CN102031755A

CN102031755A - 梁桥重力式桥墩用多功能永久模板

Info

Publication number: CN102031755A
Application number: CN 201010561054
Authority: CN
Inventors: 吴香国; 姜旭东; 赵新宇; 陆立宾; 杨光泽; 周明; 胡晓江; 王大鹏; 毕海龙; 左佳
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: CN102031755B

Abstract

本发明提供的是一种梁桥重力式桥墩用多功能永久模板。包括圆端弧段板、直段板或圆形段板，段板连接组成模板，所述段板包括水泥基复合材料基板、预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件、设置在水泥基复合材料基板表面的内外界面的抗剪联接件。本发明解决了梁桥重力式桥墩关于传统设计技术和施工方案的不足，是一种梁桥重力式桥墩用多功能永久模板和相应叠合桥墩的设计与施工方案。该多功能永久模板首先在施工阶段作为桥墩的模板使用。其次，在桥墩成型后兼做桥墩的防护板。永久模板也作为内部钢筋的外保护层，它将当量取代桥墩结构的相应截面积。

Description

梁桥重力式桥墩用多功能永久模板

技术领域

本发明涉及的是一种建筑模板，具体地说是一种主要用于桥梁建设的永久模板。

背景技术

梁桥重力式桥墩即实体式桥墩，在中、小跨度桥梁，特别是铁路桥梁建设中具有广泛的应用。常用的梁桥重力式桥墩有矩形墩、圆端形墩、圆形墩等，目前的主要模板施工工艺是采用组合式钢制模板。该桥墩模板工程和设计方案存在如下不足：

(1)使用钢制周转模板施工，安装和拆卸既耗时又耗工，装拆两个工序中均存在高空作业的问题，明显影响施工工期。

(2)由于采用组合式钢制模板施工方案，桥墩工程对钢制模板用量很大，对钢材的耗用量大，且存在往返二次运输的问题，特别是对于远距离桥梁建设，因此模板工程造价相对较高。

(3)在组合式模板施工工艺下，形成的传统的重力式桥墩结构导致一般耐久性能的混凝土表面自然裸露，耐久性低，特别是在铁路桥墩建设中这个问题尤为突出。为了提高桥墩结构的服役寿命，目前铁路行业已经提出了铁路桥墩防护板的设计概念及其要点，对既有桥墩进行防护，以期提高既有桥墩结构的耐久性，减少结构的后期维护成本，最终延长结构的使用寿命。但是新建项目仍然采用传统的施工方案。

另外，组合式模板施工，拆卸后的桥墩结构本身受到气候和环境因素影响，极端气候条件下容易引起表面未服役条件下的初始微裂纹，影响结构的服役寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将加快施工速度，缩小工程工期；简化模板工程和降低施工成本的梁桥重力式桥墩用多功能永久模板。

包括圆端弧段板、直段板或圆形段板，段板连接组成模板，所述段板包括水泥基复合材料基板、预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件、设置在水泥基复合材料基板表面的内外界面的抗剪联接件。

本发明还可以包括：

1、所述模板由圆端弧段板和直段板连接组成，所述预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件包括位于水泥基复合材料基板水平边的上下段间界面联接预埋件和位于水泥基复合材料基板垂直边的左右段间界面联接预埋件；上下段间界面联接预埋件与左右段间界面联接预埋件的结构相同，包括水平界面、楔形界面、联接杆件、端部拉结杆。

2、所述模板由圆形段板连接组成，所述预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件包括位于水泥基复合材料基板水平边的上下段间界面联接预埋件和位于水泥基复合材料基板垂直边的左右段间界面联接预埋件；所述上下段间界面联接预埋件的组成包括水平界面、楔形界面、联接杆件、端部拉结杆；所述左右段间界面联接预埋件的组成包括楔形界面、联接杆件、端部拉结杆。

3、所述模板由直段板连接组成，所述预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件包括位于水泥基复合材料基板水平边的上下段间界面联接预埋件；上下段间界面联接预埋件的组成包括水平界面、楔形界面、联接杆件、端部拉结杆。

4、所述水泥基复合材料基板的质量比为：水泥含量为1、硅灰含量为0.1-0.25、中砂含量为0.2-0.8、聚羧酸高效减水剂含量为0.04、水含量为0.2-0.35、膨胀剂含量为0.005、消泡剂含量为0.005、钢纤维含量为0.01-0.02。

5、所述钢纤维直径为0.2-0.5mm、长度为13-15mm、弹性模量为800-1800MPa；所述水泥采用425号硅酸盐水泥；所述硅灰中SiO₂含量在92％以上。

本发明解决了梁桥重力式桥墩关于传统设计技术和施工方案的不足，是一种梁桥重力式桥墩用多功能永久模板和相应叠合桥墩的设计与施工方案。该多功能永久模板首先在施工阶段作为桥墩的模板使用。其次，在桥墩成型后兼做桥墩的防护板。第三，永久模板也作为内部钢筋的外保护层，它将当量取代桥墩结构的相应截面积。因此，这里将其命名为多功能永久模板。

本发明包括用于叠合桥墩结构设计需要的超高性能水泥基复合材料段板，包括圆端弧段板、直段板，矩形、圆形节段，具体实施依据桥墩截面形式而选择。

由相应段板经预埋联接件的焊接工艺，形成的永久模板，兼作内部钢筋的保护层和成品结构的外防护板，同时该永久模板成为结构的一部分，取代桥墩结构的部分截面。

该多功能永久模板采用超高性能水泥基复合材料制成。该超高性能水泥基复合材料在轴压作用下具有非线性破坏行为，设计抗压强度可为80-120MPa。在轴拉作用下，材料具有一定的应变硬化区间，以确保该多功能永久模板变形性能具有较高的韧度，其设计抗拉强度可为8-12MPa。材料的设计初裂应变为0.0001-0.00014，极限拉应变为0.002-0.0035。材料同时应具有较好的抗冲击性能，在1.5米高度的25公斤落锤自由落体冲击15-18次后，相应的抗冲击试件才允许出现肉眼可见的宏观裂纹，至冲击破坏。该材料应具有较高的耐久性能，以期达到桥墩外防护板的设计要求。首先，进行6个月的碳化实验，材料的碳化深度应近似为0毫米。其次，根据ASTM C 1202规范，进行材料的抗氯离子侵蚀实验，通电量应不大于2库伦。第三，材料经历冻融循环400次后，其弹性模量损失应不大于5％。第四，材料的孔隙率为0.051-0.052毫升/克。

本发明相对于现有技术具有如下优点：

在该多功能永久模板涉及到的施工工艺中，只存在模板安装，不存在模板拆卸，属于免拆永久模板，这将显著加快施工速度，缩小工程工期。另外，对于远距离的桥梁工程建设中的模板运输而言，只存在单程运输成本，因此可以大大简化模板工程和施工成本。

该永久模板采用新一代超高性能水泥基复合材料制成，材料特性决定了多功能永久模板的结构性能在抗侵蚀能力、抗冻融循环能力等方面相对于传统的桥墩结构得到极大提高，这将降低或减少工程结构的后期维护成本，有效延长结构的服役寿命。

附图说明

图1为由圆端弧段板和直段板连接组成的圆弧形模板的结构示意图；

图2(a)为左右段间界面联接结构示意图；

图2(b)为2(a)的俯视图；

图3(a)为由圆端弧段板和直段板连接组成的模板中段间界面联接预埋件的结构示意图；

图3(b)为3(a)的左视图；

图4为内外界面的抗剪联接件的示意图；

图5为由直段板连接组成的矩形模板的结构示意图；

图6为图5的局部放大图；

图7为由圆形段板组成的矩形模板的结构示意图；

图8为图7的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做详细描述：

实施方式一：结合图1-图4，它反映的是一种圆端形重力式桥墩用的多功能永久模板，由圆端形节段板、直节段板组成。节段板上下水平边界形式对称，左右竖向边界形式对称。由相应段板经预埋联接件的焊接工艺，形成永久模板，兼作内部钢筋的保护层和成品结构的外防护板，同时该永久模板成为结构的一部分，取代桥墩结构的部分截面。所述的各段板包括段板单元基材1-1、左右段间界面联接预埋件1-2、上下段间界面联接预埋件1-3、内外界面抗剪联接件1-4。左右段间界面联接构造包括水平段间界面联接预埋件1-2、水平段间楔形界面1-5。其它标注为节段内表面1-6、上下节段联接支撑面1-7、上下节段间楔形界面1-8。段间界面联接预埋件1-2包括水平界面1-2-1、楔形界面1-2-2(焊接界面，与轴线具体夹角根据焊接施工空间需要和结构受力计算而确定)、联接杆件1-2-3、端部拉结杆1-2-4，其中水平界面1-2-1位于上下节段联接支撑面1-7内。上下段间界面联接构造包括预埋件1-3、上下节段联接支撑面1-7、上下节段间楔形界面1-8。预埋件1-3构造与1-2相同。

实施方式二：结合图5-6，它所反映的是一种矩形重力式桥墩用的多功能永久模板，每层由四块矩形节段标准板通过预埋联接件焊接而成，矩形节段标准板尺寸由桥墩截面尺寸确定。左右段板间联接件构造包括楔形界面1-2-2(焊接界面，楔形面与板轴线间夹角应取15-40度)、联接杆件1-2-3、端部拉结杆1-2-4，45度对接面1-9。对于矩形节段水平界面联接件不设水平界面1-2-1。上下节段联接构造与实施方式一的相同。

实施方式三：结合图7-8，它所反映的是圆形重力式桥墩多功能永久模板，每层由整体式圆筒组成，不存在竖向联接界面，只存在上下节段联接的界面，界面几何构造和预埋联接件形式与前面所述两种永久模板相应设计完全相同。

上述三种实施方式中的水泥基复合材料基板的质量比为：水泥含量为1、硅灰含量为0.1-0.25、中砂(河砂)含量为0.2-0.8、聚羧酸高效减水剂(含固量40％)含量为0.04、水含量为0.2-0.35、膨胀剂含量为0.005、消泡剂含量为0.005、钢纤维含量为0.01-0.02。其中钢纤维直径为0.2-0.5mm、长度为13-15mm、弹性模量为800-1800MPa；水泥采用425号硅酸盐水泥；硅灰中SiO₂含量均在92％以上。

本发明的多功能永久模板与基础联接可以采用如下方案：

方案一：在桥墩基础承台上，承台内竖向受力筋应按照预制多功能永久模板的第一层节段中预埋件的位置，预留出钢筋，用于与底层模板焊接联接。具体焊缝长度与厚度根据桥墩设计规范中的荷载环境进行受力计算。

方案二：在桥墩基础承台上，按照桥墩基底截面进行放线，根据预制多功能永久模板的第一层节段中预埋件的位置，确定桥墩基础承台联接点位置，植入膨胀螺栓，具体植入螺栓深度和直径以及焊缝长度与厚度根据桥墩设计规范中的荷载环境进行受力计算。在膨胀螺栓拧紧后，将端部与相对应的节段底层预埋件焊接固定。

Claims

1.一种梁桥重力式桥墩用多功能永久模板，其特征是：包括圆端弧段板、直段板或圆形段板，段板连接组成模板，所述段板包括水泥基复合材料基板、预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件、设置在水泥基复合材料基板表面的内外界面的抗剪联接件。

2.根据权利要求1所述的梁桥重力式桥墩用多功能永久模板，其特征是：所述模板由圆端弧段板和直段板连接组成，所述预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件包括位于水泥基复合材料基板水平边的上下段间界面联接预埋件和位于水泥基复合材料基板垂直边的左右段间界面联接预埋件；上下段间界面联接预埋件与左右段间界面联接预埋件的结构相同，包括水平界面、楔形界面、联接杆件、端部拉结杆。

3.根据权利要求1所述的梁桥重力式桥墩用多功能永久模板，其特征是：所述模板由圆形段板连接组成，所述预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件包括位于水泥基复合材料基板水平边的上下段间界面联接预埋件和位于水泥基复合材料基板垂直边的左右段间界面联接预埋件；所述上下段间界面联接预埋件的组成包括水平界面、楔形界面、联接杆件、端部拉结杆；所述左右段间界面联接预埋件的组成包括楔形界面、联接杆件、端部拉结杆。

4.根据权利要求1所述的梁桥重力式桥墩用多功能永久模板，其特征是：所述模板由直段板连接组成，所述预埋在水泥基复合材料基板边缘的预埋件包括位于水泥基复合材料基板水平边的上下段间界面联接预埋件；上下段间界面联接预埋件的组成包括水平界面、楔形界面、联接杆件、端部拉结杆。