CN103758030B - 外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩 - Google Patents

外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩 Download PDF

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Abstract

外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，包括外管、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；外管内腔沿桥墩竖向设有多块带有中心孔的加劲板，并且加劲板的外边缘与外管内壁连接，形成用于容纳橡胶混凝土的层状空腔；空腔内设有多块竖隔板，并且每块竖隔板的两条侧边均与外管内壁固定。本发明的有益效果是：（1）建立了包裹橡胶混凝土三向受压的有效边界条件；（2）保护橡胶混凝土在地震荷载下的破坏；（3）承载力提高，减震效果明显，减小了桥墩的截面尺寸，填料橡胶混凝土使废旧橡胶得以再利用，实现资源节约型，环保友好型桥梁建设持续健康发展。

Description

外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩
技术领域
本发明涉及一种外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩。
背景技术
钢筋混凝土薄壁桥墩是指横桥向长度和其他形式桥墩相同而纵桥向长度很小的钢筋混凝土桥墩，其是在公路与铁路领域均应用比较广泛的桥墩截面形式。其具有截面积小、自重轻、结构刚度好的特点。外管约束橡胶混凝土桥墩，其是桥墩混凝土均匀内掺橡胶颗粒形成橡胶混凝土，橡胶混凝土外套钢管形成的桥墩截面形式。除了具有一般钢筋混凝土薄壁桥墩优点外，还具有自重更轻和减震效果好的特点，多用于墩高25～50m桥墩情况。
在我国的公路与铁路建设中，在全国大部分区域内，墩高在25～50m间的桥墩比较常见。在地震多发区域，对于此类桥墩，普通钢筋混凝土薄壁桥墩偏于刚性，易发生地震破坏，减震效果差。而外管约束橡胶混凝土薄壁桥墩，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。
普通的钢筋混凝土薄壁桥墩在应用上存在以下问题：1）由于桥墩混凝土的外侧没有支撑，桥墩混凝土外侧失去约束，处于内部无约束状态，力学性能差；2）在地震荷载作用下，钢筋混凝土薄壁桥墩偏于刚性，易发生剪切破坏。
发明内容
本发明针对目前的钢筋混凝土薄壁桥墩混凝土外侧无约束、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外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩。
本发明所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：包括外管、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；所述的外管内腔沿桥墩竖向设有多块带有中心孔的加劲板，并且加劲板的外边缘与外管内壁连接，形成用于容纳橡胶混凝土的层状空腔；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均与外管内壁固定。
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，并且加劲板的外边缘紧贴外管内壁焊接。
所述的竖隔板的截面外形为矩形，其四周紧贴外管内壁焊接在所述的外管上。
所述的桥墩的横截面和外管的横截面均为圆端形、矩形或尖端形中的任意一种。
所述的尖端形为一端为三角形和矩形拼成的封闭图形。
所述的桥墩的横截面为圆端形、外管为圆端形；
或者，所述的桥墩的横截面为矩形、外管为矩形；
或者，所述的桥墩的横截面为尖端形、外管为尖端形。
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尖端形截面的短边。
所述的加劲板的厚度大于等于5mm、宽度大于等于50mm。
所述的竖隔板的厚度与外管的管壁厚度相等。
所述的外管、加劲板和竖隔板均为钢材制成。
在本发明结构中，外管经加劲板加强，并经均匀分布的竖隔板分隔成小块，在承受荷载过程中，不易屈曲、变形；经加劲板加强的外管与均匀分布的竖隔板共同作用为薄壁桥墩的侧壁提供强有力的外部支撑，侧壁橡胶混凝土受到外管和竖隔板的外部约束，处于三向受力状态，其承载力和延性得到大大提高。加劲板的分散布置，避免了集中少量布置引起截面刚度的突变，防止桥墩与加劲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）经加劲板分散布置的外管与均匀分布的竖隔板构成了桥墩侧壁混凝土的侧向约束，即外管和竖隔板提供由外向内的约束，其建立了被包裹橡胶混凝土三向受压的有效边界条件；（2）经加劲板分散布置的外管与均匀分布的竖隔板为橡胶混凝土薄壁桥墩的侧壁混凝土提供强有力的外部支撑，同时利用橡胶混凝土的吸能作用，能有效保护橡胶混凝土在地震荷载下的可能破坏；（3）外管与竖隔板形成的钢管骨架与被包裹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薄壁桥墩的截面尺寸。
附图说明
图1是桥墩截面和外钢管均为圆端形的外钢管约束橡胶混凝土薄壁桥墩的截面示意图。
图2是沿图1中A-A线的剖面图。
图3是桥墩截面和外钢管均为圆端形的外钢管约束橡胶混凝土薄壁桥墩的工作原理分析图（σr：钢筒壁对包裹混凝土的压应力；σc：剖面处与钢筒外力f1yAs及横隔板外力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横隔板产生的反作用拉力）。
图4～图6为桥墩截面和外钢管为不同截面形式的实施例，分别如下：
图4是桥墩截面和外钢管均为圆端形的外钢管约束橡胶混凝土薄壁桥墩的截面示意图；
图5是桥墩截面和外钢管均为矩形的外钢管约束橡胶混凝土薄壁桥墩的截面示意图；
图6是桥墩截面和外钢管均为尖端形的外钢管约束橡胶混凝土薄壁桥墩的截面示意图。
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本发明所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：包括外管1、加劲板2、竖隔板3、混凝土保护层4，所述的外管1的外表面分布用于增加与混凝土保护层4之间粘附力的剪力钉5，所述的混凝土保护层4包覆在所述的外管1的外壁；所述的外管1内腔沿桥墩竖向设有多块带有中心孔的加劲板2，并且加劲板2的外边缘与外管1内壁连接，形成用于容纳橡胶混凝土6的层状空腔；所述的空腔内设有多块竖隔板3，并且每块竖隔板3的两条侧边均与外管1内壁固定。
所述的加劲板2沿桥墩竖直方向等距排列，所述的加劲板2均处于水平方向。
所述的加劲板2的外轮廓与外管1相同，并且加劲板2的外边缘紧贴外管1内壁焊接。
所述的竖隔板3的截面外形为矩形，其四周紧贴外管1内壁焊接在所述的外管1上。
所述的桥墩的横截面和外管1的横截面均为圆端形、矩形或尖端形中的任意一种。
所述的尖端形为一端为三角形和矩形拼成的封闭图形。
所述的桥墩的横截面为圆端形、外管1为圆端形；
或者，所述的桥墩的横截面为矩形、外管1为矩形；
或者，所述的桥墩的横截面为尖端形、外管1为尖端形。
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尖端形截面的短边。
所述的加劲板2的厚度大于等于5mm、宽度大于等于50mm。
所述的竖隔板3的厚度与外管1的管壁厚度相等。
所述的外管1、加劲板2和竖隔板3均为钢材制成。
实施例2针对实施例1中的桥墩，先加工外管1及加劲板2，加劲板2中部空心，呈环状，截面外形与外管1相同，加劲板1四周紧贴于外管1内壁焊接，加劲板2的钢板厚度不宜小于5mm，其宽度不宜小于50mm，加劲板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矩形截面的短边或圆端形截面的圆端直径或尖端形截面的短边；后加工外管及竖隔板，竖隔板截面为矩形，沿桥墩横向均匀布置，其四周紧贴外管1内壁焊接，竖隔板3的钢板厚度与外管壁厚相同，外管1与加劲板2及竖隔板3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5，随后支护模板，浇筑混凝土，即完成一种外管约束橡胶混凝土薄壁桥墩的制作。
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 (10)

1.外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：包括外管、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；所述的外管内腔沿桥墩竖向设有多块带有中心孔的加劲板，并且加劲板的外边缘与外管内壁连接，形成用于容纳橡胶混凝土的层状空腔；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均与外管内壁固定。
2.如权利要求1所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：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所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：所述的加劲板的外轮廓与外管相同，并且加劲板的外边缘紧贴外管内壁焊接。
4.如权利要求2所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：所述的竖隔板的截面外形为矩形，其四周紧贴外管内壁焊接在所述的外管上。
5.如权利要求2所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：所述的桥墩的横截面和外管的横截面均为圆端形、矩形或尖端形中的任意一种。
6.如权利要求5所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：所述的尖端形为一端为三角形和矩形拼成的封闭图形。
7.如权利要求6所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：所述的桥墩的横截面为圆端形、外管为圆端形；
或者，所述的桥墩的横截面为矩形、外管为矩形；
或者，所述的桥墩的横截面为尖端形、外管为尖端形。
8.如权利要求7所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，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尖端形截面的短边。
9.如权利要求8所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：所述的加劲板的厚度大于等于5mm、宽度大于等于50mm。
10.如权利要求9所述的外管约束橡胶混凝土减震薄壁桥墩，其特征在于：所述的竖隔板的厚度与外管的管壁厚度相等。
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