CN106087714B - 一种仿生桥墩及其建造方法 - Google Patents
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Abstract
一种仿生桥墩及其建造方法，包括设于桥墩基础上的桥墩本体，桥墩本体由自下而上依次连接的实体墩底段、空心墩身段和树枝形墩顶段组成，树枝形墩顶段由若干对称或非对称设于空心墩身段上端面并斜向上伸展的墩枝构成，所述空心墩身段由预应力钢束和若干空心墩身块组成，相邻空心墩身块榫卯定位连接，预应力钢束设于空心墩身块侧壁内并贯穿空心墩身段，预应力钢束的下端锚固在实体墩底段上，每个墩枝由若干组拼构件和若干预应力筋组成，组拼构件之间榫卯定位连接，墩枝的横截面为实心或空心截面，相邻两个组拼构件通过设于组拼构件内部的预应力筋锚固，最下端的组拼构件通过设于组拼构件内的预应力筋锚固于空心墩身段的上端面上。
Description
技术领域
本发明属于桥墩建造技术领域，具体涉及一种仿生桥墩及其建造方法。
背景技术
普通的桥梁结构依靠桥墩支承并传递上部荷载，随着交通量的增加，出现了许多跨度大且宽幅的桥梁，由于车辆的偏载以及超限等危险运营方式造成上部主梁结构横向倾覆的事故时有发生，倾覆对桥梁结构和交通运营造成很大危害，此外桥梁结构的受力大小与跨径密切相关，那么桥墩的合理布设就成为确保桥梁结构跨越和运营安全的重要设计内容。通常情况下，沿桥梁纵向的桥墩结构按照上部结构的受力、通航以及排洪的要求设置，沿桥梁横向可设为独柱、多柱墩或者花瓶等横截面变宽的墩，这些桥墩结构的共同特点是将墩柱仅作为上部结构的支承，主要承受压力，即使承受偏心弯矩也是小偏心构件。桥梁设计按照墩中线或者桥墩上支座中线间的间距作为计算跨径进行结构分析；荷载横桥向的偏载问题对窄桥不突出，但一些城市高架桥、立交桥横向非常宽，极端情况下的横桥向偏载对桥梁结构的安全运营形成了巨大威胁，从一些横向倾覆的桥梁事故中可以清晰地看出上部主梁结构即使倾斜落梁，但整体结构未损坏，事故的发生除了超载、偏载等荷载因素外，桥墩横向支承不足是导致事故的重要原因，此外大跨宽幅桥梁的大吨位支座还会增加桥梁建设和管养成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种仿生桥墩及其建造方法。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种仿生桥墩，包括设于桥墩基础上的桥墩本体，桥墩本体由自下而上依次连接的实体墩底段、空心墩身段和树枝形墩顶段组成，树枝形墩顶段由若干对称或非对称设于空心墩身段上端面并斜向上伸展的墩枝构成，所述空心墩身段由预应力钢束和若干空心墩身块组成，相邻空心墩身块榫卯定位连接，预应力钢束设于空心墩身块侧壁内并贯穿空心墩身段，预应力钢束的下端锚固在实体墩底段上，每个墩枝由若干组拼构件和若干预应力筋组成，组拼构件之间榫卯定位连接，墩枝的横截面为实心或空心截面，相邻两个组拼构件通过设于组拼构件内部的预应力筋锚固，最下端的组拼构件通过设于组拼构件内的预应力筋锚固于空心墩身段的上端面上。
进一步地，每个空心墩身块侧壁的下端面上设有第一卯，空心墩身块侧壁的上端面上和实体墩底段的顶部均设有与第一卯相适配的第一榫，组拼构件的下端面上设有第二卯，组拼构件的上端面上或空心墩身段的上端面上均设有与第二卯相适配的第二榫，每个空心墩身块的侧壁内或组拼构件内均预留有预应力孔道，预应力孔道内设有预应力钢束或预应力筋，组拼构件预应力孔道内的上部、空心墩身段的上端面上和实体墩底段的内部均设有用以锚固预应力筋或预应力钢束的锚固齿块。
所述实体墩底段的高度为3~4m，空心墩身段每个空心墩身块的高度为1m，墩枝每个组拼构件的长度为2~3m。
一种仿生桥墩的建造方法，包括如下步骤：
1）依据仿生学原理，按受力要求设计树枝形桥墩，并进行节段划分：其中实体墩底段的高度为3~4m，空心墩身段块高度为1m，组拼构件长度为2~3m，预留预应力孔道、榫和卯，组拼构件预应力孔道内的上部、空心墩身段的上端面上及实体墩底段的内部设置用于锚固预应力筋或预应力钢束的锚固齿块；
2）依据上部结构所传递的弯压荷载，对树枝形墩顶段和空心墩身段进行详细设计，配置预应力筋和预应力钢束，预应力筋和预应力钢束采用桥梁结构常用的Ф15.24钢绞线，锚下时的预应力为预应力筋或预应力钢束的极限抗拉强度的0.7~0.75倍；设计组拼构件、空心墩身块及锚固齿块的构造图；
3）按照设计图纸进行空心墩身块和组拼构件进行工厂预制；
4）施工时按照先组拼实体墩底段、空心墩身段，再依次组拼树枝形墩顶段的顺序完成桥墩安装，组拼时，空心墩身块和组拼构件端面涂抹环氧树脂胶，榫卯对齐临时固定，空心墩身块全部组装好后，空心墩身块的预留孔道穿预应力钢束并张拉锚固，墩枝组拼时每个组拼构件通过预应力筋逐一锚固，48小时内预应力孔道内压浆封锚，最终完成桥墩组拼；
5）按设计图纸要求在树枝形墩顶段的顶部设置支座垫石、安放支座，进行梁体的建造安装，最后可根据需要对树枝形桥墩表面进行涂装美化。
步骤1）中所述的桥墩横截面为圆形、圆台形、矩形等，空心墩身段可为单箱室或者多箱室的板件预制组拼，树枝形墩顶段可为变高度的实心或空心截面。
步骤3）中所述的墩身节段预制方法可采用传统工厂预制的各类建造方法，也可采用最新的3D打印技术。
本发明中，仿生桥墩的外形尺寸按照桥墩受力要求进行设计，并根据通航排洪和预应力筋布置局部优化。
本发明提供了一种仿生的桥墩。基于绿色建筑工业装配化和环保节能要求，可采用传统的节段工厂预制的各类方法预制桥墩的节段。其中实体墩底段的高度可取3.0~4.0m，现场浇注或者工厂预制均可，但应按设计图纸预留预应力孔道；空心墩身块每节高度1m，工厂整体预制，也可以分板件工厂预制现场组拼，注意预留预应力孔道和节段间凹卯凸榫；借鉴仿生学中空间伸展的树枝形状，将仅承压的墩柱变化为承受弯压荷载的悬臂梁，树枝形墩顶段每个组拼构件长度取为2~3m，注意预留预应力孔道和节段间凹卯凸榫；将实体墩底段与预制好的空心墩身块逐节拼装，组拼时节段端面涂抹环氧树脂胶，对齐凹卯凸榫临时固定，预留孔道穿束张拉，组装完成的墩身形成整体结构；借鉴连续梁桥悬壁拼装工艺，逐段对称拼装树枝形墩顶段的预制节段，组拼时节段端面涂抹环氧树脂胶，对齐凹卯凸榫临时固定，预留孔道穿束张拉，最终完成桥墩组拼；为了保护预应力钢束，节段组拼张拉预应力钢束完成后应在48小时内孔道压浆，最后对树枝形桥墩进行表面涂装，并完成交通标识、交通信号的设置。
通过空间伸展开的树枝形桥墩的支承，不仅可以缩短桥跨长度，降低主梁弯矩，而且还可以有力地增强横桥向抗倾覆能力，这对保障桥梁结构和交通运营安全有重要作用。本发明提供的一种仿生的桥墩，在预制桥梁墩身时不需要改变原有工厂预制的工艺流程和技术参数，对于复杂截面和特殊形状的节段还可以采用最新的3D打印技术完成。树枝形桥墩仅需对桥墩节段进行工厂预制，制作工艺和技术成熟，通过组拼为树枝形桥墩结构，形成空间伸开的弯压悬臂梁受力结构实现缩短纵向跨径，增强横向稳定的目的。桥墩构件工厂预制，现场组拼，符合绿色建筑工业装配化要求，环保节能，建造工艺和施工质量成熟，能改善目前所采用的主要承压的柱式桥墩的支承缺陷，对保障桥梁结构和交通运营安全有重要的作用。
和现有技术相比，本发明的有益效果：
1）将传统的现场浇注桥墩转化为工厂节段预制和工地组拼的方式，化整为零，对施工现场起吊能力要求不高，节段预制工艺成熟，工厂生产质量有保证，且符合绿色建筑工业装配化要求，环保节能，现场施工快捷。
2）由于空间伸展的树枝形桥墩支承点多，每个支承承受的力小，可采用小吨位的支座节省工程造价。
3）将传统桥墩受压构件变化为承受弯压的构件，空间伸展开的树枝形墩身可以设计为变截面，通过配置预应力筋或预应力钢束承担弯矩；预应力筋或预应力钢束不仅是节段连接件，也是重要的受力构件。
4）空间伸展开的树枝形桥墩可以缩短桥跨长度，更为重要的是可以增强横桥向稳定，提高桥梁结构横桥向的抗倾覆能力。
5）空间伸展的树枝形桥墩可以使得桥梁结构整体造型新颖，结构形式多变。
6）桥墩节段的拼装与主梁悬臂拼装施工工艺类似，在保证质量的前提下可以缩短工期，且小节段构件对现场起吊能力要求不高。
7）本发明适合在城市高架、立交等大跨宽幅桥梁结构的桥墩中采用。
附图说明
图1为本发明的仿生桥墩的结构示意图；
图2为图1中空心墩身块的结构示意图；
图3为图1中组拼构件的结构示意图；图中：1为实体墩底段；2为空心墩身块；3为墩枝；31为组拼构件；32为预应力筋；41为第一卯；42为第一榫；5为预应力孔道；6为预应力钢束；71为第二卯；72为第二榫；8为锚固齿块；9为桥墩基础。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
如图1、2和图3所示，一种仿生桥墩，包括设于桥墩基础9上的桥墩本体，桥墩本体由自下而上依次连接实体墩底段1、空心墩身段和树枝形墩顶段组成，树枝形墩顶段由若干对称设于空心墩身段上端面并斜向上伸展的墩枝3构成，所述空心墩身段由预应力钢束6和若干空心墩身块2组成，相邻空心墩身块2榫卯定位连接，预应力钢束6设于空心墩身块2侧壁内并贯穿空心墩身段，预应力钢束6的下端锚固在实体墩底段1上，每个墩枝3由若干组拼构件31和若干预应力筋32组成，组拼构件31之间榫卯定位连接，墩枝3的横截面为实心或空心截面，相邻两个组拼构件31通过设于组拼构件31内部的预应力筋32锚固，最下端的组拼构件31通过设于组拼构件31内的预应力筋32锚固于空心墩身段的上端面上。
进一步地，每个空心墩身块2侧壁的下端面上设有第一卯41，空心墩身块2侧壁的上端面上和实体墩底段1的顶部均设有与第一卯41相适配的第一榫42，组拼构件31的下端面上设有第二卯71，组拼构件31的上端面上或空心墩身段的上端面上均设有与第二卯71相适配的第二榫72，每个空心墩身块2的侧壁内或组拼构件31内均预留有预应力孔道5，预应力孔道5内设有预应力钢束6或预应力筋32，组拼构件31预应力孔道5内的上部、空心墩身段的上端面上和实体墩底段1的内部均设有用以锚固预应力筋32或预应力钢束6的锚固齿块8。
所述实体墩底段1的高度为3~4m，空心墩身段每个空心墩身块2的高度为1m，墩枝3每个组拼构件31的长度为2~3m。
上述仿生桥墩的建造方法，其包括如下步骤：
1）依据仿生学原理，按照桥梁美学和结构受力以及排洪通航等要求设计空间张开的树枝形桥墩，并进行节段合理划分：其中实体墩底段1的高度可取3.0m，空心墩身段块2高度为1m，组拼构件31长度取为2m，预留预应力孔道5、榫和卯，组拼构件31预应力孔道5内的上部空心墩身段的上端面上及实体墩底段1的内部均设置用于锚固预应力筋32或预应力钢束6的锚固齿块8；
2）依据上部结构所传递的弯压荷载，对树枝形墩顶段和空心墩身段进行详细设计：配置预应力筋32和预应力钢束6，预应力筋32和预应力钢束6采用桥梁结构常用的Ф15.24钢绞线，锚下时的预应力为0.7~0.75f y （f y 为预应力筋或预应力钢束的极限抗拉强度）；并设计组拼构件31、空心墩身块2和锚固齿块8的构造图；
3）采用传统的预制方法或者目前先进的3D打印技术，空心墩身块2和组拼构件31进行工厂预制；
4）施工现场按照先组拼实体墩底段1、空心墩身段，再依次组拼树枝形墩顶段的顺序完成桥墩安装，组拼时，空心墩身块2和组拼构件31端面涂抹环氧树脂胶，榫卯对齐临时固定，空心墩身块2全部组装好后，空心墩身块2的预应力孔道5穿预应力钢束6并张拉锚固，墩枝3组拼时每个组拼构件31通过预应力筋32和锚固齿块8逐一锚固，48小时内预应力孔道5内压浆封锚，最终完成桥墩组拼；
5）按设计图纸要求在树枝形墩顶段的顶部设置支座垫石、安放支座，进行梁体的建造安装，最后可根据需要对树形桥墩表面进行涂装美化。
本发明仿生的桥墩适宜在城市高架、立交等大跨宽幅桥梁结构的相关桥墩中采用。
Claims (3)
1.一种仿生桥墩，包括设于桥墩基础上的桥墩本体，其特征是：桥墩本体由自下而上依次连接的实体墩底段、空心墩身段和树枝形墩顶段组成，树枝形墩顶段由若干对称或非对称设于空心墩身段上端面并空间斜向上伸展的墩枝构成，所述空心墩身段由预应力钢束和若干空心墩身块组成，相邻空心墩身块榫卯定位连接，预应力钢束设于空心墩身块侧壁内并贯穿空心墩身段，预应力钢束的下端锚固在实体墩底段上，每个墩枝由若干组拼构件和若干预应力筋组成，组拼构件之间榫卯定位连接，墩枝的横截面为实心或空心截面，相邻两个组拼构件通过设于组拼构件内部的预应力筋锚固，最下端的组拼构件通过设于组拼构件内的预应力筋锚固于空心墩身段的上端面上，每个空心墩身块侧壁的下端面上设有第一卯，空心墩身块侧壁的上端面上和实体墩底段的顶部均设有与第一卯相适配的第一榫，组拼构件的下端面上设有第二卯，组拼构件的上端面上或空心墩身段的上端面上均设有与第二卯相适配的第二榫，每个空心墩身块的侧壁内或组拼构件内均预留有预应力孔道，预应力孔道内设有预应力钢束或预应力筋，组拼构件预应力孔道内的上部、空心墩身段的上端面上和实体墩底段的内部均设有用以锚固预应力筋或预应力钢束的锚固齿块。
2.根据权利要求1所述的仿生桥墩，其特征是：所述实体墩底段的高度为3~4m，空心墩身段每个空心墩身块的高度为1m，墩枝每个组拼构件的长度为2~3m。
3.权利要求1所述的仿生桥墩的建造方法，其特征是，包括如下步骤：
1）依据仿生学原理，按受力要求设计树枝形桥墩，并进行节段划分：其中实体墩底段的高度为3~4m，空心墩身块高度为1m，组拼构件长度为2~3m，预留预应力孔道、榫和卯，组拼构件预应力孔道内的上部、空心墩身段的上端面上及实体墩底段的内部均设置用于锚固预应力筋或预应力钢束的锚固齿块；
2）依据上部结构所传递的弯压荷载，对树枝形墩顶段和空心墩身段进行详细设计，配置预应力筋和预应力钢束，预应力筋和预应力钢束采用桥梁结构常用的Ф15.24钢绞线，锚下控制应力为预应力筋或预应力钢束的极限抗拉强度的0.7~0.75倍；设计组拼构件、空心墩身块及锚固齿块的构造图；
3）按照设计图纸进行空心墩身块和组拼构件工厂预制；
4）施工时按照先组拼实体墩底段、空心墩身段，再依次组拼树枝形墩顶段的顺序完成桥墩安装，组拼时，空心墩身块和组拼构件端面涂抹环氧树脂胶，榫卯对齐临时固定，空心墩身块全部组装好后，空心墩身块的预留孔道穿预应力钢束并张拉锚固，墩枝组拼时每个组拼构件通过预应力筋逐一锚固，48小时内预应力孔道内压浆封锚，最终完成桥墩组拼；
5）按设计图纸要求在树枝形墩顶段的顶部设置支座垫石、安放支座，进行梁体的建造安装，最后根据需要对树枝形桥墩表面进行涂装美化。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180105 |
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