CN107254835B - 一种整体墩梁嵌固的连接构造及其施工方法 - Google Patents

一种整体墩梁嵌固的连接构造及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种整体墩梁嵌固的连接构造及其施工方法，该连接构造包括主梁与钢管混凝土组合桥墩，桥墩的嵌固段与主梁一体整浇成型，主梁设置于桥墩四个角点的主钢管之间，相邻主钢管之间连接有钢骨架，主钢管之间以及钢骨架与主梁的箱壁上设置有预应力钢束。本发明针对墩梁连接部位极限承载能力低于结构其他部位、地震荷载作用下最先破坏的问题，通过结构总体刚度论证和体系刚度匹配论证，加宽了桥墩顶面的横向尺寸，将主梁梁体全宽嵌于桥墩主钢管之间，再通过设置钢骨架连接桥墩主钢管，张拉纵横向预应力钢束，最后布置钢筋浇筑混凝土，提高了桥墩与主梁的连接强度，使得墩梁固接处的极限承载能力得到有效提高，使其不再是结构体系的薄弱环节。

Description

一种整体墩梁嵌固的连接构造及其施工方法
技术领域
本发明涉及桥梁技术领域，具体的说，是指一种整体墩梁嵌固的连接构造及其施工方法。
背景技术
山区桥梁所处地形复杂、山高谷深、地震烈度高，桥梁受总体展线控制，线位较高，因此山区桥梁往往跨度大、桥墩高、自重大，在高烈度地震荷载作用下，桥墩与主梁节点刚性弯矩较大。
现有的墩梁接合部主要为将桥墩钢管顶部埋入主梁腹板，通过在钢管埋入段开孔、设置加劲肋、锚筋等构造实现墩梁锚固连接。但是，大跨连续刚主梁多采用箱形截面，主梁在墩梁连接处为空心薄壁结构，锚固位置小。抗震试验表明：在地震荷载作用下，现有墩梁连接构造虽然能满足地震荷载极限承载能力的要求，但是在地震荷载作用下会首先破坏，其极限承载能力相对于桥梁其他部位低，而墩梁连接部位又是结构受力的关键部位，因此，需要改进现有结构的构造，使其在地震荷载作用下具有足够的承载能力，不再首先破坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种整体墩梁嵌固的连接构造及其施工方法，以克服现有钢管混凝土组合桥墩与主梁节点的连接构造极限承载能力相对较低，在地震荷载作用下，先于结构其他部位破坏的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
提供一种整体墩梁嵌固的连接构造，包括主梁与钢管混凝土组合桥墩，所述桥墩的嵌固段与主梁一体整浇成型，主梁设置于桥墩四个角点的主钢管之间，相邻主钢管之间连接有钢骨架，主钢管之间以及钢骨架与主梁的箱壁上设置有预应力钢束。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述钢骨架包括沿桥纵向布置的纵向节点板、沿主钢管轴向布置的竖向节点板以及沿桥横向布置的横联，纵向节点板两端分别与桥纵向的两根主钢管相连接，竖向节点板分别安装在桥横向两根主钢管的相对内侧，横联与竖向节点板平面内连接。
进一步，所述纵向节点板与横联均沿主梁高度方向设置有若干层，每层纵向节点板之间设有连接于纵向节点板外侧壁上的X型斜联，X型斜联的交叉处通过节点板相连接；每根主钢管均连接有三块互呈角度的竖向节点板，桥横向两根主钢管上位于中间的竖向节点板相对设置。
进一步，所述纵向节点板的内侧壁上设有a竖向加劲肋，在纵向节点板与主钢管连接部位的内侧设有加劲板；竖向节点板的两侧壁上设有b竖向加劲肋；横联包括对称设置的两个型钢，两个型钢通过多块缀板相连接。
进一步，所述纵向节点板上设有若干a钢筋孔与横向预应力钢束孔；所述竖向节点板上设有若干b钢筋孔与纵向预应力钢束孔。
进一步，所述纵向节点板之间设有拼接板，相邻两块纵向节点板通过拼接板和螺栓连接成整体。
进一步，所述主梁的底部设有支撑强健横梁。
进一步，所述预应力钢束包括沿桥横向布置于两横向主钢管之间的若干长横向预应力钢束、沿桥横向布置于纵向节点板与主梁的箱壁之间的若干短横向预应力钢束以及沿桥纵向布置于两纵向主钢管之间的若干纵向预应力钢束，长横向预应力钢束、短横向预应力钢束以及纵向预应力钢束均沿主梁高度方向设置有若干组。
进一步，所述长横向预应力钢束与纵向预应力钢束的两端均锚固在主钢管上；短横向预应力钢束一端锚固在纵向节点板上，另一端锚固在预应力锚块上。
本发明还提供一种整体墩梁嵌固的连接构造的施工方法，包括以下步骤：
S1.将纵向节点板和竖向节点板焊接在桥墩主钢管的相应位置；
S2.对桥墩四角的主钢管进行定位并安装；
S3.在桥纵向两根主钢管之间通过拼接板和螺栓连接纵向节点板的中间块段，使纵向两根主钢管连接成整体；
S4.沿主梁高度方向在相对设置的竖向节点板之间安装若干层横联；
S5.在相邻纵向节点板之间安装X型斜联，在纵向节点板的内侧壁上安装a竖向加劲肋，在竖向节点板的两侧壁上安装b竖向加劲肋；
S6.布置桥墩与主梁的钢筋，并预埋墩梁连接构造的预应力波纹管和锚具；
S7.立模，浇筑墩梁连接部位的混凝土；
S8.待混凝土达到一定强度后，在预留孔道内穿预应力钢束，张拉长横向预应力钢束、短横向预应力钢束、纵向预应力钢束以及竖向预应力钢束，并对预应力钢束进行锚固；
S9.压浆封锚，浇筑桥墩主钢管的外包混凝土。
相对于现有技术，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)钢管混凝土桥墩本身抗压强度大、结构延性好、自重轻，抗震性能好。在此基础上，通过结构总体刚度论证和体系刚度匹配论证，加宽了桥墩顶面的横向尺寸，将主梁梁体全宽嵌于桥墩主钢管之间，再通过设置钢骨架连接桥墩主钢管，张拉纵横向预应力钢束，最后布置钢筋浇筑混凝土，提高了桥墩与主梁的连接强度，使得墩梁固接处的极限承载能力得到有效提高，使其不再是结构体系的薄弱环节；
(2)本发明的钢骨架主要由纵向节点板、竖向节点板、横联以及多种加劲肋等构成，一方面钢骨架能够提高结构的整体性，另一方面带孔的纵向与横向节点板孔洞中的混凝土榫和穿过孔洞的钢筋共同作用、协同工作，不仅大大提高了墩梁连接处的抗剪刚度和承载能力，而且使得墩梁连接处具有良好的延性；
(3)本发明的预应力钢束能够使桥墩的钢管与主梁的腹板紧密连接，进一步提高了桥墩与主梁连接处的抗剪能力，从而增强了桥墩与主梁的连接强度；
(4)本发明在主梁的底部增设支撑强健横梁，有利于减小主梁与桥墩连接处的内力。
附图说明
图1为本发明墩梁构造的A-A剖视图；
图2为本发明墩梁构造的1/2B-B与1/2C-C剖视图；
图3为本发明钢骨架的A-A剖视图；
图4为本发明钢骨架的1/2D-D与1/2E-E剖视图；
图5为本发明钢骨架的B-B剖视图；
图6为纵向节点板与拼接板的连接大样图；
图7为横联与竖向节点板的连接大样图；
图8为横联的结构示意图；
图9为本发明预应力钢束的A-A剖视图；
图10为本发明预应力钢束的B-B剖视图；
图11为本发明预应力钢束的C-C剖视图；。
附图中，各标号所代表的部件如下：
1、桥墩，2、主梁，3、支撑强健横梁，4、主钢管，41、1号主钢管，42、2号主钢管，43、3号主钢管，44、4号主钢管，5、纵向节点板，51、a钢筋孔，52、横向预应力钢束孔，53、拼接板，54、螺栓，6、X型斜联，7、节点板，8、a竖向加劲肋，9、加劲板，10、长横向预应力钢束，11、竖向节点板，12、b竖向加劲肋，121、b钢筋孔，122、纵向预应力钢束孔，13、横联，14、缀板，15、纵向预应力钢束，16、短横向预应力钢束，17、预应力锚块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种整体墩梁嵌固的连接构造，如图1、图2所示，包括桥墩1与主梁2，桥墩1为以钢管混凝土为主要受力构件的钢管混凝土组合桥墩，1号主钢管41、2号主钢管42、3号主钢管43以及4号主钢管44四根主钢管4分别设置于桥墩1的四个角点，主梁2为箱梁结构，桥墩1沿横向加宽，使桥墩1顶部的横向尺寸大于主梁2底部的横向尺寸，并将主梁2梁体全宽嵌于桥墩1的主钢管4之间。在主梁2的底部、桥墩1上增设支撑强健横梁3，以减小主梁2与桥墩1连接处的内力，桥墩1的嵌固段、主梁2以及支撑强健横梁3一体整浇成型。
如图3至图8所示，在四根主钢管4之间设置有钢骨架，钢骨架包括纵向节点板5、竖向节点板11以及横联13，其中纵向节点板5沿桥的纵向布置并分别设置于1号主钢管41与2号主钢管42之间、3号主钢管43与4号主钢管44之间。如图6所示，为了降低施工精度要求，减小施工难度，纵向节点板5分成三段，与桥墩1主钢管4连接的纵向节点板5预先分别焊接在各主钢管4上，待桥墩1主钢管4架设好后，采用拼接板53与螺栓54使各纵向节点板5相连接。纵向节点板5沿主梁2高度方向根据连接强度需要设置有若干层，为了保证每层纵向节点板5之间具有一定的强度和刚度，在每层纵向节点板5之间设有X型斜联6，在X型斜联6的交叉处采用节点板7连接。另外，为了增强纵向节点板5的刚度、减小变形，在纵向节点板5的内侧壁上设置a竖向加劲肋8，在纵向节点板5两端与桥墩1主钢管4连接处设置加劲板9。纵向节点板5上开设有若干a钢筋孔51与横向预应力钢束孔52，a钢筋孔51用以穿过墩梁连接部位的普通钢筋，横向预应力钢束孔52用以穿过短横向预应力钢束16。
竖向节点板11沿主钢管4的轴向布置并分别设置于1号主钢管41、2号主钢管42、3号主钢管43以及4号主钢管44上，其中1号主钢管41与4号主钢管44的相对面各设置一块相对的竖向节点板11，该竖向节点板11的两侧再各设置一块与该竖向节点板11呈45°角的另外两块竖向节点板11，在2号主钢管42与3号主钢管43之间布置同样结构形式的竖向节点板11。同理，为了增强竖向节点板11的刚度，在竖向节点板11的两侧壁上设置b竖向加劲肋12。另外，竖向节点板11上开设有若干b钢筋孔121与纵向预应力钢束孔122，b钢筋孔121用以穿过墩梁连接部位的普通钢筋，纵向预应力钢束孔122用以穿过纵向预应力钢束15。
横联13包括对称设置的两个槽钢，在两个槽钢的顶部与底部采用多块缀板14将两个槽钢焊接为一体结构。横联13沿桥的横向布置并分别设置于上述相对的竖向节点板11之间，并且横联13与竖向节点板11为平面内连接。横联13也沿主梁2高度方向设置有若干层。
上述纵向节点板5、竖向节点板11与主钢管4的连接，横联13与竖向节点板11的连接，a竖向加劲肋8、加劲板9与纵向节点板5的连接，X型斜联6与节点板7的连接，b竖向加劲肋12与竖向节点板11的连接均采用角焊缝相连接。
如图9至图11所示，在墩梁结构体系中增设有预应力钢束，预应力钢束包括长横向预应力钢束10、短横向预应力钢束16以及纵向预应力钢束15。长横向预应力钢束10沿桥的横向布置并分别穿过1号主钢管41与4号主钢管44、2号主钢管42与3号主钢管43。短横向预应力钢束16沿桥的横向布置并设置于1号主钢管41与2号主钢管42之间、3号主钢管43与4号主钢管44之间。纵向预应力钢束15沿桥的纵向布置并分别穿过1号主钢管41与2号主钢管42之间、3号主钢管43与4号主钢管44。
其中，长横向预应力钢束10、短横向预应力钢束16以及纵向预应力钢束15均沿主梁2高度方向设置有若干组。长横向预应力钢束10与纵向预应力钢束15的两端均锚固在主钢管4上；短横向预应力钢束16一端锚固在纵向节点板5上，另一端锚固在预应力锚块17上。
一种整体墩梁嵌固的连接构造的施工方法，包括以下步骤：
S1.将纵向节点板和竖向节点板焊接在桥墩主钢管的相应位置，其中纵向节点板仅焊接与桥墩主钢管连接的部分；
S2.对桥墩四角的主钢管进行定位并安装；
S3.在桥纵向两根主钢管之间通过拼接板和螺栓连接纵向节点板的中间块段，使纵向两根主钢管连接成整体，；
S4.沿主梁高度方向在相对设置的竖向节点板之间焊接若干层横联；
S5.在相邻纵向节点板之间焊接X型斜联，在纵向节点板的内侧壁上焊接a竖向加劲肋，在纵向节点板的两端与主钢管连接处焊接加劲板，在竖向节点板的两侧壁上焊接b竖向加劲肋；
S6.布置桥墩与主梁的钢筋，并预埋墩梁连接构造的预应力波纹管和锚具；
S7.立模，浇筑墩梁连接部位的混凝土；
S8.待混凝土达到一定强度后，在预留孔道内穿预应力钢束，张拉长横向预应力钢束、短横向预应力钢束、纵向预应力钢束以及竖向预应力钢束，并对预应力钢束进行锚固；
S9.压浆封锚，浇筑桥墩主钢管的外包混凝土。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种整体墩梁嵌固的连接构造，其特征在于：包括主梁(2)与钢管混凝土组合桥墩(1)，所述桥墩(1)的嵌固段与主梁(2)一体整浇成型，主梁(2)设置于桥墩(1)四个角点的主钢管(4)之间，相邻主钢管(4)之间连接有钢骨架，主钢管(4)之间以及钢骨架与主梁(2)的箱壁上设置有预应力钢束；
所述钢骨架包括沿桥纵向布置的纵向节点板(5)、沿主钢管(4)轴向布置的竖向节点板(11)以及沿桥横向布置的横联(13)，纵向节点板(5)两端分别与桥纵向的两根主钢管(4)相连接，竖向节点板(11)分别安装在桥横向两根主钢管(4)的相对内侧，横联(13)与竖向节点板(11)平面内连接；
每根主钢管(4)均连接有三块互呈角度的竖向节点板(11)，桥横向两根主钢管(4)上位于中间的竖向节点板(11)相对设置；所述主梁(2)的底部设有支撑强健横梁(3)。
2.根据权利要求1所述的整体墩梁嵌固的连接构造，其特征在于：所述纵向节点板(5)与横联(13)均沿主梁(2)高度方向设置有若干层，每层纵向节点板(5)之间设有连接于纵向节点板(5)外侧壁上的X型斜联(6)，X型斜联(6)的交叉处通过节点板(7)相连接。
3.根据权利要求2所述的整体墩梁嵌固的连接构造，其特征在于：所述纵向节点板(5)的内侧壁上设有a竖向加劲肋(8)，在纵向节点板(5)与主钢管(4)连接部位的内侧设有加劲板(9)；竖向节点板(11)的两侧壁上设有b竖向加劲肋(12)；横联(13)包括对称设置的两个型钢，两个型钢通过多块缀板(14)相连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的整体墩梁嵌固的连接构造，其特征在于：所述纵向节点板(5)上设有若干a钢筋孔(51)与横向预应力钢束孔(52)；所述竖向节点板(11)上设有若干b钢筋孔(121)与纵向预应力钢束孔(122)。
5.根据权利要求1至3任一项所述的整体墩梁嵌固的连接构造，其特征在于：所述纵向节点板(5)之间设有拼接板(53)，相邻两块纵向节点板(5)通过拼接板(53)和螺栓(54)连接成整体。
6.根据权利要求1至3任一项所述的整体墩梁嵌固的连接构造，其特征在于：所述预应力钢束包括沿桥横向布置于两横向主钢管(4)之间的若干长横向预应力钢束(10)、沿桥横向布置于纵向节点板(5)与主梁(2)的箱壁之间的若干短横向预应力钢束(16)以及沿桥纵向布置于两纵向主钢管(4)之间的若干纵向预应力钢束(15)，长横向预应力钢束(10)、短横向预应力钢束(16)以及纵向预应力钢束(15)均沿主梁(2)高度方向设置有若干组。
7.根据权利要求6所述的整体墩梁嵌固的连接构造，其特征在于：所述长横向预应力钢束(10)与纵向预应力钢束(15)的两端均锚固在主钢管(4)上；短横向预应力钢束(16)一端锚固在纵向节点板(5)上，另一端锚固在预应力锚块(17)上。
8.一种如权利要求7所述的整体墩梁嵌固的连接构造的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将纵向节点板和竖向节点板焊接在桥墩主钢管的相应位置；
S2.对桥墩四角的主钢管进行定位并安装；
S3.在桥纵向两根主钢管之间通过拼接板和螺栓连接纵向节点板的中间块段，使纵向两根主钢管连接成整体；
S4.沿主梁高度方向在相对设置的竖向节点板之间安装若干层横联；
S5.在相邻纵向节点板之间安装X型斜联，在纵向节点板的内侧壁上安装a竖向加劲肋，在竖向节点板的两侧壁上安装b竖向加劲肋；
S6.布置桥墩与主梁的钢筋，并预埋墩梁连接构造的预应力波纹管和锚具；
S7.立模，浇筑墩梁连接部位的混凝土；
S8.待混凝土达到一定强度后，在预留孔道内穿预应力钢束，张拉长横向预应力钢束、短横向预应力钢束、纵向预应力钢束以及竖向预应力钢束，并对预应力钢束进行锚固；
S9.压浆封锚，浇筑桥墩主钢管的外包混凝土。
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