双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构
阅读说明：本技术 双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构 (End steel plate self-anchoring structure of double-steel-plate-concrete combined structure ) 是由 路冰 刘聪 赵宝成 孔璟常 陈鑫 于 2020-12-02 设计创作，主要内容包括：双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构,本发明涉及一种双钢板-混凝土组合结构中端部钢板的锚固结构,它为了解决双钢板-混凝土组合结构中由于抗剪连接件受力复杂,在往复荷载作用下易发生抗剪断裂的问题。本发明双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构在端部的一侧钢板沿双钢板-混凝土组合结构的厚度方向弯折,在钢板弯折部的内侧设置有橡胶垫,尾端抗剪连接件的一端连接在钢板弯折部上,尾端抗剪连接件的另一端伸入核芯混凝土内部,双钢板-混凝土组合结构端部的另一侧钢板上沿厚度方向设置有端部抗剪连接件。本发明自锚固方式既可以提高钢板与混凝土协同工作的能力,又能够降低界面内抗剪连接件的抗剪作用力。(The invention discloses a self-anchoring structure of a steel plate at the end part of a double-steel-plate-concrete combined structure, relates to an anchoring structure of a steel plate at the end part in a double-steel-plate-concrete combined structure, and aims to solve the problem that shear fracture is easy to occur under the action of reciprocating load due to the complex stress of a shear connector in the double-steel-plate-concrete combined structure. The self-anchoring structure of the end steel plate of the double-steel-plate-concrete combined structure is characterized in that the steel plate at one side of the end is bent along the thickness direction of the double-steel-plate-concrete combined structure, a rubber pad is arranged on the inner side of the bent part of the steel plate, one end of a tail-end shear connector is connected to the bent part of the steel plate, the other end of the tail-end shear connector extends into the core concrete, and an end shear connector is arranged on the steel plate at the other side of the end of the double-steel-plate-concrete combined structure along the. The self-anchoring mode of the invention can not only improve the cooperative working capacity of the steel plate and the concrete, but also reduce the shearing acting force of the shearing-resistant connecting piece in the interface.)
技术领域
本发明涉及一种双钢板-混凝土组合结构中端部钢板的锚固结构。
背景技术
双钢板-混凝土组合结构是由两侧钢板、核芯混凝土和抗剪连接件组成。在双钢板-混凝土组合结构中钢板与混凝土的协同工作依靠抗剪连接件来实现。在现有针对双钢板-混凝土组合结构设计规范中，双钢板-混凝土组合结构与双钢板-混凝土组合结构的连接方式，以及双钢板-混凝土组合结构与钢筋混凝土组合结构的连接方式都提供了对钢板的锚固作用，进而降低了抗剪连接件的剪力，提高双钢板-混凝土组合结构整体力学性能和安全裕度。然而，目前尚未提出双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固的设计方式。
发明内容
本发明的目的是为了解决双钢板-混凝土组合结构中由于抗剪连接件受力复杂，在往复荷载作用下易发生抗剪断裂的问题，而提出一种双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构。
本发明双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构包括两侧钢板、多个内部抗剪连接件、核芯混凝土、橡胶垫、尾端抗剪连接件和端部抗剪连接件，两块钢板相对设置，内部抗剪连接件焊接在两块钢板之间，在两个钢板之间浇筑有核芯混凝土形成双钢板-混凝土组合结构，双钢板-混凝土组合结构端部的一侧(受拉)钢板沿双钢板-混凝土组合结构的厚度方向弯折，在钢板弯折部的内侧设置有楔形厚度的橡胶垫，尾端抗剪连接件的一端连接在钢板弯折部上，尾端抗剪连接件的另一端伸入核芯混凝土内部，双钢板-混凝土组合结构端部的另一侧(受拉)钢板上沿厚度方向设置有端部抗剪连接件。
本发明双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构包括两侧钢板、多个内部抗剪连接件、核芯混凝土、橡胶垫和尾端抗剪连接件，两块钢板相对设置，内部抗剪连接件焊接在两块钢板之间，在两个钢板之间浇筑有核芯混凝土形成双钢板-混凝土组合结构，双钢板-混凝土组合结构端部的两侧(受拉)钢板分别沿双钢板-混凝土组合结构的厚度方向弯折，在每个钢板弯折部的内侧分别设置有楔形厚度的橡胶垫，每个钢板弯折部上均连接有尾端抗剪连接件，尾端抗剪连接件的一端连接在钢板弯折部上，尾端抗剪连接件的另一端伸入核芯混凝土内部。
本发明双钢板-混凝土组合结构由两侧钢板、核芯混凝土和抗剪连接件组成。对于采用钢板自锚固形式的双钢板-混凝土组合结构而言，其两侧钢板仍通过抗剪连接件实现部分界面剪力传力，端部弯折钢板段与尾部抗剪连接件，能够有效约束混凝土，并增大端部钢板在混凝土内的锚固作用，防止钢板滑脱。在钢板与抗剪连接件连接完成之后，以两侧钢板作为临时模板浇筑混凝土，从而形成端部钢板自锚固的双钢板-混凝土组合结构形式。
本发明双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构的有益效果在于钢板自锚固方式既可以提高钢板与混凝土协同工作的能力，又能够降低(往复荷载作用下)界面内抗剪连接件的抗剪作用力，从而极大提高双钢板-混凝土组合结构的力学性能和抗震性能。在传统的双钢板-混凝土组合结构拼接设计，以及双钢板-混凝土组合结构与钢筋混凝土结构连接设计中均对钢板进行了锚固。然而，目前，尚未针对双钢板-混凝土组合结构中钢板自锚固进行设计研究。本发明弥补了双钢板-混凝土组合结构中的短板，适用于双钢板-混凝土组合结构的工业应用。
附图说明
图1为本发明双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构中端部弯折钢板的结构示意图；
图2为
具体实施方式
一中双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构的端部结构示意图；
图3为具体实施方式一中双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构的整体结构示意图；
图4为具体实施方式二中双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构的整体结构示意图；
图5为实施例中双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构加载示意图；
图6为实施例中双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构的数值模拟结果图；
图7为实施例中双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构中钢板内力与钢板水平位移关系曲线图，其中1代表0D，2代表2.5D，3代表5D，4代表7.5D，5代表10D，6代表12.5D，7代表15D，8代表17.5D，9代表20D。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构包括两侧钢板1、多个内部抗剪连接件2、核芯混凝土3、橡胶垫4、尾端抗剪连接件5和端部抗剪连接件6，两块钢板1相对设置，内部抗剪连接件2焊接在两块钢板1之间，在两个钢板1之间浇筑有核芯混凝土3形成双钢板-混凝土组合结构，双钢板-混凝土组合结构端部的一侧钢板1沿双钢板-混凝土组合结构的厚度方向弯折，在钢板弯折部的内侧设置有楔形厚度的橡胶垫4，尾端抗剪连接件5的一端连接在钢板弯折部上，尾端抗剪连接件5的另一端伸入核芯混凝土3内部，双钢板-混凝土组合结构端部的另一侧钢板1上沿厚度方向设置有端部抗剪连接件6。
本实施方式在钢板内侧布置楔形厚度橡胶垫，在弯折钢板上设置尾端抗剪连接件，提高钢板锚固效果。楔形橡胶垫主要作用在于延迟弯折钢板锚固作用的发挥，保证抗剪连接件抗剪性能优先发挥，待荷载较大时，抗剪连接件与弯折钢板的锚固作用同时发挥。
本实施方式双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构的作用在于降低界面内抗剪连接件的剪力，节省抗剪连接件焊接施工成本，降低钢板焊接残余变形和残余应力，更好了提高双钢板-混凝土组合结构的抗震性能。同时，从现有针对双钢板-混凝土组合结构中抗剪连接件的抗剪性能的推出试验结果来看，往复荷载作用下，抗剪连接件的抗剪性能显著下降，延性降低。对于钢板-混凝土组合结构而言，往复荷载作用下，一旦界面内抗剪连接件容易发生断裂，就会造成双钢板-混凝土组合结构承载能力彻底丧失。
具体实施方式二：本实施方式双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构包括两侧钢板1、多个内部抗剪连接件2、核芯混凝土3、橡胶垫4和尾端抗剪连接件5，两块钢板1相对设置，内部抗剪连接件2焊接在两块钢板1之间，在两个钢板1之间浇筑有核芯混凝土3形成双钢板-混凝土组合结构，双钢板-混凝土组合结构端部的两侧钢板1分别沿双钢板-混凝土组合结构的厚度方向弯折，在每个钢板弯折部的内侧分别设置有楔形厚度的橡胶垫4，每个钢板弯折部上均连接有尾端抗剪连接件5，尾端抗剪连接件5的一端连接在钢板弯折部上，尾端抗剪连接件5的另一端伸入核芯混凝土3内部。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是设钢板1的厚度为D，钢板弯折处内圆角曲率半径R为1.2D-2.8D。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是双钢板-混凝土组合结构端部的一侧钢板1沿双钢板-混凝土组合结构的厚度方向弯折，钢板弯折部与钢板未弯折部的夹角为82-88°。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是双钢板-混凝土组合结构端部的一侧钢板1沿双钢板-混凝土组合结构的厚度方向弯折，钢板弯折部与钢板未弯折部的夹角为85°。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是尾端抗剪连接件5与钢板弯折部垂直设置。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是尾端抗剪连接件5水平设置。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是设钢板1的厚度为D，钢板弯折部的末端到弯折点Q之间的距离L为13D～17D。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是设钢板1的厚度为D，钢板弯折部的末端到尾端抗剪连接件5的距离m为3D～6D。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是核芯混凝土3的厚度为300mm-1000mm。
实施例：本实施例双钢板-混凝土组合结构端部钢板自锚固结构包括两侧钢板1、多个内部抗剪连接件2、核芯混凝土3、橡胶垫4、尾端抗剪连接件5和端部抗剪连接件6，两块钢板1相对设置，内部抗剪连接件2焊接在两块钢板1之间，在两个钢板1之间浇筑有核芯混凝土3形成双钢板-混凝土组合结构，双钢板-混凝土组合结构端部的一侧钢板沿双钢板-混凝土组合结构的厚度方向弯折，在钢板弯折部的内侧设置有楔形厚度的橡胶垫4，尾端抗剪连接件5的一端连接在钢板弯折部上，尾端抗剪连接件5的另一端伸入核芯混凝土3内部，尾端抗剪连接件5与钢板弯折部垂直设置，双钢板-混凝土组合结构端部的另一侧钢板上沿厚度方向设置有端部抗剪连接件6。
本实施例通过压弯设备对钢板进行弯折，通过抗剪连接件连接两侧钢板，在两块钢板之间浇筑混凝土成型。
采用ABAQUS有限元软件对本实施例的双钢板-混凝土结构端部自锚固结构进行模拟分析，主要分析钢板折点与钢板末端距离对钢板最大内力值的影响。该实施例中，设钢板厚度为10mm，钢板宽度为500mm，钢板屈服强度为400MPa；混凝土高度为500mm，混凝土宽度为500mm，混凝土强度等级为C40。钢板弯折点曲率半径为25mm，第一弯折曲线圆心与钢板末端的距离从0D～20D不等。试件的加载示意图如图5所示。图中A端混凝土固定约束，在B端对钢板施加水平位移。钢板与混凝土接触面切向定义摩擦，摩擦系数为0.6，法向定义“硬”接触。尾端抗剪连接件采用弹簧单元模拟。
模拟结果如图6所示，从图中可以看出，在钢板收到水平拉力作用下，混凝土受压出现反拱。将钢板内力与水平位移的关系曲线绘制于图7中。从图中可以看出，随着弯折曲线圆心与弯折钢板末端距离的增大，钢板的最大内力值逐渐提高，当圆心距达到20D时，出现陡降。从模拟结果来看，这是由于当圆心距过大时，弯折段钢板出现翘曲从而影响了钢板自锚固的效果。因此，本发明将弯折曲线圆心与钢板末端的距离建议值为13D～17D，此时，钢板可以达到屈服抗拉强度。从力-位移关系曲线来看，当内力达到峰值时出现下降，这是由于混凝土产生塑性变形导致的。
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