CN116949931A - 装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法 - Google Patents

装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,包括如下步骤:步骤一、准备构件:预制待装配墩柱节段,并预先准备预应力筋、外侧耗能连接部件;待装配墩柱节段为中空夹层钢管混凝土预制节段;步骤二、现场装配,在施工现场顺序施工下述步骤:将预应力筋的一端锚固于桥墩承台;将预制的待装配墩柱节段的中心依次穿过预应力筋并堆叠;将桥墩盖梁置于顶层中空夹层钢管混凝土节段表面并固定预应力筋;张拉预应力筋并锚固;在相邻的两节待装配墩柱节段之间安装外侧耗能连接部件,即可完成。本发明充分发挥了组合结构性能优势和节段预制拼装施工优势,具有抗动力荷载性能突出和快速施工的特点,特别适合于高烈度地震区该类桥墩的推广应用。

Description

装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法
技术领域
本发明属于桥梁工程和组合结构技术领域,具体涉及一种装配式中空夹层钢管混凝土节段柱的施工方法。
背景技术
桥梁工程在服役期内可能面临着地震、强风、洪水、火灾、爆炸、撞击等多种灾害的威胁。在某一种或多种极端偶然灾害作用下,桥梁结构可能会因局部构件的损伤失效而引发整体结构的倒塌,这将对抗灾救灾工作的开展带来巨大的困难,并对社会经济发展产生巨大的影响。因此,保障重要桥梁工程在各类强灾害作用下的安全可靠,以及极端情况下一旦失效迅速恢复使用功能,已经成为了我国新时代交通基础设施建设及防灾减灾工作的重要课题之一。
节段预制拼装技术是近年来兴起的一种工程结构建造方式,其特点在于将结构构件分为节段在工厂预制,然后运送到施工现场进行拼装作业,从而完成建筑、桥梁等结构的建造,优点在于施工质量有保证、建造速度快,大幅减少现场作业量和人力并简化现场施工组织,提升施工安全性,减少工地噪音、粉尘污染等问题,适应于建筑工业化的要求。当前的节段预制拼装墩柱通常采用钢筋混凝土。由于钢筋混凝土墩柱的结构特点,导致一般在墩柱内部设置耗能钢筋并灌浆连接,以达到等同于传统整体式墩柱的抗震性能。然而实际地震发生时,内置耗能钢筋将出现局部拉伸从而过早拉断,且内置耗能钢筋一旦发生破坏将难以修复,影响震后交通,不能满足震后快速修复的抗震韧性需求。
中空夹层钢管混凝土墩柱是一种新型的组合墩柱形式,适应于桥梁抗震韧性的发展需求。中空夹层钢管混凝土墩柱除了具有承载力高、抗多灾性能好、经济效果好等钢管混凝土的一般优点之外,还具有以下特点:(1)截面开展,抗弯刚度大;(2)自重轻,刚重比大;(3)防火性能优于实心钢管混凝土;(4)内外钢管作为模板使用,可以有效加快施工进度,也为钢结构连接提供了便利。
结合预制拼装施工技术优势和中空夹层钢管混凝土抗多灾性能优势,本发明提出一种新型装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱。通过将耗能构件从墩柱内部移动至外部,并采用钢结构标准化连接方式布置外置耗能构件,可在震后快速替换修复,有效解决传统节段预制拼装墩柱震后修复困难的问题,快速恢复桥梁的使用功能,达到桥梁抗震韧性目标。
发明内容
本发明提出一种装配式中空夹层钢管混凝土节段柱的施工方法,特别适应于需要考虑抗多灾(地震、冲击、爆炸等)和预制装配化施工的桥梁工程。其将中空夹层钢管混凝土墩柱与节段预制拼装技术结合,采用内部预应力筋和外侧耗能构件连接,从而形成一种新型的装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱。该种桥墩充分发挥了组合结构性能优势和节段预制拼装施工优势,具有抗动力荷载性能突出和快速施工的特点,适应于跨线桥、城市高架桥以及山区高墩大跨桥的各种需求。
为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案:
一种装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,包括如下步骤:
步骤一、准备构件
预制待装配墩柱节段,并预先准备预应力筋、外侧耗能连接部件;
所述的待装配墩柱节段为中空夹层钢管混凝土预制节段;
步骤二、现场装配
步骤2.1、在施工现场,将预应力筋的一端锚固于桥墩承台;
步骤2.2、将预制的待装配墩柱节段的中心依次穿过预应力筋并堆叠;
步骤2.3、将桥墩盖梁置于顶层中空夹层钢管混凝土节段表面并固定预应力筋;
步骤2.4、张拉预应力筋并锚固;
步骤2.5、在相邻的两节待装配墩柱节段之间安装外侧耗能连接部件,即可形成装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱整体。
优选地,步骤一中,中空夹层钢管混凝土预制节段包括外钢管、内钢管和高强度无收缩混凝土,其中:外钢管的外壁在处于轴向的两端沿着周向均匀设有若干个连接凹槽,内钢管置于外钢管内并与外钢管同轴设置,且外钢管和内钢管之间的夹层通过填充高强度无收缩混凝土连接形成节段整体;
在进行步骤2.2的施工时,需要将相邻两节中空夹层钢管混凝土预制节段的连接凹槽对齐,以使得处于上方的中空夹层钢管混凝土预制节段下端的连接凹槽能够与处于下方的中空夹层钢管混凝土预制节段上端的连接凹槽拼接形成一个完整的敞口槽;
在进行步骤2.5的施工时,将所述的外侧耗能连接部件安装在相应的敞口槽中,且该外侧耗能连接部件的上部分能够与处于上方的中空夹层钢管混凝土预制节段下端的连接凹槽连接固定,而下部分则能够与处于下方的中空夹层钢管混凝土预制节段上端的连接凹槽连接固定。
优选地,步骤一中,在预制中空夹层钢管混凝土预制节段时,在连接凹槽的槽底预设耗能构件安装螺孔;另外,所述的外侧耗能连接部件包括耗能构件、连接螺栓和盖板,耗能构件的形状与敞口槽的正投影形状匹配,且耗能构件具有与敞口槽上的耗能构件安装螺孔匹配的螺孔,以使得在进行步骤2.5的施工时,采用与耗能构件安装螺孔匹配的连接螺栓将耗能构件与连接凹槽连接固定,然后再在耗能构件的外侧覆盖盖板,以使得相邻中空夹层钢管混凝土预制节段之间,在敞口槽所在的位置处能够形成连续表面。
优选地,所述的敞口槽为矩形槽。
优选地,所述的连接凹槽槽底所设置的耗能构件安装螺孔有两个并呈横向排布。
优选地,所述预制中空夹层钢管混凝土节段的截面呈圆形或者方形设置。
本发明的装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的连接形式改善了传统节段预制拼装桥墩抗震性能不足的问题,同时适用了建筑工业化的发展需求。其中,中空夹层钢管混凝土节段的内钢管和外钢管对夹层混凝土提供了良好的约束作用,此外预应力筋的轴向压力使得夹层之间填充的混凝土处于三向受压的状态,大幅提高了混凝土的强度;同时外侧耗能构件能够很好地耗散此类墩柱在地震作用下吸收的能量,且耗能构件一旦失效可以方便地替换。本发明提出的装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱具有在高烈度地震区推广应用的前景。
本发明的有益效果是:
1、装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱可在工厂预制,运输至现场拼装,实现建筑工业化要求;
2、内部预应力筋与外侧耗能构件显著提高了节段预制墩柱的抗震性能,在地震荷载作用下具有良好的自复位能力,同时受损的耗能构件能够方便地替换,解决了混凝土节段墩柱地震损伤不易修复的问题
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明预制中空夹层钢管混凝土节段的示意图。
图2是本发明装配式中空夹层钢管混凝土节段柱的连接构造分解示意图。
图3是本发明装配式中空夹层钢管混凝土节段柱的连接构造分解平面示意图。
图4是本发明装配式中空夹层钢管混凝土节段柱的连接构造平面完成图。
附图1至4中:1-外钢管;2-高强度无收缩混凝土;3-内钢管;4-凹槽;5-耗能构件安装螺孔;6-内部预应力筋;7-耗能构件;8-连接螺栓;9-盖板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至4所示,本发明提供了一种装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱,包括中空夹层钢管混凝土预制节段、内部预应力筋和外围连接部件;
所述中空夹层钢管混凝土预制节段包括设有连接凹槽的外钢管1、内钢管3和高强度无收缩混凝土2,外钢管包括钢管外壁,所述钢管外壁在紧靠上下两端的位置处均沿着周向均匀布置有若干连接凹槽4,附图中,所述的钢管外壁在上下两端布置的连接凹槽4的数量均为6个。每一个连接凹槽4的槽底均设置有两个横向排布的耗能构件安装螺孔5。外钢管和内钢管通过夹层填充的高强度无收缩混凝土2连接形成节段整体。
所述内部预应力筋6从内钢管中心穿过所需连接的中空夹层钢管混凝土预制节段,两端锚固在桥墩两端的承台和盖梁内,通过张拉内部预应力筋6的预应力对所需连接的中空夹层钢管混凝土预制节段施加轴向压力,使各中空夹层钢管混凝土预制节段之间紧密贴合,形成节段预制拼装中空夹层钢管混凝土墩柱。
所述外侧连接组件包括耗能构件7、连接螺栓8和盖板9,所述耗能构件7通过连接螺栓8固定于相邻中空夹层钢管混凝土预制节段的连接凹槽4内,所述盖板9覆盖于相邻中空夹层钢管混凝土预制节段的连接凹槽4,使墩柱相邻节段之间形成连续表面。
上述装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,包括如下步骤:
步骤一、准备构件
预制待装配墩柱节段,并预先准备预应力筋、外侧耗能连接部件;
所述的待装配墩柱节段为中空夹层钢管混凝土预制节段;
步骤二、现场装配
步骤2.1、在施工现场,将预应力筋的一端锚固于桥墩承台;
步骤2.2、将预制的待装配墩柱节段的中心依次穿过预应力筋并堆叠;
步骤2.3、将桥墩盖梁置于顶层中空夹层钢管混凝土节段表面并固定预应力筋;
步骤2.4、张拉预应力筋并锚固;
步骤2.5、在相邻的两节待装配墩柱节段之间安装外侧耗能连接部件,即可形成装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱整体。
优选地,步骤一中,中空夹层钢管混凝土预制节段包括外钢管、内钢管和高强度无收缩混凝土,其中:外钢管的外壁在处于轴向的两端沿着周向均匀设有若干个连接凹槽,内钢管置于外钢管内并与外钢管同轴设置,且外钢管和内钢管之间的夹层通过填充高强度无收缩混凝土连接形成节段整体;在进行步骤2.2的施工时,需要将相邻两节中空夹层钢管混凝土预制节段的连接凹槽对齐,以使得处于上方的中空夹层钢管混凝土预制节段下端的连接凹槽能够与处于下方的中空夹层钢管混凝土预制节段上端的连接凹槽拼接形成一个完整的敞口槽;在进行步骤2.5的施工时,将所述的外侧耗能连接部件安装在相应的敞口槽中,且该外侧耗能连接部件的上部分能够与处于上方的中空夹层钢管混凝土预制节段下端的连接凹槽连接固定,而下部分则能够与处于下方的中空夹层钢管混凝土预制节段上端的连接凹槽连接固定。
优选地,步骤一中,在预制中空夹层钢管混凝土预制节段时,在连接凹槽的槽底预设耗能构件安装螺孔;另外,所述的外侧耗能连接部件包括耗能构件、连接螺栓和盖板,耗能构件的形状与敞口槽的正投影形状匹配,且耗能构件具有与敞口槽上的耗能构件安装螺孔匹配的螺孔,以使得在进行步骤2.5的施工时,采用与耗能构件安装螺孔匹配的连接螺栓将耗能构件与连接凹槽连接固定,然后再在耗能构件的外侧覆盖盖板,以使得相邻中空夹层钢管混凝土预制节段之间,在敞口槽所在的位置处能够形成连续表面。
当然,本发明创造不局限于上述实施方式,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造的精神前提下还可做出等同变形或者替换,这些等同的变形和替换均包含在本申请权利要求所限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、准备构件
预制待装配墩柱节段,并预先准备预应力筋、外侧耗能连接部件;
所述的待装配墩柱节段为中空夹层钢管混凝土预制节段;
步骤二、现场装配
步骤2.1、在施工现场,将预应力筋的一端锚固于桥墩承台;
步骤2.2、将预制的待装配墩柱节段的中心依次穿过预应力筋并堆叠;
步骤2.3、将桥墩盖梁置于顶层中空夹层钢管混凝土节段表面并固定预应力筋;
步骤2.4、张拉预应力筋并锚固;
步骤2.5、在相邻的两节待装配墩柱节段之间安装外侧耗能连接部件,即可形成装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱整体。
2.根据权利要求1所述的装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,其特征在于,步骤一中,中空夹层钢管混凝土预制节段包括外钢管、内钢管和高强度无收缩混凝土,其中:外钢管的外壁在处于轴向的两端沿着周向均匀设有若干个连接凹槽,内钢管置于外钢管内并与外钢管同轴设置,且外钢管和内钢管之间的夹层通过填充高强度无收缩混凝土连接形成节段整体;
在进行步骤2.2的施工时,需要将相邻两节中空夹层钢管混凝土预制节段的连接凹槽对齐,以使得处于上方的中空夹层钢管混凝土预制节段下端的连接凹槽能够与处于下方的中空夹层钢管混凝土预制节段上端的连接凹槽拼接形成一个完整的敞口槽;
在进行步骤2.5的施工时,将所述的外侧耗能连接部件安装在相应的敞口槽中,且该外侧耗能连接部件的上部分能够与处于上方的中空夹层钢管混凝土预制节段下端的连接凹槽连接固定,而下部分则能够与处于下方的中空夹层钢管混凝土预制节段上端的连接凹槽连接固定。
3.根据权利要求2所述的装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,其特征在于,步骤一中,在预制中空夹层钢管混凝土预制节段时,在连接凹槽的槽底预设耗能构件安装螺孔;另外,所述的外侧耗能连接部件包括耗能构件、连接螺栓和盖板,耗能构件的形状与敞口槽的正投影形状匹配,且耗能构件具有与敞口槽上的耗能构件安装螺孔匹配的螺孔,以使得在进行步骤2.5的施工时,采用与耗能构件安装螺孔匹配的连接螺栓将耗能构件与连接凹槽连接固定,然后再在耗能构件的外侧覆盖盖板,以使得相邻中空夹层钢管混凝土预制节段之间,在敞口槽所在的位置处能够形成连续表面。
4.根据权利要求3所述的装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,其特征在于,所述的敞口槽为矩形槽。
5.根据权利要求4所述的装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,其特征在于,所述的连接凹槽槽底所设置的耗能构件安装螺孔有两个并呈横向排布。
6.根据权利要求5所述的装配式中空夹层钢管混凝土节段墩柱的施工方法,其特征在于,所述预制中空夹层钢管混凝土节段的截面呈圆形或者方形设置。
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