CN107386100A - 多肢空心组合塔墩 - Google Patents

Abstract

一种多肢空心组合塔墩，塔墩由至少为一肢的多肢塔柱或墩柱组成，各肢塔柱或墩柱间通过横撑连接，各肢塔柱或墩柱为双层钢管组合形式，塔柱或墩柱由设置流通孔的塔柱或墩柱节段以及不设置流通孔的塔柱或墩柱节段上下拼接而成，设置流通孔的塔柱或墩柱节段下部与承台连接，上部与不设置流通孔的塔柱或墩柱节段的下部连接，塔柱或墩柱节段间通过锚固短预应力钢筋及贯通整个塔柱或墩柱的通长预应力钢筋连接。本发明具有自重小、承载力高、连接可靠、整体和局部稳定性好、抗震性能优、装配化施工速度快、外形灵活美观等优点，可在公路、铁路、城市桥梁建设中推广使用。

Description

多肢空心组合塔墩

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及到一种多肢空心组合塔墩。

背景技术

桥梁的塔墩通常都采用钢筋混凝土或钢材制作，钢筋混凝土塔墩造价较低、结构刚度大，但其截面尺寸较大，因此自重大，而且抗震性能较钢材低，耐久性也不易保证。钢塔墩自重小、强度高、抗震性能好，但刚度较小、板件较薄，容易发生整体与局部失稳，高度较高时还易发生涡激振动和驰振。

金属发泡钢材料具有轻量化、高刚性、耐久性、高比表面积与特殊的吸音、吸震、防火性能。闭孔型发泡材料，其内部为封闭孔洞，具有如同蜂巢组织般的吸能效果，且具有优越的绝热与防火能力。

因此，在钢塔墩内部填充混凝土或发泡钢形成组合塔墩，可以避免钢塔墩与混凝土塔墩的缺点，充分发挥钢材、混凝土、发泡钢三种材料的优势。同时，组合塔墩采用中空形式，可以减轻自重，降低造价。但若简单将钢与填充材料相结合，钢板与填充材料间不设置连接构造，钢板与填充材料间的相互作用有限，并且钢板一旦发生局部失稳，其对填充材料的约束作用就会丧失，塔墩的承载力就无法继续提高。

塔墩截面通常采用单肢的塔柱或墩柱组成，形式单一，需要提出更加多样化和富有特点的结构形式。同时，塔墩节段间的连接是保证塔墩承载能力和安全的重要因素，如何确保节段间的可靠连接，又能快速施工是工程技术人员面临的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述混凝土塔墩和钢塔墩的缺点以及面临的问题，提供一种自重小、承载力高、连接可靠、整体和局部稳定性好、抗震性能优、装配化施工速度快、外形灵活美观的多肢空心组合塔墩。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：塔墩由至少为一肢的多肢塔柱或墩柱组成，各肢塔柱或墩柱间通过横撑连接，各肢塔柱或墩柱为双层钢管组合形式，塔柱或墩柱由设置流通孔的塔柱或墩柱节段以及不设置流通孔的塔柱或墩柱节段上下拼接而成，设置流通孔的塔柱或墩柱节段下部与承台连接，上部与不设置流通孔的塔柱或墩柱节段的下部连接，塔柱或墩柱节段间通过锚固短预应力钢筋及贯通整个塔柱或墩柱的通长预应力钢筋连接。

本发明的双层钢管组合形式为在内层钢管外设置有横向截面几何中心线与其相重合的外层钢管，内层钢管的外壁和外层钢管的内壁上设置有连接件，内层钢管与外层钢管之间浇筑有混凝土或填充有发泡钢。

本发明的设置在外层钢管内壁和内层钢管外壁上的连接件为开孔板剪力键、纵向加劲肋、栓钉中的任意一种或两种或三种的组合，开孔板剪力键的每个孔内设置或不设置钢筋；所述的连接件在外层钢管内壁和内层钢管外壁上沿轴向至少设置有1列。

本发明的的外层钢管和内层钢管的横截面为十字形、圆形、椭圆形、边数至少为四边的多边形中的任意一种。

本发明的横撑为工字钢、型钢、钢管的任意一种。

本发明的设置流通孔的塔柱或墩柱节段为在塔柱或墩柱节段下部与承台连接处的外层钢管和内层钢管上打有混凝土流通孔，承台钢筋穿过流通孔加强承台与塔墩的连接。

本发明的塔柱或墩柱节段间通过锚固短预应力钢筋及通长预应力钢筋连接，短预应力钢筋的长度小于塔柱或墩柱节段的长度，通长预应力钢筋贯通整个塔柱或墩柱，锚固于塔柱或墩柱的顶部及底部。

本发明的混凝土是自密实混凝土。

由于本发明采用内外两层钢管，在两层钢管间填充混凝土或发泡钢，内层钢管内为中空结构，减小了塔墩自重，降低了对基础的要求。钢管可作为填充材料的模板，中空部分可作为检修通道或各种线路的布设通道等。在两层钢管与填充材料连接侧设置的连接件，可作为加劲，增强钢板自身抵抗局部失稳的能力，而且，由于受到填充材料的约束和支承，其对钢壁板的加劲作用又得到提高。填充材料与连接件之间的摩擦力和粘结力，可防止外层钢管发生向外的局部屈曲，内层钢管发生向内的局部屈曲。两层钢管之间的填充材料可以限制外层钢管发生向内的局部屈曲，内层钢管发生向外的局部屈曲，因此，钢壁板对填充材料的约束作用得到了保证。

塔墩采用多肢塔柱或墩柱组成，外形多变，可根据受力及美观需要灵活调整，塔柱或墩柱间的横撑可以作为传力构造和耗能装置，保证塔墩的受力，增强塔墩的抗震性能。塔柱或墩柱下部与承台连接处的外层钢管和内层钢管上设置混凝土流通孔，使混凝土填充满整个截面，增强了连接处的刚度，同时穿入承台钢筋，保证了塔墩与承台的可靠连接，带有钢筋和混凝土的流通孔还能起到较好的抗剪作用。塔柱或墩柱节段间采用锚固短预应力钢筋及贯通整个塔柱或墩柱的通长预应力钢筋连接，既能使连接可靠，保证塔墩的承载性能，又能加快施工进度。

本发明具有自重小、承载力高、连接可靠、整体和局部稳定性好、抗震性能优、塑性和延性突出、装配化施工速度快、外形灵活美观等优点，可在公路、铁路、城市桥梁建设中推广使用。

附图说明

图1是实施例1的整体示意图。

图2是实施例1中多肢空心组合塔墩的平面示意图。

图3是实施例1中设置流通孔的塔柱或墩柱节段14的立面示意图。

图4是实施例1中不设置流通孔的塔柱或墩柱节段15的立面示意图。

图5是实施例1中设置流通孔的塔柱或墩柱节段14下部与承台11连接处的构造示意图。

图6是实施例1中设置流通孔的塔柱或墩柱节段14上部与不设置流通孔的塔柱或墩柱节段15下部连接处的构造示意图。

图7是实施例5中塔柱或墩柱1的截面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

在图1～图6中，本实施例的多肢空心组合塔墩由塔柱或墩柱1、横撑2、设置流通孔的塔柱或墩柱节段14、不设置流通孔的塔柱或墩柱节段15、承台11、外层钢管3、发泡钢10、开孔板剪力键5、钢筋6、纵向加劲肋7、栓钉8、内层钢管9、流通孔12、承台钢筋13、短预应力钢筋16，通长预应力钢筋17连接构成。

如图1、2所示，本实施例的塔墩由2肢塔柱或墩柱1组成，塔柱或墩柱1的肢数根据塔墩的受力需要确定，2肢塔柱或墩柱1对称布置，2肢塔柱或墩柱1之间通过横撑2连接，横撑2可以是工字钢、型钢、钢管的任意一种，横撑2在塔柱或墩柱平面及高度方向的数量根据塔墩的受力确定。横撑2可以作为传力构造和耗能装置，保证塔柱或墩柱1的受力，增强塔柱或墩柱1的抗震性能。塔柱或墩柱1为双层钢管组合形式，内层钢管9为正方形钢管，采用无缝钢管，也可采用焊接钢管。内层钢管9内为通道，可作为检修通道或各种线路和管道的布设通道。内层钢管9的每个外壁焊接有2列纵向加劲肋7，纵向加劲肋7作为加劲，增强了内层钢管9自身抵抗局部失稳的能力。在内层钢管9外套装有外层钢管3，外层钢管3横截面为十字形截面，这种截面型式的外层钢管3，相对于等长等宽的矩形截面钢管，减小了板件的宽厚比，提高了钢管抵抗局部失稳的能力。外层钢管3的左右两个内壁轴向焊接连接有2列与该内表面垂直的开孔板剪力键5，开孔板剪力键5的具体数量应根据结构的受力和外层钢管3壁板的宽厚比来确定，每个内壁上开孔板剪力键5的数量可以相同，也可以不相同，开孔板剪力键5的高度与外层钢管3的高度相同，每列开孔板剪力键5的轴向至下而上加工有1排孔，2列加劲肋上开孔的高度相同，同一高度的孔内设置有1根钢筋6，钢筋6定位在孔中心位置。在外层钢管3的前后两个内壁分别焊接3列连接件，中间1列为未设置钢筋6的开孔板剪力键5，开孔板剪力键5的两侧至下而上焊接有2列栓钉8，开孔板剪力键5和栓钉8的数量应根据结构的受力和外层钢管1壁板的宽厚比来确定，每个内壁上开孔板剪力键5和栓钉8的数量可以相同，也可以不相同，开孔板剪力键5、钢筋6、纵向加劲肋7、栓钉8构成本实施例的连接件。外层钢管3套装在内层钢管9的外部，外层钢管3与内层钢管9的横截面几何中心线重合，在外层钢管3与内层钢管9之间填充发泡钢10。

如图3～图6所示，塔柱或墩柱1由设置流通孔的塔柱或墩柱节段14以及不设置流通孔的塔柱或墩柱节段15上下拼接而成，设置流通孔的塔柱或墩柱节段14下部与承台11连接处深入承台11一定深度，在深入承台11部分的外层钢管3和内层钢管9上打有混凝土流通孔12，混凝土可以通过流通孔12流动，填满整个塔柱或墩柱截面，以增强连接处的刚度，同时承台钢筋13也穿过流通孔12，既能保证塔柱或墩柱节段14与承台11的可靠连接，又提供起到较好的抗剪作用。设置流通孔的塔柱或墩柱节段14上部与不设置流通孔的塔柱或墩柱节段15下部连接处锚固有短预应力钢筋16，短预应力钢筋16的长度小于设置流通孔的塔柱或墩柱节段14的长度以及不设置流通孔的塔柱或墩柱节段15的长度，同时，在设置流通孔的塔柱或墩柱节段14下部与不设置流通孔的塔柱或墩柱节段15上部锚固有贯通整个塔柱或墩柱1的通长预应力钢筋17，塔柱或墩柱节段间采用锚固短预应力钢筋16和通长预应力筋17连接，既能保证连接的可靠性，确保塔墩的承载性能，又能加快施工进度。

实施例2

本实施例的塔墩由4肢塔柱或墩柱1组成，4肢塔柱或墩柱1布置成长方形，每肢塔柱或墩柱1位于长方形的4个角处，同时，前后、左右对称布置，相邻的2肢塔柱或墩柱1之间通过横撑2连接，横撑2可以是工字钢、型钢、钢管的任意一种，横撑2在塔柱或墩柱平面及高度方向的数量根据塔墩的受力确定。塔柱或墩柱1的内层钢管9是横截面为正方形的钢管，在内层钢管9外套装有外层钢管3，外层钢管3是横截面为长方形的钢管，外层钢管3也可采用横截面为六边形的钢管或其它多边形钢管，外层钢管3与内层钢管9的横截面几何中心线重合，内层钢管9的每个外壁焊接有2列纵向加劲肋7，外层钢管3的左右两个较窄的内壁轴向焊接连接有1列与该内表面垂直的开孔板剪力键5，外层钢管3的前后两个较宽的内壁分别焊接5列连接件，中间一列为未设置钢筋6的开孔板剪力键5，开孔板剪力键5的两侧至下而上焊接有2列栓钉8，开孔板剪力键5的最外两侧至下而上焊接有2列纵向加劲肋7。

其他零部件以及零部件的连接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例的塔墩由单肢塔柱或墩柱1组成，塔柱或墩柱1的内层钢管9是横截面为圆形的钢管，在内层钢管9外套装有外层钢管3，外层钢管3是横截面为圆形的钢管，外层钢管3与内层钢管9的横截面几何中心线重合，内层钢管9外壁均布焊接有垂直于外壁的4列开孔板剪力键5，外层钢管3的内壁轴向均布焊接有垂直于内壁的4列开孔板剪力键5，外层钢管3内壁上开孔板剪力键5中心线与内层钢管9外壁上开孔板剪力键5中心线之间的夹角为0°。外层钢管3内壁上开孔板剪力键5的孔内没有设置钢筋6，开孔板剪力键5的两侧至下而上焊接有1列栓钉8，每个开孔板剪力键5的中心线与相邻1列栓钉8的中心线之间的夹角为45°。

其他零部件以及零部件的连接关系与实施例1相同。

实施例4

本实施例塔柱或墩柱1的内层钢管9是横截面为圆形的钢管，在内层钢管9外套装有外层钢管3，外层钢管3是横截面为圆形的钢管，外层钢管3与内层钢管9的横截面几何中心线重合，内层钢管9外壁均布焊接有垂直于外壁的4列纵向加劲肋7，外层钢管3的内壁轴向均布焊接有垂直于内壁的4列纵向加劲肋7，外层钢管3内壁上纵向加劲肋7的中心线与内层钢管9外壁上纵向加劲肋7的中心线之间的夹角为45°。纵向加劲肋7的两侧至下而上焊接有1列栓钉8，每个纵向加劲肋7的中心线与相邻1列栓钉8的中心线之间的夹角为45°。

其他零部件以及零部件的连接关系与实施例1相同。

实施例5

如图7所示，本实施例的内层钢管9是横截面为椭圆形的钢管，在内层钢管9外套装有外层钢管3，外层钢管3是横截面为椭圆形的钢管，外层钢管3与内层钢管9的横截面几何中心线重合，内层钢管9的长轴与外层钢管3的长轴相重合，内层钢管9外壁长轴上焊接有垂直于外壁的2列纵向加劲肋7、短轴上焊接有垂直于外壁的2列纵向加劲肋7。外层钢管3的内壁长轴上焊接有垂直于内壁的2列开孔板剪力键5、短轴上焊接有垂直于外壁的2列开孔板剪力键5，外层钢管3的内壁长轴上开孔板剪力键5与短轴上开孔板剪力键5之间焊接有1列纵向加劲肋7。

其他零部件以及零部件的连接关系与实施例1相同。

实施例6

在以上的实施例1～5中，在内层钢管9外套装有外层钢管3，内层钢管9和外层钢管3的横截面与相应的实施例相同，外层钢管3与内层钢管9的横截面几何中心线重合，外层钢管9的内壁均布焊接有垂直于内壁的纵向加劲肋7，内层钢管9的外壁均布焊接有垂直于内壁的纵向加劲肋7，纵向加劲肋7的列数与相应实施例连接件的列数相同。在外层钢管1与内层钢管7之间浇筑混凝土2，混凝土2是自密实混凝土。

这种结构的塔墩，增强了内层钢管9和外层钢管3抵抗局部失稳的能力，混凝土4与连接件之间的摩擦力和粘结力，减小了外层钢管3发生向外的局部屈曲、内层钢管9发生向内的局部屈曲。混凝土可以限制外层钢管3发生向内的局部屈曲，内层钢管9发生向外的局部屈曲，提高了塔墩的承载力。

实施例7

在以上的实施例1～5中，在内层钢管9外套装有外层钢管3，内层钢管9和外层钢管3的横截面与相应的实施例相同，外层钢管3与内层钢管9的横截面几何中心线重合，外层钢管3的内壁均布焊接有垂直于内壁的开孔板剪力键5，内层钢管9的外壁均布焊接有垂直于内壁的开孔板剪力键5，开孔板剪力键5的列数与相应实施例连接件的列数相同。在外层钢管3与内层钢管9之间浇筑混凝土4，混凝土4是自密实混凝土。

实施例8

在以上的实施例1～5中，在内层钢管9外套装有外层钢管3，内层钢管9和外层钢管3的横截面与相应的实施例相同，外层钢管3与内层钢管9的横截面几何中心线重合，外层钢管3的内壁均布焊接有垂直于内壁的栓钉8，内层钢管9的外壁均布焊接有垂直于内壁的栓钉8，栓钉8的列数与相应实施例连接件的列数相同。在外层钢管3与内层钢管9之间浇筑混凝土4，混凝土4是自密实混凝土。

根据上述原理还可设计出另外一种具体结构的多肢空心组合塔墩，但均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多肢空心组合塔墩，其特征在于：塔墩由至少为一肢的多肢塔柱或墩柱(1)组成，各肢塔柱或墩柱(1)间通过横撑(2)连接，各肢塔柱或墩柱(1)为双层钢管组合形式，塔柱或墩柱(1)由设置流通孔的塔柱或墩柱节段(14)以及不设置流通孔的塔柱或墩柱节段(15)上下拼接而成，设置流通孔的塔柱或墩柱节段(14)下部与承台(11)连接，上部与不设置流通孔的塔柱或墩柱节段(15)的下部连接，塔柱或墩柱节段间通过锚固短预应力钢筋(16)及贯通整个塔柱或墩柱的通长预应力钢筋(17)连接。

2.根据权利要求1所述的多肢空心组合塔墩，其特征在于：所述的双层钢管组合形式为在内层钢管(9)外设置有横向截面几何中心线与其相重合的外层钢管(3)，内层钢管(9)的外壁和外层钢管(3)的内壁上设置有连接件，内层钢管(9)与外层钢管(3)之间浇筑有混凝土(4)或填充有发泡钢(10)。

3.根据权利要求1或2所述的多肢空心组合塔墩，其特征在于：所述的设置在外层钢管(3)内壁和内层钢管(9)外壁上的连接件为开孔板剪力键(5)、纵向加劲肋(7)、栓钉(8)中的任意一种或两种或三种的组合，开孔板剪力键(5)的每个孔内设置或不设置钢筋(6)；所述的连接件在外层钢管内壁和内层钢管外壁上沿轴向至少设置有1列。

4.根据权利要求1或2所述的多肢空心组合塔墩，其特征在于：所述的外层钢管(3)和内层钢管(9)的横截面为十字形、圆形、椭圆形、边数至少为四边的多边形中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的多肢空心组合塔墩，其特征在于：所述的横撑(2)为工字钢、型钢、钢管的任意一种。

6.根据权利要求1或2所述的多肢空心组合塔墩，其特征在于：所述的设置流通孔的塔柱或墩柱节段(14)为在塔柱或墩柱节段下部与承台(11)连接处的外层钢管(3)和内层钢管(9)上打有混凝土流通孔(12)，承台钢筋(13)穿过流通孔(12)加强承台与塔墩的连接。

7.根据权利要求1所述的多肢空心组合塔墩，其特征在于：所述的塔柱或墩柱节段间通过锚固短预应力钢筋(16)及通长预应力钢筋(17)连接，短预应力钢筋(16)的长度小于塔柱或墩柱节段的长度，通长预应力钢筋(17)贯通整个塔柱或墩柱(1)，锚固于塔柱或墩柱(1)的顶部及底部。

8.根据权利要求1或2所述的多肢空心组合塔墩，其特征在于：所述的混凝土(4)是自密实混凝土。