CN111455811A - 一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，该新型桁式系梁包括桥墩、上弦杆、下弦杆、斜腹杆以及横向连接杆。其中，桥墩为适用于大跨、高墩的空腹式矩形薄壁桥墩，该新型桁式系梁设置在桥墩墩顶；腹杆与上、下弦杆连接形成桁片，桁式系梁由若干桁片通过横向连接杆连接，形成空间桁架受力结构；该新型桁式系梁由上弦杆和下弦杆与墩顶混凝土预埋连接杆连接。该新型桁式系梁适用于高地震区的桥墩，有别于传统的钢筋混凝土系梁，使结构自重明显减轻，利于抗震，尤其是对于高地震区的大跨、高墩桥梁，使其抗震性能明显增强，进一步实现了下部结构的刚度与质量平衡，应用前景广阔。

Description

一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及到一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁。

背景技术

墩高较高的双柱式桥墩一般需在墩顶或墩身处设置横系梁以连接墩柱成为共同的受力整体，使桥墩整体刚度得到加强，另一方面设置系梁可提高墩柱的稳定性。我国《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)中规定了对于地震烈度8度区和9度区，高度大于7m的柱式桥墩和排架桩墩，应设置横系梁。

双柱式桥墩一般由墩柱、盖梁、柱间系梁等组成，当桥墩不设置盖梁时，一般在墩顶处设置一道横系梁组成超静定结构体系，横系梁的设置直接影响着结构的横向内力分布，进而影响到桥墩的抗震性能和破坏模式。

相关研究表明，设置横系梁可提高双柱墩的等效粘结阻尼系数，降低墩顶和墩底的弯矩值，增大结构的横向抗弯刚度，减小墩柱的横向位移，因此，合理设置双柱式桥墩的横系梁对于桥梁结构抗震设计有重要意义。

采用传统的钢筋混凝土系梁时，虽然其连接作用强，刚度大，施工浇筑方便，但是钢筋混凝土材料自重大，不适合体量较大的系梁，尤其对于墩高较高的桥墩，当系梁设置在墩顶时，桥墩顶部自重明显增大，不利于抗震，钢筋混凝土系梁在高地震区的应用具有局限性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，适用于高地震区的桥墩，本新型桁式系梁降低了结构自重，利于抗震，进一步实现了结构体系的刚度与质量平衡，并且便于震后检查、维修，对于高震区桥梁设计有良好的借鉴意义，应用前景广阔。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下所述：

一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，包括桥墩a1和桥墩b2，在桥墩a1和b2上安装有新型桁式系梁，其特征在于：所述新型桁式系梁包括若干上弦杆4和若干下弦杆5，上弦杆4和下弦杆5安装于桥墩a1和桥墩b2上，上弦杆4和下弦杆5之间设置有斜腹杆a6和斜腹杆b7，若干上弦杆4之间和若干下弦杆5之间通过横向连接杆8连接，形成空间桁架受力体系的桁式系梁。

所述桥墩a1和桥墩b2内预埋有若干预埋连接杆3，通过若干预埋连接杆3连接上弦杆4和下弦杆5。

所述若干预埋连接杆3的外侧均匀布设剪力钉9和螺旋钢筋11，且预埋连接杆3长度不小于1/3的桥墩宽度。

所述斜腹杆a6和斜腹杆b7呈连续等角焊接于上弦杆4和下弦杆5之间，形成平面桁片。

所述平面桁片平面布置形式为“X”形，平面桁片为3个或3个以上。

所述平面桁片之间通过横向连接杆8形成空间桁架结构。

本发明的有益效果为：1)本发明采用新型桁式系梁代替传统的钢筋混凝土系梁，并适用于高地震区的桥墩，该新型桁式系梁使桥墩顶部自重明显降低，结构轻盈，对于墩高较高的桥墩，可以明显提升其抗震性能，为高震区的特殊桥梁设计创造条件。

2)本发明为适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，该桁式系梁将传统系梁改变为空间桁架杆件受力体系，在一定程度上实现了结构的质量和刚度平衡，当地震发生时，双柱式桥墩的系梁是重要的耗能部件，此时空间桁架受力体系既能传递两侧墩柱的横向内力，又能有效耗散地震能量，进而减小结构的地震反应，具有良好的弹塑性耗能作用。

3)本发明采用桁式系梁结构，施工周期较短，作为地震耗能部件，该新型桁式系梁便于养护维修，可方便地形成减震耗能机制，在最大程度减小地震作用的同时，还有利于在震后对损伤部位快速修复或更换。

附图说明

图1为本发明实施例1立面示意图；

图2为本发明实施例1平面示意图；

图3为本发明实施例1横断面示意图；

图4为本发明实施例1墩顶预埋连接杆及剪力钉布置示意图；

图5为本发明实施例1预埋螺旋钢筋示意图；

图6为本发明实施例1墩顶连接处和平面桁片之间通过横向连接杆连接的示意图；

图7为本发明实施例2立面示意图；

图8为本发明实施例2平面示意图；

图9为本发明实施例2横断面示意图；

图10为本发明实施例2墩顶预埋连接杆及剪力钉布置大样示意图；

图11为本发明实施例2墩顶连接处、平面桁片之间通过横向连接杆连接以及斜腹杆截面示意图；

图12为本发明实施例3立面示意图；

图13为本发明实施例3平面示意图；

图14为本发明实施例3横断面示意图；

图15为本发明实施例3所墩顶预埋连接杆及剪力钉布置示意图；

图16为本发明实施例3墩顶连接处、平面桁片之间通过横向连接杆连接以及斜腹杆截面示意图；

图中所示：桥墩a1；桥墩b2；预埋连接杆3；上弦杆4；下弦杆5；斜腹杆a6；斜腹杆b7；横向连接杆8；剪力钉9；接头围焊钢板10；螺旋钢筋11、连接杆顶底板3-1、连接杆腹板3-2、斜腹杆顶底板6-1、斜腹杆腹板6-2、顶底板钢板10-1、腹板钢板10-2。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：

实施例1

本发明提供了一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁及施工方法，本实施例包括桥墩a1、桥墩b2、墩顶预埋连接杆3、上弦杆4、下弦杆5、斜腹杆a6、斜腹杆b7、横向连接杆8、剪力钉9、接头围焊钢板10以及预埋螺旋钢筋11，如图1～6所示。

桥墩a1、桥墩b2为适用于大跨、高墩的空腹式矩形薄壁桥墩，本实施例中桥墩a1和桥墩b2墩高为70m，为空腹矩形截面，其长度为9m，宽度为6m，标准断面壁厚为1m。桥墩a1和桥墩b2在墩顶实腹段的高度为7.3m，桥墩a1与桥墩b2的中心间距为30m。

本实施例中新型桁式系梁梁高为7m，净跨为21m，高跨比为1:3。本新型桁式系梁上弦杆4、下弦杆5、斜腹杆a6、斜腹杆b7以及预埋连接杆3的截面形式均为圆钢管，横向连接杆8为焊接H型钢。

上弦杆4和下弦杆5的钢管直径均为800mm，壁厚均为22mm，上弦杆4与下弦杆5的中心间距为6m。

斜腹杆a6与斜腹杆b7的钢管直径均为700mm，壁厚均为20mm，由1个斜腹杆a6和1个斜腹杆b7交叉对称布置呈“X”形，交叉角度为77°(锐角)。本实施例由四个所述“X”形腹杆连续对称布置并与上弦杆4和下弦杆5焊接连接形成一个平面桁片。

本实施例中新型桁式系梁由上述4个平面桁片通过横向连接杆8连接形成空间桁架受力体系，横向连接杆8为焊接H型钢，其型号为HW250X250X9X14，横向连接杆8连接相邻两个平面桁片的上弦杆4和下弦杆5，其连接点为腹杆与上、下弦杆的交叉点，本实施例相邻两个平面桁片的连接点为10个。平面桁片可先两两通过横向连接杆8连接形成桁片组，再将桁片组整体吊装与相邻桁片组连接。

预埋连接杆3在现浇桥墩墩顶混凝土时预埋在混凝土内，其钢管型号与上弦杆4和下弦杆5相同，预埋时应准确定位，以便与桁式系梁上、下弦杆连接。预埋连接杆3需保证足够的埋入深度，本实施例预埋连接杆3植入桥墩墩顶混凝土的深度为3750mm，且在预埋钢管内填充混凝土，另外，在预埋连接杆3的一周均匀布设剪力钉9，剪力钉9为栓钉连接件，长度为150mm，如图4所示。

其中，为增强预埋连接杆3与桥墩墩顶的连接，改善局部应力分布，在预埋墩顶预埋连接杆3时，在其周围同时预埋螺旋钢筋11，预埋螺旋钢筋11均匀缠绕在预埋连接杆3上，并与剪力钉9交叉分隔布置。

本实施例中所述新型桁式系梁的各桁片或桁片组连接完成后，吊装至预定位置并与桥墩墩顶预埋连接杆3采用焊接连接，具体方法为将桁片吊装使上弦杆4和下弦杆5与预埋连接杆3对齐，并采用接头围焊钢板10将两侧钢管套箍后焊接。

本实施例所述一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁的施工方法为：

1.工厂制作新型桁式系梁的各个杆件；检验合格后，运输至桥位或施工现场存放地；

2.施工桥墩桩基础和承台，现浇桥墩墩身，同一墩位处两侧桥墩同时浇筑，浇筑至墩顶处时，注意预埋连接杆和螺旋钢筋；

3.在施工现场将上弦杆、下弦杆以及斜腹杆焊接形成平面桁片，利用吊机或桥下起重设备，将各平面桁片吊装至墩顶预定位置，并与墩顶预埋连接杆焊接；吊装时桥墩墩顶混凝土强度和弹模须达到28d相应值的80％；

4.焊接各平面桁片之间的横向连接杆，使各个平面桁片连接成为整体，形成空间桁架受力体系；施工桥梁支座及上部结构。

实施例2

本发明提供了一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁及施工方法，本实施例在实施例1的基础上改变上弦杆4、下弦杆5以及斜腹杆a6和斜腹杆b7的截面形式为方形钢管，如图7～11所示。

本发明所述桥墩为适用于大跨、高墩的空腹式矩形薄壁桥墩，本实施例中所述桥墩a1和桥墩b2墩高为75m，为空腹矩形截面，其长度为9m，宽度为6.5m，标准断面壁厚为1m，所述桥墩a1和桥墩2b在墩顶实腹段的高度为7m，桥墩a1与桥墩b2的中心间距为30m。

本实施例所述新型桁式系梁梁高为6.5m，净跨为21m，高跨比为1:3.2，该新型桁式系梁上弦杆4、下弦杆5、斜腹杆a6、斜腹杆b7以及预埋连接杆3的截面形式均为方钢管，横向连接杆8为焊接H型钢。

上弦杆4和下弦杆5的方钢管规格为800X 800mm，壁厚为22mm，上弦杆4与下弦杆5的中心间距为6m。

斜腹杆a6与斜腹杆b7的方钢管规格为600X 600mm，壁厚为22mm，由1个斜腹杆a6和1个斜腹杆b7交叉对称布置呈“X”形，交叉角度为77°(锐角)，本实施例由四个所述“X”形腹杆连续对称布置并与上弦杆4和下弦杆5焊接连接形成一个平面桁片。

本实施例中所述新型桁式系梁由上述4个平面桁片通过横向连接杆8连接形成空间桁架受力体系，横向连接杆8为焊接H型钢，其型号为HW300X300X10X14，横向连接杆8连接相邻两个平面桁片的上弦杆4和下弦杆5，其连接点为腹杆与上、下弦杆的交叉点，本实施例相邻两个平面桁片的连接点为10个。平面桁片可先两两通过横向连接杆8连接形成桁片组，再将桁片组整体吊装与相邻桁片组连接。

预埋连接杆3在现浇桥墩墩顶混凝土时预埋在混凝土内，其钢管型号与上弦杆4和下弦杆5相同，预埋时应准确定位，以便与桁式系梁上、下弦杆衔接。预埋连接杆3需保证足够的埋入深度，本实施例预埋连接杆植入桥墩墩顶混凝土的深度为3500mm，且在预埋方钢管内填充混凝土。另外，在预埋连接杆3的四周均匀布设剪力钉9，剪力钉9为栓钉连接件，长度为150mm，如图10所示。本实施例中所述新型桁式系梁的各桁片或桁片组连接完成后，吊装至预定位置并与桥墩墩顶预埋连接杆3采用焊接连接，具体方法为将桁片吊装使上弦杆4和下弦杆5与预埋连接杆3对齐，并采用接头围焊钢板10将两侧钢管套箍后焊接。

本实施例所述一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁的施工方法为：

1.工厂制作新型桁式系梁的各个杆件；检验合格后，运输至桥位或施工现场存放地；

2.施工桥墩桩基础和承台，现浇桥墩墩身，同一墩位处两侧桥墩同时浇筑，浇筑至墩顶处时，注意预埋连接杆；

3.在施工现场将上弦杆、下弦杆以及斜腹杆焊接形成平面桁片，将相邻两个平面桁片通过横向连接杆连接形成桁片组，利用吊机或桥下起重设备，将各桁片组吊装至墩顶预定位置，并与墩顶预埋连接杆焊接；吊装时桥墩墩顶混凝土强度和弹模须达到28d相应值的80％；

4.焊接两个桁片组之间的横向连接杆，使桁片组连接成为受力整体，形成空间桁架体系；施工桥梁支座及上部结构。

实施例3

本发明提供了一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁及施工方法，本实施例在实施例1的基础上改变上弦杆4、下弦杆5以及斜腹杆的截面形式为焊接箱型截面，如图12～16所示。

桥墩a1和桥墩b2为适用于大跨、高墩的空腹式矩形薄壁桥墩，本实施例中所述桥墩a1和桥墩b2墩高为60m，为空腹矩形截面，其长度为8m，宽度为5.5m，标准断面壁厚为0.9m。桥墩a1和桥墩b2在墩顶实腹段的高度为6.5m，桥墩a1与桥墩b2的中心间距为30m。

本实施例中新型桁式系梁梁高为7m，净跨为21m，高跨比为1:3，本新型桁式系梁上弦杆4、下弦杆5以及预埋连接杆3的截面形式为焊接箱型截面，斜腹杆a6、斜腹杆b7的截面形式均为焊接H型钢，横向连接杆8为焊接H型钢。

上弦杆4和下弦杆5由连接杆顶底板3-1和连接杆腹板3-2焊接成为箱型，顶该箱型截面的高度为1000mm，宽度为800mm，板厚均为40mm，上弦杆4与下弦杆5的中心间距为6m。

斜腹杆a6与斜腹杆b7均为焊接H型钢，其是由顶底板6-1和腹板6-2垂直焊接而成，规格型号为HW600X600X28X40。该桁式系梁腹杆由1个斜腹杆a6和1个斜腹杆b7交叉对称布置呈“X”形，交叉角度为77°(锐角)，本实施例由四个所述“X”形腹杆连续对称布置并与上弦杆4和下弦杆5焊接连接形成一个平面桁片。

本实施例中新型桁式系梁由上述4个平面桁片通过横向连接杆8连接形成空间桁架受力体系，横向连接杆8为焊接H型钢，其型号为HW250X250X9X14，横向连接杆8连接相邻两个平面桁片的上弦杆4和下弦杆5，其连接点为腹杆与上、下弦杆的交叉点，本实施例相邻两个平面桁片的连接点为10个。平面桁片可先两两通过横向连接杆8连接形成桁片组，再将桁片组整体吊装与相邻桁片组连接。

本实施例预埋连接杆3在现浇桥墩墩顶混凝土时预埋在混凝土内，预埋连接杆3的截面形式与上弦杆4和下弦杆5相同，预埋时应准确定位，以便与桁式系梁上、下弦杆衔接。

预埋连接杆3需保证足够的埋入深度，本实施例预埋连接杆植入桥墩墩顶混凝土的深度为3500mm，且在箱型截面内填充混凝土。另外，在预埋连接杆3的连接杆顶底板3-1和连接杆腹板3-2的外侧均匀布设剪力钉9，剪力钉9为栓钉连接件，长度为150mm，如图15所示。

本实施例中所述新型桁式系梁的各桁片或桁片组连接完成后，吊装至预定位置并与预埋连接杆3采用焊接连接，具体方法为将桁片吊装使上弦杆4和下弦杆5与预埋连接杆3对齐，并采用顶底板接头围焊顶底板钢板10-1和腹板接头围焊腹板钢板10-2将两侧箱型截面对齐焊接。

本实施例所述一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁的施工方法为：

1.工厂制作新型桁式系梁的各个杆件；检验合格后，运输至桥位或施工现场存放地；

2.施工桥墩桩基础和承台，现浇桥墩墩身，同一墩位处两侧桥墩同时浇筑，浇筑至墩顶处时，注意预埋连接杆；

3.在施工现场将上弦杆、下弦杆以及斜腹杆焊接形成平面桁片，利用吊机或桥下起重设备，将各平面桁片吊装至墩顶预定位置，并与墩顶预埋连接杆焊接；吊装时桥墩墩顶混凝土强度和弹模须达到28d相应值的80％；

4.焊接各平面桁片之间的横向连接杆，使各个平面桁片连接成为受力整体，形成空间桁架体系；施工桥梁支座及上部结构。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，包括桥墩a和桥墩b，在桥墩a和b上安装有新型桁式系梁，其特征在于：所述新型桁式系梁包括若干上弦杆和若干下弦杆，上弦杆和下弦杆安装于桥墩a和桥墩b上，上弦杆和下弦杆之间设置有斜腹杆a和斜腹杆b，若干上弦杆之间和若干下弦杆之间通过横向连接杆连接，形成空间桁架受力体系的桁式系梁。

2.根据权利要求1所述的一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，其特征在于：所述桥墩a和桥墩b内预埋有若干预埋连接杆，通过若干预埋连接杆连接上弦杆和下弦杆。

3.根据权利要求2所述的一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，其特征在于：所述若干预埋连接杆的外侧均匀布设剪力钉和螺旋钢筋，且预埋连接杆长度不小于1/3的桥墩宽度。

4.根据权利要求1所述的一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，其特征在于：所述斜腹杆a和斜腹杆b呈连续等角焊接于上弦杆和下弦杆之间，形成平面桁片。

5.根据权利要求4所述的一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，其特征在于：所述平面桁片平面布置形式为“X”形，平面桁片为3个或3个以上。

6.根据权利要求5所述的一种适用于高震区桥墩的新型桁式系梁，其特征在于：所述平面桁片之间通过横向连接杆形成空间桁架结构。

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