本發(fā)明涉及橋梁工程領域，具體涉及一種鋼筋斜交互鎖橋面板連接結構的設計方法。

背景技術：

1、隨著我國交通運輸行業(yè)的飛速發(fā)展以及國家對橋梁工業(yè)化的大力推廣，橋梁工業(yè)化技術得到蓬勃發(fā)展和廣泛應用，各種新型的預制裝配式橋梁在工程領域大量涌現(xiàn)，在橋梁工業(yè)化建造中，橋面板多以預制橋面板采用濕接縫后澆連接的方式形成，預制橋面板在工廠預制，邊緣預留錨固鋼筋，相鄰兩塊預制橋面板的預留錨固鋼筋在濕接縫處相互搭接后澆筑混凝土形成整體。預制橋面板之間的連接對整個結構安全起著制約性作用，因此規(guī)范對于濕接縫鋼筋搭接提出了一些基礎的構造要求。如對于直線鋼筋搭接要求搭接長度達到一定倍數(shù)的鋼筋直徑長度，一般要求搭接長度范圍為35d～50d，d為搭接鋼筋直徑，直徑20的鋼筋搭接長度要達到700mm～1000mm，直線搭接長度要求較長，在很多應用場景下無法實現(xiàn)，施工支模難度也較大；基于該情況，工程技術人員將預留鋼筋由直線筋改為u型回轉鋼筋，即橋面板的上下排直線鋼筋是由一根鋼筋通過端頭彎鉤形成的整體，這樣可以大大減少搭接長度，由于規(guī)范對于鋼筋末端彎鉤彎曲直徑有一定的要求，對于帶肋鋼筋要求末端彎鉤的彎曲直徑至少達到5d，直徑20的鋼筋要求彎鉤的彎曲凈直徑達到100mm，對于一些橋面板較薄的情況，在僅有的厚度范圍內無法實現(xiàn)鋼筋回轉彎鉤，在僅有的厚度范圍內過度彎折鋼筋會導致鋼筋過大的塑性變形甚至屈服破壞，影響鋼筋的承載特性，且在施工上也難以實現(xiàn)彎折。因此需要針對這種情況提出一種適用于現(xiàn)行規(guī)范要求的新的橋面板鋼筋連接方式，同時針對這種新的連接方式給出通用的設計方法。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述背景技術中提出的問題本發(fā)明提供了一種鋼筋斜交互鎖橋面板連接結構的設計方法，以期解決薄型預制橋面板連接鋼筋難以彎制的問題，同時給出設計方法方便快速計算構造要求，幫助設計人員進行安全合理的設計。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術方案：

3、本發(fā)明提供一種鋼筋斜交互鎖橋面板連接結構，由第一預制橋面板、第二預制橋面板、濕接縫組成，所述第一預制橋面板和第二預制橋面板在濕接縫橫向端部分別預留一定長度的與上下平面呈一定傾斜角度的第一斜向門式鋼筋和第二斜向門式鋼筋，并沿著濕接縫長度方向等間距布置；所述第一斜向門式鋼筋與第二斜向門式鋼筋相互套鎖呈斜交互鎖狀，并在中間留有足夠寬度的孔道，至少4根縱向直線貫穿鋼筋從所述孔道內周邊轉角處垂直貫穿整個濕接縫長度。

4、所述第一預制橋面板長度方向兩端部的第一根預留鋼筋為垂直于上下平面的l形第一下補位鋼筋和第一上補位鋼筋，均由底部或頂部直線段和預留鋼筋端部豎直段組成；

5、所述第二預制橋面板長度方向兩端部的第一根預留鋼筋為垂直于上下平面的為l形第二上補位鋼筋和第二下補位鋼筋，由底部或頂部直線段和預留鋼筋端部豎直段組成；

6、所述第一下補位鋼筋與所述第二上補位鋼筋位于濕接縫長度方向的同一端且相互套鎖形成矩形孔道的端面的矩形環(huán)；所述第一上補位鋼筋與所述第二下補位鋼筋位于濕接縫長度方向的另一同端且相互套鎖形成矩形孔道的另一端面的矩形環(huán)。

7、本發(fā)明還提供一種鋼筋斜交互鎖橋面板連接結構的設計方法，預制第一預制橋面板和第二預制橋面板，預制的同時安裝和確定第一斜向門式鋼筋、第二斜向門式鋼筋、第一下補位鋼筋、第一上補位鋼筋、第二上補位鋼筋和第二下補位鋼筋外形尺寸參數(shù)和鋼筋排布參數(shù)；

8、外形尺寸參數(shù)包括鋼筋直徑d、斜向門式鋼筋雙肢的豎向垂直距離h，所述鋼筋排布參數(shù)為預留鋼筋沿濕接縫長度方向均勻分布的相鄰兩鋼筋之間的距離s、濕接縫邊緣至對向預留鋼筋中心的距離as；

9、所述濕接縫邊緣至對向預留鋼筋中心的距離as取值大于40mm。

10、第一預制橋面板和第二預制橋面板之間預留濕接縫的寬度b，第二斜向門式鋼筋在安裝前分為上斜肢和下斜肢兩部分，兩斜肢在連接段中間留有缺口，供安裝時第一斜向門式鋼筋從缺口穿過與第二斜向門式鋼筋相互套鎖呈斜交互鎖狀，確定第一斜向門式鋼筋和第二斜向門式鋼筋水平搭接長度ls，待安裝完成后再使用幫條焊或機械螺栓連接將所述上斜肢和下斜肢連接成整體形成完整的第二斜向門式鋼筋；

11、所述第一斜向門式鋼筋與第二斜向門式鋼筋相互套鎖中間留有孔道，縱向直線貫穿鋼筋從所述孔道內周邊轉角處垂直貫穿整個濕接縫長度。

12、進一步的，第一斜向門式鋼筋和第二斜向門式鋼筋的水平搭接長度ls通過如下步驟確定：

13、1)建立三種破壞模式下鋼筋斜交互鎖橋面板連接的抗拉承載力fu的計算方法；2)計算每種破壞模式與鋼筋屈服破壞同時發(fā)生的工況時斜向門式鋼筋的水平搭接長度lsi；3)取各類工況發(fā)生時計算所得lsi的最大值作為第一斜向門式鋼筋和第二斜向門式鋼筋水平搭接長度ls最小限定值。

14、進一步的，所述三種破壞模式為①連接鋼筋屈服破壞、②核心混凝土扭轉破壞、③鋼筋滑移破壞；各破壞模式下抗拉承載力計算方法如下；

15、1)連接鋼筋屈服破壞，抗拉承載力fu1的計算公式為：

16、fu1＝fyas＝2fyas1?????????????????????(1)

17、2)核心混凝土扭轉破壞,是指由雙向互鎖的兩個斜向門式鋼筋所包圍的核心混凝土塊在兩端部不對稱壓力作用下產(chǎn)生的整體扭轉破碎的破壞模式，抗扭承載力由扭轉面上的混凝土拉應力提供，核心混凝土扭轉破壞模式下的抗扭承載力tumax的計算公式為：

18、tumax＝0.7wtft??????????????????????????(2)

19、式中，wt為由雙向互鎖的兩個斜向門式鋼筋所包圍的核心混凝土塊在扭轉外力作用下的抗扭塑性抵抗矩，由下式計算得出：

20、

21、在核心混凝土扭轉破壞時，抗扭承載力tumax與外部最大拉力即抗拉承載力fu2的關系如下：

22、

23、將式(3)、(4)帶入式(2)求解得出核心混凝土扭轉破壞模式下的抗拉承載力fu2的計算公式為：

24、

25、3)鋼筋滑移破壞，是指斜向門式鋼筋從后澆的濕接縫混凝土中拉出的破壞模式，抗拉承載力由斜向門式鋼筋與其周圍包裹混凝土之間的粘結力及斜向門式鋼筋端部兩肢連接段混凝土壓應力控制，鋼筋滑移破壞模式下的抗拉承載力tu3的計算公式為：

26、

27、式(1)-(6)中，fy為連接鋼筋的抗拉強度設計值，as為單個u型鋼筋的受拉總面積，as1為單個u型鋼筋的單肢面積；fc為濕接縫混凝土抗壓強度設計值，ft為濕接縫混凝土抗拉強度設計值。

28、進一步的，計算每種破壞模式與鋼筋屈服破壞同時發(fā)生的工況時斜向門式鋼筋的水平搭接長度lsi，是指計算為了充分發(fā)揮預制構件預留鋼筋和混凝土的材料性能，將各破壞模式與鋼筋屈服破壞同時發(fā)生時的搭接長度作為經(jīng)濟安全的搭接長度，將各破壞模式與鋼筋屈服破壞同時發(fā)生時的搭接長度作為經(jīng)濟安全的搭接長度，；同時發(fā)生時兩種破壞模式下的抗拉承載力tui取值相等，即聯(lián)立的兩種破壞模式下抗拉承載力tui均可以記為同一未知數(shù)tu；分別將式(1)、和式(5)聯(lián)立、式(1)和式(6)聯(lián)立，求出兩種工況下的斜向門式鋼筋搭接長度lsi；

29、3)工況1，核心混凝土扭轉破壞的同時連接鋼筋屈服破壞，聯(lián)立式(1)、(5)求得斜向門式鋼筋搭接長度ls記為ls1，如下式所示：

30、

31、4)工況2，鋼筋滑移破壞的同時連接鋼筋屈服破壞，聯(lián)立式(1)、(6)求得斜向門式鋼筋搭接長度ls記為ls2，如下式所示：

32、

33、進一步的，計算所得的ls1、ls2應不小于0,若lsi求解值小于0，則取lsi＝0,最后取ls1、ls2中的最大值作為第一斜向門式鋼筋和第二斜向門式鋼筋水平搭接長度ls的最小限定值，具體計算公式如下所示：

34、ls≥max{ls1，ls2}??????????????????(9)。

35、進一步的，第一下補位鋼筋、第一上補位鋼筋、第二上補位鋼筋及第二下補位鋼筋的水平段預留長度la按下式計算：

36、la＝ls+as

37、進一步的，預留濕接縫的寬度b按下式計算：

38、b≥ls+2as??????????????????????(10)。

39、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

40、本發(fā)明提供的一種鋼筋斜交互鎖橋面板連接結構，利用斜向設置的第一斜向門式鋼筋和第二斜向門式鋼筋，增大回轉鋼筋的中段長度，增加鋼筋的彎折空間，進而增加回轉鋼筋的彎曲半徑，滿足規(guī)范關于鋼筋彎曲半徑要求的同時減小鋼筋的塑性變形，解決薄板結構連接鋼筋無法回轉彎折的情況，相對于直線筋大大提高連接的抗拉承載力，同時也可以減少預留鋼筋的搭接長度。

41、同時給出該連接結構的設計方法，給出鋼筋斜交互鎖連接可能存在的鋼筋破壞、混凝土破壞、滑移破壞三種破壞模式的承載力計算方法，計算每種破壞模式與鋼筋屈服破壞同時發(fā)生的工況時斜向門式鋼筋的水平搭接長度作為該連接型式中鋼筋搭接長度的構造要求，可以實現(xiàn)鋼筋破壞的同時混凝土破壞或鋼筋與混凝土滑移破壞，使得該連接幾個維度的承載能力能維持較為均衡的水平，不至于鋼筋長度浪費或者混凝土強度過剩的問題；最后選擇幾種工況下計算所得的搭接長度最大值作為連接鋼筋的水平搭接長度，能確保設計的構造尺寸經(jīng)濟且安全。綜上，使用本發(fā)明提供的設計方法能夠方便快速計算預制橋面板預留鋼筋搭接長度的經(jīng)濟安全的構造要求，幫助設計人員進行安全合理的設計。