CN113430922A - 带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩及其施工方法，包括由上至下依次设置的盖梁、至少两个柱墩以及承台，预应力定位件依次贯穿盖梁、柱墩以及承台，两个柱墩之间设置有波纹钢连梁。本发明设计合理，构造简单，提高桥墩的承载力和耐腐蚀性，缩短施工工期，减轻由桥下传来的振动，吸收地震能量，减小柱肢所承受的能力损伤，实现柱墩的震后可复位。

Description

带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩及其施工方法。

背景技术

在传统的钢筋混凝土实心桥墩中，常常存在着一些问题，结构的耐腐蚀性差，自重大，混凝土材料的抗拉性能差、延性差等特点，施工时需要支模和拆模，导致施工复杂且施工周期长。同时桥墩的抗弯承载力和抗剪能力较差，导致脆性的剪切破坏先发生，且抗侧翻和抗震性能不高以及桥墩在腐蚀环境下容易生锈。

现在的人行天桥和建在山体上的高架桥等会因为天桥下车辆运行或者山体振动等而引起桥上的低频共振，为了消减由下部传来的振动，提高桥梁使用的舒适度和安全性能，有必要进行技术改造；同时我国有些地处多发地震地区，常年遭受地震的困扰，通常桥墩遭受强烈能量的地震的冲击后，往往整根桥墩几乎无法继续使用，同时也给人民带来生命威胁。目前，随着工程技术的发展，致力建造桥墩从遭受地震侵袭后不倒塌的趋势过渡到遭受地震后可以修护和继续使用，保障了人民的生命安全，并且节省了大量的工程成本。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩及其施工方法，有利于提高桥墩的承载力、刚度以及稳定性，在地震情况下还能吸收耗散地震所传入的能量，减小柱肢所承受的能量损伤。

本发明是这样构成的，它包括由上至下依次设置的盖梁、至少两个柱墩以及承台，预应力定位件依次贯穿盖梁、柱墩以及承台，两个柱墩之间设置有波纹钢连梁。

进一步的，所述波纹钢连梁包括工字梁，所述工字梁两侧设置有内端板，每个柱墩外侧设置有外端板，高强度螺栓依次贯穿外端板、柱墩以及内端板，所述工字梁前、后均间隔设有多个腹板加劲肋，位于相邻腹板加劲肋之间的工字梁上还设有腹板波纹。

进一步的，所述柱墩外部设置有波纹套管，所述波纹套管与柱墩之间设有减震填充层，所述波纹套管两端设有预应力套环。

进一步的，所述柱墩包括中部钢管，所述中部钢管周侧设置有多个外部钢管，相邻外部钢管外壁之间设置有弧形钢板，弧形钢板、中部钢管以及外部钢管围成的区域之间设置有纤维增强混凝土层。

进一步的，所述中部钢管内部也设置有纤维增强混凝土层，该纤维增强混凝土层中部预留有预应力孔道。

进一步的，所述柱墩上、下方分别设置有上端板和下端板，上端板采用上高强螺栓固定在盖梁下方，所述上高强螺栓下部设置有上螺帽，所述上螺帽与上端板之间设置有上阻尼弹簧减震器；所述下端板采用下高强螺栓固定在承台上，所述下高强螺栓上部设有下螺帽，所述下螺帽与下端板之间设置有下阻尼弹簧减震器。

进一步的，所述柱墩与上端板之间设置有多个上角钢加劲肋，所述柱墩与下端板之间设置有多个下角钢加劲肋。

进一步的，所述盖梁上方设置有上凹槽，所述承台下方设置有下凹槽，预应力定位件上端延伸至上凹槽内，预应力定位件下端延伸至下凹槽内，预应力定位件两端套有垫板以及用以固定预应力定位件、垫板的螺母。

进一步的，所述波纹套管中部为立方体，波纹套管上、下部外壁为波纹形。

进一步的，所述下端板与承台之间设置有橡胶阻尼垫。

进一步的，一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩的施工方法，包括步骤如下：（1）浇筑承台，按照设计要求预埋下高强螺栓、预留下凹槽以及预留预应力定位件的孔道；（2）浇筑盖梁，按照设计要求预埋上高强螺栓、顶部预留上凹槽以及预留预应力定位件的孔道；（3）在工厂预制中部钢管、弧形钢板、外部钢管、波纹套管、工字梁、上端板、下端板、内端板、外端板、腹板加劲肋、上角钢加劲肋、下角钢加劲肋以及预应力定位件；（4）将中部钢管和外部钢管按照设计要求进行焊接，外部钢管外壁之间通过弧形钢板焊接连接形成，在中部钢管、外部钢管和弧形钢板204围成的区域之间进行浇筑纤维增强混凝土，同时中部钢管的中心预留出预应力定位件的孔道后也浇筑纤维增强混凝土；（5）波纹套管端部安装预应力套环，波纹套管内嵌入减振填充层，将前面制作好的多腔的柱墩吊装进波纹套管内；按照类似的方式制作两根相同的柱墩；（6）在外部钢管的内表面和弧形钢板的外表面覆盖锌层；（7）横向打通两根柱墩的高强度螺栓要贯穿的数个孔道，在柱墩的底部和顶部焊接好节点的上端板、下端板，其中下端板下方嵌入橡胶阻尼垫，然后将两根柱墩吊装在承台上；（8）用下高强螺栓将柱墩和承台连接，下螺帽和下端板之间插入下阻尼弹簧减震器；（9）工字梁两端都焊接好内端板，两根柱墩的另一侧也分别安装一个外端板，外端板留有螺栓孔道，采用高强度螺栓将工字梁固定在两根柱墩之间；（10）将盖梁吊装在两根柱墩上方，采用上高强螺栓将柱墩和盖梁连接，上螺帽和上端板之间插入上阻尼弹簧减震器；（11）插入预应力定位件，贯穿盖梁、柱墩和承台，用螺母锚具锚固。（12）焊接好柱墩底部与下端板之间的下角钢加劲肋、柱墩顶部和上端板之间的上角钢加劲肋以及工字梁上的腹板加劲肋，桥墩制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于柱墩是采用钢管混凝土，施工时，不需要模板，节省了支模、拆模的程序和材料，同时管内无钢筋，浇筑和振捣纤维增强混凝土更为方便；选用纤维增强混凝土，区别于普通混凝土，其特点是抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度以及延性、韧性有更大的提高。主要材料是钢材，强度高自重轻，截面为圆形多腔状，截面模量大。

2、由于多腔的外部钢管、中部钢管和弧形钢板所焊接形成的框架，抗侧翻、防止倾覆和整体稳定性优越。

3、采用不同材质的钢材制成套管，将大幅度改善耐腐蚀性能，可用于潮湿、腐蚀性介质强、严酷等特殊环境中使用。

4、通过在波纹套管端部布置预应力套环，增强侧向约束力，增加弧形钢板、中部钢管以及外部钢管对纤维增强混凝土的约束能力，有效的防止纤维增强混凝土与中心钢管、外部钢管产生脱节现象，使纤维增强混凝土处于三向受力中，提高了整体的稳定性和承载力。

5、波纹套管表面采用波纹形状，有助于耗散地震所传来的能量。作为减振的第二层防线，在波纹套管内嵌入减振填充层材料，将地面振动尽可能地消除在柱墩之外，减弱了桥梁和地面共振，提高了桥梁的安全性和使用的舒适性。

6、柱墩和承台连接节点中的端板底层嵌入一层橡胶阻尼垫，作为减振的第一层防线，由于该阻尼垫的纤维物质的布置纵横交错，内摩擦力必然要吸收相当多的能量，从而达到对承台进行减振和阻尼的效果。

7、柱墩和承台、柱墩和盖梁通过节点连接，节点中阻尼弹簧减震器被预压在螺帽和端板之间，在地震或者振动的作用下，柱墩会因为阻尼弹簧减震器的伸缩而轻微上下浮动，而地震或者振动的能量损伤集中在可更换的钢连梁上，在震后，柱肢可实现自复位并且受到的损害极小，只需要定期检查和更换钢连梁即可，极大节省工程的成本和保障工程的安全。

8、预应力螺纹钢筋贯穿盖梁、桥墩和承台，协助高强螺栓将盖梁、桥墩和承台连接一起，增强盖梁、桥墩和承台的整体性，改变传统的盖梁、桥墩和承台的固接方式，利用钢绞线的预应力提供弹性复位力，所以整个结构残余变形小。

9、在大小钢管和弧形钢板的外表面覆盖锌层，提高柱墩的耐腐蚀性能，且锌层不像防腐涂料那样容易剥落，可减少定期监测和维护的费用。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图；

图2为本发明实施例去掉盖梁结构示意图；

图3为本发明实施例正视图；

图4为本发明实施例剖视图一；

图5为本发明实施例剖视图二；

图中：1-盖梁，11-上凹槽，2-柱墩，201-波纹套管，202-预应力套环，203-减振填充层，204-弧形钢板，205-纤维增强混凝土层，206-中部钢管，207-外部钢管，3-承台，31-下凹槽，401-螺帽，402-高强螺栓， 403-外端板， 404-工字梁，405-腹板加劲肋，406-腹板波纹，407-内端板，501-橡胶阻尼垫，502-下端板， 503-下螺帽，504-下阻尼弹簧减震器， 505-下高强螺栓，506-下角钢加劲肋，601-垫板，602-预应力螺纹钢筋，603-螺母，604-上阻尼弹簧减震器， 605-上高强螺栓，606-上端板，607-上螺帽，608-上角钢加劲肋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例：参照附图1-5所示，提供一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，包括由上至下依次设置的盖梁1、至少两个并排设置的柱墩2以及承台3，预应力定位件依次贯穿盖梁、柱墩以及承台，两个柱墩之间设置有波纹钢连梁；

预应力定位件可以是预应力螺纹钢筋602，盖梁、柱墩和承台预留用以预应力螺纹钢筋穿设的孔道，然后后张发锚固。

在本实施例中，所述波纹钢连梁包括腹板存在节段波纹形的工字梁404，所述工字梁两侧设置有内端板407，每个柱墩外侧设置有外端板403，高强度螺栓402依次贯穿外端板、柱墩以及内端板，所述工字梁前、后均等距设有多个腹板加劲肋405，位于相邻腹板加劲肋之间的工字梁上还设有腹板波纹406；高强螺栓端部设置有螺帽401。

在本实施例中，所述柱墩2外部设置有波纹套管201，所述波纹套管与柱墩之间设有减震填充层203，所述波纹套管两端设有预应力套环202；减震填充层由橡胶阻尼颗粒构成。

上述的波纹套管中部靠上的位置为立方体，波纹套管上、下部分的外壁为波纹形。

在本实施例中，所述柱墩2包括中部钢管206，所述中部钢管周侧焊接有多个外部钢管207，外部钢管的直径小于中部钢管，中部钢管与外部钢管均为空心钢管，相邻外部钢管外壁之间经弧形钢板204焊接在一起，弧形钢板、中部钢管以及外部钢管围成的区域之间设置有纤维增强混凝土层205；所述中部钢管内部也设置有纤维增强混凝土层，该纤维增强混凝土层中部预留有预应力孔道。

上述外部钢管的内表面、弧形钢板的外表面覆盖锌层。

在本实施例中，所述柱墩上、方分别设置有上端板606和下端板502，上端板采用上高强螺栓605固定在盖梁下方，所述上高强螺栓下部设置有上螺帽607，所述上螺帽与上端板之间设置有上阻尼弹簧减震器604；所述下端板采用下高强螺栓505固定在承台上，所述下高强螺栓上部设有下螺帽503，所述下螺帽与下端板之间设置有下阻尼弹簧减震器504。

上高强螺栓预埋在盖梁下方，上高强螺栓的头向下伸出一段，下高强螺栓预埋在承台上方。

在本实施例中，所述柱墩2与上端板之间设置有多个上角钢加劲肋608，所述柱墩与下端板之间设置有多个下角钢加劲肋506；上角钢加劲肋、下角钢加劲肋均沿波纹套管的周侧均匀等角度设置。

在本实施例中，所述盖梁1上方设置有上凹槽11，所述承台下方设置有下凹槽31，预应力定位件上端延伸至上凹槽内，预应力定位件下端延伸至下凹槽内，预应力定位件两端套有垫板601以及用以固定预应力定位件、垫板的螺母603。

在本实施例中，所述下端板与承台之间设置有橡胶阻尼垫501。

在本实施例中，施工时：

（1）浇筑承台3，按照设计要求预埋下高强螺栓、预留下凹槽以及预留预应力螺纹钢筋的孔道；

（2）浇筑盖梁1，按照设计要求预埋上高强螺栓605、顶部预留上凹槽以及预留预应力螺纹钢筋的孔道；

（3）在工厂预制中部钢管206、弧形钢板204、外部钢管207、波纹套管201、工字梁404、上端板、下端板、内端板、外端板、腹板加劲肋、上角钢加劲肋、下角钢加劲肋、预应力螺纹钢筋；

（4）将中部钢管206和外部钢管207按照设计要求进行焊接，外部钢管外壁之间通过弧形钢板焊接连接形成，在中部钢管、外部钢管207和弧形钢板204围成的区域之间进行浇筑纤维增强混凝土205，同时中部钢管中心预留出预应力螺纹钢筋的孔道后也浇筑纤维增强混凝土205；

（5）波纹套管201两端设有预应力套环202，波纹套管内嵌入减振填充层，将前面制作好的多腔的柱墩结构吊装进波纹套管内。按照类似的方式制作两根相同的柱墩；在外部钢管207的内表面和弧形钢板204的外表面覆盖锌层；

（6）横向打通两根柱墩的高强度螺栓402要贯穿的数个孔道，在柱墩2的底部和顶部焊接好节点的上端板、下端板，其中下端板下方嵌入橡胶阻尼垫501，然后将两根柱墩2吊装在承台上3。

（7）用下高强螺栓505将柱墩2和承台3连接，下螺帽503和下端板502之间插入下阻尼弹簧减震器504。

（8）工字梁两端都焊接好内端板，两根柱墩的另一侧也分别各有一个外端板，外端板留有螺栓孔道，采用高强度螺栓将工字梁固定在两根柱墩之间。

（9）将盖梁1吊装在两根柱墩2上方，采用上高强螺栓605将柱墩2和盖梁1连接，上螺帽607和上端板606之间插入上阻尼弹簧减震器604。

（10）插入预应力螺纹钢筋，贯穿盖梁、柱墩和承台，用螺母锚具锚固。

（11）焊接好柱墩2底部与下端板502之间的下角钢加劲肋506、柱墩顶部和上端板之间的上角钢加劲肋608以及工字梁上的腹板加劲肋405，桥墩制成。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，包括由上至下依次设置的盖梁、至少两个柱墩以及承台，预应力定位件依次贯穿盖梁、柱墩以及承台，两个柱墩之间设置有波纹钢连梁。

2.根据权利要求1所述的一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述波纹钢连梁包括工字梁，所述工字梁两侧设置有内端板，每个柱墩外侧设置有外端板，高强度螺栓依次贯穿外端板、柱墩以及内端板，所述工字梁前、后均间隔设有多个腹板加劲肋，位于相邻腹板加劲肋之间的工字梁上还设有腹板波纹。

3.根据权利要求2所述的一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述柱墩外部设置有波纹套管，所述波纹套管与柱墩之间设有减震填充层，所述波纹套管两端设有预应力套环；所述波纹套管中部为立方体，波纹套管上、下部外壁为波纹形。

4.根据权利要求3所述的一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述柱墩包括中部钢管，所述中部钢管周侧设置有多个外部钢管，相邻外部钢管外壁之间设置有弧形钢板，弧形钢板、中部钢管以及外部钢管围成的区域之间设置有纤维增强混凝土层。

5.根据权利要求4所述的一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述中部钢管内部也设置有纤维增强混凝土层，该纤维增强混凝土层中部预留有预应力孔道。

6.根据权利要求5所述的一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述柱墩上、下方分别设置有上端板和下端板，上端板采用上高强螺栓固定在盖梁下方，所述上高强螺栓下部设置有上螺帽，所述上螺帽与上端板之间设置有上阻尼弹簧减震器；所述下端板采用下高强螺栓固定在承台上，所述下高强螺栓上部设有下螺帽，所述下螺帽与下端板之间设置有下阻尼弹簧减震器。

7.根据权利要求6所述的一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述柱墩与上端板之间设置有多个上角钢加劲肋，所述柱墩与下端板之间设置有多个下角钢加劲肋。

8.根据权利要求7所述的一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述盖梁上方设置有上凹槽，所述承台下方设置有下凹槽，预应力定位件上端延伸至上凹槽内，预应力定位件下端延伸至下凹槽内，预应力定位件两端套有垫板以及用以固定预应力定位件、垫板的螺母。

9.根据权利要求8所述的一种带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述下端板与承台之间设置有橡胶阻尼垫。

10.一种利用如权利要求9所述的带波纹套管可复位双柱墩的钢管混凝土桥墩的施工方法，其特征在于，包括步骤如下：（1）浇筑承台，按照设计要求预埋下高强螺栓、预留下凹槽以及预留预应力定位件的孔道；（2）浇筑盖梁，按照设计要求预埋上高强螺栓、顶部预留上凹槽以及预留预应力定位件的孔道；（3）在工厂预制中部钢管、弧形钢板、外部钢管、波纹套管、工字梁、上端板、下端板、内端板、外端板、腹板加劲肋、上角钢加劲肋、下角钢加劲肋以及预应力定位件；（4）将中部钢管和外部钢管按照设计要求进行焊接，外部钢管外壁之间通过弧形钢板焊接连接形成，在中部钢管、外部钢管和弧形钢板204围成的区域之间进行浇筑纤维增强混凝土，同时中部钢管的中心预留出预应力定位件的孔道后也浇筑纤维增强混凝土；（5）波纹套管端部安装预应力套环，波纹套管内嵌入减振填充层，将前面制作好的多腔的柱墩吊装进波纹套管内；按照类似的方式制作两根相同的柱墩；（6）在外部钢管的内表面和弧形钢板的外表面覆盖锌层；（7）横向打通两根柱墩的高强度螺栓要贯穿的数个孔道，在柱墩的底部和顶部焊接好节点的上端板、下端板，其中下端板下方嵌入橡胶阻尼垫，然后将两根柱墩吊装在承台上；（8）用下高强螺栓将柱墩和承台连接，下螺帽和下端板之间插入下阻尼弹簧减震器；（9）工字梁两端都焊接好内端板，两根柱墩的另一侧也分别安装一个外端板，外端板留有螺栓孔道，采用高强度螺栓将工字梁固定在两根柱墩之间；（10）将盖梁吊装在两根柱墩上方，采用上高强螺栓将柱墩和盖梁连接，上螺帽和上端板之间插入上阻尼弹簧减震器；（11）插入预应力定位件，贯穿盖梁、柱墩和承台，用螺母锚具锚固；（12）焊接好柱墩底部与下端板之间的下角钢加劲肋、柱墩顶部和上端板之间的上角钢加劲肋以及工字梁上的腹板加劲肋，桥墩制成。

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