CN110847022A - 一种带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩，包括承台基础、钢管混凝土立柱和混凝土盖梁，钢管混凝土立柱顶设混凝土盖梁；钢管内壁设剪力环，立柱底设柱脚板；环形柱脚板通过预埋的精轧螺纹钢与承台相连；钢管内填充混凝土并设钢筋笼；钢管顶部纵向切割出钢板条，间隔保留并伸入混凝土盖梁。本发明通过上述技术方案有效保证了钢管混凝土立柱与承台及盖梁的连接，相对现有技术，本发明桥墩截面尺寸小，结构新颖，连接可靠，施工便捷，且适用于多支座，可提高独柱墩体系桥梁的抗倾覆能力和适用条件。

Description

一种带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩。

背景技术

随着社会经济快速发展，桥梁建设的约束条件越来越多，结构体系和结构形式的选择愈加重要；混凝土抗压强度高，抗拉强度低，作为桥墩结构往往截面尺寸较大，而钢结构虽然具有轻质高强、塑性和韧性好等优点，但刚度小，侧移大。结合钢结构和混凝土结构的不同特点，钢管混凝土结构在工程中得到广泛应用，钢管混凝土结构即指在钢管中填充混凝土，通过利用混凝土和钢材两种材料共同作用，钢管约束混凝土作用，使混凝土处于三向受压状态，有效提高混凝土的抗压强度，并改善结构的韧性和塑性性能；内部混凝土缓解或避免钢管发生局部屈曲破坏，保证钢管的材料性能充分得到发挥。钢管混凝土在拱桥拱肋中已有广泛的应用，而在梁式体系桥梁的应用起步不久，应用实例不多，但应用前景广泛。

独柱墩属于桥梁的下部结构，常见于城市道路的跨线桥、立交桥及高速公路互通立交的匝道桥，由于城市交通繁忙、城市及周边建设用地征地用地受限，建设时往往要求桥墩落在有限的范围内。为满足上述要求出现了采用独柱墩替代常规的占地面积较大的双柱式或多柱式桥墩；同时，采用独柱墩可减少“柱林”的视觉效果，具有使桥下视野更开阔和桥型更美观的优点。

独柱墩设计有两个问题必须考虑，一是根据《公路路线设计规范》“跨线桥下为多车道公路，在中间带设置中墩时，其中墩两侧必须设防撞护栏”，即自身桥墩的保护问题。因此，在考虑设置防撞措施后，对设在中间带的桥墩提出了更加严苛的尺寸要求；二是连续箱梁有良好的抗扭刚度、整体性，独柱墩作为其下部结构时，结构整体具有良好的视觉通透性，但一般采用单支座，其限制横向偶然偏心荷载能力较弱。随着交通量和车辆荷载的不断增大，在车辆偏载和超载等不利工况下，存在独柱墩梁桥支座脱空、主梁滑移等病害情况，甚至引起桥梁整体失稳、横向倾覆的安全事故。国内也发生多起影响重大的独柱墩(单支座)箱梁在偏载和超载车作用的倾覆事故，2019年10月10日又发生一起位于无锡312国道上的一座独柱墩体系高架桥侧翻事故，造成了严重后果和广泛关注，各地均展开针对独柱墩桥梁结构体系的抗倾覆验算，并进行加固设计。

连续箱梁的独柱墩具有良好的抗扭刚度、整体性以及视觉通透性，但往往采用单支座，其限制横向偶然偏心荷载能力较弱。国内也发生多起独柱墩(单支座)箱梁在偏载和超载车作用时倾覆的事故，因此将独柱墩单点支撑改为双支座或多支座支撑是常用的既有独柱墩加固措施，能大幅改善上部箱梁抗倾覆能力。

发明内容

鉴于上述工程背景和钢管混凝结构技术特点，通过对钢管混凝土独柱墩的适用性进行研究，本发明提供了一种带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩，其墩身尺寸较小、结构受力合理、连接有效、施工便捷，可适用多支座的独柱墩结构，实现了钢管混凝土与承台、钢管混凝土与混凝土盖梁的有效连接，且构造简单，受力明确，多支座的设置可大幅提高桥梁的抗倾覆能力。通过本发明可实现不改变上部结构形式，在狭小空间设置桥墩的目标，且本发明已应用于温州市七都大桥北汊桥工程新建枢纽跨104国道的匝道桥中。

一种带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩，包括承台、立柱以及盖梁，所述立柱竖直设立于承台之上，所述盖梁设置于立柱顶部，立柱采用钢管混凝土结构，所述钢管内壁设有剪力环，钢管内设有钢筋笼并填充混凝土；立柱的钢管底部设有环形柱脚板，环形柱脚板通过预埋的精轧螺纹钢与承台相连；钢管顶部沿周向切割出等间隔的多块钢板条并伸入盖梁混凝土中。

进一步地，所述剪力环对应钢筋笼主筋位置设腰圆孔，以便钢筋穿过。

进一步地，所述钢筋笼底部伸入承台混凝土中，钢筋笼顶部则伸入盖梁混凝土中，能够加强立柱与承台和盖梁的连接。

进一步地，所述环形柱脚板上沿钢管周向设置有加劲肋板，用以加强柱脚板与钢管的连接。

进一步地，所述环形柱脚板与加劲肋板外包裹混凝土，以保护精轧螺纹钢锚头不受外力破坏和防止锈蚀。

进一步地，所述承台顶部与环形柱脚板之间采用无收缩细石混凝土或砂浆进行二次浇灌，保证柱脚板与承台贴合密实。

进一步地，所述精轧螺纹钢施加有预应力，用以加强立柱与承台的连接，可有效避免普通螺栓连接因振动等原因造成的连接效果减弱或失效。本发明同时采用两种方式加强钢管混凝土立柱与承台的连接，一种即采用精轧螺纹钢并施加预应力的方式，另一种即钢管内混凝土设钢筋笼主筋伸入承台的方式。

进一步地，所述钢板条点焊加强钢筋，加强钢筋底部伸入钢管内，钢板条与加强钢筋外套箍筋并伸入盖梁混凝土内；此种方式保证了盖梁与钢管混凝土的连接，在增设了混凝土盖梁后，钢管混凝土独柱墩不再受钢管混凝土尺寸的限制，本发明钢管混凝土独柱墩适用于设置多支座。

基于上述技术方案，本发明钢管混凝土独柱墩具有以下有益效果：

(1)本发明墩身采用钢管混凝土，相较混凝土桥墩，显著减小了截面尺寸，为设置桥墩防撞设施提供了更大空间。

(2)本发明立柱钢管底采用柱脚板有效增加了钢管混凝土墩身与承台的连接面积，采用精轧螺纹钢并施加预应力，保证钢管混凝土与承台有效连接的同时，施加预应力可避免桥墩在长期运营过程中，可避免其他连接方式因各种振动引起比如螺栓连接的螺栓松动或焊接连接焊缝断裂等问题。

(3)本发明立柱钢管顶部纵向切割出钢板条，间隔保留，钢板条点焊加强钢筋，加强钢筋底伸入钢管内，钢板条和加强钢筋外设箍筋并伸入混凝土盖梁内；相较钢筋连接，这种连接方式提高了钢管混凝土与盖梁连接成整体的效率和效果；

(4)本发明钢管混凝土立柱顶设置混凝土盖梁，适合设置多支座，提高上部结构的抗倾覆能力。

(5)本发明立柱钢管可兼做模板，便于混凝土浇筑。

附图说明

图1(a)为本发明钢管混凝土独柱墩的立面结构示意图。

图1(b)为本发明钢管混凝土独柱墩的侧面结构示意图。

图1(c)为本发明钢管混凝土独柱墩的顶面布置示意图。

图1(d)为本发明盖梁与钢管混凝土立柱交接面的剖面示意图。

图2为本发明钢管混凝土独柱墩的结构及连接示意图。

图3(a)为本发明钢管混凝土立柱与承台交接面结构剖面示意图。

图3(b)为本发明钢管混凝土立柱内壁设剪力环处结构剖面示意图。

图3(c)为伸入盖梁的钢管顶部切条示意图。

图中：1—承台，2—精轧螺纹钢，3—包裹混凝土，4—钢管混凝土立柱，4-1—钢管，4-2—柱脚板，4-3—加劲板，4-4—剪力环，4-5—钢筋笼(主筋)，4-4-1—钢管切条，5—盖梁，6—支座垫石。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩，包括承台基础、钢管混凝土墩身和带多支座混凝土盖梁。钢管混凝土与混凝土盖梁的连接措施为：钢管自身顶部纵向切割出钢板条，间隔保留，钢板条点焊加强钢筋，加强钢筋底伸入钢管内，此为钢管混凝土立柱与混凝土盖梁的主要受力构件；自钢管内伸入盖梁的钢筋笼，进一步提升混凝土立柱与混凝土盖梁的连接效果。

本发明带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩立柱钢管与混凝土的有效连接保障措施为：钢管内壁设剪力环，其中剪力环上开腰圆孔以便钢筋笼主钢穿过。

本发明带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩钢管混凝土与承台的连接措施为：钢管底设环形柱脚板，并设置加劲板加强两者的连接，环形柱脚板通过预埋的精轧螺纹钢与承台相连，精轧螺纹钢施加预应力，此为钢管混凝土立柱与承台的主要受力构件；自钢管内伸入承台的钢筋笼，进一步提升了混凝土立柱与承台的连接效果。

本发明带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩的特征在于钢管混凝土立柱顶设置混凝土盖梁；钢管自身顶部纵向切割出钢板条，间隔保留并伸入混凝土盖梁；钢管内壁设剪力环，增强钢管立柱与包裹混凝土协同受力能力；钢管内设钢筋笼，并填充混凝土，钢筋笼的作用在于提高钢管混凝土的承载能力，增强钢管混凝土与混凝土盖梁与承台的连接效果；钢管立柱底设环形柱脚板；环形柱脚板通过预埋的精轧螺纹钢与承台相连；钢管内钢筋笼顶部锚入混凝土盖梁，底部锚入承台。

钢管内壁设剪力环，增强混凝土与钢管的连接能力；剪力环对应钢筋笼主筋位置设腰圆孔以便钢筋穿过。钢管内填充混凝土并设钢筋笼，钢筋笼底伸入承台，加强了与承台的连接；钢筋笼顶伸入混凝土盖梁。钢管底设环形柱脚板，并设置加劲板加强两者的连接。承台顶与柱脚板间采用无收缩细石混凝土或砂浆进行二次浇灌，保证柱脚板与承台贴合密实。环形柱脚板通过预埋的精轧螺纹钢与承台相连，精轧螺纹钢施加预应力。

钢管自身顶部纵向切割出钢板条，间隔保留，钢板条点焊加强钢筋，加强钢筋底伸入钢管内，钢板条和加强钢筋外设箍筋并伸入混凝土盖梁内，此种方式保证了盖梁与钢管混凝土的连接。在增设了混凝土盖梁后，钢管混凝土独柱墩不再受钢管混凝土尺寸的限制，本发明钢管混凝土独柱墩适用于设置多支座。环形柱脚板和加劲板外设包裹混凝土，以保护精轧螺纹钢锚头不受外力破坏和防止锈蚀。

如图1(a)～图1(d)和图2所示，本发明带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩包括承台1、钢管混凝土立柱4、盖梁5及支座垫石6几大部分。

承台1施工时预埋预应力管道及精轧螺纹钢2，管道两端与上下锚垫板焊接并注意防止漏浆。承台1施工时还需预埋钢管混凝土钢筋笼4-5，钢筋笼主筋要求定位准确，并注意与剪力环4-4开孔匹配，保证钢筋能顺利穿过剪力环。

为施工便捷，钢筋笼主筋可分预埋部分和接长部分，预埋部分钢筋随承台一起施工，接长部分钢筋可在钢护筒架设后，自钢管顶吊入，并用机械连接方式与预埋部分连接，注意预埋部分与接长部分接头错开间距应满足相关规范要求。承台1顶与柱脚板4-2之间采用无收缩细石混凝土或砂浆进行二次浇灌，保证柱脚板与承台贴合密实。

如图3(a)～图3(c)所示，钢管混凝土钢管立柱由钢管4-1、柱脚板4-2、加劲板4-3、及剪力环4-4组成。钢管4-1底部与柱脚板4-2通过焊接连接，再通过焊接加劲板4-3加强两者连接；钢管4-1内壁焊接剪力环4-4，剪力环4-4在钢管立柱内的间距为2.0～5.0m，这样的间距设置兼顾了混凝土与钢管的结合效果和施工工作量。

为便于施工，每个断面的剪力环4-4分割成两块，分别与钢管焊接连接，每块剪力环根据钢筋笼主筋定位设置腰圆孔。剪力环定位和腰圆孔定位要求定位准确。采用腰圆孔而非圆孔，也使剪力环4-4与钢管4-1焊接连接时有一定的定位容错空间。

钢筋笼4-5由纵向主筋和圆环形箍筋组成，值得注意的是，因混凝土立柱中常用的螺旋形箍筋存在与剪力环4-4空间冲突的问题，本发明采用了圆环形箍筋，根据剪力环4-4与承台1、混凝土盖梁5的间距以及相邻剪力环4-4的间距，在主筋安装前先将所需的圆环形箍筋进行放置，待主筋安装到位后，将圆环形箍筋与主筋进行绑扎连接。

钢管4-1顶部进行切条，间隔保留，保留的钢板条宽度为10～15cm，间距30cm左右，作为钢管混凝土立柱4与混凝土盖梁5连接与受力的主要构件。保留的钢板条再点焊加强钢筋，加强钢筋底部伸于完整的钢管4-1内，伸入长度根据钢筋笼主筋和焊接方式确定，双面焊伸入及焊接长度不小于10倍钢筋直径。钢板条外侧再设圆环形箍筋。

混凝土盖梁5厚度方向立面位于钢管混凝土立柱4直径外10cm以上，保证了钢管混凝土立柱与混凝土盖梁的握裹效果。

本实施方式的主要施工过程如下：

①施工承台并预埋精轧螺纹钢2和钢筋笼4-5。

②工厂加工和组焊钢管4-1、柱脚板4-2、加劲板4-3、剪力环4-4和柱顶钢管切条4-4-1和间隔保留，焊接加强钢筋。

③承台顶浇筑无收缩细石混凝土或砂浆调平，安装钢管4-1。

④张拉精轧螺纹钢2，锚固并灌浆。

⑤绑扎钢筋笼4-5箍筋，浇筑钢管4-1内混凝土。

⑥绑扎钢板切条4-4-1外箍筋，绑扎盖梁钢筋，立模板浇筑盖梁5混凝土，同时施工支座垫石6。

⑦柱脚浇筑包裹混凝土，保护加劲板4-3和精轧螺纹钢锚头2。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带混凝土盖梁的多支座钢管混凝土独柱墩，包括承台、立柱以及盖梁，其特征在于：所述立柱竖直设立于承台之上，所述盖梁设置于立柱顶部，立柱采用钢管混凝土结构，所述钢管内壁设有剪力环，钢管内设有钢筋笼并填充混凝土；立柱的钢管底部设有环形柱脚板，环形柱脚板通过预埋的精轧螺纹钢与承台相连；钢管顶部沿周向切割出等间隔的多块钢板条并伸入盖梁混凝土中。

2.根据权利要求1所述的多支座钢管混凝土独柱墩，其特征在于：所述剪力环对应钢筋笼主筋位置设腰圆孔，以便钢筋穿过。

3.根据权利要求1所述的多支座钢管混凝土独柱墩，其特征在于：所述钢筋笼底部伸入承台混凝土中，钢筋笼顶部则伸入盖梁混凝土中。

4.根据权利要求1所述的多支座钢管混凝土独柱墩，其特征在于：所述环形柱脚板上沿钢管周向设置有加劲肋板。

5.根据权利要求1所述的多支座钢管混凝土独柱墩，其特征在于：所述环形柱脚板与加劲肋板外包裹混凝土。

6.根据权利要求1所述的多支座钢管混凝土独柱墩，其特征在于：所述承台顶部与环形柱脚板之间采用无收缩细石混凝土或砂浆进行二次浇灌。

7.根据权利要求1所述的多支座钢管混凝土独柱墩，其特征在于：所述精轧螺纹钢施加有预应力。

8.根据权利要求1所述的多支座钢管混凝土独柱墩，其特征在于：所述钢板条点焊加强钢筋，加强钢筋底部伸入钢管内，钢板条与加强钢筋外套箍筋并伸入盖梁混凝土内。

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