CN213086546U - 一种多腔带肋钢管混凝土桥墩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，包括方形外钢管和混凝土，外侧带肋钢板，内部矩形大钢管，第一焊缝和第二焊缝。方形外钢管按一定间距分散于矩形外框架四边，四角各有一个；外侧带肋钢板由普通钢板两边弯折互相焊接形成，焊接一定长度后和方形外钢管相互焊接形成矩形外框架，钢板肋朝向矩形内侧；内部矩形大钢管嵌于方形外钢管所形成的内矩形框架；第一焊缝位于内部矩形大钢管和方形外钢管连接处，第二焊缝位于两外侧带肋钢板连接处。由于内部空间大，耗材少，工程量小；主要材料为钢材，自重轻，结构刚度和强度较好；截面为矩形多腔状，截面模量大，抗侧翻、抗震性能优越。本发明主要用于装配式桥墩建设行业。

Description

一种多腔带肋钢管混凝土桥墩

技术领域

本实用新型涉及一种钢管混凝土桥墩，具体涉及一种多腔带肋钢管混凝土桥墩。

背景技术

桥墩是支承桥跨结构并将恒载和活载传至地基的亚筑物，传统桥墩多采用钢筋混凝土实心桥墩，存在一些问题：

1、传统钢筋混凝土实心桥墩混凝土用量多，自重大，施工时需要支模、拆模等工序，施工周期长。

2、传统钢筋混凝土实心桥墩延性差，抗弯、抗侧翻、抗震性能不高，震后修缮加固复杂。

随着交通建设地不断发展，桥梁建造技术更新换代，对跨度和性能的要求日益提高，这就需要桥墩具备更高的承载能力、更小的截面尺寸、更好的延性、更强的抗震性能及施工方便、经济高效等特点来满足桥梁安全及使用要求。钢-混凝土组合结构由于具有较高的承载力和良好的延性，已被广泛应用到桥梁工程结构中。

目前，授权公告号为CN103741591B的中国专利公开了一种具有内外约束的橡胶混凝土空心桥墩，包括外管、内支柱，外管和内支柱之间设置若干竖隔板，竖隔板将外管、内支柱之间的区域分成若干腔室。但是，由于竖隔板位于外管和内支柱之间，要固定竖隔板，需要将竖隔板的两侧分别与外管内壁、内支柱外壁焊接，且焊接位置并不是暴露在外的，而是伸入桥墩中，那么焊接工作必然有一定困难，难以对整条母线位置进行焊接，也就是只能对桥墩两端的竖隔板、外管、内支柱进行焊接，这种端部焊接相连的结构，就容易在受到外力冲击或扭矩的情况下，焊接处和非焊接连接处受应力变化存在不同，桥墩各处的承载能力不均匀。也就是说，焊接处的抗弯刚度比非焊接处的抗弯刚度大，综合整体来说，桥墩的抗弯刚度就小于焊接位置的抗弯刚度，即小于预期值。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，通过合理的构造设计，在便于焊接的前提下，使方钢管、带肋钢板和混凝土充分发挥各自的材料性能，分布在桥墩四角的方钢管与带肋钢板焊接组合而成外部矩形框架，增加了方钢管的侧向约束，提高方钢管的侧向刚度和稳定性；方钢管内均浇筑混凝土，以达到形成钢管混凝土结构的目的；布置于四角的方钢管与带肋钢板所形成的多腔体组合截面可有效地提高对核心混凝土的套箍效应，提高钢、混凝土两种材料的协同工作性能，从而提高桥墩静力和抗震性能、抗弯刚度。

技术方案包括：内支柱，作为桥墩基准，内支柱的横截面为多边形；外管，围绕在内支柱周围，外管的横截面为多边形，且外管横截面的其中一条棱边与内支柱的横截面棱边相贴，相邻两外管之间间距设置；外侧带肋板，连接于相邻两外管之间，与相邻两外管的管壁、内支柱的管壁组成中空区域；混凝土，填充于外管内。

进一步地，所述内支柱每个顶点处均设有外管，外管的顶角所对棱边与内支柱顶角所对棱边贴合，该贴合位置为第一焊缝。

进一步地，所述外侧带肋板包括若干相互焊接连接的槽钢，槽钢的槽底共面设置，相邻两外管之间至少设置两个槽钢。

进一步地，每个所述槽钢均有两个垂直于槽底面的翻边，相邻两槽钢的翻边相贴，在相邻两槽钢的槽底相接处为第二焊缝。

进一步地，槽钢翻边的面积小于外管的任意一个侧面积。

进一步地，所述内支柱、外管的横截面皆为矩形，内支柱为实心柱或空心管结构。

进一步地，内支柱、外管、外侧带肋板所组成的整体结构的横截面呈轴对称。

本实用新型的另一目的是提供一种桥墩施工方法，包括如下步骤：预制外侧带肋板；在内支柱外侧按指定间距焊接外管，内支柱与外管顶角连接处用第一焊缝焊接相连；将外侧带肋板在外管之间两两拼接，板肋朝向内侧，用第二焊缝焊接，第二焊缝位于两带肋板连接处；在外管内浇筑混凝土，形成钢管混凝土。

进一步地，所述外侧带肋板采用冷弯薄壁钢所制槽钢焊接而成。

本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型通过采用内支柱和外管组合焊接，外管之间的间距、内支柱和外管的尺寸都能够灵活选择，可以根据需要自由拼装成不同截面形状或者不对称的结构。对称的横截面结构能够适应各种偏压荷载。与对比文件相比，本方案中的外管数量、外管之间的间隙可调，根据不同工况的承载要求选择外管的直径与数量，达到节省物料的目的。而对比文件中，能调节的只有竖隔板，一个竖隔板隔出的两个区域必然是相贴的，难以灵活调节。本方案中，外管、内支柱和外侧带肋板的焊接位置，在施工过程中，均能够完全暴露在焊工的视野内，能够保证焊接位置都能被第一焊缝、第二焊缝焊接上。而对比文件中，焊接位置隐藏在内外管之间的区域，难以焊接，大概率只能焊接两端位置，因此焊接位置分布不匀的情况就容易造成静力和抗震性能、抗弯刚度不匀、低于预期的情况。本方案中均匀、对称分布的焊缝能够避免这一问题。

通过将普通钢板两边弯折，再互相焊接形成带肋钢板，制作简单，施工方便。相较于圆形柱的施工很难，矩形组合结构施工更容易找到基准，操作难度小。

(2)通过带肋钢板和方形外钢管焊接形成外部矩形框架，内支柱与外管共同构成了桥墩中间混凝土的侧向约束，即内外管联合提供内外挤压约束，建立了方钢管混凝土三向受压的有效边界条件；增加方形外钢管的侧向约束，提高方形外钢管的侧向刚度和稳定性。

(3)通过在方形外钢管内浇筑混凝土，形成钢管混凝土结构，内外管与混凝土共同工作，形成组合结构，承载力得以提高，减震效果明显，有效减小了桥墩的截面尺寸；提高桥墩整体抗压性能。

(4)通过分布于四边的方形外钢管与带肋钢板所形成的多腔体组合截面可有效地提高对核心混凝土的套箍效应，提高钢、混凝土两种材料的协同工作性能，从而提高组合柱静力和抗震性能。

(5)通过调整方形外钢管的间距来改变截面大小，做成方形或矩形截面形式，以适应不同规模、功能的桥梁，普适性强。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是本实用新型未浇筑混凝土的截面示意图；

图3是本实用新型未浇筑混凝土的局部结构示意图；

图4是本实用新型外侧带肋钢板截面示意图；

图5用于体现相同的钢材测试新型桥墩和传统桥墩，两者的承载力、刚度比较。

图中，1、外管；2、混凝土；3、外侧带肋板；4、内支柱；5、第一焊缝；6、第二焊缝。

具体实施方式

实施例1

一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，包括位于中间位置用于作为桥墩基准的内支柱4，在内支柱4周围，阵列有若干外管1，内支柱4和外管1的横截面均为多边形，本实施例中采用正方形，在外管1内填充混凝土2。

在内支柱4的四个顶角所在棱边处，各设有一根外管1，外管1的顶角所在棱边与内支柱4的顶角所在棱边之间采用第一焊缝5焊接相连。此时，内支柱4的横截面每条棱边的两端均有一根外管1，在该两外管1之间继续设置外管1，此时后设置的外管1横截面的其中一条棱边与内支柱4的横截面棱边相贴，并使相邻两外管1之间预留间距，在该间距处通过第二焊缝6焊接外侧带肋板3。

外侧带肋板3连接于相邻两外管1之间，与相邻两外管1的管壁、内支柱4的管壁组成中空区域，该中控区域不浇注混凝土2。

外侧带肋板3包括若干相互焊接连接的槽钢，每个槽钢包括槽底、垂直于槽底两侧的翻边，翻边朝向矩形内侧。相邻两槽钢的翻边相贴，在相邻两槽钢的槽底相接处为第二焊缝6。内支柱4同一侧的所有槽钢的槽底共面设置，相邻两外管1之间至少设置两个槽钢，本实施例中，采用三个槽钢并排设置。槽钢翻边的面积小于外管1的任意一个侧面积。外侧带肋板3由冷弯薄壁钢板两边弯折，再互相焊接形成，焊接一定长度后和外管1相互焊接形成矩形外框架，内支柱4嵌于外管1所形成的内矩形框架中。

内支柱4、外管1、外侧带肋板3所组成的整体结构的横截面呈轴对称。本实施例中，内支柱4采用空心管状结构，以减轻自重、降低材料成本。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，本实施例中的内支柱4采用实心柱结构。

实施例3

一种桥墩施工方法，包括如下步骤：

在工厂用冷弯薄壁型钢预制外侧带肋板3；并将所有标准构件运至施工现场；在内支柱4外侧按指定间距焊接外管1，内支柱4与外管1顶角连接处用第一焊缝5焊接相连；将外侧带肋板3在外管1之间两两拼接，板肋朝向内侧，用第二焊缝6焊接，第二焊缝6位于两带肋板连接处；在外管1内浇筑混凝土2，形成钢管混凝土2。

对比例1

通过有限元数值分析软件ABAQUS，比较实施例3的施工方法所建造的多腔带肋混凝土桥墩结构、同含钢率普通混凝土桥墩，可知多腔带肋混凝土桥墩结构的承载力、刚度都优于同含钢率普通混凝土桥墩。模拟所得数据如图5所示。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，其特征在于，包括：

内支柱(4)，作为桥墩基准，内支柱(4)的横截面为多边形；

外管(1)，围绕在内支柱(4)周围，外管(1)的横截面为多边形，且外管(1)横截面的其中一条棱边与内支柱(4)的横截面棱边相贴，相邻两外管(1)之间间距设置；

外侧带肋板(3)，连接于相邻两外管(1)之间，与相邻两外管(1)的管壁、内支柱(4)的管壁组成中空区域；

混凝土(2)，填充于外管(1)内。

2.根据权利要求1所述的一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述外侧带肋板(3)包括若干相互焊接连接的槽钢，槽钢的槽底共面设置。

3.根据权利要求2所述的一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，其特征在于，每个所述槽钢均有两个垂直于槽底面的翻边，相邻两槽钢的翻边相贴，在相邻两槽钢的槽底相接处为第二焊缝(6)。

4.根据权利要求3所述的一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，其特征在于，槽钢翻边的面积小于外管(1)的任意一个侧面积。

5.根据权利要求2所述的一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，其特征在于，相邻两外管(1)之间至少设置两个槽钢。

6.根据权利要求2所述的一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述内支柱(4)、外管(1)的横截面皆为矩形，内支柱(4)为实心柱或空心管结构。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述内支柱(4)每个顶点处均设有外管(1)，外管(1)的顶角所对棱边与内支柱(4)顶角所对棱边贴合，该贴合位置为第一焊缝(5)。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的一种多腔带肋钢管混凝土桥墩，其特征在于，内支柱(4)、外管(1)、外侧带肋板(3)所组成的整体结构的横截面呈轴对称。

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