CN107532398A - 支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桥墩下端部(4)与RC桩(6)的刚性连接构造体(10)，其具备：从桥墩下端部(4)向下方延长且载置于RC桩(6)的延长部(12)；在延长部(12)的下部即下延长部(23)的外表面设置且形成有许多抗偏移孔(8)的外纵肋组(40)；以及打设于下延长部(23)的外周部的外部混凝土(16)。外部混凝土(16)埋设从RC桩(6)的内部向上方延伸的主钢筋(60)、以及外纵肋组(40)。

Description

支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体

技术领域

本发明主要涉及一种立体交叉桥、高架桥、高架构造体、一般桥梁、或铁路桥等的支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体。

背景技术

如图1所示，道路桥1等较重的建筑物构成为：将其载荷通过作为支柱的桥墩3传递至地基5。在该地基5，桥墩3的下端部即桥墩下端部4与沿铅直配置的RC桩6(用钢筋补强的混凝土桩)通过刚性连接构造体10、100进行了刚性连接。

作用于建筑物的载荷有：主要因自重而产生的铅直方向的载荷、以及因地震等而产生的水平方向的载荷。尤其是在像日本这样地震多发的国家，水平方向的载荷会频繁地作用于建筑物，因此，相较于该载荷，产生较大的弯矩的刚性连接构造体的重要性提高。

作为现有的刚性连接构造体，已提出一种在从桥墩下端部向下方延长的延长部上形成有许多抗偏移孔(开孔钢板连接件：PBL)的刚性连接构造体(例如参照专利文献1)。该专利文献1所述的刚性连接构造体构成为：延长部自身作为强度部件将来自桥墩下端部的水平方向的载荷传递至RC桩。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4691690号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1所述的刚性连接构造体中，形成有开孔钢板连接件的是延长部、即从桥墩下端部向下方延长的大型的钢结构物。因此，在延长部上形成开孔钢板连接件并不容易，结果会导致制造时间和费用增加。另一方面，在桥墩下端部的横截面较小的情况下，来自混凝土桩的主钢筋与作为强度部件的延长部的间隔(由混凝土构成的部分)变大。如果上述间隔大，则拉力可能无法顺畅地传递至主钢筋，另外，由于存在发生锥形破坏(日语：コーン破壊)的风险，因此为了提高可靠性而需要一些补强。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够减少制造的时间和费用并提高可靠性的支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体

(二)技术方案

为了解决上述问题，第一发明的刚性连接构造体，是支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体，其具备：

从支柱下端部向下方延长且载置于上述混凝土桩的延长部；

设置于上述延长部的外表面且形成有许多抗偏移孔的外纵肋组；以及

打设于上述延长部的外周部的外部混凝土，

上述外部混凝土埋设从上述混凝土桩的内部向上方延伸的钢筋组、以及上述外纵肋组。

另外，第二发明的刚性连接构造体，在第一发明的刚性连接构造体中，具备：

设置于延长部的内面且形成有许多抗偏移孔的内纵肋组；以及

打设于上述延长部的内部的内部混凝土，

上述内部混凝土埋设上述内纵肋组。

进一步地，第三发明的刚性连接构造体，在第一或第二发明的刚性连接构造体中，具备与外纵肋组连接且围绕延长部的外侧的纵筒部，

上述纵筒部成为打设外部混凝土时的模框。

另外，第四发明的刚性连接构造体，在第一或第二发明的刚性连接构造体中，延长部呈圆筒形状，

外纵肋组由从上述延长部的外表面呈放射状配置的许多外纵肋构成。

另外，第五发明的刚性连接构造体，在第一或第二发明的刚性连接构造体中，埋设于外部混凝土中的钢筋组包括：对混凝土桩进行补强的主钢筋即外周钢筋组、以及在混凝土桩的内部固定于外周钢筋组的补强钢筋即内周钢筋组。

(三)有益效果

若采用上述支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体，则通过埋设于外部混凝土中的外纵肋组，传递来自支柱下端部的载荷时所产生的应力变得足够小，因此无需在延长部形成抗偏移孔，其结果为，能够减少制造的时间和费用。另外，由于来自混凝土桩的钢筋组与外纵肋组的间隔变小，因此拉力顺畅地从外纵肋组传递至主钢筋。由此抑制因拉力所引起的锥形破坏，结果为能够提高可靠性。

附图说明

图1是使用本发明实施方式的刚性连接构造体的道路桥的一般侧视图。

图2是本发明的实施例1的刚性连接构造体的纵截面图。

图3是该刚性连接构造体的省略了外部混凝土的立体图。

图4是图3的A-A截面图。

图5是图3的B-B截面图。

图6是用于说明外纵肋组的截面惯性矩的横截面图。

图7是用于说明在没有内纵肋组的情况下产生的应力的图以及图表。

图8是用于说明在有内纵肋组的情况下产生的应力的图以及图表。

图9是该刚性连接构造体的在施工程序中配置RC桩的钢筋的状态的纵截面图。

图10是该刚性连接构造体的在施工程序中打设RC桩的混凝土的状态的纵截面图。

图11是该刚性连接构造体的在施工程序中完成了RC桩的状态的纵截面图。

图12是该刚性连接构造体的在施工程序中在RC桩上载置刚性连接构造体中的钢制部分的状态的纵截面图。

图13是该刚性连接构造体的在施工程序中在该钢制部分打设混凝土的状态的纵截面图。

图14是该刚性连接构造体的在施工程序中接合桥墩下端部的状态的纵截面图。

图15是本发明的实施例2的刚性连接构造体的横截面图，是与图5对应的图。

图16是该刚性连接构造体的横截面图，是与图2对应的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明实施方式的支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体进行说明。

首先，对作为使用上述刚性连接构造体的建筑物一例的道路桥简单地进行说明。

如图1所示，该道路桥1具备：供人或车辆等通行的桥桁2、以及支承该桥桁2的多个桥墩3(为支柱的一例)。这些桥墩3的下端部、即桥墩下端部4(为支柱下端部的一例)分别与铅直配置于地基5的圆柱形状的RC桩6(用钢筋补强的混凝土桩)刚性连接。将该桥墩下端部4与RC桩6刚性连接的是上述刚性连接构造体10、100。

实施例1

以下，基于图2～图8对本发明实施例1的刚性连接构造体10进行说明。

如图2及图3所示，该刚性连接构造体10具备：作为钢制的部分12～15的从桥墩下端部4向下方延长的延长部12、围绕该延长部12的下部即下延长部23(详见后述)的外侧的纵筒部13、以及分别设置于上述下延长部23的外表面及内面的强度部件即外纵肋组14及内纵肋组15(参照图2)。另外，如图2所示(在图3中省略)，上述刚性连接构造体10具备：作为混凝土制的部分16～18的打设于上述下延长部23与纵筒部13之间(即下延长部23的外周部)的外部混凝土16、打设于上述下延长部23的内部的内部混凝土17、以及打设于上述下延长部23及纵筒部13与RC桩6之间的截面过渡部即下部混凝土18。

如图2所示，上述延长部12介由安装台架68(H形钢等)载置于上述RC桩6的桩头7。另外，如图2以及图3所示，上述延长部12包括：在外纵肋组14及内纵肋组15的上端高度上水平配置的隔膜20、比该隔膜20更靠上方的上延长部22、以及比上述隔膜20更靠下方的下延长部23。上述隔膜20具有供用于内部混凝土17的生混凝土从上方流入的开口部21。如图3所示，上述上延长部22及下延长部23呈与上述RC桩6同心的圆筒形状，且直径比上述RC桩6更小。考虑到打设上述内部混凝土17时的作业性，如图2所示，在上述下延长部23的内部除了上述内部混凝土17及内纵肋组15之外没有他物。此外，由于将来自上述桥墩下端部4的载荷传递至外部混凝土16的主要是外纵肋组14而不是延长部12自身，因此无需在上述延长部12形成抗偏移孔(开孔钢板连接件：PBL)。

如图3所示，上述纵筒部13呈与上述RC桩6及延长部12同心的圆筒形状，且直径比上述RC桩6略大。上述纵筒部13的下端比RC桩6的桩头7略低，上述纵筒部13的上端的高度与外纵肋组14相同(或更高)。另外，如图2所示，上述纵筒部13的外表面与地基5的土接触。此外，上述纵筒部13是用于打设外部混凝土16的模框、以及在该打设后作为箍筋(日语：帯鉄筋)发挥功能的二次构件(包含腐蚀裕量)。

如图3～图5所示，上述外纵肋组14由从下延长部23的外周面呈放射状等间距配置的许多外纵肋40构成。为了将来自桥墩下端部4的载荷传递至外部混凝土16，如图3及图5所示，在各外纵肋40规则地形成有在水平方向上贯通的许多抗偏移孔8(开孔钢板连接件：PBL)。在构成上述外纵肋组14的许多外纵肋40中包括：到达至纵筒部13而与该纵筒部13连接的宽幅的外纵肋40、以及未到达至纵筒部13的窄幅的外纵肋40。为了适当地保持纵筒部13，使上述宽幅的外纵肋40的配置呈等间距(例如90°间距)。

上述内纵肋组15如图2所示，其上端与上述隔膜20的下表面的外缘部连接。另外，如图4及图5所示，上述内纵肋组15由从下延长部23的内周面朝向上述轴心且等间距配置的许多内纵肋50组成。为了将来自桥墩下端部4的载荷传递至内部混凝土17，如图5所示，在各内纵肋50上规则地形成有与上述外纵肋40同样的在水平方向上贯通的多个抗偏移孔8(开孔钢板连接件：PBL)。

外纵肋40对截面惯性矩的增大作出了比内纵肋50更大的贡献，因此如图4以及图5所示设计为外纵肋40比内纵肋50更多，详见后述。另外，为了使外纵肋40及内纵肋50作为强度部件而协同作用，所有的内纵肋50以介由下延长部23与外纵肋40相对的方式配置。

如图4以及图5所示，上述外部混凝土16埋设上述外纵肋组14和来自RC桩6的主钢筋60。该主钢筋60是为了提高上述RC桩6的拉伸强度而在该RC桩6的外缘部等间距配置的许多钢筋。另外，如图2所示，上述主钢筋60不仅配置于RC桩6的内部，还从RC桩6的桩头7突出至外纵肋组14的上端附近。即，上述外部混凝土16从上述外纵肋组14传递拉伸载荷，并将该载荷从主钢筋60传递至RC桩6。此外，在上述RC桩6的内部，除了上述主钢筋60，还配置有与该主钢筋60正交地捆扎的箍筋61。

如图5所示，上述内部混凝土17埋设上述内纵肋组15。即，上述内部混凝土17从上述内纵肋组15传递载荷。另一方面，如图2所示，上述下部混凝土18埋设上述主钢筋60和安装台架68。另外，作为可靠性设计，将上述下部混凝土18设计为比上述刚性连接构造体10的其它的部分先受到损伤。

接下来，基于图6对上述外纵肋组14的功能进行说明。

若因地震等而对上述桥桁2作用水平方向的载荷F，则在作为悬臂梁的桥墩3以及刚性连接构造体10上，会在成为该悬臂梁的支承部的刚性连接构造体10产生较大的弯矩M。如图6所示，由于该较大的弯矩M，会在上述刚性连接构造体10的强度部件即外纵肋组14上，产生以中性轴A为界的拉伸应力及压缩应力。已知该拉伸应力及压缩应力与按照材料力学的公式用外纵肋组14的截面惯性矩除上述弯矩M得到的值成比例。即，在上述弯矩M一定的情况下，上述截面惯性矩越大，则产生的拉伸应力及压缩应力越小。已知一般是截面在越远离中性轴A的位置则截面惯性矩越大。这里，上述外纵肋40设置于上述下延长部23的外表面、即远离中性轴A的位置。因此，与作为现有技术文献的上述专利文献1所记载的将下延长部作为强度部件的现有方式相比，本实施例1的刚性连接构造体10具有更大的截面惯性矩，因此在传递来自上述桥墩下端部4的载荷时产生的应力变小。另外，就上述刚性连接构造体10而言，由于具备上述外纵肋组14，因此如图4以及图5所示，来自上述RC桩6的主钢筋60与强度部件(外纵肋组14)的间隔小且大致一定，因此可顺畅地将拉力从外纵肋组14传递至主钢筋60。由此可抑制因拉力所引起的锥形破坏。

接下来，基于图7及图8对上述内纵肋组15的功能进行说明。

这里，就上述专利文献1而言，在延长部上形成抗偏移(日语：ずれ止め)孔(开孔钢板连接件：PBL)，因此桥墩与其内部的混凝土成为一体而协同作用。但是在本发明中，不在延长部12形成抗偏移孔，因此不会像上述专利文献1那样成为一体进行协同作用，而是处于桥墩3与内部混凝土17分离的状态。因此，为了实现截面的一体化、抑制因下延长部23与纵筒部13之间的截面急剧变化而引起的钢板与混凝土的剥离/应力集中(支承压力(日语：支圧力))，在下延长部23的内周部设置内纵肋组15。图7及图8示出了与该内纵肋组15的功能有关的实验结果。图7表示下延长部23的内周部没有内纵肋组15的情况，图8表示在下延长部23的内周部有内纵肋组15的情况。图7及图8示出了在使水平方向的载荷F和垂直方向的载荷(轴向力)作用于上述桥墩3的情况下产生于上述刚性连接构造体10的应力的计算值以及模拟(有限元分析：FEM)值。此外，在图8中，由于计算值与模拟值一致，因此显示为计算值被模拟值遮挡。在图7及图8的右侧所示的图表中，横轴是以拉伸应力为正(压缩应力为负)的应力σ的轴，纵轴是与刚性连接构造体10的横截面的位置对应的轴。另外，图7及图8的左侧所示的刚性连接构造体10的横截面(左半部)的纵向的位置与上述图表的纵轴对应。如图7以及图8所示，计算值如上述图表所示那样呈直线，该计算值是刚性连接构造体10中的钢制部分与内部混凝土17成为一体而协同作用时的理论值。与此相对，就模拟(有限元分析：FEM)值而言，如图7所示，在没有内纵肋组15的情况下，在下延长部23与内部混凝土17的边界不连续，如图8所示，在有内纵肋组15的情况下则与上述计算值一致。因此，由图7及图8可知：就上述刚性连接构造体10中的钢制部分与内部混凝土17而言，在没有内纵肋组15的情况下不会成为一体而协同作用，在有内纵肋组15的情况下则成为一体而协同作用。因此，就上述刚性连接构造体10而言，由于具备埋设于内部混凝土17中的内纵肋组15，因此在传递来自桥墩下端部4的载荷时产生的应力变小。

下面，对本实施例1的刚性连接构造体10的制造方法、即现场施工的程序进行说明。

首先，如图9所示，在地基5中设置立管(standpipe)91，并在从该立管91中挖掘至规定深度而成的钻孔92中配置RC桩6的钢筋60、61。然后，如图10所示，在钻孔92中打设RC桩6的混凝土，之后，如图11所示，通过修整清理使立管91中的混凝土成形，完成RC桩6。然后，在RC桩6的桩头7配置安装台架68，如图12所示，将刚性连接构造体10中的钢制部分(由延长部12、纵筒部13、外纵肋组14、以及内纵肋组15组成的部分)载置于安装台架68。接下来，在如图13所示，打设下部混凝土18、外部混凝土16、以及内部混凝土17，之后，如图14所示，在除去上述立管91后进行回填，将桥墩下端部4的下端接合于上延长部22的上端，由此来制造桥墩下端部4与RC桩6的刚性连接构造体10。

这样，根据本实施例1的刚性连接构造体10，通过埋设在外部混凝土16中的外纵肋组14，使传递来自桥墩下端部4的载荷时产生的应力变得足够小，因此无需在延长部12形成抗偏移孔8，结果是能够减少制造的时间和费用。另外，来自RC桩6的主钢筋60与强度部件(外纵肋组14)的间隔小且大致一定，因此可将拉伸力从外纵肋组14顺畅地传递至主钢筋60。由此可抑制因拉力所引起的锥形破坏，结果是能够提高可靠性。

进一步地，通过埋设在内部混凝土17中的内纵肋组15，刚性连接构造体10中的钢制部分与内部混凝土17成为一体而协同作用，因此在传递来自桥墩下端部4的载荷时产生的应力变得更小，结果是能够使可靠性提高。另外，能够实现截面的一体化、抑制由于下延长部23与纵筒部13之间的截面急剧变化而引起的钢板与混凝土的剥离/应力集中(支承压力)。

而且，由于作为打设外部混凝土16时的模框的纵筒部13在现场施工中被埋掉，从而省去设置及去除另外的模框，因此能够减少制造的时间和费用。

另外，由于下延长部23呈圆筒形状，并且外纵肋组14由从下延长部23的外表面呈放射状配置的许多外纵肋40构成，因此不会发生应力集中，从而无需在外纵肋40之间配置用于分散应力的缓冲部件等，其结果是能够减少制造的时间和费用。

进一步地，由于无需在延长部12形成抗偏移孔8，因此能够使从下延长部23的外周面呈放射状等间距配置的外纵肋40数量更多(更密)。由此，能够抑制由于下延长部23与纵筒部13之间的截面急剧变化而引起的钢板与混凝土的剥离/应力集中(支承压力)。

实施例2

本发明实施例2的刚性连接构造体100是上述实施例1的刚性连接构造体10增加了外部混凝土16埋设的钢筋而成的刚性连接构造体。

以下，针对与上述实施例1不同的部分即钢筋进行说明，并且对于和上述实施例1相同的结构标注同一标记并省略其说明。

在上述实施例1的刚性连接构造体10中，如图5所示，来自上述RC桩6的主钢筋60与外纵肋组14的间隔小，因此如上所述可抑制容易发生于该间隔的锥形破坏。为了进一步抑制该锥形破坏，如与上述实施例1的图5对应的本实施例2的图15所示，本实施例2的刚性连接构造体100在上述主钢筋60的内周侧设置了补强钢筋62。也就是说，除了上述外纵肋40和来自RC桩6的主钢筋60(即外周钢筋组)，本实施例2的刚性连接构造体100的外部混凝土16也埋设补强钢筋62(即内周钢筋组)。

如图15所示，上述补强钢筋62由与主钢筋60相同数量的钢筋组成，且配置在比主钢筋60更靠近上述轴心的位置。另外，如与上述实施例1的图2对应的本实施例2的图16所示，上述补强钢筋62的下部在RC桩6的内部固定于主钢筋60，上述补强钢筋62的中部从主钢筋60向上述轴心的方向倾斜，上述补强钢筋62的上部从RC桩6的桩头7铅直地突出。上述补强钢筋62的下部、即固定于主钢筋60的部分具有将来自外部混凝土16的载荷传递至RC桩6所需的长度。使上述补强钢筋62的中部以不妨碍传递上述载荷的程度倾斜。就上述补强钢筋62上部而言，其上端与主钢筋60的上端处于相同高度。

下面，对本实施例2的刚性连接构造体100的制造方法、即现场施工的程序进行说明。

就本实施例2的刚性连接构造体100的制造方法而言，其是在上述实施例1的刚性连接构造体10的制造方法中，使在图9所示的钻孔92中配置的RC桩6的钢筋采用本实施例2的钢筋(主钢筋60、补强钢筋62以及箍筋61)，而不是上述实施例1中的钢筋(主钢筋60及箍筋61)。除此之外，本实施例2的施工程序与上述实施例1的施工程序相同。

这样，若采用本实施例2的刚性连接构造体100，则除了能够获得与上述实施例1的刚性连接构造体10相同的效果之外，还能够通过补强钢筋62进一步抑制锥形破坏，结果是能够提高可靠性。

另外，虽然在上述实施方式以及实施例1和实施例2中，对作为支柱(支柱下端部)一例的桥墩3(桥墩下端部4)进行了说明，但是不限于此，只要是对建筑物进行支承的结构即可。

另外，虽然在上述实施方式以及实施例1和实施例2中，没有对外纵肋40及内纵肋50的抗偏移孔8(开孔钢板连接件：PBL)进行详细说明，但是作为贯通抗偏移孔8的抗偏移部件，也可以设置贯通钢筋。

进一步地，虽然在上述实施例1和实施例2中，是对延长部12介由安装台架68(H形钢等)载置于RC桩6的桩头7的情况进行了说明，但是也可以直接进行载置。

另外，虽然在上述实施例1和实施例2中，是对延长部12呈圆筒形状的情况进行了说明，但是也可以呈方筒形状。此外，若做成方筒形状，则虽然会由于容易发生应力集中而需要用于分散应力的缓冲部件，但是在桥墩下端部4为方筒形状的情况下能够减少制造的时间和费用。

另外，虽然在上述实施例2中是对如图15所示那样补强钢筋62由数量和主钢筋60相同的钢筋组成的情况进行了说明，但是并不限于相同的数量。补强钢筋62的数量及钢筋直径设定为满足抑制锥形破坏所需的钢筋量。

Claims (5)

1.一种支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体，其特征在于，具备：

从支柱下端部向下方延长且载置于所述混凝土桩的延长部；

设置于所述延长部的外表面且形成有许多抗偏移孔的外纵肋组；以及

打设于所述延长部的外周部的外部混凝土，

所述外部混凝土埋设从所述混凝土桩的内部向上方延伸的钢筋组、以及所述外纵肋组。

2.根据权利要求1所述的支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体，其特征在于，具备：

设置于延长部的内面且形成有许多抗偏移孔的内纵肋组；以及

打设于所述延长部的内部的内部混凝土，

所述内部混凝土埋设所述内纵肋组。

3.根据权利要求1或2所述的支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体，其特征在于，

具备与外纵肋组连接且围绕延长部的外侧的纵筒部，

所述纵筒部成为打设外部混凝土时的模框。

4.根据权利要求1或2所述的支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体，其特征在于，

延长部呈圆筒形状，

外纵肋组由从所述延长部的外表面呈放射状配置的许多外纵肋构成。

5.根据权利要求1或2所述的支柱下端部与混凝土桩的刚性连接构造体，其特征在于，埋设于外部混凝土中的钢筋组包括：对混凝土桩进行补强的主钢筋即外周钢筋组、以及在混凝土桩的内部固定于外周钢筋组的补强钢筋即内周钢筋组。