CN116607397A - 钢墩与承台的锚固连接构造 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢墩与承台的锚固连接构造,包括与承台锚固的承压系统,和对应钢墩周向分布于承压系统上的预应力系统,所述承压系统包括锚固于承台内的环形壁板,和沿承台顶面盖设于环形壁板上端的承压隔板,所述预应力系统的承台以上部分与钢墩壁板及承压隔板焊接,预应力系统的下端锚固于承台内,承压系统将承压隔板以上结构所承受的力向下传递至承台;受力好,传力直接,承载力高,可以承受较大的轴力、水平力和弯矩,具有优异的抗裂性、抗疲劳和耐久性,所需构造空间不大且稳定,结构强度高,可以满足100年的设计使用年限要求,也适用于高烈度地震区。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构技术领域,具体涉及一种钢墩与承台的锚固连接构造。
背景技术
桥墩作为桥梁的主要受力结构之一,需要满足强度、刚度等要求。通常情况下桥墩、承台都是采用钢筋混凝土结构,桥墩与承台之间可以通过钢筋连接。但由于钢筋混凝土结构在某些方面的特性不如钢结构,比如与混凝土相比,钢材的强度比混凝土高得多,钢结构可以在相同条件下承受更大的荷载。而且钢材的密度比混凝土小,自重也比混凝土材料小很多。由于钢材的这些特性,使得钢结构桥墩具有“强度高、自重轻、抗震性能好”等优点。当桥墩采用钢结构后,钢墩与承台的连接成为了一个关键技术问题。钢墩与承台的连接锚固区是关键受力部位,其作用是将桥墩所受的力安全、均匀的传递到锚固区以下的承台结构上。连接锚固区主要承受轴力和弯矩。目前常用的钢墩与承台的连接方式是通过埋入式PBL剪力键连接,这种连接方式没有承压板,钢墩壁板直接埋入承台处难以避免应力集中,当连接锚固区承担较大弯矩时,钢墩壁板埋入处的混凝土容易开裂,抗疲劳和耐久性较差。还有一种钢塔与承台的连接方式是螺栓锚固架连接。这种构造是通过将锚固螺栓的预紧力传递至垫板,再由垫板传力给承台,并没有通过塔壁传力预压,传力不直接。而且这种连接方式受限于螺栓承载力,螺栓布置量偏大,需要的构造空间较大。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种钢墩与承台的锚固连接构造,能够解决现有钢结构桥墩中钢墩与承台的连接构造的抗疲劳和耐久性较差、传力不直接,连接构造的承载力差,以及连接构造所需构造空间大的技术问题。
本发明的钢墩与承台的锚固连接构造,包括与承台锚固的承压系统,和对应钢墩周向分布于承压系统上的预应力系统,所述承压系统包括锚固于承台内的环形壁板,和沿承台顶面盖设于环形壁板上端的承压隔板,所述预应力系统的承台以上部分与钢墩壁板及承压隔板焊接,预应力系统的下端锚固于承台内,承压系统将承压隔板以上结构所承受的力向下传递至承台;
进一步,所述预应力系统包括至少一个钢束组,所述钢束组包括预应力钢束,所述预应力钢束上套设有预应力波纹管,所述钢束组的锚固端设置有将预应力钢束锚固于承台内的钢锚梁;
进一步,所述钢束组位于钢墩壁板与环形壁板的内和/或外侧,所述钢墩壁板、环形壁板与承压隔板焊接固定;
进一步,所述钢束组中的预应力钢束张拉端一侧设置有张拉端锚垫板,所述张拉端锚垫板上设置有锚头保护罩,位于承压隔板以上张拉端锚垫板以下范围的预应力钢束设有钢束锚管,所述钢束锚管侧壁对应钢墩壁板设置有锚管加劲肋,所述钢束锚管与承压隔板、张拉端锚垫板及锚管加劲肋焊接,所述锚管加劲肋与钢墩壁板、张拉端锚垫板、钢束锚管、承压隔板焊接;
进一步,所述钢锚梁包括底板和焊接于底板上的纵横加劲肋,所述底板上设置有用于预应力钢束穿过底板的钢束孔和混凝土流通孔,承台混凝土穿过流通孔形成混凝土榫连接锚固段与承台;
进一步,所述环形壁板位置与桥墩壁板位置对应设置,且环形壁板上均布有若干孔洞,承台混凝土穿过孔洞形成混凝土榫连接锚固段与承台;
进一步,沿所述环形壁板内或/和外侧设置有PBL剪力键,所述PBL剪力键包括沿环形壁板表面竖向等间距分布并垂直焊接于环形壁板的开孔加劲肋,和横向贯穿连接开孔加劲肋的穿孔钢筋;
进一步,所述开孔加劲肋的孔沿开孔加劲肋竖向等间距分布,所述开孔加劲肋与环形壁板焊接,所述穿孔钢筋水平穿过开孔加劲肋的孔对应环形壁板竖向均布;
进一步,所述承压隔板上开设有用于承台浇筑的浇筑孔,所述钢墩外侧表面外包一层活性粉末混凝土层,所述活性粉末混凝土层将钢墩壁板外侧的锚固段结构完全包裹。
本发明的有益效果:本发明的钢墩与承台的锚固连接构造,受力好,传力直接,承载力高,可以承受较大的轴力、水平力和弯矩,具有优异的抗裂性、抗疲劳和耐久性,所需构造空间不大且稳定,结构强度高,可以满足100年的设计使用年限要求,也适用于高烈度地震区。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的一种钢墩与承台的锚固连接构造三维示意图;
图2为本发明的预应力系统三维示意图;
图3为本发明的PBL剪力键三维示意图;
图4为本发明的承压隔板与开孔壁板三维示意图;
图5为本发明的一种钢墩与承台的锚固连接构造横桥向立面图;
图6为本发明的一种钢墩与承台的锚固连接构造顺桥向立面图;
图7、8、9分别为图6的A-A剖视图、B-B剖视图(未浇承台混凝土前)、C-C
剖视图(未浇承台混凝土前);
图10为张拉端锚垫板大样图;
图11为顺桥向钢锚梁底板大样图;
图12为横桥向钢锚梁底板大样图;
图13为承压隔板大样图;
图14为横桥向环形壁板大样图;
图15为顺桥向环形壁板大样图;
图16为开孔壁板外侧开孔加劲肋大样图;
图17为开孔壁板内侧开孔加劲肋大样图图中标记:1—预应力钢束,1-1—嵌砂型环氧钢绞线,1-2—钢束波纹管,2—锚头保护罩,3—张拉端锚垫板,4—钢束锚管,5—锚管加劲肋,6—钢锚梁,6-1—底板,6-2—钢锚梁加劲肋,7—PBL剪力键,7-1—开孔加劲肋,7-2—穿孔钢筋,8—承压隔板,9—环形壁板,10—钢墩壁板,11—钢墩竖隔板,12—钢墩外包活性粉末混凝土。
具体实施方式
本实施例的钢墩与承台的锚固连接构造,包括与承台锚固的承压系统,和对应钢墩周向分布于承压系统上的预应力系统,所述承压系统包括锚固于承台内的环形壁板9,和沿承台顶面盖设于环形壁板9上端的承压隔板8,所述预应力系统的承台以上部分与钢墩壁板10及承压隔板8焊接,预应力系统的下端锚固于承台内,承压系统将承压隔板8以上结构所承受的力向下传递至承台;环形壁板9是由侧板构成并沿承台周向设置呈环形,该环形可以是矩形、正方形、圆形等与承台和桥墩相适应的构造。环形壁板9竖向(侧板竖向)设于承台内并与承压隔板底面齐平,承压隔板8与环形壁板9焊接固定,承压隔板8的外缘部超出环形壁板9设置。
本实施例中,所述预应力系统包括至少一个钢束组,钢束组包括预应力钢束1,所述预应力钢束1上套设有预应力波纹管,所述钢束组的锚固端设置有将预应力钢束1锚固于承台内的钢锚梁6;使用时,根据实际需要设置预应力系统中钢束的位置、型号、个数等。预应力钢束1上端(沿桥墩方向的上端)穿过承压隔板8与张拉端锚垫板,预应力钢束1下端(沿桥墩方向的下端)通过钢锚梁6锚固于承台内。预应力钢束1采用15-20的Φs15.2嵌砂型环氧钢绞线1-1,环氧钢绞线环氧涂层可以提高钢绞线的防腐蚀性、耐久性。嵌砂型环氧钢绞线1-1较普通的环氧涂层钢绞线具有更好的粘结性能钢束布置如图5~9所示。由于钢束长度较短,所以采用与之配套的可二次复拉低回缩锚具,从而减小预应力的损失。预应力钢束1采用单端张拉,张拉端位于钢墩一侧,锚固在张拉端锚垫板3上,锚固端位于承台一侧,锚固于锚固端钢锚梁6底板6-1上,承台施工时即需要进行预埋。钢束波纹管1-2采用的是塑料波纹管,型号为C-100。
本实施例中,所述钢束组位于钢墩壁板10与环形壁板9的内和/或外侧,所述钢墩壁板10、环形壁板9与承压隔板8焊接固定。
本实施例中,所述钢束组中的预应力钢束1张拉端端部设置有张拉端锚垫板3,所述张拉端锚垫板3上设置有锚头保护罩2,位于承压隔板8以上张拉端锚垫板3以下范围的预应力钢束设1有钢束锚管4,所述钢束锚管4侧壁对应钢墩壁板10设置有锚管加劲肋5,所述钢束锚管4与承压隔板8、张拉端锚垫板3及锚管加劲肋5焊接,所述锚管加劲肋5与钢墩壁板10、张拉端锚垫板3、钢束锚管4、承压隔板8焊接。锚头保护罩2采用环氧树脂混凝土将原本裸漏在空气中的钢束张拉端锚头完全包裹住,锚头保护罩2的直径为0.3米,高度为0.1米,其作用是长久的保护预应力锚头,使其不易遭受腐蚀并具有良好的耐久性。
张拉端锚垫板3采用的是Q345qE材质,板厚为50毫米,大样如图10所示。张拉端锚垫板3预留的孔洞直径为18.5厘米,可以使预应力钢束1由此洞穿出。张拉端锚垫板3应与桥墩壁板10、锚管加劲肋5及钢束锚管4垂直焊接连接。张拉锚垫板将张拉端锚具传来的预应力传递到钢束锚管4和锚管加劲肋5上。
钢束锚管4采用的是Q345qE材质,锚管外径24.5厘米,壁厚3厘米。承压隔板8以上张拉端锚垫板3以下钢束位于钢束锚管4中。钢束锚管4与张拉端锚垫板3、锚管加劲肋5及承压隔板8焊接连接。钢束锚管4既能对预应力波纹管及预应力钢束1起到保护作用,又能起到一定的支撑传力的作用。
锚管加劲肋5采用Q345qE材质,板厚40厘米。锚管加劲肋5应与张拉端锚垫板3、钢墩壁板10、钢束锚管4、承压隔板8焊接连接。锚管加劲肋5垂直于钢墩壁板10。预应力主要通过锚管加劲肋5依次传递至钢墩壁板10、承压隔板8、承台,从而使连接锚固结构可以更好的承担较大弯矩。承压隔板8应与桥墩壁板、钢墩竖向隔板11、钢束锚管4及锚管加劲肋5、环形壁板9焊接连接,承压隔板8将钢墩壁板10、钢束锚管4、锚管加劲肋5传来的预应力继续向下传递至承台。
本实施例中,所述钢锚梁6包括底板6-1和焊接于底板6-1上的纵横加劲肋6-2,所述底板6-1上设置有用于预应力钢束1穿过底板6-1的钢束孔和混凝土流通孔,承台混凝土穿过流通孔形成混凝土榫连接锚固段与承台;锚固端钢锚梁6由钢锚梁6底板6-1和垂直焊接于底板6-1的纵横加劲肋6-2组成。锚固端钢锚梁6采用Q345qE材质,底板6-1及纵横加劲肋板6-2厚均为32毫米。底板6-1除按照钢束位置预留对应的孔洞使预应力钢束1可以穿过,如图12所示,还可以再留有一些较大孔洞使承台混凝土可以穿过形成混凝土榫更好的连接锚固段和承台。锚固端钢锚梁6可以起到锚固预应力钢束1的作用,使预应力通过钢锚梁6传递至承台,此外在施工时还可以起到对预应力钢束1的定位作用。
本实施例中,所述环形壁板9位置与桥墩壁板10位置对应设置,且环形壁板9上均布有若干孔洞,承台混凝土穿过孔洞形成混凝土榫连接锚固段与承台;沿所述环形壁板9内或/和外侧设置有PBL剪力键7,所述PBL剪力键7包括沿环形壁板9表面竖向等间距分布并垂直焊接于环形壁板9的开孔加劲肋7-1,和横向贯穿连接开孔加劲肋7-1的穿孔钢筋7-2;PBL剪力键7由开孔加劲肋7-1和穿孔钢筋7-2组成。开孔加劲肋7-1采用Q345qE材质,板厚12厘米,大样如图16、17所示,圆孔直径为8厘米,圆孔间距为20厘米。开孔加劲肋7-1垂直焊接在环形壁板9上。穿孔钢筋7-2采用直径28毫米的HRB400钢筋穿孔钢筋7-2长度需满足锚固长度要求。PBL剪力键7将锚固构造与承台有效的连接起来。穿过开孔加劲肋7-1的混凝土和穿孔钢筋7-2共同承担连接锚固区的竖向力和水平力。
环形壁板9与承压隔板8及PBL剪力键7中的开孔加劲肋7-1焊接连接。环形壁板9彼此焊接连接形成环形,环形壁板9预留孔洞可以便于承台的浇筑,并且穿过孔洞的混凝土榫可以使锚固段构造与承台更好的连接。环形壁板9上的孔洞注意避让PBL剪力键7中的开孔加劲肋7-1。环形壁板9采用Q345qE材质,板厚40厘米,大样如图14、15所示。
本实施例中,所述开孔加劲肋7-1的孔沿开孔加劲肋7-1竖向等间距分布,所述穿孔钢筋7-2水平穿过开孔加劲肋7-1的孔对应环形壁板9竖向均布;
本实施例中,所述承压隔板8上开设有用于承台浇筑的浇筑孔,所述钢墩外侧表面外包一层活性粉末混凝土层12,所述活性粉末混凝土层12将钢墩壁板10外侧的锚固段结构完全包裹。承压隔板8应预留两类孔洞,一类孔洞较小是为预应力钢束1穿过预留,另一类孔洞较大,是为了便于承台的浇筑,同时又可以节约承压隔板8材料。承压隔板8采用Q345qE材质,板厚50厘米,大样如图13所示。
本实施例中,钢墩壁板10即为钢墩的主要受力板件,如图7中断面A-A所示其横断面为平行四边形。在本实施例中钢墩位于水下,出于防腐需求的考虑该壁板采用耐候钢材质,该板件型号为Q420qENH-Z25,板件厚度为40毫米。此外还在钢墩外侧外包了一层活性粉末混凝土结构12,该结构可以将钢墩壁板10外侧的锚固段结构完全包裹住,如图5、6和图7中的A-A断面所示。钢墩壁板10之间彼此焊接,钢墩壁板10底部与承压隔板8焊接。张拉端锚垫板3、锚管加劲肋5与钢墩壁板10焊接连接。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:包括包括与承台锚固的承压系统,和对应钢墩周向分布于承压系统上的预应力系统,所述承压系统包括锚固于承台内的环形壁板,和沿承台顶面盖设于环形壁板上端的承压隔板,所述预应力系统的承台以上部分与钢墩壁板及承压隔板焊接,预应力系统的下端锚固于承台内,承压系统将承压隔板以上结构所承受的力向下传递至承台。
2.根据权利要求1所述的钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:所述预应力系统包括至少一个钢束组,所述钢束组包括预应力钢束,所述预应力钢束上套设有预应力波纹管,所述钢束组的锚固端设置有将预应力钢束锚固于承台内的钢锚梁。
3.根据权利要求2所述的钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:所述钢束组位于钢墩壁板与环形壁板的内和/或外侧,所述钢墩壁板、环形壁板与承压隔板焊接固定。
4.根据权利要求3所述的钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:所述钢束组中的预应力钢束张拉端一侧设置有张拉端锚垫板,所述张拉端锚垫板上设置有锚头保护罩,位于承压隔板以上张拉端锚垫板以下范围的预应力钢束设有钢束锚管,所述钢束锚管侧壁对应钢墩壁板设置有锚管加劲肋,所述钢束锚管与承压隔板、张拉端锚垫板及锚管加劲肋焊接,所述锚管加劲肋与钢墩壁板、张拉端锚垫板、钢束锚管、承压隔板焊接。
5.根据权利要求4所述的钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:所述钢锚梁包括底板和焊接于底板上的纵横加劲肋,所述底板上设置有用于预应力钢束穿过底板的钢束孔和混凝土流通孔,承台混凝土穿过流通孔形成混凝土榫连接锚固段与承台。
6.根据权利要求5所述的钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:所述环形壁板位置与桥墩壁板位置对应设置,且环形壁板上均布有若干孔洞,承台混凝土穿过孔洞形成混凝土榫连接锚固段与承台。
7.根据权利要求6所述的钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:沿所述环形壁板内或/和外侧设置有PBL剪力键,所述PBL剪力键包括沿环形壁板表面竖向等间距分布并垂直焊接于环形壁板的开孔加劲肋,和横向贯穿连接开孔加劲肋的穿孔钢筋。
8.根据权利要求7所述的钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:所述开孔加劲肋的孔沿开孔加劲肋竖向等间距分布,所述开孔加劲肋与环形壁板焊接,所述穿孔钢筋水平穿过开孔加劲肋的孔对应环形壁板竖向均布。
9.根据权利要求8任一所述的钢墩与承台的锚固连接构造,其特征在于:所述承压隔板上开设有用于承台浇筑的浇筑孔,所述钢墩外侧表面外包一层活性粉末混凝土层,所述活性粉末混凝土层将钢墩壁板外侧的锚固段结构完全包裹。
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