CN110306425B - 可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造 - Google Patents

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Abstract

可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，以大大减小混凝土的收缩和徐变、温度效应和活载作用下矮墩刚构桥墩底附近的截面弯矩，避免矮墩墩底附近混凝土的开裂或者大大减小其裂缝宽度，保证结构的耐久性，且扩大连续刚构桥的适用范围。包括桥墩和基础承台，桥墩上端、下端分别与桥梁主梁、基础承台固结，其特征是：所述桥墩于邻近墩底处断开为桥墩上部、桥墩下部两段，在桥墩上部、桥墩下部相对应的端面之间形成环缝；所述桥墩上部与桥墩下部之间设置承受竖向轴力的钢板铰，该钢板铰竖向延伸入桥墩上部、桥墩下部内且与之固结。

Description

可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，特别涉及一种可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造。
背景技术
近年来，随着我国交通运输事业的发展，人们对于桥梁工程提出了越来越高的要求，连续刚构桥因为主梁和桥墩无支座，不仅减小了主梁的弯矩，而且主墩和主梁之间不需要使用的大吨位支座等优点而被广泛修建。但是和连续梁相比，连续刚构桥需要桥墩的桥墩高度比较高，否则主梁和桥墩刚性连接后桥墩底部的弯矩特别大，会导致桥墩混凝土受拉而开裂，影响结构的耐久性。
连续刚构桥的主要结构特点是主梁连续、墩梁固结，虽然其顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度能很好地满足较大跨径桥梁的受力要求，但也使得桥墩要承受较大弯矩，为了使墩底处产生的弯矩不至引起桥墩混凝土的裂缝宽度过大，故一般连续刚构桥的桥墩均较高，以降低墩底弯矩。
由于连续刚构桥的自身特点，若将其建造于某些桥墩较矮的复杂地形，桥墩承受的弯矩较大，导致的桥墩开裂问题十分严重。矮墩刚构桥的最大缺点体现在墩底承受弯矩较大，混凝土的拉应力超过其抗拉强度而产生的裂缝，影响结构的耐久性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，以大大减小混凝土的收缩和徐变、温度效应和活载作用下矮墩刚构桥墩底附近的截面弯矩，避免矮墩墩底附近混凝土的开裂或者大大减小其裂缝宽度，保证结构的耐久性，且扩大连续刚构桥的适用范围。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，包括桥墩和基础承台，桥墩上端、下端分别与桥梁主梁、基础承台固结，其特征是：所述桥墩于邻近墩底处断开为桥墩上部、桥墩下部两段，在桥墩上部、桥墩下部相对应的端面之间形成环缝；所述桥墩上部与桥墩下部之间设置承受竖向轴力的钢板铰，该钢板铰竖向延伸入桥墩上部、桥墩下部内且与之固结。
所述环缝的高度h为2-4cm。
所述钢板铰的主体为竖向整体钢板，该竖向整体钢板的上段、下段分别延伸入桥墩上部、桥墩下部，竖向整体钢板的段、下段范围内设置抗剪结构，通过抗剪结构与桥墩上部、桥墩下部混凝土有效固结形成钢－混组合结构。
所述抗剪结构包括于竖向整体钢板上段、下段范围内在其正反板面上均匀布设的剪力钉，以及于下段范围内在其两侧侧面上竖向间隔布设的剪力钉，各剪力钉与竖向整体钢板板体焊接。
所述抗剪结构为在竖向整体钢板上段、下段范围内于板体均匀布设的剪力钉，也可以采用开孔的钢板等作为抗剪结构。
本发明的有益效果主要体现在如下方面：
一、桥墩于邻近墩底处断开形成桥墩上部、桥墩下部两段，桥墩上部、桥墩下部相对应的端面之间形成环缝，且设置承受竖向轴力的钢板铰，钢板铰位置附近桥墩的截面高度变得非常小，截面抗弯刚度也特别小，因此可有效释放混凝土收缩和徐变，温度效应和活载作用下矮墩刚构桥墩底附近的截面弯矩；
二、大大减小混凝土收缩和徐变、温度效应和交通活载引起的桥墩弯矩，避免矮墩墩底附近混凝土的开裂或者大大减小其裂缝宽度，使刚构桥墩底混凝土裂缝满足设计要求；
三、由于桥墩上部、桥墩下部端面之间环缝的高度很小，可避免钢板铰在较大竖向轴力下发生失稳，另外连续刚构的水平剪力也比较小，采用厚钢板抗剪也是比较合理的，这样即可确保矮墩刚构桥结构的安全；
四、钢板铰采用焊接连接，施工难度低，通过抗剪结构增强钢板铰自身的稳定性及其与桥墩上部、桥墩下部混凝土结构的有效固结，确保了连续刚构桥结构的安全性；
五、钢板铰构件可采用耐候钢制成，可以免维护，使结构的耐久性与可靠性得到保证；
六、有效解决了复杂地形条件下建造矮墩刚构桥的技术难题，扩大了连续刚构桥的适用范围，技术经济效益十分显著。
附图说明
本说明书包括如下五幅附图：
图1是本发明可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造的顺桥向立面图；
图2是图1中A局部的放大图；
图3是本发明可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造的横桥向立面图；
图4是本发明可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造中钢板铰的主视图；
图5是本发明可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造中钢板铰的侧视图；
图中示出构件和对应的标记：桥墩上部12、桥墩下部11、基础承台20、环缝13、高度h、竖向整体钢板30、横向钢板31、剪力钉32。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1和图2，本发明的可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，包括桥墩和基础承台20，桥墩上端、下端分别与桥梁主梁、基础承台20固结。所述桥墩于邻近墩底处断开为桥墩上部12、桥墩下部11两段，在桥墩上部12、桥墩下部11相对应的端面之间形成环缝13。所述桥墩上部12与桥墩下部11之间设置承受竖向轴力的钢板铰，该钢板铰竖向延伸入桥墩上部12、桥墩下部11内且与之固结。参照图3，桥墩上部12、桥墩下部11相对应的端面之间存在环缝13，其高度为h，使得钢板铰位置附近桥墩的截面高度变得非常小，截面抗弯刚度也特别小，因此大大减小混凝土收缩和徐变，温度效应和活载作用下矮墩刚构桥墩底附近的截面弯矩，避免矮墩墩底附近混凝土的开裂或者大大减小其裂缝宽度，使刚构桥墩底混凝土裂缝满足设计要求。
参照图2，所述环缝13的高度h通常为2-4cm，只要保证漏出混凝土的钢板不发生屈曲失稳即可。由于该桥墩上部12、桥墩下部11端面之间的高度h很小，可避免钢板铰在较大竖向轴力下不发生失稳，另外保证钢板能够承受一定的水平剪力，确保矮墩刚构桥结构的安全性。
参照图1和图3，所述钢板铰的主体为竖向整体钢板30，该竖向整体钢板30的上段、下段分别延伸入桥墩上部12、桥墩下部11，竖向整体钢板30板体上于上段、下段范围内设置抗剪结构，通过抗剪结构与桥墩上部12、桥墩下部11混凝土有效固结形成钢－混组合结构。竖向整体钢板30在环缝13中露出部分的板体上不设置抗剪结构。
参照1和图5，为了方便竖向整体钢板30的施工定位，在竖向整体钢板30的底棱上焊接固定横向钢板31作为定位结构，也可以采用其他定位措施。钢板铰中的竖向整体钢板30、横向钢板31之间采用焊接连接，施工难度低，通过抗剪结构将完成其自身和混凝土之间轴力的传递并保证混凝土内部钢板30自身的稳定性及其与桥墩上部、桥墩下部混凝土结构的有效固结，确保了连续刚构桥结构的安全性。
所述抗剪结构可以采用多种结构，在图1、图3、图4和图5中示出的是焊接于竖向整体钢板30上的剪力钉32，即所述抗剪结构包括于竖向整体钢板30上段、下段范围内在其正反板面上均匀布设的剪力钉32，以及于下段范围内在其两侧侧面上竖向间隔布设的剪力钉32，各剪力钉32与竖向整体钢板30板体焊接。图中的剪力钉32布置也仅为示意，具体应用时需要桥墩的轴力确定竖向整体钢板30的厚度及尺寸、剪力钉32的数量和布置方式。剪力钉32可以由其他结构形式的剪力键替代，如带开孔的钢板等。
参照图1和图2，所述竖向整体钢板30设置于桥墩轴线上，其板面垂直于顺桥向。所述钢板铰中的竖向整体钢板30、横向钢板31可以由普通钢板制成，但为了减少对该钢板铰的维修，竖向整体钢板30、横向钢板31优选采用耐候钢制成。
本发明有效解决了复杂地形条件下建造矮墩刚构桥的技术难题，扩大了连续刚构桥的适用范围，技术经济效益十分显著。
参照图1和图3，施工时应先将该钢板铰固定，然后再制作模板并浇筑混凝土将该钢板铰的下段和上段埋在桥墩下部11、桥墩上部12的混凝土中。模板架设应保证桥墩上部12、桥墩下部11之间处于分离状态，且浇筑混凝土时应充分振捣，确保竖向整体钢板30、横向钢板31，剪力钉32和混凝土之间的密实性。
以上所述只是用图解说明本发明可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (7)

1.可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，包括桥墩和基础承台(20)，桥墩上端、下端分别与桥梁主梁、基础承台(20)固结，其特征是：所述桥墩于邻近墩底处断开为桥墩上部(12)、桥墩下部(11)两段，在桥墩上部(12)、桥墩下部(11)相对应的端面之间形成环缝(13)；所述桥墩上部(12)与桥墩下部(11)之间设置承受竖向轴力的钢板铰，该钢板铰竖向延伸入桥墩上部(12)、桥墩下部(11)内且与之固结。
2.如权利要求1所述可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，其特征是：所述环缝(13)的高度h为2-4cm。
3.如权利要求1所述可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，其特征是：所述钢板铰的主体为竖向整体钢板(30)，该竖向整体钢板(30)的上段、下段分别延伸入桥墩上部(12)、桥墩下部(11)，竖向整体钢板(30)的上段、下段范围内设置抗剪结构，通过抗剪结构与桥墩上部(12)、桥墩下部(11)混凝土有效固结形成钢－混组合结构。
4.如权利要求3所述可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，其特征是：所述抗剪结构包括于竖向整体钢板(30)上段、下段范围内在其正反板面上均匀布设的剪力钉(32)，以及于下段范围内在其两侧侧面上竖向间隔布设的剪力钉(32)，各剪力钉(32)与竖向整体钢板(30)板体焊接。
5.如权利要求3所述可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，其特征是：所述竖向整体钢板(30)的底面上焊接固定横向钢板(31)。
6.如权利要求5所述可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，其特征是：所述竖向整体钢板(30)、横向钢板(31)由耐候钢制成。
7.如权利要求3所述可大幅度减小承受弯矩的矮墩刚构桥的墩底构造，其特征是：所述竖向整体钢板(30)设置于桥墩轴线上，其板面垂直于顺桥向。
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