CN112301874A - 一种节段预制拼装式桥墩可更换体外钢质剪力键及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节段预制拼装式桥墩可更换体外钢质剪力键及施工方法，可更换体外钢质剪力键包括预埋钢板、预埋套筒、锚筋、橡胶板和抗剪钢板。预制空心墩节段在工厂内制造时，将预埋钢板及预埋套筒预埋在拼接缝两侧的节段空心墩壁内表面，并通过锚筋固定，现场预制空心墩节段拼接完成后，安装橡胶板、抗剪钢板及抗剪肋板，施拧螺栓，安装完成体外钢制剪力键，保证预制节段间不发生错动、滑移等，起到节段间抗剪作用。本发明体外钢制剪力键制作简单，传力路径明确、可靠；空心墩壁体内可不设混凝土剪力键，避免与钢筋、预应力管道等干扰，方便节段制造；钢制剪力键抗剪能力强，特别适用于高震区；设置少数剪力键即可满足要求，现场安装快捷。

Description

一种节段预制拼装式桥墩可更换体外钢质剪力键及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁结构建筑技术领域，尤其涉及一种节段预制拼装式桥墩可更换体外钢质剪力键及施工方法。

背景技术

随着预制拼装建造技术的发展，在桥墩结构领域采用节段预制拼装法建造的工程逐渐增多。空心墩作为桥墩结构中最基本的墩型之一，具有刚度大、节段重量轻等优点，特别在墩高较高时应用较多。

节段预制拼装式空心桥墩将桥墩沿高度方向划分为多个节段，每个节段间通过接缝构造拼接而成，接缝构造是节段预制拼装式空心桥墩最核心的构造，其连接强度和施工质量直接决定了桥墩整体性能和结构安全，因此，节段间需要设置连接可靠、构造简单、拼装快捷、易于控制施工质量的接缝构造。

目前，节段预制拼装式空心桥墩节段间一般在空心墩墩壁上设置混凝土剪力键，类似拼装式箱梁间剪力键构造，即在下节段设置凸型键齿，在上节段对应位置设置凹形齿槽，拼装时上、下节段间凸型键齿和凹形齿槽对位拼接，依靠凹凸键相互咬合形成混凝土剪力键，起到节段间抗剪作用，防止拼装节段间发生错位、滑移等剪切破坏。此类混凝土剪力键在制造、拼装、运营中存在以下主要缺点：

1.在空心墩墩壁上设置的体内混凝土剪力键高度较小，一般采用素混凝土结构，施工时不易振捣密实，在脱模时容易造成破损，存放、运输过程中易发生碰撞而破坏，一旦混凝土剪力键破损将难以修复，即便修复仍然会削弱其抗剪能力，将不利于节段间抗剪作用发挥。

2.体内混凝土剪力键设置在墩壁上，而墩壁上需要预留钢筋、设置预应力管道等，相互间干扰大；剪力键的位置将会影响节段面上钢筋、钢束的布置，有时会对接缝面细部构造设计造成困难。

3.节段制造时为保证混凝土凹凸剪力键成型，需要加工专门的特殊端模板，费用高，且模板需要随节段尺寸、剪力键构造的变化而特殊制作，不利于倒用。

4.采用带体内混凝土剪力键的节段制作工艺复杂，对制造精度要求高，凹凸剪力键需要精确对位，现场拼接难度大，节段间难以快速拼接。

5.体内混凝土剪力键不可更换，在遭遇地震等荷载作用下可能发生破坏，而拼装式桥墩在地震作用下往往节段本身不发生较大破坏，仅接缝处局部破坏，但体内混凝土剪力键破坏后难以修复或更换，不得不对整个拼装式桥墩进行重建。

针对现有常用体内混凝土剪力键的缺点，研发一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键及其施工方法是个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键及其施工方法，该构造连接可靠、施工简便、后期可更换，可有效避免上述问题，从而提高节段预制拼装式空心桥墩节段间抗剪能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，包括预埋钢板、预埋套筒、锚筋和抗剪钢板，在所述预埋钢板上设有锚筋，在所述预埋钢板上位于锚筋的周围设有若干个预埋套筒，并在预埋钢板对应预埋套筒的位置开设螺栓孔，所述预埋钢板和预埋套筒在空心墩节段工厂预制时预埋在预制空心墩节段内表面，并通过预埋的锚筋将预埋钢板固定在预制空心墩节段内表面，将预制空心墩上节段和预制空心墩下节段拼装完成后，将所述抗剪钢板安装到相邻的预制空心墩上节段和预制空心墩下节段的预埋钢板上，所述抗剪钢板在与预埋套筒对应位置开设螺栓孔，所述抗剪钢板通过螺栓固定在预制空心墩上、下节段的预埋钢板上，抗剪钢板盖住拼接缝，以固定剪力键，当预制空心墩节段沿螺栓水平方向发生错动、滑移时，可起到抗剪作用。

进一步的，在所述预埋钢板与抗剪钢板之间还设有橡胶板，所述橡胶板安装到相邻的预制空心墩上节段和预制空心墩下节段的预埋钢板上，所述橡胶板在与预埋套筒对应位置开设螺栓孔，所述橡胶板通过螺栓固定在预制空心墩上、下节段的预埋钢板上。

进一步的，所述橡胶板大小根据预制空心墩上、下节段预埋钢板外轮廓确定，主要用于调节剪力键安装时的平整度。

进一步的，在所述抗剪钢板上还焊接有抗剪肋板，所述抗剪肋板由多块横、竖向钢板组成，通过钢板提供加劲作用与抗剪钢板形成整体。

进一步的，为保证安装精度，橡胶板和抗剪钢板上的螺栓孔采用后开孔的方式，即在预制空心墩上、下节段拼装完成后，根据实际预埋套筒的位置，在橡胶板、抗剪钢板上放样后再进行打孔，保证螺栓能准确施拧。

进一步的，所述预埋钢板下方与预制空心墩节段轮廓齐平。

进一步的，每个所述预埋钢板根据结构受力需要确定预埋套筒的个数、直径、埋深等参数。

进一步的，多个上述剪力键结构均匀布设在预制空心墩节段相应位置上。

进一步的，所述锚筋采用U型或L型钢筋，焊接在预埋钢板上，保证预埋钢板和预制空心墩节段间的可靠连接。

一种采用上述节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键的施工方法，其过程如下：

步骤一：在预制工厂内加工制造预制空心墩节段，绑扎预制空心墩节段内钢筋；

步骤二：将预埋套筒、锚筋固定在预埋钢板上，形成整体；再将其固定在预制空心墩节段相应位置上，浇筑预制空心墩节段混凝土，完成工厂预制，以同样方式制造其他预制空心墩节段；

步骤三：将预制空心墩节段运输至现场，通过拼接缝将相邻的上、下预制空心墩节段拼装在一起；

步骤四：测量预制空心墩节段拼装完成后预埋套筒的精确位置，在橡胶板、抗剪钢板上放样并打螺栓孔，螺栓孔与预埋套筒位置对应；

步骤五：将抗剪肋板焊接在抗剪钢板上；

步骤六：将橡胶板、抗剪钢板和抗剪肋板组成的整体与预制空心墩节段上的预埋钢板对位，施拧螺栓完成连接，将体外钢质剪力键安装和固定在相邻的上、下预制空心墩节段上；

步骤七：按上述同样方法安装上、下预制空心墩节段接缝处其余钢质剪力键，完成节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键的施工。

相对于现有技术，本发明所述的节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键及其施工方法具有以下优势：

(1)采用在空心墩体外设置剪力键，避免在墩壁上设置体内混凝土剪力键，避免混凝土剪力键振捣不密实、破损等问题发生，钢质剪力键通过钢板、螺栓连接，施工简单、易于控制质量，有效提高空心墩节段间抗剪能力；同时空心墩墩壁上不设置剪力键，不会造成与墩壁上预留钢筋、预应力管道等干扰，使得接缝面细部构造设计灵活。

(2)空心墩节段制造时仅需预埋相关钢板和套筒，端模板无需特制成凹凸键齿造型，采用常规平模板即可满足要求，且常规平模板在不同节段间可相互倒用，费用低；而且空心墩节段间现场拼接时无需对凹凸剪力键进行精确对位，现场拼接速度快。

(3)体外剪力键采用钢结构制作，通过螺栓、预埋钢板受力提供抗剪能力，传力路径明确、可靠；单个体外剪力键抗剪能力强，抗剪能力为一般体内混凝土剪力键的数倍，大大提高抗剪能力，特别适用于高震区；整个桥墩断面仅需设置少数剪力键即可满足要求，现场通过施拧螺栓完成连接，施工速度快。

(4)本体外剪力键为可更换结构，如遭遇破坏或者震后需要修复时，拆除原剪力键，通过施拧螺栓更换为同样构造的新的体外剪力键，以恢复节段间的抗剪能力，无需对整个拼装式桥墩进行重建，实现预制拼装空心墩灾后或震后修复。

(5)为保证体外剪力键精确安装，可根据空心墩节段制造、拼装完成后实际螺栓孔位置，对待栓接的橡胶板、抗剪钢板采用后开孔的方式，降低对空心墩节段制造、拼装的安装精度要求，便于施工。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明可更换体外钢质剪力键俯视图；

图2是本发明可更换体外钢质剪力键主视图；

图3是本发明可更换体外钢质剪力键侧视图；

图4是本发明可更换体外钢质剪力键安装示意图。

附图标记说明：

1、预制空心墩节段；2、拼接缝；3、预埋钢板；4、预埋套筒；5、锚筋；6、橡胶板；7、螺栓；8、抗剪钢板；9、螺栓孔；10、抗剪肋板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-4所示，一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，包括预埋钢板3、预埋套筒4、锚筋5和抗剪钢板8。在预埋钢板3上焊接有锚筋5，在预埋钢板3上位于锚筋5的周围设有若干个预埋套筒4，并在预埋钢板3对应预埋套筒4的位置开设螺栓孔，预埋钢板3和预埋套筒4在空心墩节段工厂预制时预埋在预制空心墩节段1内表面，并通过预埋的锚筋5 将预埋钢板3固定在预制空心墩节段1内表面，预埋钢板3下方与预制空心墩节段1轮廓齐平。所述锚筋5采用U型或L型钢筋，保证预埋钢板3和预制空心墩节段1间的可靠连接。每个预埋钢板3根据结构受力需要确定预埋套筒4的个数、直径、埋深等参数。预制空心墩节段1采用空心截面，相邻的上、下预制空心墩节段通过拼接缝2连接在一起。将预制空心墩上节段和预制空心墩下节段拼装完成后，依次将橡胶板6、抗剪钢板8安装到相邻的预制空心墩上节段和预制空心墩下节段的预埋钢板3上，在橡胶板6、抗剪钢板8与预埋套筒4对应位置均开设螺栓孔9，橡胶板6、抗剪钢板8均通过螺栓7固定在预制空心墩上、下节段的预埋钢板3上，螺栓7拧入预埋在预制空心墩节段1内部的预埋套筒4中，橡胶板6大小根据预制空心墩上、下节段预埋钢板3外轮廓确定，主要用于调节剪力键安装时的平整度，抗剪钢板3盖住拼接缝2，以固定剪力键，当预制空心墩节段沿螺栓水平方向发生错动、滑移时，可起到抗剪作用。在抗剪钢板8上焊接有抗剪肋板10，抗剪肋板10由多块横、竖向钢板组成，通过钢板提供加劲作用与抗剪钢板8 形成整体，使整体构造具有较强的强度、刚度，为节段间提供可靠的抗剪能力，从而保证预制拼装式空心桥墩整体性能和结构安全。

为保证安装精度，橡胶板6和抗剪钢板8上的螺栓孔采用后开孔的方式，即在预制空心墩上、下节段拼装完成后，根据实际预埋套筒4的位置，在橡胶板6、抗剪钢板8上放样后再进行打孔，保证螺栓能准确施拧。

通过将上述各部件组合成整体，形成一种可更换体外钢质剪力键，多个上述剪力键结构均匀布设在预制空心墩节段相应位置上，用于节段预制拼装式空心桥墩节段间连接。

一种采用上述节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键的施工方法，其过程如下：

步骤一：在预制工厂内加工制造预制空心墩节段1，绑扎预制空心墩节段内钢筋；

步骤二：将预埋套筒4、锚筋5固定在预埋钢板3上，形成整体；再将其固定在预制空心墩节段1相应位置上，浇筑预制空心墩节段1混凝土，完成工厂预制，以同样方式制造其他预制空心墩节段；

步骤三：将预制空心墩节段1运输至现场，通过拼接缝2将相邻的上、下预制空心墩节段拼装在一起；

步骤四：测量预制空心墩节段拼装完成后预埋套筒4的精确位置，在橡胶板6、抗剪钢板8上放样并打螺栓孔，螺栓孔9与预埋套筒4位置对应；

步骤五：将抗剪肋板10焊接在抗剪钢板8上；

步骤六：将橡胶板6、抗剪钢板8和抗剪肋板10组成的整体与预制空心墩节段上1的预埋钢板3对位，施拧螺栓7完成连接，将体外钢质剪力键安装和固定在相邻的上、下预制空心墩节段1上；

步骤七：按上述同样方法安装上、下预制空心墩节段接缝处其余钢质剪力键，完成节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键的施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种节段预制拼装式桥墩可更换体外钢质剪力键及施工方法，其特征在于：包括预埋钢板、预埋套筒、锚筋和抗剪钢板，在所述预埋钢板上设有锚筋，在所述预埋钢板上位于锚筋的周围设有若干个预埋套筒，并在预埋钢板对应预埋套筒的位置开设螺栓孔，所述预埋钢板和预埋套筒预埋在预制空心墩节段内表面，并通过锚筋将预埋钢板固定在预制空心墩节段内表面，所述抗剪钢板在与预埋套筒对应位置开设螺栓孔，通过螺栓安装在相邻的预制空心墩上节段和预制空心墩下节段的预埋钢板上。

2.根据权利要求1所述的一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，其特征在于：在所述预埋钢板与抗剪钢板之间还设有橡胶板，所述橡胶板在与预埋套筒对应位置开设螺栓孔，所述橡胶板通过螺栓安装到相邻的预制空心墩上节段和预制空心墩下节段的预埋钢板上。

3.根据权利要求2所述的一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，其特征在于：所述橡胶板大小与预制空心墩上、下节段预埋钢板外轮廓相匹配。

4.根据权利要求1或2所述的一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，其特征在于：在所述抗剪钢板上还焊接有抗剪肋板，所述抗剪肋板包括多块横向钢板和多块竖向钢板。

5.根据权利要求4所述的一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，其特征在于：在预制空心墩上、下节段拼装完成后，根据实际预埋套筒的位置，在所述橡胶板和抗剪钢板上开设螺栓孔。

6.根据权利要求1所述的一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，其特征在于：所述预埋钢板下方与预制空心墩节段轮廓齐平。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，其特征在于：每个所述预埋钢板根据结构受力需要确定预埋套筒的个数、直径、埋深。

8.根据权利要求4所述的一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，其特征在于：多个上述剪力键结构均匀布设在预制空心墩节段内表面。

9.根据权利要求1所述的一种节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键，其特征在于：所述锚筋采用U型或L型钢筋，焊接在预埋钢板上。

10.一种采用上述权利要求1-9中任意一项所述节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键的施工方法，其特征在于，其过程如下：

步骤一：在预制工厂内加工制造预制空心墩节段，绑扎预制空心墩节段内钢筋；

步骤二：将预埋套筒、锚筋固定在预埋钢板上，形成整体；再将其固定在预制空心墩节段上，浇筑预制空心墩节段混凝土，完成工厂预制，以同样方式制造其他预制空心墩节段；

步骤三：将预制空心墩节段运输至现场，通过拼接缝将相邻的上、下预制空心墩节段拼装在一起；

步骤四：测量预制空心墩节段拼装完成后预埋套筒的精确位置，在橡胶板、抗剪钢板上放样并打螺栓孔，螺栓孔与预埋套筒位置对应；

步骤五：将抗剪肋板焊接在抗剪钢板上；

步骤六：将橡胶板、抗剪钢板和抗剪肋板组成的整体与预制空心墩节段上的预埋钢板对位，施拧螺栓完成连接，将体外钢质剪力键安装和固定在相邻的上、下预制空心墩节段上；

步骤七：按上述同样方法安装上、下预制空心墩节段接缝处其余钢质剪力键，完成节段预制拼装式空心桥墩可更换体外钢质剪力键的施工。

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