CN116240811A - 一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，涉及桥梁下部结构建设领域，由外向内依次包括墩壁、墩质和墩芯，墩壁和墩质组成预制管壳，若干组预制管壳对接组装形成墩柱管壳，墩柱管壳的空心仓内浇筑混凝墩芯，组成完整墩柱；墩壁上端侧壁设有可拆卸的连接环，连接环上端面高于墩壁上端面，沿连接环侧壁一周均匀设有若干折弯向上延伸的支撑杆，支撑杆顶部连接有导向杆，导向杆底部设置在连接环顶端面，导向杆斜向设置，上端朝外，若干导向杆呈喇叭状上端开口大，下端开口小。通过临时增设的导向杆及竖向筋条配合作用下，自动纠正，上预制管壳的凸起键卡进下预制管壳的凹槽键，实现预制管壳自动精准定位以及高效拼装。

Description

一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统

技术领域：

本发明涉及桥梁下部结构建设领域，具体涉及一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统。

背景技术：

随着我国基础建设的规模不断扩大，桥梁工业化建造技术得到大力发展，对桥梁建设的生产质量、生产效率、节能环保等各方面都提出了更高的要求，其中桥梁下部结构墩柱是桥梁建设中必不可少的构件，需求量大，但工业化程度相比上部结构还有所欠缺。

传统的现浇墩柱为在施工现场架立模板、绑钢筋笼、浇筑混凝土，其优点是连接节点抗震性能强，结构整体性好，但存在如下缺点：

1需要现场拆立模板，模板需求量大，立模拆模耗时长，周转效率低，施工周期长；

2浇筑的墩身混凝土为普通混凝土，抗拉性能和耐久性等相对较弱，常常达不到设计年限就会产生墩身裂缝、腐蚀等病害，后期维护成本高；

3现浇墩柱所有工序现场操作，构件质量受工人技术水平、天气状况、周围环境等因素制约，且无法实现标准化生产，生产效率低，现场污染大，不节能环保。

传统全预制墩柱为在工厂预制好整个墩柱，运往施工现场进行吊装，浇筑连接节点形成桥梁结构整体，其优点是可实现工业化生产安装，但存在如下缺点：

1全预制墩柱与盖梁、承台等构件非整体浇筑，现场浇筑连接节点，连接质量难以保证，结构整体性相对较差，不适宜用在地震高烈度区；

2工厂预制好整体墩柱后运输至现场，墩柱重量大，运输成本高，现场定位和吊装难度大；

3整体预制墩柱尺寸、长度固定，往往需要定制设计，组装灵活性差，通用性低。

随着发展也出现一些预制拼接墩柱，优点是节段质量轻，方便运输与吊装，但存在如下缺点：

(1)墩柱节段拼接处采用预应力束施加预压力连接，该连接方式不适用于长期承受动荷载和地震区结构，没有延性保护，长期使用会发生预应力松弛产生脆性破坏，非常危险；

(2)墩柱节段拼接处采用部分钢结构组件进行焊接或螺栓连接，现场连接依然需要人工登高操作，搭设登高设备，程序繁琐不便捷；

(3)墩柱内依然需要绑扎钢筋笼，以实现结构的抗弯抗拉承载功能，人工投入量大。

发明内容：

为解决上述背景技术中提出的在保证桥梁结构整体性好、安全性高、抗震能力强、耐久性好的前提下，实现桥梁墩柱快速生产、模板节约、运输成本及吊装难度减小、人工操作量减少，安装流程简化，生产效率提高等问题，本发明提供了一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，由若干组预制管壳上下组合而成，其特征在于：所述预制管壳包括墩壁、墩质；

所述墩壁是由薄壁钢板围成的墩柱外壳，向内直接接触包裹所述墩质，所述墩质是由高强纤维混凝土通过离心法形成的墩柱的环形中间层；

所述预制管壳上端在所述墩质上表面均匀间隔设置凹槽键，所述凹槽键低于所述墩壁顶面，所述预制管壳下端在所述墩质下表面均匀间隔设置凸起键，所述凸起键凸出所述墩壁底面，所述凹槽键和凸起键形状和平面位置均相同；

所述墩壁上端侧壁设有可拆卸的连接环，连接环上端面高于墩壁上端面，沿所述连接环侧壁一周均匀设有若干折弯向上延伸的支撑杆，支撑杆顶部连接有导向杆，所述导向杆底部设置在连接环顶端面，所述导向杆斜向设置，上端朝外，若干导向杆呈喇叭状上端开口大，下端开口小；

依次吊装预制管壳并进行拼装，下端预制管壳固定后，吊装上预制管壳，上预制管壳的下端会落在若干导向杆呈喇叭状上端开口内，上预制管壳的下端沿着导向杆移动，直至上预制管壳下端的凸起键卡进下预制管壳上端的凹槽键,若干组预制管壳上下组合形成整体墩柱管壳，在整体墩柱管壳内浇筑混凝墩芯，组成完整墩柱。

本发明的进一步技术：

优选的，所述导向杆上半段为斜向杆，下半段为竖向杆，竖向杆底部与连接环顶端面连接，所述竖向杆围成的格栅状圆筒，且格栅状圆筒与墩壁间隙配合。

优选的，相邻的所述导向杆之间的最大间距小于凸起键或凹槽键的宽度。

优选的，沿所述墩壁的外表面一周均匀设有凸出的竖向筋条，竖向筋条底部与凸起键低端齐平，且相邻的竖向筋条之间的间距与相邻导向杆的竖向杆之间的间距相同。

优选的，所述连接环由两半圆环通过螺栓合围而成，，合围成的连接环内壁设有环形凹槽，环形凹槽内设有滚珠，所述墩壁上端侧壁设有限位环，限位环插入环形凹槽内，所述连接环下端面设有齿面，所述连接环下方的墩壁上端侧壁架设有电机，电机通过地面电源供电，通过地面开关控制启停，电机驱动齿轮与齿面啮合，带动连接环进行旋转。

优选的，，所述墩壁内表面均匀布有凸起花纹。

优选的，所述预制管壳下端表面涂有一层强力结构胶，并在所述结构胶表面附有一层塑料密封薄膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明由薄壁钢管、高强纤维混凝土中层和后浇混凝土敦芯三种介质组成的组合式墩柱，其中由薄壁钢管和高强纤维混凝土中层组成的预制管壳在工厂采用离心法预制，预制节段为标准长度，现场拼接组装，可作为浇筑墩芯混凝土的模板，现场无需另外拆立模板，施工速度快，生产效率高，同时节约了模板成本。

采用外包钢管，内镶高强纤维混凝土，采用离心法在工厂制作而成，外包钢管有天然良好的抗拉性能，可以取代传统墩柱中的钢筋笼，整体制备工艺简单快捷；高强纤维混凝土材料性能优、强度高，能很大程度上加强墩柱的耐久性，增加使用寿命，减少后期病害，节约养护成本；且外包钢管内壁均匀布有凸起花纹，加强了钢管与高强纤维混凝土中层的连接强度，避免在运输颠簸过程中发生质壁分离。

预制管壳为标准长度预制节段，两端面设置卡合连接键，可根据墩柱设计长度灵活选择预制管壳数量进行组装，无需定制设计，组装灵活性高，通用性强，便于标准化批量生产安装。

预制管壳上端均匀设置凹槽键，下端均匀设置凸起键，通过临时增设的导向杆，在预制管壳对接错位的同时，可以实现自动纠正，并且，利用导向杆与墩壁的外表面设有凸出的竖向筋条配合作用下，带动预制管壳进行转动，上预制管壳下端的凸起键正好可以卡进下预制管壳上端的凹槽键，实现预制管壳自动精准定位以及高效拼装，在对接过程中无需工作人员近距离操作，增加安全性，且下端表面涂有一层强力结构胶并附有一层塑料密封薄膜，拼装前撕下薄膜即可进行吊装、对正、拼装、粘结，整个过程一气呵成，无需人工登高连接，操作简单快速，机械化程度高。

墩芯混凝土为现浇混凝土，可实现墩身与盖梁、承台等相关连接节点整体浇筑，桥梁结构的整体性好、抗震能力强，可适用于高烈度区，适用范围广。

该组合式花纹钢管混凝土无筋拼装墩柱中的工厂预制部分质量轻、体量小，方便运输，节约运输成本，并且方便吊装。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为实施例2上预制管壳与下预制管壳对接偏差状态图；

图2为组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统的三维示意图；

图3为花纹钢管混凝土墩柱的立面图；

图4为花纹钢管混凝土墩柱俯视平面示意图；

图5为预制管壳的三维示意图；

图6为墩壁内表面花纹示意图；

图7为图1中A处放大示意图；

图8为图1中B-B视图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1：

请参阅图2-6，一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，由外向内依次包括墩壁1、墩质2和墩芯5，墩壁1是由薄壁钢板围成的墩柱外壳，向内直接接触包裹所述墩质2，墩质2是由高强纤维混凝土通过离心法形成的墩柱的环形中间层，向内直接接触包裹墩芯5，墩芯5是在墩质2围成的空心内后浇混凝土形成的墩柱核心层。

墩壁1和墩质2组成预制管壳，在工厂预制完成，节段长度标准化，根据墩柱设计长度自由组装若干预制管壳形成整体墩柱管壳，后在整体墩柱管壳的空心仓内浇筑混凝墩芯5，组成完整墩柱。

需要说明的是墩壁1内表面均匀布有凸起花纹6，凸起花纹起到墩壁1和墩质2的连接。

预制管壳上端在所述墩质2上表面均匀间隔设置凹槽键3，凹槽键3低于墩壁1顶面，预制管壳下端在墩质2下表面均匀间隔设置凸起键4，凸起键4凸出述墩壁1底面，述凹槽键3和凸起键4形状和平面位置均相同；上下两个预制管壳拼装时，上预制管壳下端的凸起键4正好可以卡进下预制管壳上端的凹槽键3，实现预制管壳定位与拼装。

预制管壳下端表面涂有一层强力结构胶7，并在结构胶表面附有一层塑料密封薄膜。在吊装前将预制管壳下端塑料密封薄膜撕掉漏出结构胶，然后将吊装的预制管壳下端的凸起键4卡进先就位的预制管壳上端的凹槽键3内，既可以通过结构胶粘接牢固。

该组合式花纹钢管混凝土无筋拼装墩柱，在工厂内采用薄壁花纹钢板制备圆柱形墩壁1，随即将墩壁1作为外部壳膜，利用离心法将高强纤维混凝土制备成紧贴墩壁1的环形墩质2，两者结合预制管壳标准阶段，并根据需要批量生产；

将批量预制管壳运往施工现场，依次吊装预制管壳并进行拼装形成整体墩柱管壳，需要注意的是在吊装前需要将预制管壳下端塑料密封薄膜撕掉漏出结构胶，然后使后吊装的预制管壳下端的凸起键4卡进先就位的预制管壳上端的凹槽键3内，通过结构胶的作用将连接的多段预制管壳标准节段粘接牢固，形成满足设计要求高度的整体墩柱管壳；

施工现场通过整体墩柱管壳上口向其围成的连续圆柱形空仓内浇筑混凝土，经过养护固结由此由外向内由若干标准节段的花纹钢管墩壁1和高强纤维混凝土墩质2组成的预制管壳和后浇混凝土墩芯5共同组成了一个完整墩柱。

实施例2：

请参阅图1、7-8，在实施例1的基础上，为了在对接过程中无需工作人员近距离操作，增加安全性，增加一种自动对接纠正的装置。具体的：

所述墩壁1上端侧壁设有可拆卸的连接环11，连接环上端面高于墩壁1上端面，沿所述连接环11侧壁一周均匀设有若干折弯向上延伸的支撑杆12，支撑杆12顶部连接有导向杆13，所述导向杆13底部设置在连接环11顶端面，所述导向杆13斜向设置，上端朝外，若干导向杆13呈喇叭状上端开口大，下端开口小。

根据需要，依次吊装预制管壳并进行拼装形成整体墩柱管壳，下端预制管壳固定后，吊装上预制管壳，吊装过程中出现偏差在一定范围内，上预制管壳的下端会落在若干导向杆13呈喇叭状上端开口内，这样，继续下降，上预制管壳的下端会沿着导向杆移动，上预制管壳下端不断纠正，对接精度得到提升。

在上述对接精度提升的情况下，上预制管壳下端不断纠正，但最终需要与下端预制管壳上下对齐，对此：

所述导向杆13上半段为斜向杆131，下半段为竖向杆132，竖向杆132底部与连接环11顶端面连接，所述竖向杆132围成的格栅状圆筒133，且格栅状圆筒133与墩壁1间隙配合。

上预制管壳的下端会落在若干导向杆13呈喇叭状上端开口，沿斜向杆不断下降纠正，直至落入竖向杆形成的格栅状圆筒133内，此时，完成上下对接，继续下降。

需要说明的是，为了保证在导向杆的稳定性，通过同一加强圈18对所有导向杆进行连接。

接下来，需要针对上预制管壳的下端的凸起键4和下预制管壳的上端的凹槽键3接触，方式如下：

相邻的所述导向杆13之间的最大间距小于凸起键4或凹槽键3的宽度。这样保证上预制管壳的下端凸起键4不会卡在相邻的导向杆13与导向杆13之间，能够顺利下滑。

所述连接环11由两半圆环通过螺栓合围而成，合围成的连接环内壁11设有环形凹槽19，环形凹槽19内设有滚珠20，所述墩壁1上端侧壁设有限位环21，限位环21插入环形凹槽19内，所述连接环11下端面设有齿面15，所述连接环11下方的墩壁1上端侧壁架设有电机16，电机16通过地面电源供电，通过地面开关控制启停，所述电机16驱动齿轮17与齿面15啮合，带动连接环11进行旋转。

由于电机、电源、开关为常见的串联机构即可实现该功能，本实施例所指的电机包括电机本体与配套的减速器，本领域技术人员均可实现，就不再赘述。

电机启动，驱动齿轮与齿面啮合，带动连接环11进行旋转，连接环通过环形凹槽19内设有滚珠20绕限位环21转动，带动导向杆转动，此处需要说明，竖向杆的高度必须大于上预制管壳的下端凸起键4的竖向长度，保证上预制管壳的下端在落入竖向杆形成的格栅状圆筒133内时，上预制管壳的下端凸起键4和下预制管壳的上端的凹槽键3暂不接触，。

沿所述墩壁1的外表面一周均匀设有凸出的竖向筋条14，竖向筋条14底部与凸起键4低端齐平，且相邻的竖向筋条14之间的间距与相邻导向杆的竖向杆132之间的间距相同。

前文提到了上预制管壳的下端在落入竖向杆形成的格栅状圆筒133内，增加了竖向筋条14，竖向筋条卡入格栅状圆筒133的格栅内，即落入竖向杆之间，这样就可以保证后续转动过程中带动上预制管壳转动，进行凸起键4和凹槽键3的对接调整。

需要说明的是，在上预制管壳的下端在落入竖向杆形成的格栅状圆筒133之前，若竖向筋条未能竖向卡入格栅状圆筒133的格栅内，启动电机，转动连接环11，将竖向筋条与格栅状圆筒133的格栅竖向对准后，继续下放上预制管壳，即可使得竖向筋条卡入格栅状圆筒133的格栅内，即落入竖向杆之间。

本实施例解决的是对接过程中无需工作人员近距离操作，增加安全性，在对接之前，进行连接环、电机等结构的安装，对接完成后，取下连接环和电机等设备，继续安装在上一层的预制管壳上，继续对接，全部完成后可取下。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，由若干组预制管壳上下组合而成，其特征在于：所述预制管壳包括墩壁(1)、墩质(2)；

所述墩壁(1)是由薄壁钢板围成的墩柱外壳，向内直接接触包裹所述墩质(2)，所述墩质(2)是由高强纤维混凝土通过离心法形成的墩柱的环形中间层；

所述预制管壳上端在所述墩质(2)上表面均匀间隔设置凹槽键(3)，所述凹槽键(3)低于所述墩壁(1)顶面，所述预制管壳下端在所述墩质(2)下表面均匀间隔设置凸起键(4)，所述凸起键(4)凸出所述墩壁(1)底面，所述凹槽键(3)和凸起键(4)形状和平面位置均相同；

所述墩壁(1)上端侧壁设有可拆卸的连接环(11)，连接环(11)上端面高于墩壁(1)上端面，沿所述连接环(11)侧壁一周均匀设有若干折弯向上延伸的支撑杆(12)，支撑杆(12)顶部连接有导向杆(13)，所述导向杆(13)底部设置在连接环(11)顶端面，所述导向杆(13)斜向设置，上端朝外，若干导向杆(13)呈喇叭状上端开口大，下端开口小。

依次吊装预制管壳并进行拼装，下端预制管壳固定后，吊装上预制管壳，上预制管壳的下端会落在若干导向杆(13)呈喇叭状上端开口内，上预制管壳的下端沿着导向杆(13)移动，直至上预制管壳下端的凸起键(4)卡进下预制管壳上端的凹槽键(3),若干组预制管壳上下组合形成整体墩柱管壳，在整体墩柱管壳内浇筑混凝墩芯(5)，组成完整墩柱。

2.根据权利要求1所述的一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，其特征在于：所述导向杆(13)上半段为斜向杆(131)，下半段为竖向杆(132)，竖向杆(132)底部与连接环(11)顶端面连接，所述竖向杆(132)围成的格栅状圆筒(133)，且格栅状圆筒(133)与墩壁(1)间隙配合。

3.根据权利要求2所述的一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，其特征在于：相邻的所述导向杆(13)之间的最大间距小于凸起键(4)或凹槽键(3)的宽度。

4.根据权利要求3所述的一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，其特征在于：沿所述墩壁(1)的外表面一周均匀设有凸出的竖向筋条(14)，竖向筋条(14)底部与凸起键(4)低端齐平，且相邻的竖向筋条(14)之间的间距与相邻导向杆的竖向杆(132)之间的间距相同。

5.根据权利要求4所述的一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，其特征在于：所述连接环(11)由两半圆环通过螺栓合围而成，合围成的连接环内壁(11)设有环形凹槽(19)，环形凹槽(19)内设有滚珠(20)，所述墩壁(1)上端侧壁设有限位环(21)，限位环(21)插入环形凹槽(19)内，所述连接环(11)下端面设有齿面(15)，所述连接环(11)下方的墩壁(1)上端侧壁架设有电机(16)，电机(16)通过地面电源供电，通过地面开关控制启停，所述电机(16)驱动齿轮(17)与齿面(15)啮合，带动连接环(11)进行旋转。

6.根据权利要求1所述的一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，其特征在于：所述墩壁(1)内表面均匀布有凸起花纹(6)。

7.根据权利要求1所述的一种组合式花纹钢管混凝土墩柱精准无筋拼装系统，其特征在于：所述预制管壳下端表面涂有一层强力结构胶(7)，并在所述结构胶表面附有一层塑料密封薄膜。

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