CN103741591B - 具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩 - Google Patents

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Abstract

具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，包括外管、内管、加劲板、竖隔板、混凝土保护层，外管的外表面分布用于增加与混凝土保护层之间粘附力的剪力钉，混凝土保护层包覆在外管的外壁；所述的内管同轴设置在所述的外管的内部；外管和内管之间沿轴线方向设有多块带有中心孔的加劲板，并且加劲板的内边缘与内管外壁固定、外边缘与外管内壁连接，形成用于容纳橡胶混凝土的空腔；空腔内设有多块竖隔板，每块竖隔板的两条侧边分别与内管外壁、外管内壁固定。本发明的有益效果是：填充的橡胶混凝土三向受压的有效边界条件，承载力提高，减震效果明显，有效减小桥墩尺寸，拆装简单，降低难度，使废旧橡胶得以再利用，资源节约，环保友好。

Description

具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩
技术领域
本发明涉及一种具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩。
背景技术
混凝土空心桥墩是指内部空心的钢筋混凝土桥墩，其是下部结构轻型化、经济化的一种桥墩截面优化形式。其具有截面积小、截面抵抗矩大、自重轻、结构刚度和承载力好的特点，在公路与铁路领域都有着广泛的应用，多用于高桥墩情况。空心桥墩和重力式实体桥墩比较，一般可减少混凝土用量40%～60%。
在我国山区的公路与铁路建设中，由于地形的变化较大，高桥墩占了很大的比例，墩高达到50m以上的高桥墩较为普遍。在地震多发区域，对于此类桥墩，普通钢筋混凝土空心桥墩偏于刚性，易发生地震破坏，减震效果差。而橡胶混凝土空心桥墩，由于混凝土与橡胶颗粒的有机结合，能有效吸收地震能量，不易发生地震破坏，减震效果好。
普通的钢筋混凝土空心桥墩在应用上存在以下问题：1）由于截面内部的空心，桥墩内外侧壁混凝土失去约束，处于内部无约束状态，整体性能差；2）在地震荷载作用下，钢筋混凝土空心桥墩偏于刚性，易发生剪切破坏；3）空心桥墩内部空间狭小，施工时内部模板搭设与拆除极其困难。
发明内容
本发明针对目前的钢筋混凝土空心桥墩侧壁混凝土无约束、易发生地震破坏的问题，提出了一种不易损坏、承载力高、延性好，耐久性好、减震性能好、特别适合地震多发区域的具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩。
本发明所述的具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，其特征在于：包括外管、内管、加劲板、竖隔板、混凝土保护层，所述的外管的外表面分布用于增加与混凝土保护层之间粘附力的剪力钉，所述的混凝土保护层包覆在所述的外管的外壁；所述的内管同轴设置在所述的外管的内部；所述的外管和内管之间沿轴线方向设有多块带有中心孔的加劲板，并且加劲板的内边缘与内管外壁固定、外边缘与外管内壁连接，形成用于容纳橡胶混凝土的空腔；所述的空腔内设有多块竖隔板，并且每块竖隔板的两条侧边分别与内管外壁、外管内壁固定。
所述的加劲板沿桥墩竖直方向等距排列，所述的加劲板均处于水平方向。
所述的加劲板的外轮廓与外管相同、中心孔轮廓与内管相同，并且加劲板的外边缘紧贴外管内壁焊接、内边缘紧贴内管外壁焊接。
所述的桥墩的横截面和外钢管的横截面均为圆形、矩形、六边形、椭圆形或圆端形中的任意一种。
所述的桥墩的横截面、外管以及内管的横截面为圆形或矩形、内管为横截面为圆形或矩形；
或者，所述的桥墩的横截面为圆形、外管和内管的横截面均为圆形；
或者，所述的桥墩以及外管的横截面的横截面为六边形、内管的横截面为圆形；
或者，所述的桥墩的横截面为圆端形、外管与内管的横截面为圆端形；
或者，所述的桥墩的横截面为椭圆形、外管与内管的横截面为椭圆形。
相邻两块加劲板之间的距离小于等于桥墩横截面外形的最小尺寸，其中，所述的桥墩横截面外形的最小尺寸为圆形截面的直径或矩形截面的短边或椭圆形截面的短轴长或圆端形截面的圆端直径或六边形截面的内切圆直径。
所述的外管、内管、加劲板以及竖隔板均采用钢材制成。
在本发明结构中，内外管经竖隔板连接，在承受荷载过程中，整体骨架稳定性更好，中间橡胶混凝土侧壁同时受到内外管的内外部约束，处于三向受力状态，其承载力和延性得到大大提高；竖隔板的分散布置，为内外管形成整体骨架提供了条件，避免了竖隔板集中少量布置引起截面刚度的突变，防止桥墩空心段与竖隔板相交区域在地震灾害下的集中破坏；同时，通过橡胶混凝土对地震能量的有效吸收，能给地震作用下的桥墩提供切实有效的保护，从而很大程度上保证了桥梁结构的整体安全。
本发明的有益效果是：（1）经连接钢板分散布置的内钢管与外钢管共同构成了桥墩中间混凝土的侧向约束，即内外钢管联合骨架提供内外挤压约束，其建立了中间橡胶混凝土三向受压的有效边界条件；（2）经连接钢板分散布置的内钢管与外钢管为橡胶混凝土空心桥墩的中间混凝土提供强有力的支撑，能有效保护中间橡胶混凝土在地震荷载下的可能破坏，同时利用橡胶混凝土的吸能作用，避免了地震荷载作用下截面空心给桥墩中间橡胶混凝土带来的不利影响；（3）内外管与中间的橡胶混凝土共同工作，形成组合结构，承载力得以提高，减震效果明显，有效减小了橡胶混凝土空心桥墩的截面尺寸；（4）内钢管为橡胶混凝土空心桥墩提供空心的内部模板，消除了普通内模板的搭设与拆除工序，降低了截面空心构造的施工难度，节省了模板用料。
附图说明
图1是桥墩截面和内外钢管均为圆形的内外钢管约束橡胶混凝土空心桥墩的截面示意图；
图2是桥墩截面和内外钢管均为圆形的内外钢管约束橡胶混凝土空心桥墩的工作原理分析图（r1：外钢筒壁对包裹混凝土的压应力；σr2：内钢筒壁对包裹混凝土的压应力；σc：剖面处与钢筒外力f1yAs及f2yAs相平衡的混凝土压应力；f2yAs：剖面处包裹混凝土受到挤压时对内钢筒壁产生的反作用拉力；f1yAs：剖面处包裹混凝土受到挤压时对外钢筒壁产生的反作用拉力）；
图3是沿图2中A-A线的剖面图。
图4～图9为桥墩截面和内外管不同截面形式的实施例，分别如下：
图4是桥墩截面和内外管均为圆形的内外管约束橡胶混凝土空心桥墩的截面示意图；
图5是桥墩截面和内外钢管均为矩形的内外管约束橡胶混凝土空心桥墩的截面示意图；
图6是桥墩截面为六边形截面、外管为六边形内管为圆形截面的内外管约束橡胶混凝土空心桥墩的截面示意图；
图7是桥墩截面为矩形截面、外管为矩形内管为圆形截面的内外管约束橡胶混凝土空心桥墩的截面示意图；
图8是桥墩截面和内外管均为圆端形的内外管约束橡胶混凝土空心桥墩的截面示意图；
图9是桥墩截面和内外钢管均为椭圆形的内外管约束橡胶混凝土空心桥墩的截面示意图；
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，包括外管1、内管2、加劲板3、竖隔板4、混凝土保护层5，所述的外管1的外表面分布用于增加与混凝土保护层5之间粘附力的剪力钉11，所述的混凝土保护层5包覆在所述的外管1的外壁；所述的内管2同轴设置在所述的外管1的内部；所述的外管1和内管2之间沿轴线方向设有多块带有中心孔的加劲板3，并且加劲板3的内边缘与内管2外壁固定、外边缘与外管1内壁连接，形成用于容纳橡胶混凝土6的空腔；所述的空腔内设有多块竖隔板4，并且每块竖隔板4的两条侧边分别与内管2外壁、外管1内壁固定。
所述的加劲板3沿桥墩竖直方向等距排列，所述的加劲板3均处于水平方向。
所述的加劲板3的外轮廓与外管1相同、中心孔轮廓与内管2相同，并且加劲板3的外边缘紧贴外管1内壁焊接、内边缘紧贴内管2外壁焊接。
所述的桥墩的横截面、外管1以及内管的横截面均为圆形、矩形、六边形、椭圆形或圆端形中的任意一种。
所述的桥墩的横截面以及外管1的横截面为圆形或矩形、内管2为横截面为圆形或矩形；
或者，所述的桥墩的横截面为圆形、外管1和内管2的横截面均为圆形；
或者，所述的桥墩以及外管1的横截面的横截面为六边形、内管2的横截面为圆形；
或者，所述的桥墩的横截面为圆端形、外管1与内管2的横截面为圆端形；
或者，所述的桥墩的横截面为椭圆形、外管1与内管2的横截面为椭圆形。
相邻两块加劲板3之间的距离小于等于桥墩横截面外形的最小尺寸，其中，所述的桥墩横截面外形的最小尺寸为圆形截面的直径或矩形截面的短边或椭圆形截面的短轴长或圆端形截面的圆端直径或六边形截面的内切圆直径。
所述的外管、内管、加劲板以及竖隔板均采用钢材制成。
实施例2如图2所示，橡胶混凝土减震空心桥墩中间混凝土的外侧受到外管1由外向内的约束力σr1，内侧受到内管2由内向外的约束力σr2，处于三向受力状态，侧壁橡胶混凝土的力学性能产生了本质的变化，强度和延性得到了极大提高，外管1及内管2经竖隔板4加强，为空心桥墩的侧壁提供强有力的有效内外部支撑，同时利用橡胶混凝土的吸能作用，能有效减少该桥墩在地震荷载作用下的破坏。
实施例3对于实施例1所述的桥墩的安装步骤为：先加工内管2及外管1，之后安装加劲板3和竖隔板4，竖隔板4两端紧贴于外管1内壁及内管2外壁焊接，竖隔板4的钢板厚度与内外钢管厚度相同，其宽度不宜小于50mm，加劲板3沿桥墩竖向水平间隔布置，其布置间距不大于桥墩截面外形的最小尺寸，桥墩截面外形的最小尺寸为圆形截面的直径或矩形截面的短边或椭圆形截面的短轴长或圆端形截面的圆端直径或六边形截面的内切圆直径，内管2及外管1和加劲板3和竖隔板4焊接连接完成后，吊运至施工现场安装，安装完成后在外管1外壁焊接剪力钉11，随后支护模板，浇筑混凝土，内管2内部空置，即完成一种内外钢管约束橡胶混凝土空心桥墩的制作。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，其特征在于：包括外管、内管、加劲板、竖隔板、混凝土保护层，所述的外管的外表面分布用于增加与混凝土保护层之间粘附力的剪力钉，所述的混凝土保护层包覆在所述的外管的外壁；所述的内管同轴设置在所述的外管的内部；所述的外管和内管之间沿轴线方向设有多块带有中心孔的加劲板，并且加劲板的内边缘与内管外壁固定、外边缘与外管内壁连接，形成用于容纳橡胶混凝土的空腔；所述的空腔内设有多块竖隔板，并且每块竖隔板的两条侧边分别与内管外壁、外管内壁固定。
2.如权利要求1所述的具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，其特征在于：所述的加劲板沿桥墩竖直方向等距排列，所述的加劲板均处于水平方向。
3.如权利要求2所述的具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，其特征在于：所述的加劲板的外轮廓与外管相同、中心孔轮廓与内管相同，并且加劲板的外边缘紧贴外管内壁焊接、内边缘紧贴内管外壁焊接。
4.如权利要求3所述的具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，其特征在于：所述的桥墩的横截面和外钢管的横截面均为圆形、矩形、六边形、椭圆形或圆端形中的任意一种。
5.如权利要求4所述的具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，其特征在于：所述的桥墩的横截面、外管以及内管的横截面为圆形或矩形、内管为横截面为圆形或矩形；
或者，所述的桥墩的横截面为圆形、外管和内管的横截面均为圆形；
或者，所述的桥墩以及外管的横截面的横截面为六边形、内管的横截面为圆形；
或者，所述的桥墩的横截面为圆端形、外管与内管的横截面为圆端形；
或者，所述的桥墩的横截面为椭圆形、外管与内管的横截面为椭圆形。
6.如权利要求5所述的具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，其特征在于：相邻两块加劲板之间的距离小于等于桥墩横截面外形的最小尺寸，其中，所述的桥墩横截面外形的最小尺寸为圆形截面的直径或矩形截面的短边或椭圆形截面的短轴长或圆端形截面的圆端直径或六边形截面的内切圆直径。
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