阅读说明：本技术 基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构 (Steel-concrete composite structure based on tenon fourth of twelve earthly branches type connecting piece ) 是由 彭旺虎 赵志军 谢泽华 柳彪 欧阳铭 杨霖颖 林婉双 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构,包括混凝土件和钢构件,钢构件包括钢构件下翼缘、钢构件腹板和钢榫头,混凝土件呈水平板状,钢构件腹板垂直设置在钢构件下翼缘上表面的中部,钢榫头均匀间隔分布在钢构件腹板的上端部,相邻钢榫头之间形成卯口,在卯口中部设置有贯通钢筋,贯通钢筋相对钢构件腹板的法向呈平行状态,钢构件腹板的上端部和钢榫头均位于混凝土件的下表面内部。本发明在应用的过程中具有较高的疲劳性能,连接件不需要额外的焊接作业和焊接工具,能够承担钢构件和混凝土件间的纵向剪力及横向剪力,同时抵抗混凝土件与钢构件间的掀起作用。(The invention discloses a steel-concrete combined structure based on a mortise-tenon type connecting piece, which comprises a concrete member and a steel member, wherein the steel member comprises a steel member lower flange, a steel member web plate and steel tenons, the concrete member is in a horizontal plate shape, the steel member web plate is vertically arranged in the middle of the upper surface of the steel member lower flange, the steel tenons are uniformly distributed at the upper end part of the steel member web plate at intervals, mortise openings are formed between adjacent steel tenons, through steel bars are arranged in the middle of the mortise openings, the through steel bars are parallel to the normal direction of the steel member web plate, and the upper end part of the steel member web plate and the steel tenons are both positioned in the lower surface of the concrete member. The invention has higher fatigue performance in the application process, the connecting piece does not need extra welding operation and welding tools, can bear the longitudinal shearing force and the transverse shearing force between the steel member and the concrete member, and simultaneously resists the lifting effect between the concrete member and the steel member.)

基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构

技术领域

本发明涉及建筑、桥梁工程

技术领域

，尤其涉及基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构。

背景技术

土木工程领域，最常见的组合结构就是钢与混凝土组合结构。钢和混凝土是建造桥梁、房屋等土木工程结构的主要材料，这两种材料在物理和力学性能上具有各自的优势和劣势。通过某种方式将钢材与混凝土组合在一起共同工作，则能够综合传统混凝土结构和钢结构的优势，从而做到扬长避短。

在组合结构中，连接件是保证钢构件和混凝土构件共同工作的关键元件。焊钉是目前应用最广泛、综合受力性能及施工性能较好的抗剪连接件，具有各向同性、抗掀起能力好、施工快速方便等优点，而另一种普遍应用的连接件是开孔板连接件(PBL连接件)。

以焊钉作为连接件时，钢构件的上翼缘必不可少，以提供焊钉布置的平面。同时，圆柱头焊钉施工需要专门的焊接设备。而PBL连接件中需要在封闭圆孔内穿筋，并要求浇注混凝上时保证孔内混凝土的密实度，有较大的施工难度。PBL连接件当用于组合梁时会将混凝土板横向分割，在一定程度上破坏了混凝土板的整体性，不利于混凝土板的横向受力，因此，为解决此类问题，我们提出基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构，包括混凝土件和钢构件，所述钢构件包括钢构件下翼缘、钢构件腹板和钢榫头，所述混凝土件呈水平板状，所述钢构件腹板垂直设置在钢构件下翼缘上表面的中部，所述钢榫头均匀间隔分布在钢构件腹板的上端部，相邻所述钢榫头之间的中部设置有贯通钢筋，所述贯通钢筋相对钢构件腹板的法向呈平行状态，所述钢构件腹板的上端部和钢榫头均位于混凝土件的下表面内部。

优选的，所述混凝土件的上表面呈水平状且下表面中部呈向下凸起状形成承托，所述钢构件置于混凝土件下表面的承托处，且所述钢构件腹板的上端部和钢榫头均位于混凝土件的凸起状内部，所述贯通钢筋与混凝土件的凸起状外轮廓边相平行，且所述贯通钢筋的两端延伸至混凝土件中呈水平状的板体的内部。

优选的，所述混凝土件的截面呈T形或U形，所述钢构件成为混凝土件的外部配筋，所述钢构件腹板和钢榫头均位于混凝土件的梁体内部，且所述钢构件下翼缘与混凝土件的表面相接触。

优选的，所述钢构件中钢构件下翼缘、钢构件腹板和钢榫头之间为一体式结构。

优选的，所述钢榫头的外形包含有类折线形榫、圆锥曲线形榫和缓和曲线形榫。

本发明提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构，有益效果在于：

1、与采用焊钉连接和PBL连接件的方式相比较，钢构件为一体式连接方式，因此使得钢构件下翼缘、钢构件腹板、钢榫头之间无需额外的连接工序；

2、本发明中钢构件采用“T形”截面，钢构件腹板上缘及连接件直接插入混凝土件，且钢构件可直接通过工字形钢梁腹板按钢榫头的形状进行切割，一侧的榫头线形与另一侧的卯口线形相契合，因此由一根工字形钢梁可无损耗或极小损耗地形成两根钢构件；节省钢构件的制造成本；

3、在受力上，钢构件腹板凸出部位形成的钢榫与混凝土在凹入部位形成“混凝土卯”严密扣合，从而建立钢构件与混凝土构件之间的传力机制；

4、钢构件与混凝土件之间传递水平剪力的受力机理，使得钢构件相对混凝土件具有优良的抗剪承载力、延性及抗疲劳性能，同时，钢榫头的头部宽度比根部宽度要大，并在“混凝土卯”的配合下，能提供必要的抗拔能力，此外，相邻钢榫头之间所形成的卯口为开口形式，不会对混凝土件产生过大的横向分割，保证了混凝土件的横向整体性。

5、利用钢构件与混凝土件间的榫卯型连接组合作用，使得钢构件成为所对应混凝土件的外部配筋，增加了所对应的混凝土件的截面有效高度，提高其强度和刚度。

附图说明

图1为本发明提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构的结构示意图；

图2为本发明提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构的钢构件的结构示意图；

图3为本发明提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构的横截面图；

图4为本发明提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构的实施例二的横断面图；

图5为本发明提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构的实施例三的第一横断面图；

图6为本发明提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构的实施例三中的第二横断面图；

图7为本发明提出的基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构的钢榫头的结构示意图。

图中：1、混凝土件；2、钢构件下翼缘；3、钢构件腹板；4、钢榫头；5、贯穿钢筋。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

参照图1、图2、图3和图7，基于榫卯型连接件的钢—混凝土组合结构，包括混凝土件1和钢构件，钢构件包括钢构件下翼缘2、钢构件腹板3和钢榫头4，混凝土件1呈水平板状，钢构件腹板3垂直设置在钢构件下翼缘2上表面的中部，钢榫头4均匀间隔分布在钢构件腹板3的上端部，相邻钢榫头4之间的中部设置有贯通钢筋5，贯通钢筋5相对钢构件腹板3的法向呈平行状态，钢构件腹板3的上端部和钢榫头4均位于混凝土件1的下表面内部，钢构件中钢构件下翼缘2、钢构件腹板3和钢榫头4之间为一体式结构，钢榫头4的外形包含有类折线形榫、圆锥曲线形榫和缓和曲线形榫。

采用市场上售卖的工字钢，在工字钢腹板的中间位置沿切割线对工字钢进行切割，使一个工字钢成为两个钢构件；也可以对矩形钢板进行切割，使一个矩形钢板成为两个带有钢榫头4的钢腹板3，然后再各自焊接下翼缘2，形成钢构件。

在制作混凝土件1的过程中，沿着钢榫头4的中间位置，即卯口中均匀平铺贯穿钢筋5，使混凝土件1、钢构件和贯穿钢筋5形成一个整体。

实施例2

参照图4，混凝土件1的上表面呈水平状且下表面中部呈向下凸起状形成承托，钢构件置于混凝土件1下表面的凸起部，且钢构件腹板3的上端部和钢榫头4均位于混凝土件1的凸起状内部，贯通钢筋5与混凝土件1的凸起状外轮廓边相平行，且贯通钢筋5的两端延伸至混凝土件1中呈水平状的板体的内部。

有益效果：钢构件腹板3上缘的钢榫头4及钢榫头4之间所形成的卯口，直接伸入混凝土件1中，形成具有组合作用的榫卯结构；

在受力上，钢构件腹板3凸出部位的钢榫头4与混凝土件1在凹入部位形成“混凝土卯”严密扣合，从而建立钢构件与混凝土构件之间传力机制，必要时，还可在凹入部位设置横向贯通钢筋5，增大抗剪能力；

钢构件与混凝土件1之间传递水平剪力的受力机理，使得钢构件相对混凝土件1具有优良的抗剪承载力、延性及抗疲劳性能，同时，钢榫头4的头部宽度比根部宽度要大，并在“混凝土卯”的配合下，能提供必要的抗拔能力，此外，卯口为开口形式，不会对混凝土件产生过大的横向分割，保证了混凝土件的横向整体性。

传统的钢—混凝土组合件中，钢构件、连接件和混凝土构件是分别制作的，因为需利用钢构件的翼板作为安装焊钉等连接件的必要板件，钢构件需采用有上翼缘的截面；钢构件的上翼缘由于靠近组合截面的中性轴的位置，在组合结构中的承载贡献较小；而基于榫卯型连接件的混凝土组合结构可以省去钢构件上翼缘。

与采用焊钉或PBL连接件的方式相比较，钢构件为一体式连接方式，因此使得钢构件下翼缘2、钢构件腹板3、钢榫头4之间无需额外的连接工序。

实施例3

参照图5-6，混凝土件1的截面呈T形或U形，钢构件成为混凝土件1的外部配筋，钢构件腹板3和钢榫头4均位于混凝土件1的梁体内部，且钢构件下翼缘2与混凝土件1的表面相接触。

有益效果：利用钢构件与混凝土件1间的榫卯型连接组合作用，使得钢构件成为所对应混凝土件1的外部配筋，增加了所对应的混凝土件1的截面有效高度，提高其强度和刚度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。