CN112081013A - 一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基础设施施工技术领域，具体来说是一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置及设计方法，包括：若干限位板组件，限位板组件与所述的桥墩连接，形成导向面；每块限位板至少连接两个定位拉扣组件和两个定位顶扣组件，定位拉扣组件一端和定位顶扣组件一端通过螺栓连接限位板，定位拉扣组件另一端和定位顶扣组件另一端连接所述预埋钢筋；优点在于：采用组件式部件组合形成整体，方便现场运输、移动；利用结构本身预埋钢筋定位和承力，安装方便、装置轻巧；限位板竖向曲面形式形成的导向孔道上大下小，可容许施工过程桥墩定位偏差，降低施工难度；板件之间相互组合、限位孔横向可调，可对不同类型多边形预制桥墩预有适应性。

Description

一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置及设计方法

技术领域

本发明涉及基础设施施工技术领域，具体来说是一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置及设计方法。

背景技术

在基础设施施工领域，预制桥墩节段在工厂预制完成后，通过各类运输方式运送到施工现场，通过起吊机等吊装设备吊运到指定位置，并与前序施工完成的结构进行拼装。一般情况下，前序施工完成的结构上都有预埋伸出的受力钢筋，预制桥墩节段上有对应的预留孔道，需要施工吊装在此时将预制桥墩节段的每个孔道与前序施工完成的结构预埋钢筋一一对上，并穿过预埋钢筋完成拼装。

由于一个预制桥墩节段的重量普遍较大，一般重量在百吨级别，因此现场通过起吊机等吊装设备调运预制桥墩节段时，预制桥墩节段存在一定的晃动，且吊机本身移动控制的精度不高，导致最终预制桥墩节段的定位精度不高。现场施工定位时，需要依靠多个人工扶持预制桥墩节段，不断微调稳定后缓慢完成拼装。现有技术条件下的预制桥墩吊装拼装速度慢、耗时长，与装配式桥梁施工机械化、快速化的理念相冲突。

目前，本领域相关专利主要集中在吊装装置上，主要是针对吊装预制桥墩节段的设备及其附属设施构造进行，未见独立于吊装装置之外、直接通过简易拼装的机械构造来实现辅助快速拼装定位的装置及其设计方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置及设计方法。

为了实现上述目的，设计一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置，包括桥墩和预埋钢筋，所述的桥墩上设有定位孔，所述的预埋钢筋插入定位孔与桥墩连接，其特征在于包括：若干限位板组件，限位板组件与所述的桥墩连接，形成导向面，所述的限位板组件由若干限位板组成；若干定位拉扣组件和若干定位顶扣组件，每块限位板至少连接两个定位拉扣组件和两个定位顶扣组件，定位拉扣组件一端和定位顶扣组件一端通过螺栓连接限位板，定位拉扣组件另一端和定位顶扣组件另一端连接所述预埋钢筋；移动组件，所述移动组件通过滚轮与限位板组件底部相连。

优选地，所述限位板材料是由钢、铝合金或PVC等高强轻质材料制成，限位板横向成波折形状，限位板顶部为曲面形状。

优选地，所述桥墩的截面各个边界或角点位置均布置限位板组件，限位板组件组合在一起，共同实现对桥墩位置的限定。

优选地，所述的导向装置还包括如下组件：

滑动组件，滑动组件由锚固在限位板的锚固杆和穿在其上的可自由转动的转动套筒组成，转动套筒由钢、铝合金或PCV材料制成，所述桥墩与滑动组件上的转动套筒相接触。

辅助支架组件，辅助支架组件由若干支撑结构和锚固螺栓组成，支撑结构底部支撑于外部地面，并通过锚固螺栓与其支撑的限位板相连接固定，在限位板受到水平作用力作用时，支撑结构通过地面的反作用力提供额外的支撑。

上述导向装置的设计方法需要满足如下条件：

A.Aσ≥K·W·tanα；

其中：A为单个限位板组合的定位卡扣对应卡住的钢筋总面积；

σ为钢筋抗剪强度设计值；

K为安全系数；

W为桥墩最大重量；

α为施工过程吊装允许的最大竖向偏差角度；

B.限位板上设有孔道，用于限位板和定位扣连接，所述孔道的位置需要满足定位扣抵住对应钢筋的位置在钢筋的底部，以减小钢筋本身由于水平力作用产生的变形；

h+δ＝l_k≤H-d；

其中：h为卡扣高度；

δ为高度调整值，尽量小；

l_k为限位板与卡扣连接的孔道中心距底面的距离；

H为钢筋的外露高度；

d为桥墩导向进入钢筋的最小深度；

C.限位板上制作孔道使得限位板和连杆连接，限位板上用于连接连杆的孔道不同高度数量至少不应少于对向限位板数量，孔道之间的高度差应大于连杆直径；

l_l≤H-d；

其中：l_l为限位板上用于连接连杆的孔道最大高度。

本发明同现有技术相比，其优点在于：

1.本发明专利涉及的装置分装为几个部件组合而成，单个部件的重量轻，可由现场操作人员通过人力运输、安装、移动、拆除，不需要大型机械运输吊装，满足工程中大量预制装配式桥墩安装定位使用的转场便捷性需求；

2.本发明专利中的限位板组件、定位拉扣组件和定位顶扣组件通过彼此之间的螺栓连接、紧固措施，与钢筋之间形成力的平衡关系，限位板利用桥墩原有的钢筋定位、抵抗水平偏差作用力，无需额外的定位措施，整个发明专利装置轻巧，内部自平衡；

3.本发明专利中的限位板横向可设置为波折形状以在重量一定的情况下尽可能地增大自身刚度，以减小装置本身受力后的变形；

4.本发明专利中的限位板竖向可设置为曲面形式，限位板组件之间组合形成的导向孔道上大下小，可容许施工过程桥墩定位的一定偏差，降低施工过程中的吊装难度；

5.本发明专利中的限位板和定位卡扣之间连接用的孔道可设置多组或者水平贯通，方便调整定位卡扣的横向位置，可实现限位板对不同类型桥墩预埋钢筋布置的适应性；

6.本发明专利的限位板上可附加滑动组件、辅助支架组件、移动组件等构造。是否需要附加可根据实际项目情况确定，方便现场使用；

7.本发明专利的限位板上可附加滑动组件，该滑动组件通过自由转动的转动套筒实现桥墩在限位板上下放时的摩阻力减小，可降低桥墩的下放难度，加速现场施工进度；

8.本发明专利的限位板上可附加辅助支架组件等构造，以额外增加限位板装置的整体刚度，适应更多类型的桥墩的导向需求；

9.本发明专利的限位板上可附加移动组件等构造，可通过移动装置滚轮与地面接触，在运输过程中实现人工运输的现场转运需求。

附图说明

图1为本专利实施例平面布置示意图；

图2为本专利实施例立面布置示意图；

图3为本专利无滑动组件和无辅助支架组件和的简化装置实施例平面布置示意图；

图4为本专利无滑动组件和无辅助支架组件和的简化装置实施例立面布置示意图；

图中：1.限位板组件；2.定位拉扣组件；3.定位顶扣组件；4.滑动组件；5.辅助支架组件；6.移动组件；7.桥墩；8.预埋钢筋；9.螺栓；10.垫板；11.锚固杆；12.转动套筒；13.移动滑轮14.连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本专利涉及的桥墩吊装定位的导向装置主要由以下部分组成：限位板组件、定位拉扣组件、定位顶扣组件、滑动组件、移动组件等。每个组件由多个各自同类结构构造及其连接固定螺栓组成。

本发明专利中，装置组成之一的限位板组件由多个限位板组成，直接与桥墩接触，形成主要的导向面。限位板材料可为钢、铝合金、PVC等高强轻质材料，为提高限位板的刚度，可将限位板整体在横向制作成波折形状或其他形状。

本发明专利中，装置组成之一的限位板组件自身定位与固定通过定位拉扣组件和定位顶扣组件之间连接实现。单块限位板至少需要与两个定位拉扣组件和两个定位顶扣组件组合固定，单块限位板通过定位拉扣组件和定位顶扣组件与预埋钢筋相连接，定位拉扣组件承担水平拉力、定位顶扣组件承担水平拉力，实现限位板的固定。定位拉扣组件和定位顶扣组件通过拉扣和顶扣上的旋转螺帽实现限位板组件与预埋钢筋距离的调节。

同样，其他对向面上的限位板组件通过上述方式定位与固定。一个多边形桥墩的截面各个边界或角点位置均可布置限位板组件，多个限位板组件组合在一起，共同实现对桥墩位置的限定。

本发明专利中，装置组成之一的限位板在顶部位置制作为带曲面的形状，使多块板件组成的内部区域呈现上大下小的形态，目的是使限位板与桥墩之间具有良好的误差允许和导向能力。在桥墩吊装的时候，在桥墩接触本发明装置顶部时，顶部开口大于实际桥墩截面，具有一定的施工定位容许偏差，方便现场施工定位和桥墩下放。当桥墩进入本发明装置顶部后，随着桥墩的下放，桥墩在本发明装置的限位板内滑动，并顺着限位板的曲面逐渐移动到中心位置，最终实现快速定位。

本发明专利中，装置组成之一的限位板在施工过程中直接与桥墩相接触的面应进行磨光处理，必要时可喷涂润滑液。

本发明专利中，装置组成之一的滑动组件是选装装置，目的是使桥墩在限位板组件内滑动的阻力变小，滑动组件由锚固在限位板的锚固杆和穿在其上的可自由转动的转动套筒组成，转动套筒可由钢、铝合金、PCV等材料组成。当桥墩进入本发明专利涉及的装置中，桥墩除与限位板的表面接触外，主要与滑动组件上的转动套筒相接触，此时摩擦力可显著减小。

本发明专利中，装置组成之一的辅助支架组件是选装装置，目的是增加限位板组件的整体刚度，减少在施工过程中由于桥墩吊装偏差产生的水平作用力变形。辅助之间组件由多个支撑结构和锚固螺栓组成，支撑结构底部支撑于外部地面，并通过锚固螺栓与其支撑的限位板相连接固定。在限位板受到水平作用力作用时，支撑结构可以通过地面的反作用力提供额外的支撑。

本发明专利中，装置组成之一的移动组件通过可调节位置的滚轮与限位板组件底部相连，在限位板运输过程中可以支撑起限位板，与地面滚动摩擦减小阻力，实现人工托运的功能。

本发明专利中装置在设计过程中，装置组成之一的定位拉扣组件和定位顶扣组件，单个限位板组件至少需要设置两组，以确保单位限位板定位的稳定，避免产生转动。此外，定位拉扣组件和定位顶扣组件除定位作用外，还需要承担由于桥墩吊装偏差对本发明专利装置产生的水平作用力。假定施工过程吊装桥墩的最大重度为w，施工过程吊装允许的最大竖向偏差角度为α，单个限位板组合的定位扣对应卡住的钢筋总面积为A，钢筋抗剪强度设计值为σ，安全系数为K。则需要满足式1如下：

Aσ≥K·W·tanα (式1)

本发明专利中装置在设计过程中，装置组成之一的限位板和装置组成之一的定位卡扣之间通过连接需要在限位板上制作孔道，该孔道的位置需要满足定位卡扣抵住对应钢筋的位置在钢筋的底部，以减小钢筋本身由于水平力作用产生的变形(使钢筋变形的主要变化由剪力引起而非弯矩)。假定卡扣高度为h，限位板与卡扣连接的孔道中心距底面的距离为l_k，预埋钢筋的外露高度为H，需要桥墩导向进入预埋钢筋的最小深度为d，则需要满足式2如下：

h+δ＝l_k≤H-d (式2)

式2中δ为高度调整值，宜尽量小。

本发明专利中装置在设计过程中，装置组成之一的限位板和装置组成之一的定位卡扣之间通过连接需要在限位板上制作孔道，该孔道可在水平方向上连续开孔或形成贯穿的孔道，以适应不同类型的桥墩中预埋钢筋位置的差异。

本发明专利中装置在设计过程中，装置组成之一的限位板和装置组成之一的连杆之间通过连接需要在限位板上制作孔道，该孔道高度位置需要设置多组，以保证同一个桥墩用本发明装置的连杆不会有安装位置冲突。限位板上用于连接连杆的孔道不同高度数量至少不应少于同一桥墩用本发明装置的对向限位板数量，孔道之间的高度差应大于连杆直径，应满足式3如下：

l_l≤H-d (式3)

图1和图2中，1限位板组件通过2定位拉扣组件和3定位顶扣组件之间连接，由2定位卡扣组件与8预埋钢筋相接触，14连杆组件通过9螺栓紧固在对向的1限位板组件上形成相向作用力。通过1限位板与14连杆组件的相向作用力、1限位板与2定位卡扣组件的被动顶推力形成平衡力，实现本实时例装置整体的定位与固定。

图1和图2中，4滑动组件由锚固在1限位板组件上的11锚固杆和穿在其上的可自由转动的12转动套筒组成，12转动套筒可由钢、铝合金、PCV等材料组成。当桥墩进入导向装置中，桥墩除与1限位板组件的表面接触外，主要与4滑动组件上的12转动套筒相接触，此时摩擦力可显著减小。

图1和图2中，5辅助支架组件底部支撑于外部地面，并通过锚固螺栓与其支撑的1限位板组件相连接固定。在1限位板组件受到水平作用力作用时，5辅助支架可以通过地面的反作用力提供额外的支撑。

图1和图2中，4移动组件通过可调节位置的13移动滑轮与1限位板组件底部相连，在1限位板组件运输过程中可以支撑起1限位板组件，与地面滚动摩擦减小阻力，实现人工托运的功能。

图1和图2中，2定位卡扣组件单侧设置了三个定位卡扣与一个限位板相连，以确保单位限位板定位的稳定，避免产生转动。施工过程吊装桥墩的最大重度为w，施工过程吊装允许的最大竖向偏差角度为α，单个限位板组合的定位卡扣对应单根的钢筋面积为A1，钢筋抗剪强度设计值为σ，安全系数为2.5。设计满足式4如下：

3A₁·σ≥2.5W·tanα (式4)

本实施案例中，卡扣高度为h，需要桥墩导向进入预埋钢筋的最小深度为d，满足式5如下：

h+δ＝l_k≤H-d (式5)

式5中δ为高度调整值，取5mm。

图3和图4展示了相比图1和图2更为简化的实施例。

图3和图4展示的实施例中，导向装置无滑动组件和无辅助支架组件。主要组件包含：1限位板组件，2定位拉扣组件，3定位顶扣组件，6移动组件。

图3和图4中，1限位板组件呈折角形式，用于约束多边形桥墩的截面角点附近位置，2定位拉卡扣组件和3定位顶卡扣组件上下排布，节省空间，每块1限位板组件仅设置两组2定位拉扣组件和3定位顶扣组件。整个导向装置由4块1限位板组件组成，每块1限位板上通过附加6移动组件实现现场的人工拖动。

图3和图4展示的实施例，整个装置轻便高效，方便施工现场使用。

Claims (6)

1.一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置，包括桥墩和预埋钢筋，所述的桥墩上设有定位孔，所述的预埋钢筋插入定位孔与桥墩连接，其特征在于包括：

若干限位板组件，限位板组件与所述的桥墩连接，形成导向面，所述的限位板组件由若干限位板组成；

若干定位拉扣组件和若干定位顶扣组件，每块限位板至少连接两个定位拉扣组件和两个定位顶扣组件，定位拉扣组件一端和定位顶扣组件一端通过螺栓连接限位板，定位拉扣组件另一端和定位顶扣组件另一端连接所述预埋钢筋；

移动组件，所述移动组件通过滚轮与限位板组件底部相连。

2.如权利要求1所述的一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置，其特征在于：所述限位板材料是由钢、铝合金或PVC等高强轻质材料制成，限位板横向成波折形状，限位板顶部为曲面形状。

3.如权利要求1所述的一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置，其特征在于：所述桥墩的截面各个边界或角点位置均布置限位板组件，限位板组件组合在一起，共同实现对桥墩位置的限定。

4.如权利要求1所述的一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置，其特征在于还包括滑动组件，滑动组件由锚固在限位板的锚固杆和穿在其上的可自由转动的转动套筒组成，转动套筒由钢、铝合金或PCV材料制成，所述桥墩与滑动组件上的转动套筒相接触。

5.如权利要求1所述的一种用于预制多边形桥墩拼装定位的导向装置，其特征在于还包括辅助支架组件，辅助支架组件由若干支撑结构和锚固螺栓组成，支撑结构底部支撑于外部地面，并通过锚固螺栓与其支撑的限位板相连接固定，在限位板受到水平作用力作用时，支撑结构通过地面的反作用力提供额外的支撑。

6.一种如权利要求1所述的导向装置的设计方法，其特征在于：

所述的装置设计需要满足如下条件：

A.Aσ≥K·W·tanα；

其中：A为单个限位板组合的定位卡扣对应卡住的钢筋总面积；

σ为钢筋抗剪强度设计值；

K为安全系数；

W为桥墩最大重量；

α为施工过程吊装允许的最大竖向偏差角度；

B.限位板上设有孔道，用于限位板和定位扣连接，所述孔道的位置需要满足定位扣抵住对应钢筋的位置在钢筋的底部，以减小钢筋本身由于水平力作用产生的变形；

h+δ＝l_k≤H-d；

其中：h为卡扣高度；

δ为高度调整值，尽量小；

l_k为限位板与卡扣连接的孔道中心距底面的距离；

H为钢筋的外露高度；

d为桥墩导向进入钢筋的最小深度；

C.限位板上制作孔道使得限位板和连杆连接，限位板上用于连接连杆的孔道不同高度数量至少不应少于对向限位板数量，孔道之间的高度差应大于连杆直径；

l_l≤H-d；

其中：l_l为限位板上用于连接连杆的孔道最大高度。

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