CN110644353A - 一种耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耗能减震的波纹钢管‑橡胶混凝土装配式桥墩及方法，包括从下到上依次连接的承台、支撑柱和盖梁，所述承台与支撑柱之间通过法兰对接，对接法兰全部被浇筑在承台的凹槽内，所述支撑柱内部设有钢筋笼骨架并浇筑混凝土，顶部通过纵向钢筋配合盖梁上预设的孔道，所述盖梁通过孔道与纵向钢筋上端的配合安装在支撑柱上，所述盖梁用于配合支撑柱和承台实现对上部桥梁结构的支撑，通过装配式的设计提高了桥梁的施工效率和整体的抗震能力，具有更好的施工便捷性和耗能减震能力，另外，支撑柱外部的波纹构造起缓冲撞击力的作用，减弱了撞击对桥墩的作用力，通过波纹钢管内浇筑的橡胶混凝土实现提高桥墩的抗震延性和主动耗能能力的需求。

Description

一种耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩及方法

技术领域

本申请涉及桥梁工程领域，具体的说是一种耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩及方法。

背景技术

目前桥梁下部结构多采用钢筋混凝土结构，且施工一般多采用现场浇筑的方式，这种现场浇筑施工需要大量劳动力、搭设支架和模板，危险性较高；并对周围的环境造成噪声和废渣污染，严重影响城市周围正常交通；这种施工方式工业化水平低，建造效率比较低，行业的整体耗能比较高。与传统现浇桥墩相比，装配式组合桥墩具有施工速度快、周期短、环境影响小、施工质量高等特点，在我国的建筑结构工业化中应用越来越广泛。

发明人发现，传统的钢管混凝土虽然具有承载力高、抗震性能好、施工方便等优势，但随着其应用的不断普及和使用时间的增长，出现了一系列诸如施工不稳定、脱空、脱粘、钢管锈蚀、管壁易于局部屈曲等问题，难以有效发挥钢结构和混凝土的各自材料优势；另一方面，诸多车(船)撞桥墩事故表明，传统在桥墩外围设置刚性护栏的方法在遭遇较大车(船)撞击力时难以对桥墩起到有效保护，而采用新型耗能材料来增强桥墩的防撞、耗能特性的措施和构造是必需要专门制作，且造价高适用范围小，难以普遍应用到桥墩的防撞设计中。

综上所述，现有钢筋混凝土桥墩及钢管混凝土结构在施工方法、延性抗震和防撞耗能等方面存在诸多不足，十分有必要对现有钢筋混凝土桥墩及钢管混凝土结构从施工方法到材料与结构层面进行改良设计。

发明内容

本申请的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩及方法，通过装配式的设计提高了桥梁的施工效率和整体的抗震能力，具有更好的施工便捷性和耗能减震能力。

本申请的第一目的是提供一种耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩，采用以下技术方案：

包括承台、支撑柱和盖梁，所述承台与支撑柱之间设有第一法兰，所述第一法兰环向配合有多个固定钢筋，所述固定钢筋的一端埋设在承台内，另一端穿过支撑柱下端预设的第二法兰，用于连接承台和支撑柱，所述支撑柱内部设有纵向钢筋，纵向钢筋上端延伸出支撑柱顶面，所述盖梁上设有对应纵向钢筋上端的孔道，所述盖梁通过孔道与纵向钢筋上端的配合安装在支撑柱上，所述盖梁用于配合支撑柱和承台实现对上部桥梁结构的支撑。

进一步的，所述的承台上设有与第一法兰同轴的凹槽，当第一法兰和第二法兰对接时，固定钢筋的下端插入凹槽内，固定钢筋位于凹槽内的部分和凹槽之间浇筑灌浆料实现固连。

进一步的，所述的固定钢筋包括直线段和弯曲段，所述直线段穿过第一法兰后连接第二法兰，弯曲段的轴线呈圆弧形，其与第一法兰的轴线共面，弯曲段连接承台内部钢筋结构。

进一步的，所述支撑柱包括钢管、钢管内部布设的钢筋笼骨架和钢管内部浇筑的混凝土，所述钢筋笼骨架包括沿钢管内部环向设置的多个纵向钢筋和沿轴向间隔设置的多个环向钢筋，每个环向钢筋均能将纵向钢筋连接为一体，配合混凝土和钢管形成一体式结构。

进一步的，所述钢管侧壁为波纹状结构，通过混凝土与钢管、钢筋笼骨架形成一体式结构；钢管外做镀锌处理，镀锌波纹管表面附着一层致密的氧化膜，可有效抵抗恶劣环境的腐蚀，无需后期维护与保养，提高桥墩的耐久性；并且，支撑柱外部被波纹钢管约束、内部设有钢筋笼骨架并浇筑自密实橡胶混凝土，外部波纹钢管起到缓冲撞击力、减弱桩基对桥墩作用力的作用，形成的支撑柱结构增强桥墩的防撞、耗能特性，内部的橡胶混凝土能够提高桥墩的抗震延性和主动耗能能力。

本申请的第二目的是提供一种上述耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩的施工方法，包括以下步骤：

浇筑承台并在其顶面预留凹槽；

布置第一法兰和固定钢筋，将多个固定钢筋沿第一法兰环向与第一法兰固连，将固定钢筋的下端埋设在凹槽中，并浇筑灌浆料；

吊装支撑柱，使支撑柱底部的第二法兰与第一法兰对接，固定钢筋的上端穿过第二法兰上预设的法兰孔并与第二法兰固定；

将盖梁吊装至支撑柱顶部上方，使盖梁上预设的孔道对齐纵向钢筋的上端，下方盖梁将孔道与纵向钢筋对接，对孔道与纵向钢筋的间隙浇筑灌浆料。

进一步的，所述凹槽为圆柱状，其直径大于支撑柱钢管的直径。

进一步的，所述第一法兰配合有六根固定钢筋，所述固定钢筋沿第一法兰环向均匀布置，固定钢筋上设有固定肋用于提高固定钢筋的强度，且其弯曲部位于第一法兰的离心侧。

进一步的，所述第二法兰焊接在钢管的底端，第二法兰上方的钢管外壁上焊接有栓钉，所述栓钉沿钢管外壁环向分布，在第一法兰和第二法兰对接后，对凹槽上方的槽口通过灌浆料进行浇筑，浇筑部分覆盖全部栓钉。

进一步的，所述的第一法兰和第二法兰对接后，均位于凹槽内。

与现有技术相比，本申请具有的优点和积极效果是：

(1)采用配式组合桥墩，支撑柱作为墩身与承台通过法兰及栓钉连接形成整体，简单可靠，提高连接质量，提升结构的整体性能和抗震性，快速拼装桥墩可降低施工难度，减少现场作业量，加快施工效率，缩短施工工期，经济性好，施工作业面小，有效降低施工作业时对环境的影响；

(2)通过外部被钢管包裹约束、内部设有钢筋笼骨架并浇筑自密实橡胶混凝土形成支撑柱；外面包裹的钢管既可以起到模板的作用，减少施工过程中支模拆模的工序，缩短工期；还能对核心混凝土起到环向约束作用，进一步提高支撑柱的承载能力；

(3)选用波纹构造的钢管可增强钢管与核心混凝土的黏结接触面积，有效提高黏结作用，从而减缓或避免了钢管与混凝土的脱空、脱粘问题；另外，波纹构造起缓冲撞击力的作用，减弱了撞击对桥墩的作用力，保护桥墩不受撞击力损坏，通过波纹钢管内浇筑的橡胶混凝土实现提高桥墩的抗震延性和主动耗能能力的需求；

(4)外包波纹钢管和防护涂层对桥墩混凝土的表面进行防护，能够很好的防治冰雪、雨水等腐蚀介质造成的桥墩腐蚀、钢筋锈蚀等问题，提高组合桥墩整体的耐久性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请实施例1的组合桥墩的整体配合示意图；

图2为本申请实施例1的组合桥墩各部分的配合位置示意图；

图3为本申请实施例1的第一法兰和第二法兰对接处的结构示意图。

其中：1、承台，2、固定钢筋，3、支撑柱，4、盖梁，5、灌浆料，1-1、凹槽，3-1、第二法兰，3-2、栓钉。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术中所介绍的，现有技术的钢管混凝土虽然具有承载力高、抗震性能好、施工方便等优势，但随着其应用的不断普及和使用时间的增长，出现了一系列诸如施工不稳定、脱空、脱粘、钢管锈蚀、管壁易于局部屈曲等问题，难以有效发挥钢结构和混凝土的各自材料优势；另一方面，诸多车(船)撞桥墩事故表明，传统在桥墩外围设置刚性护栏的方法在遭遇较大车(船)撞击力时难以对桥墩起到有效保护，而采用新型耗能材料来增强桥墩的防撞、耗能特性的措施和构造是必需要专门制作，且造价高适用范围小，难以普遍应用到桥墩的防撞设计中，针对上述技术问题，对目前的钢筋混凝土桥墩及钢管混凝土结构进行改良设计，本申请提出了一种耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩及方法。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩。

包括承台1、支撑柱3、盖梁4，所述承台与支撑柱之间设有第一法兰，所述第一法兰环向配合有多个固定钢筋2，所述固定钢筋的一端埋设在承台内，另一端穿过支撑柱下端预设的第二法兰3-1，用于连接承台和支撑柱，所述支撑柱内部设有纵向钢筋，纵向钢筋上端延伸出支撑柱顶面，所述盖梁上设有对应纵向钢筋上端的孔道，所述盖梁通过孔道与纵向钢筋上端的配合安装在支撑柱上，所述盖梁用于配合支撑柱和承台实现对上部桥梁结构的支撑；

所述的承台上设有与第一法兰同轴的凹槽1-1，当第一法兰和第二法兰对接时，固定钢筋的下端插入凹槽内，固定钢筋位于凹槽内的部分和凹槽之间浇筑灌浆料5实现固连；

所述第二法兰焊接在钢管的底端，第二法兰上方的钢管外壁上焊接有栓钉3-2，所述栓钉沿钢管外壁环向分布，在第一法兰和第二法兰对接后，对凹槽上方的槽口通过灌浆料进行浇筑，浇筑部分覆盖全部栓钉；承台底面与预制桥墩中心线垂直，盖梁顶面与支撑柱中心线垂直。

支撑柱与承台通过法兰和栓钉连接形成整体，支撑柱为橡胶混凝土填充钢管内部形成的，具体的，支撑柱包括钢管、钢管内部布设的钢筋笼骨架和钢管内部浇筑的混凝土，所述钢筋笼骨架包括沿钢管内部环向设置的多个纵向钢筋和沿轴向间隔设置的多个环向钢筋，每个环向钢筋均能将纵向钢筋连接为一体，配合混凝土和钢管形成一体式结构。通过外部被钢管包裹约束、内部设有钢筋笼骨架并浇筑自密实橡胶混凝土形成支撑柱；外面包裹的钢管既可以起到模板的作用，减少施工过程中支模拆模的工序，缩短工期；还能对核心混凝土起到环向约束作用，进一步提高支撑柱的承载能力。

支撑柱底部焊接法兰盘，下部焊接若干栓钉，栓钉的范围高度略小与承台顶面凹槽深度，可增强支撑柱与承台的连接，提高结构的整体性和抗震性能。

优选的，所述钢管侧壁为波纹状结构，通过混凝土与钢管、钢筋笼骨架形成一体式结构；承载力不足时，钢管内还可设置型钢来提高桥墩的整体承载力。

选用波纹构造的钢管可增强钢管与核心混凝土的黏结接触面积，有效提高黏结作用，从而减缓或避免了钢管与混凝土的脱空、脱粘问题；另外，波纹构造起缓冲撞击力的作用，减弱了撞击对桥墩的作用力，保护桥墩不受撞击力损坏，实现提高桥墩的抗震延性和主动耗能能力的需求。

承台内预埋的第一法兰和固定钢筋结构，具体包括一个环形钢板及六根带肋的固定钢筋组成，六根带肋固定钢筋穿过环形钢板预留的孔洞一段距离并焊接，带肋固定钢筋另一端向外弯起，带肋固定钢筋的顶端与第二法兰预留孔对齐。

盖梁内设有若干个竖向的钢筋通孔，每个通孔的位置、大小和支撑柱内纵向钢筋上端的位置、大小一一适配。

钢筋笼骨架包括多根墩内环向箍筋和多根纵向钢筋，多根墩内纵向钢筋呈环形阵列，环向箍筋与纵向钢筋的数量根据墩柱直径及所需承载能力来确定。

在本实施例中，上述的灌浆料可以采用自密实橡胶混凝土，其是在自密实普通混凝土基础上用橡胶颗粒等体积取代混凝土中的细骨料制备而成，浇筑于波纹钢管和钢筋笼组成的承力骨架内。如此设置，波纹钢管可以作为橡胶混凝土的模板使用，浇筑时还应保证橡胶橡胶混凝土保护层设计厚度。

另外本实施例中钢管外部做镀锌处理，镀锌波纹管表面附着一层致密的氧化膜。可有效抵抗恶劣环境的腐蚀，无需后期维护与保养，提高桥墩的耐久性。

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

实施例2

本申请的另一典型实施例中，提供一种实施例1所述耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩的施工方法。

灌装施工、浇筑承台、预留浇筑口：

浇筑承台时，承台顶面预留凹槽口的半径略大于组合桥墩；

预埋第一法兰和固定钢筋：

第一法兰为一个环形钢板，固定钢筋包括六根带肋钢筋，六根带肋钢筋穿过环形钢板预留的孔洞一段距离并焊接，带肋钢筋另一端向外弯起；在凹槽内预埋法兰弯钩，保证其竖向垂直度和水平位置；

吊装、定位组合桥墩及浇筑槽口：

波纹钢管-橡胶混凝土组合桥墩内部设有钢筋笼骨架并浇筑自密实橡胶混凝土，其底部焊接法兰盘，法兰盘对应预埋法兰弯钩伸出的钢筋位置预留孔洞，下部环向设置若干栓钉，栓钉的范围高度略小与承台顶面凹槽口深度；

吊装组合桥墩，使预埋法兰弯钩的预留钢筋插入桥墩底部法兰盘的预留孔洞内，并用自密实高强微膨胀灌浆料浇筑槽口；

吊装预制盖梁及封口：

将制作好的盖梁吊装至桥墩顶面，将支撑柱顶部的纵向钢筋插入盖梁的预留孔道后，浇筑孔道与纵向钢筋之间的间隙，实现固定。

进一步的，所述第一法兰配合有六根固定钢筋，所述固定钢筋沿第一法兰环向均匀布置，且其弯曲部位于第一法兰的离心侧；作为优选的，所述的固定钢筋可以选用带肋钢筋，以提高其强度和固定性能。

进一步的，栓钉焊接在第二法兰上方的钢管外壁上，所述栓钉沿钢管外壁环向分布，在第一法兰和第二法兰对接后，在凹槽内浇筑灌浆料，浇筑部分覆盖全部栓钉；所述的第一法兰和第二法兰对接后，均位于凹槽内，通过栓钉区域和凹槽区域均浇筑有灌浆料，提高固定灌浆料的覆盖体积，经过浇筑后，凹槽被灌浆料全部填充，填充后形成的顶面与承台顶面平齐；进一步提高固定效果。

采用装配式组合桥墩，支撑柱作为墩身与承台通过法兰及栓钉连接形成整体，连接简单可靠，可保证连接质量，有利于提升结构的整体性能和抗震性。此外，快速拼装桥墩可降低施工难度，减少现场作业量，加快施工效率，缩短施工工期，经济性好，施工作业面小，有效降低施工作业时对环境的影响。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩，其特征在于，包括承台、支撑柱和盖梁，所述承台与支撑柱之间设有第一法兰，所述第一法兰环向配合有多个固定钢筋，所述固定钢筋的一端埋设在承台内，另一端穿过支撑柱下端预设的第二法兰，用于连接承台和支撑柱，所述支撑柱内部设有纵向钢筋，纵向钢筋上端延伸出支撑柱顶面，所述盖梁上设有对应纵向钢筋上端的孔道，所述盖梁通过孔道与纵向钢筋上端的配合安装在支撑柱上，所述盖梁用于配合支撑柱和承台实现对上部桥梁结构的支撑。

2.如权利要求1所述的耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩，其特征在于，所述的承台上设有与第一法兰同轴的凹槽，当第一法兰和第二法兰对接时，固定钢筋的下端插入凹槽内，固定钢筋位于凹槽内的部分和凹槽之间浇筑灌浆料实现固连。

3.如权利要求2所述的耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩，其特征在于，所述的固定钢筋包括直线段和弯曲段，所述直线段穿过第一法兰后连接第二法兰，弯曲段的轴线呈圆弧形，其与第一法兰的轴线共面，弯曲段连接承台内部钢筋结构。

4.如权利要求1所述的耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩，其特征在于，所述支撑柱包括钢管、钢管内部布设的钢筋笼骨架和钢管内部浇筑的混凝土，所述钢筋笼骨架包括沿钢管内部环向设置的多个纵向钢筋和沿轴向间隔设置的多个环向钢筋，每个环向钢筋均能将纵向钢筋连接为一体，配合混凝土和钢管形成一体式结构。

5.如权利要求4所述的耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩，其特征在于，所述钢管侧壁为波纹状结构，通过混凝土与钢管、钢筋笼骨架形成一体式结构。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的耗能减震的波纹钢管-橡胶混凝土装配式桥墩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

浇筑承台并在其顶面预留凹槽；

布置第一法兰和固定钢筋，将多个固定钢筋沿第一法兰环向与第一法兰固连，将固定钢筋的下端埋设在凹槽中，并浇筑灌浆料；

吊装支撑柱，使支撑柱底部的第二法兰与第一法兰对接，固定钢筋的上端穿过第二法兰上预设的法兰孔并与第二法兰固定；

将盖梁吊装至支撑柱顶部上方，使盖梁上预设的孔道对齐纵向钢筋的上端，下方盖梁将孔道与纵向钢筋对接，对孔道与纵向钢筋的间隙浇筑灌浆料。

7.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述凹槽为圆柱状，其直径大于支撑柱钢管的直径。

8.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述第一法兰配合有六根固定钢筋，所述固定钢筋沿第一法兰环向均匀布置，且其弯曲部位于第一法兰的离心侧。

9.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述第二法兰焊接在钢管的底端，第二法兰上方的钢管外壁上焊接有栓钉，所述栓钉沿钢管外壁环向分布，在第一法兰和第二法兰对接后，对凹槽上方的槽口通过灌浆料进行浇筑，浇筑部分覆盖全部栓钉。

10.如权利要求9所述的施工方法，其特征在于，所述的第一法兰和第二法兰对接后，均位于凹槽内。

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