CN116201003A - 一种新型高强钢筋uhpc-高强混凝土组合空心桥墩 - Google Patents
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Abstract
一种新型高强钢筋UHPC‑高强混凝土组合空心桥墩，桥墩主体为矩形空心截面；钢筋骨架采用高强钢筋材料，由若干内、外纵向钢筋，内、外矩形闭合箍筋和开口式三角形箍筋组成；桥墩主体由下部超高性能混凝土UHPC区域和上部高强混凝土区域组合而成；本发明提供的组合空心桥墩，高强材料的使用可大幅度降低材料用量，有利于促进我国建筑业实现“双碳”目标；新型箍筋布置方式可以进一步降低塑性铰区箍筋用量，降低施工难度，同时可为纵向钢筋提供更好的约束，解决了传统空心桥墩中箍筋对纵筋约束不足的问题，结合塑性铰区UHPC的使用，极大的提高了桥墩的抗震安全性能；因此，新型桥墩具有较好的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，特别是涉及一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩。
背景技术
随着我国西部地区经济腾飞，西部山区正在建设大量桥梁结构。由于西部地区多高山峡谷，高墩桥梁成为西部桥梁主要结构形式之一。空心截面桥墩可以大量减小桥梁结构材料用量，降低结构自重，且具有较好的截面刚度，因此在高墩桥梁中被广泛使用。
传统空心截面桥墩，空心截面壁厚较小，且箍筋对纵筋约束程度较低，因此空心截面桥墩在强震作用下更容易出现受压侧混凝土破坏和钢筋屈曲等破坏形式。
为提高箍筋对纵筋的约束，现有的空心桥墩截面需布置大量拉结筋，导致箍筋数量多、位置集中、配置复杂，钢筋材料消耗量较大，且塑性铰区箍筋钢筋布置过密，提高施工难度。
高强钢筋和高强混凝土的使用可以降低材料用量，并且可以在一定程度上缓解由塑性铰区钢筋布置过密导致的施工困难等问题。然而，采用高强钢筋和高强混凝土时，可能导致空心桥墩延性降低。
超高性能混凝土材料(UHPC)，具有高强度、高延性和超高的耐久性等优异性能，因此在高强钢筋高强混凝土空心桥墩塑性铰区采用UHPC可以提高空心桥墩延性，提高桥墩抗震性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，以解决上述现有技术中存在的问题。
一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，安装在承台上，包括竖直固接在所述承台顶面的桥墩主体，所述桥墩主体内设置有贯穿于其中的钢筋骨架，所述钢筋骨架包括若干个内纵向钢筋、若干个外纵向钢筋、若干个内矩形闭合箍筋、若干个外矩形闭合箍筋以及若干个开口式三角形箍筋；所述内纵向钢筋和所述外纵向钢筋均竖直设置，若干所述内纵向钢筋以及若干所述外纵向钢筋均沿矩形等间距排列，所述外纵向钢筋限定在所述内纵向钢筋远离所述桥墩主体中心一侧；若干个内矩形闭合箍筋沿竖直方向等间距排布并且每个所述内矩形闭合箍筋都与全部所述内纵向钢筋固接；若干个外矩形闭合箍筋沿竖直方向等间距排布并且每个所述外矩形闭合箍筋都与全部所述外纵向钢筋固接，若干所述外纵向钢筋和若干所述内纵向钢筋通过若干个所述开口式三角形箍筋固定连接。
优选的，所述桥墩主体为矩形空心截面桥墩，所述桥墩主体由底部的UHPC混凝土区域和上部的高强混凝土区域组合而成。
优选的，所述外纵向钢筋和所述内纵向钢筋错位布置，同一水平面内相邻的两个开口式三角形箍筋朝向相反。
优选的，所述内纵向钢筋、所述外纵向钢筋、所述内矩形闭合箍筋、所述外矩形闭合箍筋以及所述开口式三角形箍筋均为高强钢筋
优选的，所述外纵向钢筋和所述内纵向钢筋的底端向下插入所述承台中并水平延伸一定长度，以满足锚固要求。
优选的，所述桥墩主体顶端面固接有盖梁，所述外纵向钢筋和所述内纵向钢筋的顶端插入到所述盖梁内。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的组合空心桥墩，采用高强钢筋和高强混凝土组合，可大幅度降低材料用量，符合我国建筑业低碳环保发展方向；新型箍筋布置方式可为纵向钢筋提供更好的约束，解决了传统空心桥墩中箍筋对纵筋约束不足的问题，可进一步降低塑性铰区箍筋用量，提高施工的便利性；此外，结合塑性铰区UHPC的使用，极大的提高了桥墩的抗震安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图；
图3为本发明桥墩主体横截面俯视图；
图4为本发明内外矩形闭合箍筋布置示意图；
图5为本发明开口式三角形箍筋俯视图；
图6为本发明钢筋骨架整体轴视图；
图7为本发明桥墩主体顶部轴视图。
其中：
1、UHPC混凝土区域；2、高强混凝土区域；3、内矩形闭合箍筋；4、外矩形闭合箍筋；5、开口式三角形箍筋；6、内纵向钢筋；7、外纵向钢筋；8、桥墩主体；9、承台；10、盖梁；11、钢筋骨架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照附图1-7，一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，安装在承台9上，包括竖直固接在承台9顶面的桥墩主体8，所述桥墩主体8内设置有贯穿于其中的钢筋骨架11，所述钢筋骨架11包括若干个内纵向钢筋6、若干个外纵向钢筋7、若干个内矩形闭合箍筋3、若干个外矩形闭合箍筋4以及若干个开口式三角形箍筋5；内纵向钢筋6和外纵向钢筋7均竖直设置，若干内纵向钢筋6以及若干外纵向钢筋7均沿矩形等间距排列，外纵向钢筋7限定在内纵向钢筋6远离桥墩主体8中心一侧；若干个内矩形闭合箍筋3沿竖直方向等间距排布并且每个内矩形闭合箍筋3都与全部内纵向钢筋6固接；若干个外矩形闭合箍筋4沿竖直方向等间距排布并且每个外矩形闭合箍筋4都与全部外纵向钢筋7固接，若干外纵向钢筋7和若干内纵向钢筋6通过若干个开口式三角形箍筋5固定连接。
内纵向钢筋6靠近桥墩主体8的内侧壁设置，外纵向钢筋7靠近桥墩主体8的外侧壁设置；内纵向钢筋6、外纵向钢筋7、内矩形闭合箍筋3、外矩形闭合箍筋4以及开口式三角形箍筋5均位于桥墩主体8内，并与UHPC和高强混凝土组合成一体；内纵向钢筋6和外纵向钢筋7的长度相同且顶端和底端齐平；内矩形闭合箍筋3和外矩形闭合箍筋4均水平设置，每个内矩形闭合箍筋3都与所有的内纵向钢筋6抵接并与所有的内纵向钢筋6绑扎或焊接固定，每个外矩形闭合箍筋4都与所有的外纵向钢筋7抵接并与所有的外纵向钢筋7绑扎或者焊接固定；开口式三角形箍筋5用于连接外纵向钢筋7和内纵向钢筋6，可以解决塑性铰区纵筋约束不足导致的纵筋屈曲问题，并避免了空心墩截面拉结筋多且集中导致的施工困难等问题。
进一步优化方案，桥墩主体8为矩形空心截面桥墩，桥墩主体8由底部的UHPC混凝土区域1和上部的高强混凝土区域2组合而成。
桥墩主体8包括UHPC混凝土区域1和高强混凝土区域2，UHPC混凝土区域1位于所述高强混凝土区域2下方。
桥墩主体8的底部为UHPC混凝土区域1，该区域采用的UHPC材料具有高强度和高延性等优异性能，可以延缓塑性铰的出现，提高桥墩弹性变形能力；且产生塑性铰后UHPC材料的高延性性能可提高空心桥墩的变形能力、抗弯能力和地震耗能能力，从而提高了桥墩的抗震安全性。
UHPC混凝土区域1的高度LUHPC取等效塑性铰长度计算公式的1.5～2倍，同时，综合相应的规范来最终确定一个合理的高度值。等效塑性铰长度计算公式为：Lp＝0.08L+6db，其中Lp为等效塑性铰长度，L为构件高度，db为纵筋直径。
UHPC混凝土的高度为保证塑性铰位于UHPC混凝土区域，应当满足以下关系式：
Mbottom＜My-UHPC
Mintersection＜My-NC
Mbottom：墩柱底部的最大的抗弯承载力需求；
My-UHPC：UHPC矩形空心墩截面的屈服抗弯承载能力；
Mintersection：高强混凝土区域与UHPC混凝土区域交界面的抗弯承载力需求；
My-NC：高强混凝土空心墩截面的屈服抗弯承载能力。
进一步优化方案，外纵向钢筋7和内纵向钢筋6的底端向下插入承台9中并水平延伸一定长度，以满足锚固要求。
外纵向钢筋7和内纵向钢筋6均呈L形，并且外纵向钢筋7和内纵向钢筋6的底端均水平向外侧延伸，这种设置可以增加外纵向钢筋7和内纵向钢筋6与承台9连接的牢固性；此外，外纵向钢筋7和内纵向钢筋6错位设置，保证两者底端在向外延伸的时候不会影响到彼此。
进一步优化方案，外纵向钢筋7和内纵向钢筋6错位布置，同一水平面内相邻的两个开口式三角形箍筋5朝向相反。
相邻的两个开口式三角形箍筋5中，其中一个开口式三角形箍筋5的一端与对应的一个外纵向钢筋7固定连接，另一端绕对应的一个内纵向钢筋6并与另一个相邻的外纵向钢筋7固定连接；另一个相邻的开口式三角形箍筋5的一端与对应的一个内纵向钢筋6固定连接，另一端绕对应的一个外纵向钢筋7并与另一个相邻的内纵向钢筋6固定连接；通过上述方式交替布置开口式三角形箍筋5；两个相邻的外纵向钢筋7与同一开口式三角形箍筋5连接点之间的连线的中心线穿过与该开口式三角形箍筋5连接的内纵向钢筋6，同理，两个相邻的内纵向钢筋6与同一开口式三角形箍筋5连接点之间的连线的中心线穿过与该开口式三角形箍筋5连接的外纵向钢筋7；开口式三角形箍筋5可以根据外纵向钢筋7以及内纵向钢筋6之间的距离来相应改变成合适的形状。内纵向钢筋6、外纵向钢筋7、内矩形闭合箍筋3、外矩形闭合箍筋4以及开口式三角形箍筋5共同组成整体钢筋骨架11。
进一步优化方案，内纵向钢筋6、外纵向钢筋7、内矩形闭合箍筋3、外矩形闭合箍筋4以及开口式三角形箍筋5均为高强钢筋。
采用高强钢筋可以减少内纵向钢筋6、外纵向钢筋7、内矩形闭合箍筋3、外矩形闭合箍筋4以及开口式三角形箍筋5的使用数量，可缓解钢筋布置过密导致的施工困难等问题。
进一步优化方案，桥墩主体8顶端面固接有盖梁10，外纵向钢筋7和内纵向钢筋6的顶端插入到盖梁10内。
盖梁10用来支撑桥梁上部结构，外纵向钢筋7和内纵向钢筋6将盖梁10、桥墩主体8、承台9贯通为一体，使整体的牢固性更高。
内纵向钢筋6、外纵向钢筋7、内矩形闭合箍筋3、外矩形闭合箍筋4和开口式三角形箍筋5均为标号HRB500及以上钢筋；高强混凝土标号为C60及以上。
标号HRB500及以上钢筋和标号C60及以上的高强混凝土的使用可降低材料用量，缓解钢筋布置过密导致的施工困难等问题。
UHPC混凝土区域1与高强混凝土区域2的交界面以及UHPC混凝土区域1与承台的交界面，开设横向凹槽或者凿毛或者铺洒粒径较大的粗砂；可以保证UHPC混凝土区域与高强混凝土区域之间有足够的咬合力和粘结力，进而实现两者的变形协调。
本发明中的外纵向钢筋7、内纵向钢筋6、内矩形闭合箍筋3、外矩形闭合箍筋4以及开口式三角形箍筋5共同组成钢筋骨架11，将钢筋骨架11组合完毕后，用模型板将钢筋骨架11围起来，依次浇筑承台9、桥墩主体8，盖梁10可提前预制并预留出用于插入外纵向钢筋7和内纵向钢筋6的孔洞，再通过灌浆的方式与桥墩主体8固定连接。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，安装在承台（9）上，其特征在于，包括：竖直固接在所述承台（9）顶面的桥墩主体（8），所述桥墩主体（8）内设置有贯穿于其中的钢筋骨架（11），所述钢筋骨架（11）包括若干个内纵向钢筋（6）、若干个外纵向钢筋（7）、若干个内矩形闭合箍筋（3）、若干个外矩形闭合箍筋（4）以及若干个开口式三角形箍筋（5）；所述内纵向钢筋（6）和所述外纵向钢筋（7）均竖直设置，若干所述内纵向钢筋（6）以及若干所述外纵向钢筋（7）均沿矩形等间距排列，所述外纵向钢筋（7）限定在所述内纵向钢筋（6）远离所述桥墩主体（8）中心一侧；若干个内矩形闭合箍筋（3）沿竖直方向等间距排布并且每个所述内矩形闭合箍筋（3）都与全部所述内纵向钢筋（6）固接；若干个外矩形闭合箍筋（4）沿竖直方向等间距排布并且每个所述外矩形闭合箍筋（4）都与全部所述外纵向钢筋（7）固接，若干所述外纵向钢筋（7）和若干所述内纵向钢筋（6）通过若干个所述开口式三角形箍筋（5）固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，其特征在于：所述桥墩主体（8）为矩形空心截面桥墩，所述桥墩主体（8）由底部的UHPC混凝土区域（1）和上部的高强混凝土区域（2）组合而成。
3.根据权利要求1所述的一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，其特征在于：所述外纵向钢筋（7）和所述内纵向钢筋（6）错位布置，同一水平面内相邻的两个开口式三角形箍筋（5）朝向相反。
4.根据权利要求1所述的一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，其特征在于：所述内纵向钢筋（6）、所述外纵向钢筋（7）、所述内矩形闭合箍筋（3）、所述外矩形闭合箍筋（4）以及所述开口式三角形箍筋（5）均为高强钢筋。
5.根据权利要求1所述的一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，其特征在于：所述外纵向钢筋（7）和所述内纵向钢筋（6）的底端向下插入所述承台（9）中并水平延伸一定长度，以满足锚固要求。
6.根据权利要求1所述的一种新型高强钢筋UHPC-高强混凝土组合空心桥墩，其特征在于：所述桥墩主体（8）顶端面固接有盖梁（10），所述外纵向钢筋（7）和所述内纵向钢筋（6）的顶端插入到所述盖梁（10）内。
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