CN107044083A - 一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱 - Google Patents

Abstract

一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，它涉及一种空心桥墩柱。本发明是为了解决现有钢筋混凝土桥墩存在需要支模拆模等工序、施工困难，且抗震性能不高，震后加固复杂；而钢结构桥墩存在造价高，需要进行防腐处理，且要定期保养维护；钢管混凝土桥墩柱自重大、设计尺寸受限以及柱端钢管易局部屈曲、桥墩寿命低的问题。本发明包括内层波纹钢管(1)、外层波纹钢管(2)、钢筋笼骨架(3)和混凝土(4)，内层波纹钢管(1)同轴套装在外层波纹钢管(2)内，钢筋笼骨架(3)安装在内层波纹钢管(1)和外层波纹钢管(2)之间，混凝土(4)浇筑在内层波纹钢管(1)和外层波纹钢管(2)之间。本发明用于交通建设行业。

Description

一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱

技术领域

本发明涉及一种空心桥墩柱，具体涉及一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱。

背景技术

桥墩是桥梁结构的主要竖向承重构件，传统桥墩多采用钢筋混凝土结构或钢结构。钢筋混凝土桥墩存在需要支模拆模等工序、施工困难，且抗震性能不高，震后加固复杂；而钢结构桥墩一般造价较高，需要进行防腐处理，且需要定期保养维护。钢管混凝土组合桥墩得益于钢管的约束作用，核心混凝土保持三向应力状态，可大幅提高承载力和延性，因此其在既有桥墩的加固修复和新建桥梁墩柱上应用日益广泛。但对于山区、深水区的公路桥或铁路桥，随着墩身高度增加，墩身混凝土用量将大幅度增加，使墩身及基础的造价大幅提高，极大的增加了设计和施工难度。主要体现在以下几个方面：一、为了保证竖向承载和侧向稳定，墩身设计截面的增大导致自重增加；二、为了保证钢管的局部稳定性，往往需要在设计时人为增加钢管壁厚或施工时加设支撑，增加成本，或者在内部焊上加劲肋或抗剪键，造成一定程度的初始缺陷；三、由于承受桥面传来的动荷载，桥墩端部容易发生钢管局部屈曲，降低桥墩寿命(设计年限一般为100年，根据20世纪90年代末的统计，中国只有40％的桥梁使用年限在25年以上)，甚至在地震作用下提前进入弹塑性状态甚至破坏。

综上所述,现有钢筋混凝土桥墩存在需要支模拆模等工序、施工困难，且抗震性能不高(由于箍筋的约束有限，在地震作用下极易发生剪切破坏，属于脆性破坏，抗震效果不佳)，震后加固复杂；而钢结构桥墩存在造价高(不用定量说，大家都认可的常识)，需要进行防腐处理，且要定期保养维护；钢管混凝土实心桥墩柱自重大、设计尺寸受限以及柱端钢管易局部屈曲、桥墩寿命低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有钢筋混凝土桥墩存在需要支模拆模等工序、施工困难，且抗震性能不高，震后加固复杂；而钢结构桥墩存在造价高，需要进行防腐处理，且要定期保养维护；钢管混凝土桥墩柱自重大(实心截面比空心截面自重大)、设计尺寸受限以及柱端钢管易局部屈曲、桥墩寿命低的问题。进而提供一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱。

本发明的技术方案是：一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，它包括内层波纹钢管、外层波纹钢管、钢筋笼骨架和混凝土，内层波纹钢管同轴套装在外层波纹钢管内，钢筋笼骨架安装在内层波纹钢管和外层波纹钢管之间，混凝土浇筑在内层波纹钢管和外层波纹钢管之间。

进一步地，一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，还包括多个连接件，内层波纹钢管、外层波纹钢管、钢筋笼骨架和混凝土之间通过多个连接件连接。

进一步地，内层波纹钢管和外层波纹钢管均为镀锌波纹管。

进一步地，内层波纹钢管和外层波纹钢管可以为整管，也可以分片拼装

进一步地，内层波纹钢管和外层波纹钢管为螺旋波纹管或平纹波纹管。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的内层波纹钢管1、外层波纹钢管2、钢筋笼骨架3和混凝土4之间通过多个连接件5连接，用以保证混凝土夹层的设计厚度，以及施工中的稳定性，防止桥墩因长期使用造成的波纹钢管脱落于混凝土，造成的安全隐患问题。同时，采用内层波纹钢管1和外层波纹钢管2形成空心桥墩，降低了30-40％的钢管混凝土桥墩柱自重。

2、本发明的波纹钢管能够规模化生产，制作完成后切割成规定长度，运输至现场吊装就位并浇筑混凝土，整个过程无需对支模进行拆模，减少了多个施工工序、施工简单；同时，还能够获得一种承载力高(因为本发明属于一种钢管约束混凝土构件，因此承载力高)、刚度大(因为截面开展，故抗弯刚度大)、耐久性好(根据美国钢结构规范AISI，可防腐50～100年)、施工快捷(省去了模板的工序)、设计方便、经济性好(省去模板和定期防腐维护费用)的钢管混凝土组合空心桥墩。

3、由于本发明的波纹钢管对核心混凝土的环向约束，使得墩身承载能力好,套上波纹钢管后混凝土强度大幅提高；

4、由于本发明的波纹钢管自身能补偿一部分纵向变形，不承受竖向荷载，只发挥约束的作用，因此即便部分位置出现缺口也不影响墩柱的承载力，便于提高空心桥墩的使用寿命；

5、本发明的墩身截面开展，因为截面开展，所以抗弯刚度大,使得整体抗弯刚度大，可有效减小桥面位移，提升使用舒适度及可靠性；

6、本发明的波纹钢管具有一定平面刚度(褶皱后平面刚度提高一个数量级)，能避免正常使用过程中桥面动荷载引起的桥墩端部钢管局部屈曲；有效避免了设计尺寸受限以及柱端钢管易局部屈曲、桥墩寿命低的问题。

7、由于波纹钢管自身平面刚度大，即使壁厚很薄也能抵御运输安装过程中的碰撞且几乎不变形，不易产生初始缺陷；

8、本发明的波纹钢管能够作为模板使用，且能有效抵抗混凝土凝结过程中的膨胀；

9、由于本发明的内层波纹钢管1和外层波纹钢管2能够采用分段安装的形式，因此在竖向变截面容易实现，构造合理且易于设计，并且由于波纹钢管分段安装，因此可及时对损坏部分进行更换，便于维护；

10、镀锌波纹钢管表面附着一层致密氧化膜，能够有效抵抗恶劣环境的腐蚀，无需后期维护与保养，可实现服役期内免维护；

11、波纹钢管和混凝土均集中化生产，不受环境影响，有利于控制质量、生产效率高且环保。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图，图2是本发明未浇筑混凝土的局部结构示意图，图3是本发明浇筑后的局部结构示意图(t为空心桥墩柱的厚度)，图4是图3的在H处的局部放大图；图5是本发明的空心桥墩沿其厚度方向的剖面图，图6是螺孔示意图，图7是连接件的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，它包括内层波纹钢管1、外层波纹钢管2、钢筋笼骨架3和混凝土4，内层波纹钢管1同轴套装在外层波纹钢管2内，钢筋笼骨架3安装在内层波纹钢管1和外层波纹钢管2之间，混凝土4浇筑在内层波纹钢管1和外层波纹钢管2之间。

具体实施方式二：结合图6和图7说明本实施方式，本实施方式还包括多个连接件5，内层波纹钢管1、外层波纹钢管2、钢筋笼骨架3和混凝土4之间通过多个连接件5连接，多个连接件5等间距安装在内层波纹钢管1和外层波纹钢管2上。如此设置，用以保证混凝土夹层的设计厚度，以及施工中的稳定。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的多个连接件5安装在内层波纹钢管1和外层波纹钢管2的波谷位置处，横截面上的分布为环向均匀布置6～12道。如此设置，在保证混凝土夹层结构的牢固性的前提下，不影响整个空心桥墩住的使用。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的内层波纹钢管1和外层波纹钢管2均为镀锌波纹管。如此设置，力学性能好，抗弯曲强度高。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的镀锌波纹管表面附着一层致密的氧化膜。如此设置，能够有效抵抗恶劣环境的腐蚀，无需后期维护与保养，可实现服役期内免维护。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

镀锌波纹钢管1强度等级采用Q235、Q345、Q390、Q420或其他等级，钢筋笼骨架2的钢筋等级采用HPB300、HRB335、HRB400或HRB500。

具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的内层波纹钢管1和外层波纹钢管2为拼接钢管，拼接方式为整管拼接或者分片拼接。如此设置，连接方便，在采用整管拼接过程中采用法兰连接或者卡箍式连接。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的内层波纹钢管1和外层波纹钢管2为螺旋波纹管或平纹波纹管。如此设置，可以作为混凝土的模板使用。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的波纹钢管采用Q235钢材、Q345钢材、Q390钢材或Q420钢材制成。如此设置，可以自由选择钢号。其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的波纹钢管截面形状为圆形、矩形、方形、椭圆形或多边形，其中圆形可直接冷弯成管，其他形状可分片拼装形成。其它组成和连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的连接件5为连接螺杆，螺杆两端均有螺纹。其中间段光滑且直径大于两端螺纹段，使其能穿过预留螺孔6的圆形孔，但无法穿过预留螺孔6的矩形孔。如此设置，便于保证连接效果。其它组成和连接关系与具体实施方式一或九相同。

具体实施方式十一：结合图6说明本实施方式，本实施方式的预留螺孔6的开孔形状由圆形孔和宽度小于圆形直径的矩形孔组成。如此设置，便于保证连接效果。其它组成和连接关系与具体实施方式十相同。

本实施方式的连接螺杆4中间段直径介于预留螺孔5的小孔与大孔之间，先将连接螺杆4从预留螺孔5的大孔穿入，穿过另外一层镀锌波纹钢管后，平移连接螺杆4至预留螺孔5的小孔内，将其卡死，然后拧紧螺帽，以保证内外管的间距。

具体实施方式十二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的混凝土4为普通混凝土、再生混凝土、海沙混凝土，混凝土4的强度等级为C30-C80及以上。如此设置，便于设计各种工程要求的强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一或十一相同。

本发明的工作原理:

结合图1和图2说明，镀锌波纹钢管在工厂制作成固定长度，运输至施工现场，在绑扎好的钢筋笼骨架内外设计位置，安装墩身的内层波纹钢管和外层波纹钢管，在内层波纹钢管和外层波纹钢管之间用连接件紧固，重复上述过程直至桥墩顶部，接着在内层波纹钢管和外层波纹钢管之间进行混凝土的浇筑，经振捣密实并养护形成本发明。

Claims (5)

1.一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，其特征在于：它包括内层波纹钢管(1)、外层波纹钢管(2)、钢筋笼骨架(3)和混凝土(4)，内层波纹钢管(1)同轴套装在外层波纹钢管(2)内，钢筋笼骨架(3)安装在内层波纹钢管(1)和外层波纹钢管(2)之间，混凝土(4)浇筑在内层波纹钢管(1)和外层波纹钢管(2)之间。

2.根据权利要求1所述的一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，其特征在于：它还包括多个连接件(5)，内层波纹钢管(1)、外层波纹钢管(2)、钢筋笼骨架(3)和混凝土(4)之间通过多个连接件(5)连接。

3.根据权利要求2所述的一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，其特征在于：内层波纹钢管(1)和外层波纹钢管(2)均为镀锌波纹钢管。

4.根据权利要求3所述的一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，其特征在于：内层波纹钢管(1)和外层波纹钢管(2)为拼接钢管。

5.根据权利要求4所述的一种双壁波纹钢管钢筋混凝土空心桥墩柱，其特征在于：内层波纹钢管(1)和外层波纹钢管(2)为螺旋波纹管或平纹波纹管。