CN102808375B - 门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构及其施工方法，钢墩柱底部设置有柱底钢板，柱底钢板与钢墩柱之间焊接有加劲肋板；混凝土承台顶面设置有承台预埋钢板，承台预埋钢板底面连接有设置于混凝土承台中的剪力板和剪力钢筋；柱底钢板与承台预埋钢板之间设置有活动铰支座，每一套活动铰支座包括通过销轴连接并且间隔设置的耳板式上肋板和耳板式下肋板，耳板式上肋板通过活动铰顶板与柱底钢板连接，耳板式下肋板通过活动铰底板与承台预埋钢板连接。本发明结构简单、制造方便、受力合理，能够为新型的门式刚架天桥结构安全可靠地传递计算荷载产生的内力和变形，从而使门式刚架天桥结构的梁高降低，提升景观效果，减少工程投资。

Description

门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程的桥梁结构，具体的说，是涉及一种天桥结构中的钢墩柱与混凝土承台的节点构造形式及其施工方法。

背景技术

人行天桥是城市景观的重要组成部分，在满足人行交通功能的基础上，逐渐向结构轻巧、造型独特、跨度较大、承载力高、安装便利的综合性要求迈进，钢结构已逐步取代混凝土成为人行天桥的主要材料。目前的人行天桥大多采用简支钢箱梁的结构形式。

根据城市人行天桥与人行地道设计规范(CJJ69-95)，当简支钢箱梁的人行天桥主跨跨径较大时，梁高也需随之增大。例如当主跨跨径为50m时，要使结构竖向振动基频满足规范中大于3Hz的要求，梁高至少要达到2.3m。而采用如此大的梁高，会带来一系列弊端：结构厚重、景观效果不佳；在满足桥下4.5米净空的前提下，天桥需设置的台阶阶数增加，不够人性化。

发明内容

本发明要解决的是现有简支钢箱梁天桥结构存在的技术问题，提供一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构及其施工方法，其结构简单、施工方便、受力合理，能够为新型的门式刚架天桥结构安全可靠地传递计算荷载产生的内力和变形，从而使门式刚架天桥结构的梁高降低，提升景观效果，减少工程投资。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构，包括钢墩柱和混凝土承台，所述钢墩柱底部设置有柱底钢板，所述柱底钢板与所述钢墩柱之间焊接有加劲肋板；所述混凝土承台顶面设置有开孔的承台预埋钢板，所述承台预埋钢板底面连接有设置于所述混凝土承台中的剪力板，所述剪力板周围设置有连接于所述承台预埋钢板的剪力钢筋；所述柱底钢板与所述承台预埋钢板之间设置有活动铰支座，所述活动铰支座的数量与所述钢墩柱的腹板数相同，每一套所述活动铰支座包括通过销轴连接的耳板式上肋板和耳板式下肋板，所述耳板式下肋板的数量比所述耳板式上肋板的数量多一块，所述耳板式上肋板和所述耳板式下肋板间隔设置，每一套所述活动铰支座中的所有所述耳板式上肋板通过活动铰顶板与所述柱底钢板连接，每一套所述活动铰支座中的所有所述耳板式下肋板通过活动铰底板与所述承台预埋钢板连接。

所述活动铰支座位于所述钢墩柱的腹板的正下方。

所述剪力板位于所述活动铰支座的正下方。

所述承台预埋钢板设置有两个矩形孔。

一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构的施工方法，包括如下步骤：

a.预制柱底钢板、活动铰顶板、耳板式上肋板、耳板式下肋板、活动铰底板、承台预埋钢板、销轴、钢墩柱、加劲肋板、剪力板以及剪力钢筋，并完成活动铰预埋构件、活动铰上预制构件与钢墩柱、活动铰下预制构件的焊接工作；

其中，活动铰预埋构件包括承台预埋板、剪力板和剪力钢筋；活动铰上预制构件包括柱底钢板、加劲肋板、活动铰顶板和耳板式上肋板；活动铰下预制构件包括活动铰底板与耳板式下肋板；

b.混凝土承台垫层施工，同时在垫层混凝土中预埋定位钢桩；

c.进行混凝土承台底板钢筋绑扎与焊接；

d.安装活动铰预埋构件，采用吊车就位千斤顶微调定位，定位完成后使之与定位钢桩焊接牢固；

e.混凝土承台顶板钢筋绑扎及支模，并再次校正活动铰预埋构件的位置及高程，确认无误后进行加固；

f.混凝土承台混凝土浇筑与养护；

g.现场焊接承台预埋钢板和活动铰下预制构件；

h.在柱底钢板的底面，即活动铰支座外侧焊接四块临时支撑板；

i.待主梁定位安装之后，在活动铰上预制构件和活动铰下预制构件之间现场安装轴销，紧固螺栓，随焊接承台顶预埋板和活动铰底板的焊缝顺序依次拆除支撑板；

j.对活动铰支座及焊缝进行防锈处理和油漆喷涂，加封封板。

本发明的有益效果是：

(一)本发明能够有效可靠的传递内力，并通过释放门式刚架天桥结构横桥向的转动释放转角位移，释放了温度力产生的弯矩，减小结构受力，使结构更加合理、安全，从而减少了门式刚架天桥结构下部混凝土基础的工程量，也减少了对地下管线的切改，大大降低了工程投资。

(二)本发明在承台预埋板下焊接剪力板和剪力钢筋，确保了钢墩柱底传下来的各向反力有效的扩散，避免了应力集中造成混凝土承台中的混凝土抗压破坏，同时确保了钢墩柱反力更有效可靠的传递到混凝土承台，再传递到桩基础。

(三)本发明中活动铰支座的销轴采用40Cr材料，铰轴和配套的螺母进行调质处理后方可使用，关键节点采用强度高、韧性好的材料，从而保证了结构的耐久性。

(四)本发明的承台预埋钢板、剪力板、剪力筋均在工厂预制完成，柱底钢板、加劲肋板、活动铰顶板、活动铰底板、耳板式上肋板以及耳板式下肋板也在工厂加工预制完成，既保证了结构质量，同时构造简单，制作安装方便。

(五)本发明的承台预埋钢板上开设有两个矩形孔，保证了承台预埋钢板下范围的承台混凝土浇筑密实，从而保证整体结构受力安全。

综上所述，本发明结构简单、传力可靠、耐久性好、减少工程投资，可使结构设计、施工和应用更趋合理，并在结构全寿命周期内具有较强的综合经济指标，成为人行天桥门式刚架结构中重要组成构件的前景广阔。

附图说明

图1是本发明所提供的钢墩柱与承台铰接结构的顺桥向剖面图；

图2是本发明所提供的钢墩柱与承台铰接构造的横桥向剖面图；

图3是图1的A-A剖面图；

图4是图1的B-B剖面图；

图中：1，柱底钢板；2，活动铰顶板；3，耳板式上肋板；4，耳板式下肋板；

5，活动铰底板；6，承台预埋钢板；7，销轴；8，钢墩柱；9，加劲肋板；

10，混凝土承台；11，剪力板；12，矩形孔。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

采用一侧固结一侧铰接的整体门式刚架天桥结构形式，代替传统的简支钢箱梁天桥结构，可以显著提高天桥上部结构竖向振动基频，避免共振，大大降低梁高，提升景观效果。一侧的钢墩柱与承台铰接结构，作为门式刚架天桥结构中钢墩柱结构和混凝土承台之间的重要连接构件，需可靠地将上部结构的所有内力传递到承台。

如图1至图4所示，本实施例披露了一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构，主要包括钢墩柱8、柱底钢板1、混凝土承台10、承台预埋钢板6、剪力板11、剪力筋、活动铰支座以及活动铰顶板2、活动铰底板5等。

钢墩柱8底部焊接有柱底钢板1，钢墩柱8的两侧与柱底钢板1之间分别焊接有三块加劲肋板9。

混凝土承台10顶面设置有承台预埋钢板6，承台预埋钢板6的顶面与混凝土承台10顶面齐平。承台预埋钢板6上开设有两个矩形孔12，以保证承台预埋钢板6下范围的承台混凝土浇筑密实。

柱底钢板1与承台预埋钢板6之间设置有活动铰支座，并且每套活动铰支座对应于钢墩柱8每条腹板的位置设置。每套活动铰支座包括多道耳板式肋板，活动铰支座以及其中耳板式肋板的数量根据设计剪力计算确定。如图1所示，本实施例中设置三套活动铰支座，每一套活动铰支座包括三块耳板式上肋板3和四块耳板式下肋板4，每两块耳板式下肋板4之间通过销轴7连接有一块耳板式上肋板3，以保证活动铰支座的稳定性。耳板式上肋板3、耳板式下肋板4以及销轴7应严格按照设计要求的精度和公差进行加工和安装，保证安装完成后，耳板式上肋板3和耳板式下肋板4可以沿销轴7自由转动，销轴7材料选用40Cr。活动铰支座安装完成后，在销轴7及耳板式上肋板3、耳板式下肋板4之间涂黄油，以免锈蚀影响转动。

每一套活动铰支座中的三个耳板式上肋板3顶部共同焊接于一块活动铰顶板2，活动铰顶板2再与柱底钢板1焊接。每一套活动铰支座中的四个耳板式下肋板4底部共同焊接于一块活动铰底板5，活动铰底板5再与承台预埋钢板6焊接。应通过调整焊接工艺，确保活动铰支座与活动铰顶板2、活动铰底板5的Q345qD钢材的焊缝质量，焊缝均要求进行探伤，以保证达到其质量要求。

活动铰支座外部包装饰采用活板，包装饰活板上下两端分别通过螺栓连接在柱底钢板1和承台预埋钢板6上，以方便打开检查活动铰支座情况。

活动铰支座下方设置有两块剪力板11，两块剪力板11分别位于两两活动铰支座之间的位置，每块剪力板11周围设置有剪力钢筋。剪力板11和剪力钢筋设置在混凝土承台10中，并与承台预埋钢板6焊接在一起。剪力板11的数量根据设计剪力计算确定，其相对于活动铰支座的分布位置，以确保两者的合力中心点一致为原则。

本实施例的门式刚架天桥结构钢墩柱与混凝土承台铰接构造在施工之前，首先可以采用MIDAS CIVIL2006版软件对门式刚架天桥结构进行分析计算，内容主要包括恒载、二期铺装、人群荷载、整体升降温、满人荷载、雪荷载、风荷载、地震荷载等，通过分析计算得到钢墩柱与混凝土承台铰接构造节点最不利荷载组合值。其中，群桩基础对上部结构的弹性支撑作用，可按单位力作用下位移相等的原则简化为弹性支撑。

然后根据各项最不利荷载组合值对钢墩柱与混凝土承台铰接构造的各个构件进行受力分析，进而确定出保证钢墩柱8与混凝土承台10之间实现铰接的构件尺寸及要求。本实施例中钢墩柱8的截面高度为1200mm，宽度为1800mm，首先根据柱底反力计算横桥向钢墩柱8外侧需设加劲肋板9的个数及高度；然后根据柱底剪力计算耳板式上肋板3的个数，耳板式下肋板4的个数为耳板式上肋板3个数加1；然后根据分析计算铰接处的拉压弯剪各项受力，以及疲劳应力，来确定轴销7的直径大小和长度；然后同理根据分析计算的承台顶反力结果，确定剪力板11、剪力钢筋的尺寸和数量。

涉及的所有焊接构件均在工厂加工完成，在现场定位后进行浇注混凝土，混凝土需保证浇注质量。

一、施工准备

在工厂根据设计预制柱底钢板1、活动铰顶板2、耳板式上肋板3、耳板式下肋板4、活动铰底板5、承台预埋钢板6、销轴7、钢墩柱8、加劲肋板9、剪力板11以及剪力钢筋，并完成活动铰预埋构件、活动铰上预制构件与钢墩柱8、活动铰下预制构件的焊接工作。活动铰预埋构件包括承台预埋板6、剪力板11和剪力钢筋。活动铰上预制构件包括柱底钢板1、加劲肋板9、活动铰顶板2和耳板式上肋板3。活动铰下预制构件包括活动铰底板5与耳板式下肋板4。

同时由测量人员根据施工图纸放出混凝土承台10的边线，基坑的几何尺寸按照混凝土承台10尺寸外扩80cm进行施放。基坑四周开挖排水沟，对角设置两口集水井，内置抽水泵，保证地下水位不高于基坑底。在垫层施工时，在垫层混凝土中预埋4根定位钢桩。承台垫层浇筑完毕后，在混凝土承台10上用墨线弹出承台预埋钢板6轴线。

二、混凝土承台10底板钢筋绑扎、焊接

底板钢筋使用铅丝绑扎，绑扎点按梅花型布置。焊接长度严格按规定不小于5d把握，焊口处应敲打干净，保证混凝土与钢筋连接紧密。

三、钢墩柱8与活动铰预埋构件安装

底板钢筋绑扎与焊接完毕后，安装活动铰预埋构件。活动铰预埋构件采用吊车就位千斤顶微调，使之与轴线完全重合，顶面四角高差控制在2mm以内。活动铰预埋构件定位完成后，使之与定位钢桩焊接牢固。

四、混凝土承台10顶板钢筋绑扎及支模

绑扎承台顶板钢筋，与活动铰预埋构件交叉部分钢筋施工时尽量避免碰撞预埋件，防止其产生位移。钢筋工程完成后再次校正预埋件的位置及高程，确认无误后，用钢丝索进行加固，防止在浇筑混凝土时产生变位。

五、混凝土承台10混凝土浇筑与养护

混凝土承台10结构的混凝土强度等级为C30，混凝土浇筑采用泵车浇筑，用插入式振捣器进行振捣，混凝土分层建筑分层振捣，每层浇筑厚度不得大于500mm。振捣器间距40cm插一次棒，振捣时间20s左右，直至无气泡为止，不得过振和漏振。振捣上一层时，振捣器应插入下面一层混凝土内，保证上下两层混凝土能很好的结合。混凝土浇筑应先浇筑活动铰预埋构件周边及承台预埋钢板6下方，使混凝土由此处向外扩散，防止此处漏空和混凝土离析，同时应加强振捣，确保其密实度。混凝土浇筑完毕后，用木抹子和铁抹子三次收浆抹面，保证混凝土承台10表面平整。用土工布覆盖，勤洒水，同时外罩塑料薄膜保温保湿养护，避免混凝土承台10表面出现收缩裂缝。混凝土养护7天后，可拆除模板。

六、活动铰支座的安装

现场焊接承台预埋钢板6和活动铰底板5，目的是消除主梁加工误差和活动铰预埋构件施工误差。为了定位准确和施工方便，在柱底钢板1的底面，即活动铰支座外侧焊接四块临时支撑板，起到临时支撑钢墩柱8荷载和方便微调钢墩柱8的作用。待主梁定位安装之后，现场安装轴销7，紧固螺栓。随焊接承台顶预埋板6和活动铰底板5的焊缝顺序依次拆除支撑板。最后对活动铰支座及焊缝进行防锈处理和油漆喷涂，加封封板。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构的施工方法，门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构包括钢墩柱和混凝土承台，所述钢墩柱底部设置有柱底钢板，所述柱底钢板与所述钢墩柱之间焊接有加劲肋板；所述混凝土承台顶面设置有开孔的承台预埋钢板，所述承台预埋钢板底面连接有设置于所述混凝土承台中的剪力板，所述剪力板周围设置有连接于所述承台预埋钢板的剪力钢筋；所述柱底钢板与所述承台预埋钢板之间设置有活动铰支座，所述活动铰支座的数量与所述钢墩柱的腹板数相同，每一套所述活动铰支座包括通过销轴连接的耳板式上肋板和耳板式下肋板，所述耳板式下肋板的数量比所述耳板式上肋板的数量多一块，所述耳板式上肋板和所述耳板式下肋板间隔设置，每一套所述活动铰支座中的所有所述耳板式上肋板通过活动铰顶板与所述柱底钢板连接，每一套所述活动铰支座中的所有所述耳板式下肋板通过活动铰底板与所述承台预埋钢板连接，其特征在于，包括如下步骤：

a.预制柱底钢板、活动铰顶板、耳板式上肋板、耳板式下肋板、活动铰底板、承台预埋钢板、销轴、钢墩柱、加劲肋板、剪力板以及剪力钢筋，并完成活动铰预埋构件、活动铰上预制构件与钢墩柱、活动铰下预制构件的焊接工作；

其中，活动铰预埋构件包括承台预埋板、剪力板和剪力钢筋；活动铰上预制构件包括柱底钢板、加劲肋板、活动铰顶板和耳板式上肋板；活动铰下预制构件包括活动铰底板与耳板式下肋板；

b.混凝土承台边线放样，混凝土承台垫层施工，同时预埋定位钢桩；

c.进行混凝土承台底板钢筋绑扎与焊接；

d.安装活动铰预埋构件，采用吊车就位千斤顶微调定位，定位完成后使之与定位钢桩焊接牢固；

e.混凝土承台顶板钢筋绑扎及支模，并再次校正活动铰预埋构件的位置及高程，确认无误后进行加固；

f.混凝土承台混凝土浇筑与养护；

g.现场焊接承台预埋钢板和活动铰下预制构件；

h.在柱底钢板的底面，即活动铰支座外侧焊接四块临时支撑板；

i.待主梁定位安装之后，在活动铰上预制构件和活动铰下预制构件之间现场安装轴销，紧固螺栓，随焊接承台顶预埋板和活动铰底板的焊缝顺序依次拆除支撑板；

j.对活动铰支座及焊缝进行防锈处理和油漆喷涂，加封封板。

2.根据权利要求1所述的一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构的施工方法，其特征在于，所述活动铰支座位于所述钢墩柱的腹板的正下方。

3.根据权利要求1所述的一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构的施工方法，其特征在于，所述剪力板位于所述活动铰支座的正下方。

4.根据权利要求1所述的一种门式刚架天桥钢墩柱与承台铰接结构的施工方法，其特征在于，所述承台预埋钢板设置有两个矩形孔。