12mm。

优选地，所述横向隔板上不设或设有若干道竖向加劲肋。

优选地，所述横向隔板可采用1000型波折钢板或1200型波折钢板或1600型波折钢板或采用自制波折。

优选地，所述纵向隔板上不设或设有若干道竖向加劲肋。

优选地，所述上面板和下面板的纵向所设的型钢加劲肋为T型钢或角钢或球扁钢或槽钢，且型钢加劲肋的高度为150～250mm。

优选地，所述上面板上所设焊钉直径为16～22mm，长度为150～200mm，且焊钉的高度不超过上面板上的型钢加劲肋的高度，相邻两焊钉的间距不超过300mm。

优选地，所述上面板的顶部预留有浇筑孔和出气孔。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明的钢壳-混凝土组合结构能够利用波折钢板代替常规的平钢板，提高了钢壳结构的抗剪刚度，增强了横向隔板与两侧舱室内混凝土的约束，减少了横向隔板的竖向加劲施工难度，有利于解决浇筑施工等过程中沉管隧道顶板下挠过大的问题。同时，自密实混凝土处于三项约束状态，相比于平钢板，波折钢板对横隔板两侧混凝土约束性能更强，使混凝土具有更高的抗剪强度，改善了正常使用阶段的抗剪性能。此外，相比于平钢板，波折腹板能够显著提高横向隔板的面外刚度，减小混凝土浇筑产生的面板变形。结构受力合理、力学性能优良，能够适用于横向受力复杂的隧道结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的横向隔板为波折钢板的钢壳-混凝土组合结构的主体结构示意图。

图2是本发明实施例中的横向波折隔板和纵向隔板的结构示意图。

图3是本发明实施例中的下面板的结构示意图。

图4是本发明实施例中的上面板的结构示意图。

附图标记：

A-隧道横向，1-混凝土，2-上面板，3-下面板，4-横向波折隔板，5-纵向隔板，6-竖向加劲肋，7-竖向加劲肋，8-横向板肋，9-纵向型钢加劲肋，10-纵向型钢加劲肋，11-焊钉，12-浇筑孔，13-出气孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种结构设计合理、传力明确、经济安全、施工方便的横向隔板为波折钢板的钢壳-混凝土组合结构，从而克服现有钢壳混凝土横向抗剪刚度较低、横向隔板与混凝土组合效应弱、施工难度大的缺点。

本发明提供的钢壳-混凝土组合结构，包括钢壳结构和钢壳结构内部填充的混凝土，钢壳结构由上面板、下面板、横向隔板和纵向隔板焊接而成，上面板纵向焊接型钢加劲肋，并在型钢加劲肋之间布置焊钉；下面板纵向焊接型钢加劲肋，横向焊接板肋；横向隔板为波折钢板，纵向隔板为平钢板，横向隔板与纵向隔板相互垂直；混凝土为自密实混凝土，通过上面板预留的浇筑孔进行混凝土浇筑，形成一个钢壳和混凝土组合结构单元，各个舱室连续布置形成钢壳和混凝土的组合结构。

上面板、下面板、横向隔板和纵向隔板焊接而成钢壳结构，在钢壳结构的舱室中浇筑混凝土形成该组合结构，该结构利用波折钢板代替常规的平钢板，提高了钢壳结构的抗剪刚度，增强了横向隔板与两侧舱室内混凝土的约束，减少了横向隔板的竖向加劲施工难度，有利于解决浇筑施工等过程中沉管隧道顶板下挠过大的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，本实施例提供一种钢壳-混凝土组合结构，该结构包括钢壳结构和钢壳结构内填充的混凝土1两部分，其中钢壳由上面板2、下面板3、多道横向波折隔板4、多道纵向隔板5焊接形成封闭舱室。

如图2，横向波折隔板4可以设置或不设竖向加劲肋6，加劲肋的布置、数量、间距可根据实际情况确定；纵向隔板5为平钢板，往往需要设置竖向加劲肋7，加劲肋的布置、数量、间距可根据实际情况确定。

如图1和图2，多道横向波折隔板4相互平行，多道纵向隔板5相互平行，横向波折隔板4与纵向隔板5相互垂直，交错布置时应优先保证横向波折隔板4连续。横向波折隔板4变厚度位置采用对接焊缝连接，对接焊缝位置应远离与纵向隔板5相连的焊缝区域防止应力集中。变厚度位置宜设置在钢壳舱室中心。

如图3，下面板3上设置横向板肋8和纵向型钢加劲肋9，横向板肋8的高度低于纵向型钢加劲肋9，横向板肋8可为板肋、球扁钢，纵向型钢加劲肋9可为T型钢、角钢、球扁钢或槽钢，高度150～250mm，可根据实际情况确定。为保证横向板肋8的连续性，纵向型钢加劲肋9应在相应位置开洞处理。

如图4，上面板2设置纵向型钢加劲肋10，并在连接件间设置焊钉连接件，纵向型钢加劲肋10可为T型钢、角钢、球扁钢或槽钢，高度150～250mm，可根据实际情况确定，焊钉11的直径为16～22mm，长度为150～200mm且不超过纵向型钢加劲肋10高度，焊钉11间距不超过300mm，位于纵向型钢加劲肋10之间。

如图1、图3和图4的下面板3和上面板2及其附属连接构造焊接完成后，将多道横向波折隔板4横向平行布置，多道纵向隔板5纵向平行布置，其中波折钢板与纵向隔板5的位置在图3和图4中以虚线示意。

如图1、图4，上面板2上预留了浇筑孔12和出气孔13，以保证混凝土的浇筑和浇筑时内部气体排出。形成封闭钢壳后进行混凝土1浇筑工作，采用骨料细、流动性好的自密实混凝土进行浇筑，自密实混凝土要求坍落度不小于500mm。通过上面板的浇筑孔12，并将钢壳舱室内气体通过出气孔13排出。当混凝土1浇筑完成时，应看到出气孔13处冒出混凝土1，以保证混凝土1的密实性，从而形成一个钢壳-混凝土组合结构单元。相应单元的在横纵向连续布置形成钢壳-混凝土组合结构沉管的顶板、底板、中墙、外墙等构造。

于又一实施例中，优选地，横向波折隔板4为波折钢板，各板件之间连接采用双面焊接，且波折钢板的厚度不小于12mm。横向波折隔板4可采用桥梁结构常用的1000型，1200型或1600型波折钢板，或采用自制波折，但应保证腹板剪切屈服前不发生整体或局部屈曲。横向波折隔板4上不设或设有若干道竖向加劲肋、或设有焊钉等连接件，加劲肋的形式可为板肋或球扁钢。纵向隔板5上不设或设有若干道竖向加劲肋，加劲肋的形式可为板肋或球扁钢。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。