CN113565120B - 一种适用于冻胀区的复合铁塔承台及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于冻胀区的复合铁塔承台及施工方法，所述的铁塔承台具有高耐久性和高韧性梯度功能包括塔脚钢结构埋件、UHPC预制底座、UHPC预制外壳和核心区功能梯度混凝土四部分，所述塔脚钢结构埋件采用空心钟状外形，利用拓扑技术优化形状参数，实现最小材料用量下，满足应力传递的强度需求，降低结构自重。在工厂进行UHPC构件的预制与养护，保证构件质量的同时提升工程的工厂化水平。在施工现场，利用UHPC预制底座设置的环状槽口实现快速拼装施工，加快施工速度的同时大幅降低施工难度。现场功能梯度混凝土内芯的浇筑也以UHPC外壳作为模板，避免了施工过程中模板的制作与架设。

Description

一种适用于冻胀区的复合铁塔承台及施工方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种适用于冻胀区的复合铁塔承台及施工方法。

背景技术

我国西北地区属于季节性冻土区，在这片广阔土地上修建的混凝土每年都会面临严重的冻胀破坏问题，尤其是具有地下水区域的地下承台基础，出现了大量的冻胀破坏。超高性能混凝土(UHPC)是一种掺有钢纤维的新型水泥基复合材料，其强度高、延性好、耐久性强，可以在较小的尺寸下达到设计所需的承载能力，故用其制作外壳保护与约束核心区域混凝土具有其合理性。但是，如何解决UHPC与相邻构件的性能突变问题，是需要解决的技术问题。为此，本发明提供一种适用于冻胀区的复合铁塔承台及施工方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用于冻胀区的复合铁塔承台及施工方法，改铁塔承台具有高耐久性和高韧性梯度功能，有效的解决了当前在我国西北地区混凝土结构所面临的的冻胀破坏问题以及UHPC与相邻构件的性能突变问题。

一种适用于冻胀区的复合铁塔承台，所述铁塔承台由塔脚钢结构埋件、UHPC预制底座、UHPC预制外壳和核心区功能梯度混凝土组成，所述塔脚钢结构埋件、核心区功能梯度混凝土和UHPC预制外壳由内到外依次设置，所述UHPC预制底座设置在底部且上端开有多圈环形槽口，塔脚钢结构埋件和UHPC预制外壳底端设置在相邻的环形槽口内，所述核心区功能梯度混凝土的材料性质从近UHPC预制外壳一侧向塔脚钢结构埋件一侧逐渐过渡。

进一步地，所述塔脚钢结构埋件为空心钟状外形，并利用拓扑技术优化塔脚拓钢结构埋件的形状参数，实现最小材料用量下，满足应力传递的强度需求，降低结构自重。

一种适用于冻胀区的复合铁塔承台的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

步骤1、根据实际工程需求确定铁塔承台的尺寸，利用拓扑算法优化塔脚钢结构埋件形状参数；

步骤2、工厂预制塔脚钢结构埋件、UHPC预制底座和UHPC预制外壳；

步骤3、对预制UHPC预制底座和UHPC预制外壳进行蒸汽养护，塔脚钢结构埋件表面防锈处理；

步骤4、将步骤3中的预制构件运输到现场，利用环氧树脂实现预制件的现场拼装连接；

步骤5、用高强砂浆填充塔脚钢结构埋件和UHPC预制外壳与UHPC预制底座之间的空隙；

步骤6、利用功能梯度混凝土现场浇筑预制件构成的内芯，保温保湿养护14～21天后投入使用。

有益效果：

1、充分利用UHPC的强度高、延性好、耐久性强等材料特性，在较小的几何尺寸条件下实现刚度与承载力的设计需求，避免或减少混凝土在使用阶段的开裂问题，并实现了现场的无模板施工。

2、拓扑优化的钢结构埋件采用空心钟状外形，利用拓扑技术优化形状参数，实现最小材料用量下，满足应力传递的强度需求，降低结构自重。

3、采用功能梯度混凝土填充核心区，其材料性质从近UHPC外壳一侧，向核心钢结构一侧逐渐过渡，解决了材料性能突变造成的问题，功能梯度材料为一种多种材料复合且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料，其设计要求功能、性能随机件内部位置的变化而变化。

4、本发明在UHPC底座设置了环状槽口，使得本发明可以在现场实现快速拼装施工，加快施工速度的同时降低施工难度。

附图说明

图1为本发明复合铁塔承台的三维示意图；

图2为本发明复合铁塔承台三维剖面示意图；

图3为本发明UHPC预制底座三维示意图；

图4为本发明预制UHPC薄壁外壳三维示意图；

图5为本发明塔脚钢结构埋件三维结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明公开了一种适用于冻胀区的复合铁塔承台，本发明的冻胀区具有高耐久性和高韧性梯度功能的复合铁塔承台包括塔脚钢结构埋件1、UHPC预制底座2、UHPC预制外壳3和核心区功能梯度混凝土4四部分。

所述塔脚钢结构埋件1采用空心钟状外形，利用拓扑技术优化形状参数，实现最小材料用量下，满足应力传递的强度需求，降低结构自重。

UHPC预制底座采用超高性能混凝土预制而成，充分利用UHPC材料强度高、延性好、耐久性强等材料特性，大幅减小截面的几何尺寸。且开有环形槽口，利用高强砂浆填充组装后的空隙，在保证设计所需强度的同时减少了现场施工步骤，极大加快了施工速度同时大幅降低施工难度。现场功能梯度混凝土内芯的浇筑也以UHPC外壳作为模板，避免了施工过程中模板的制作与架设。

预制UHPC预制外壳3采用超高性能混凝土，工厂化的预制薄壁外壳能够充分利用UHPC材料强度高、延性好、耐久性强等材料特性，大幅减小截面的几何尺寸，并实现对混凝土内芯的约束保护和无模板浇筑。

采用功能梯度混凝土填充核心区，其材料性质从近UHPC外壳一侧，向核心钢结构一侧逐渐过渡，解决了材料性能突变造成的问题。

上述冻胀区具有高耐久性和高韧性梯度功能的复合铁塔承台构造的施工方法，包括如下步骤：

1)根据实际工程需求确定尺寸，利用拓扑算法优化钢结构形状参数；

2)工厂化预制塔脚钢结构埋件、UHPC预制底座和UHPC预制外壳；

3)预制UHPC构件蒸汽养护，钢结构表面防锈处理；

4)将预制构件运输到现场，利用环氧树脂实现横向拼装连接；

5)用高强砂浆填充拼装件的空隙；

6)利用利用功能梯度混凝土现场浇筑组合构件的内芯，保温保湿养护14～21天，即可投入使用。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种适用于冻胀区的复合铁塔承台，其特征在于，所述铁塔承台由塔脚钢结构埋件、UHPC预制底座、UHPC预制外壳和核心区功能梯度混凝土组成，所述塔脚钢结构埋件、核心区功能梯度混凝土和UHPC预制外壳由内到外依次设置，所述UHPC预制底座设置在底部且上端开有多圈环形槽口，塔脚钢结构埋件和UHPC预制外壳底端设置在相邻的环形槽口内，所述核心区功能梯度混凝土的材料性质从近UHPC预制外壳一侧向塔脚钢结构埋件一侧逐渐过渡；

所述塔脚钢结构埋件为空心钟状外形，并利用拓扑技术优化塔脚钢结构埋件的形状参数，实现最小材料用量下，满足应力传递的强度需求，降低结构自重。

2.一种采用权利要求1所述的适用于冻胀区的复合铁塔承台的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

步骤1、根据实际工程需求确定铁塔承台的尺寸，利用拓扑算法优化塔脚钢结构埋件形状参数；

步骤2、工厂预制塔脚钢结构埋件、UHPC预制底座和UHPC预制外壳；

步骤3、对预制UHPC预制底座和UHPC预制外壳进行蒸汽养护，塔脚钢结构埋件表面防锈处理；

步骤4、将步骤2中的预制构件运输到现场，利用环氧树脂实现预制件的现场拼装连接；

步骤5、用高强砂浆填充塔脚钢结构埋件和UHPC预制外壳与UHPC预制底座之间的空隙；

步骤6、利用功能梯度混凝土现场浇筑预制件构成的内芯，保温保湿养护14~21天后投入使用。

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