CN106592418B - 一种柔性桥墩 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及桥梁建筑领域，公开了一种柔性桥墩，一种柔性桥墩，包括墩身，墩身包括波形钢管与填充在波形钢管内部的混凝土，波形钢管上设有波折段，波折段的波折方向为墩身的轴向，其中波形钢管与混凝土相互支撑。本发明波形钢管可以提高混凝土的抗压强度，故在保持相同抗压承载力的条件下，桥墩截面可以做得更小，既增加了桥墩的柔性，还能降低材料用量；波形钢管具有褶皱效应，抗弯刚度可以忽略，从而可以有效的降低截面整体的抗弯刚度，增加桥墩的柔性，满足主梁和桥墩的变形协调；内部浇筑的混凝土可以提高外层波形钢管的抗屈曲性能，进而提高桥墩的抗剪承载力和抗扭承载力。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁建筑领域，尤其是涉及一种柔性桥墩结构。
背景技术
连续刚构桥是应用较为广泛的一种桥梁结构形式，具有跨越能力大、施工方便、行车平顺等众多优点。连续刚构桥多采用墩梁固结的结构形式，墩梁固结可以减少支座、伸缩缝等构造，增强桥梁的整体性和抗扭性能。
连续刚构桥在墩梁固结处一般采用柔性墩，可以起到协调上部变形和优化上部结构受力的作用。实际工程中多采用薄壁钢筋混凝土高墩保证连续刚构桥桥墩的柔性，而这就限制了连续刚构桥在桥墩较高的跨江河峡谷桥梁中的应用，故人们亟需一种中矮型柔性墩，以促进这种具有较好抗震性能的桥梁形式在面大量广的公路桥梁、城市桥梁中的推广应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可以满足中矮墩柔性变形需要的桥墩。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种柔性桥墩，包括墩身，墩身包括波形钢管与填充在波形钢管内部的混凝土，波形钢管上设有波折段，波折段的波折方向为墩身的轴向，其中波形钢管与混凝土相互支撑。
作为上述方案的进一步改进方式，包括锚杆，锚杆沿墩身截面的纵向与横向分布，且锚杆的两端分别与波形钢管相对两侧的管壁固定。
作为上述方案的进一步改进方式，纵向的锚杆与横向的锚杆沿墩身的高度方向间隔分布。
作为上述方案的进一步改进方式，墩身的同一层同时布置有纵向与横向的锚杆，纵横向锚杆的交汇处通过绑扎固定。
作为上述方案的进一步改进方式，波形钢管在波折段的上下两端设有平直段。
作为上述方案的进一步改进方式，波形钢管的顶部与一封顶钢板焊接固定，该封顶钢板的周边超出波形钢管，其上、下表面焊接有栓钉。
作为上述方案的进一步改进方式，波形钢管的底部与一垫板焊接固定，该垫板的周边超出波形钢管。
作为上述方案的进一步改进方式，波形钢管由多块波形钢板拼接后焊接为一体。
作为上述方案的进一步改进方式，波形钢管为方管。
作为上述方案的进一步改进方式，波形钢管的波折方式包括梯形。
本发明的有益效果是：
1、波形钢管可以提高混凝土的抗压强度，故在保持相同抗压承载力的条件下，桥墩截面可以做得更小，既增加了桥墩的柔性，还能降低材料用量；
2、波形钢管具有褶皱效应，抗弯刚度可以忽略，从而可以有效的降低截面整体的抗弯刚度，增加桥墩的柔性，满足主梁和桥墩的变形协调；
3、内部浇筑的混凝土可以提高外层波形钢管的抗屈曲性能，进而提高桥墩的抗剪承载力和抗扭承载力，此种柔性桥墩具有较好的形变能力，有利于抗震；同时能够适合于各种高度的桥墩，特别是适合大跨径刚构体系桥梁。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明柔性桥墩一个实施例的立体示意图；
图2是本发明柔性桥墩纵向的剖面示意图；
图3是本发明柔性桥墩横向的剖面示意图；
图4是本发明波形钢管波折形式的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
参照图1，示出了本发明柔性桥墩一个实施例的立体示意图，包括墩身，墩身包括波形钢管100与填充在波形钢管100内部的混凝土（未示出），其中，波形钢管100的管壁上设有波折段101，波折段的波折方向为墩身的轴向。
本发明中波形钢管100与混凝土相互支撑相互作用，配合形成柔性桥墩，与常规的钢筋混凝土桥墩相比，由于钢管的套箍作用，可以提高混凝土的抗压强度，故在保持相同抗压承载力的条件下，桥墩截面可以做得更小，既增加了桥墩的柔性，还能降低材料用量；另一方面，内部浇筑的混凝土可以提高外层波形钢管的抗屈曲性能，进而提高桥墩的抗剪承载力和抗扭承载力，此种柔性桥墩具有较好的形变能力，有利于抗震；同时能够适合于各种高度的桥墩，特别是适合大跨径刚构体系桥梁。
本发明中桥墩柔性的提高在于外围的波形钢管100具有波折段，其抗弯刚度可以忽略，故可以有效的降低截面整体的抗弯刚度，更好的满足主梁和桥墩的变形协调，此外，在地震发生时，波形钢管的褶皱效应还具有较好的耗能能力，能起到减震作用。参照表一，示出了薄壁式矩形钢管混凝土桥墩墩身截面纵桥向抗弯刚度随桥墩纵桥向厚度尺寸的变化数据，采用平钢板时，钢管混凝土桥墩纵桥向抗弯刚度为混凝土提供的抗弯刚度以及钢板（钢管）提供的抗弯刚度之和，而本发明中的钢管混凝土桥墩的钢板（钢管）采用波形钢，由于波形板提供的截面刚度可以忽略，故整个截面的抗弯刚度只由混凝土提供，整体抗弯刚度可以得到有效的降低。如表格中数据所示，桥墩墩身厚度为0.4m时，墩身截面的抗弯刚度减弱极为明显，仅为原来的49%；随着墩身厚度的增加，虽然混凝土提供的抗弯刚度的比重逐步加大，但与平钢板钢管混凝土桥墩截面的抗弯刚度相比，其减弱效果仍然很明显（墩身厚度为1.4m时，为原来的77%），故本发明中可以有效的降低桥墩的抗弯刚度，增加桥墩的柔性。
表一
| 桥墩纵桥向厚度（m） | 桥墩横桥向宽度（m） | 桥墩外包钢板厚度（m） | 钢板弹性模量(Gpa) | 混凝土弹性模量(Gpa) | 平钢板钢管混凝土桥墩纵桥向抗弯刚度K1(×109N·m2) | 波形钢板钢管混凝土桥墩纵桥向抗弯刚度K2(×109N·m2) | K2/K1 |
| 0.4 | 5 | 0.01 | 210 | 34.5 | 1.60 | 0.79 | 0.49 |
| 0.6 | 5 | 0.01 | 210 | 34.5 | 4.69 | 2.79 | 0.60 |
| 0.8 | 5 | 0.01 | 210 | 34.5 | 10.24 | 6.79 | 0.66 |
| 1 | 5 | 0.01 | 210 | 34.5 | 18.95 | 13.48 | 0.71 |
| 1.2 | 5 | 0.01 | 210 | 34.5 | 31.53 | 23.52 | 0.75 |
| 1.4 | 5 | 0.01 | 210 | 34.5 | 48.69 | 37.63 | 0.77 |
优选的，本实施例中的波形钢管100由多块钢板拼接后焊接而成，钢板可以在工厂中预制，结合现场拼装、节段浇筑，可以节省支座的设置，施工更为便捷、环保。进一步的，本实施例中的波形钢管100为由四块钢板拼接形成的矩形方管，当然钢管的截面也可以为正方形、圆形、椭圆形等其它形状。此外，钢管的截面可以是等截面，也可以是变截面。
此外，波形钢管100在波折段101的上下两端各设有平直段102，平直段102有利于抵抗桥墩上下端较大的弯矩，也利于结构在此处的施工，其中位于波形钢管顶部的平直段102与一封顶钢板210焊接固定，该封顶钢板的周边超出波形钢管，其上、下表面焊接有栓钉220；位于波形钢管底部的平直段102与一垫板（未示出）焊接固定，该垫板的周边同样超出波形钢管，埋入墩身底部的承台300之内。
参照图2，图3，分别示出了柔性桥墩不同方向的剖面示意图，其中剖切面分别为经过墩身截面纵向和横向的竖直平面。如图所示，柔性桥墩还包括有锚杆400，锚杆400沿墩身截面的纵向与横向分布（图2中示出了纵向分布的锚杆，图3示出了横向分布的锚杆），锚杆400的两端分别与波形钢管相对两侧的管壁固定，锚杆400可以提高桥墩浇筑过程中钢管的稳定性，保证钢管可以发挥套箍作用以提高内部混凝土的抗压强度；在使用过程中还可以增强桥墩的抗剪承载力。
具体的，以本实施例中的矩形钢管为例，钢管的管壁上预留孔洞，锚杆400穿过内部混凝土并与混凝土紧密结合，两端从预留孔洞中伸出后与钢管拴固，其中横向锚杆400将矩形钢管100的左右两侧钢板拉紧，纵向锚杆400将矩形钢管100的前后两块钢板拉紧。
作为锚杆排布的一种优选实施方式，纵向的锚杆与横向的锚杆沿墩身的高度方向间隔分布，作为锚杆排布的另一种优选实施方式，墩身的同一层同时布置有纵向与横向的锚杆，纵横向锚杆的交汇处通过绑扎固定。
图中还示出了承台300与主梁500，其中位于波形钢管底部的平直段102与一垫板230焊接固定，垫板230埋入墩身底部的承台300之内，实现墩身下部的固定，垫板230与平直段102之间还设有加劲板240以进一步增加强度。墩身的上部通过封顶钢板210上的栓钉220连接在主梁500上，实现墩身下部的固定。
参照图4，示出了波形钢管波折形式的示意图，波折形式为优选为梯形，当然其也可以是矩形、三角形或者圆弧形等其它形状。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (4)
1.一种柔性桥墩，其特征在于，包括墩身，所述墩身包括波形钢管与填充在所述波形钢管内部的混凝土，所述波形钢管上设有波折段，所述波折段的波折方向为所述墩身的轴向，其中波形钢管与所述混凝土相互支撑；
包括锚杆，所述锚杆沿所述墩身截面的纵向与横向分布，且锚杆的两端分别与所述波形钢管相对两侧的管壁固定；
所述墩身的同一层同时布置有纵向与横向的所述锚杆，纵横向锚杆的交汇处通过绑扎固定；
所述波形钢管在所述波折段的上下两端设有平直段；
所述波形钢管的顶部与一封顶钢板焊接固定，该封顶钢板的周边超出所述波形钢管，其上、下表面焊接有栓钉；
所述波形钢管的底部与一垫板焊接固定，该垫板的周边超出所述波形钢管；
所述波形钢管由多块波形钢板拼接后焊接为一体；
所述柔性桥墩为中矮墩。
2.根据权利要求1所述的柔性桥墩，其特征在于，纵向的所述锚杆与横向的所述锚杆沿所述墩身的高度方向间隔分布。
3.根据权利要求1所述的柔性桥墩，其特征在于，所述波形钢管为方管。
4.根据权利要求1所述的柔性桥墩，其特征在于，所述波形钢管的波折形式包括梯形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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