CN220685764U - 耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，包括双层钢管混凝土预制节段、内部预应力筋和外侧耗能连接部件；所述双层钢管混凝土预制节段包括设有若干个有梯形槽口的外钢管、高强度无收缩混凝土和内钢管；所述内部预应力筋从内钢管中心穿过所需连接的双层钢管混凝土预制节段，所述外侧耗能连接部件包括耗能软钢阻尼器、盖板和ECC填充材料，所述耗能软钢阻尼器插入相邻节段之间的沙漏形槽口，所述盖板覆盖于沙漏形槽口，所述盖板通过注浆口注入ECC填充材料，形成双层钢管混凝土预制节段接缝之间的有效连接。本实用新型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
技术领域
本实用新型属于桥梁工程和组合结构技术领域，具体涉及一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱。
背景技术
桥梁工程在服役期间可能面临地震、强风、洪水、火灾、爆炸、撞击等多种灾害的威胁，导致结构倒塌对抗灾救灾和社会经济发展带来巨大困难。因此，保障桥梁在强灾害下的安全可靠性和快速恢复使用已成为我国交通基础设施建设和防灾减灾工作的重要课题。预制节段拼装技术通过工厂预制和现场拼装的方式实现了快速、质量可控、减少现场作业和人力、提升施工安全性的优势，适应了建筑工业化的要求。然而，采用干接缝的预制节段拼装桥墩其耗能能力略显不足，一般配合内置耗能钢筋以提高其耗能能力，但同时又导致震后难以修复的问题。双层钢管混凝土墩柱作为一种新型组合形式，具备高承载力、抗灾性能好、经济效益好等优点，同时具备截面开展、抗弯刚度大、自重轻、刚重比高、防火性能优越以及加快施工进度的特点。
结合预制拼装施工技术优势和双层钢管混凝土抗多灾性能优势，本实用新型提出一种新型耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱。通过将耗能阻尼器置于相邻节段之间，并在槽口注入ECC材料形成墩柱整体，可显著提高节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱的耗能能力，同时一定程度上提高墩柱的抗剪承载力，改进传统干接缝节段预制拼装墩柱抗剪不足的问题。相邻节段沙漏形凹槽为墩柱的薄弱部位，在地震作用下，其中的ECC填充材料在接缝附近首先发生延性拉伸，产生第一级耗能；随着墩柱变形的增加，受拉侧耗能阻尼器逐渐拉伸，产生第二级耗能。该新型墩柱将损伤集中于相邻节段接缝部位，并可在震后替换修复，快速恢复桥梁的使用功能，达到桥梁抗震韧性目标。
实用新型内容
本实用新型提出一种装配式耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，特别适应于需要抵御动力多灾害(地震、冲击、爆炸等)和预制装配化施工的桥梁工程。其将预制拼装施工技术与双层钢管混凝土墩柱相结合，并在接缝处引入耗能阻尼器，从而形成一种新型的耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱。该桥墩充分发挥了组合结构性能优势、软钢阻尼器和ECC的耗能优势，以及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，本实用新型采取了如下技术方案：
一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，包括双层钢管混凝土预制节段、内部预应力筋和外侧耗能连接部件；
所述双层钢管混凝土预制节段包括设有若干个有梯形槽口的外钢管、高强度无收缩混凝土和内钢管；所述内钢管置于外钢管内并与外钢管同轴设置，所述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；所述外钢管的四侧外壁在处于轴向的两端分别设有若干个梯形槽口，所述高强度无收缩混凝土与外钢管对应的梯形槽口位置设有梯形凹槽；
相邻两节双层钢管混凝土预制节段的梯形凹槽对齐，以使得处于上方的双层钢管混凝土预制节段下端的梯形凹槽能够与处于下方的双层钢管混凝土预制节段上端的梯形凹槽拼接形成一个完整的沙漏形敞口槽；
所述内部预应力筋从内钢管中心穿过所需连接的双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的预应力对所需连接的双层钢管混凝土预制节段施加轴向压力，使各双层钢管混凝土预制节段之间紧密贴合，形成相邻节段之间带沙漏形槽口的节段预制拼装双层钢管混凝土墩柱；
所述外侧耗能连接部件包括耗能软钢阻尼器、盖板和ECC填充材料，所述耗能软钢阻尼器插入相邻节段之间的沙漏形槽口，所述盖板覆盖于沙漏形槽口，所述盖板通过注浆口注入ECC填充材料，形成双层钢管混凝土预制节段接缝之间的有效连接。
优选地，所述梯形凹槽深度为内钢管、外钢管之间混凝土层厚度的3/4。
优选地，所述外钢管外壁在四周每一面的上下两端布置的梯形槽口的数量均为2个。
优选地，所述盖板为沙漏形且形状与所拼接槽口吻合。
优选地，所述的耗能软钢阻尼器包括上、下连接板，耗能软钢阻尼器形状能够包含于与上、下节段拼接后形成的沙漏形敞口槽的正投影形状，以使得耗能软钢阻尼器的上、下连接板能够与沙漏形敞口槽的上、下面贴合。
优选地，所述预制双层钢管混凝土节段的截面呈矩形或圆形设置。
本实用新型的新型耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱改善了预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱的耗能能力不足的问题，并一定程度上提高墩柱的抗剪承载力，同时适用了建筑工业化的发展需求。其中，双层钢管混凝土节段具有良好的抵御动力多灾害的性能，在地震作用下具有低损伤的特性；此外，在地震作用下，相邻节段沙漏形凹槽中的ECC填充材料在接缝附近首先发生延性拉伸，产生第一级耗能；随着墩柱变形的增加，受拉侧耗能软钢阻尼器逐渐拉伸，产生第二级耗能，从而改善了墩柱整体的耗能能力。该新型墩柱将损伤集中于相邻节段接缝部位，并可在震后替换修复，快速恢复桥梁的使用功能，达到桥梁抗震韧性目标。本实用新型提出的耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱具有在高烈度地震区推广应用的前景。
本实用新型的有益效果是：
1、装配式双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、相邻节段沙漏形凹槽中的ECC填充材料和耗能软钢阻尼器形成二级耗能机制，显著提升了节段预制墩柱的耗能能力，并通过预应力筋张拉使其在地震荷载作用下具有一定的自复位能力，同时受损的耗能部位可替换修复，提升了预制节段拼装墩柱的抗震韧性。
附图说明
图1是本实用新型预制双层钢管混凝土节段的示意图。
图2是本实用新型装配式双层钢管混凝土节段柱的连接构造分解示意图。
图3是本实用新型装配式双层钢管混凝土节段柱的连接构造完成图。
图4是本实用新型装配式双层钢管混凝土节段柱的连接构造平面完成图。
图5是本实用新型耗能软钢阻尼器大样图。
图6是本实用新型装配式双层钢管混凝土节段柱的耗能区域大样图。
附中：1-外钢管；2-高强度无收缩混凝土；3-内钢管；4-梯形凹槽；5-内部预应力筋；6-耗能软钢阻尼器；7-盖板；8-ECC填充材料；9-注浆口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
如图1至6所示，本实用新型提供了一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，包括双层钢管混凝土预制节段、内部预应力筋5和外侧耗能连接部件；
所述双层钢管混凝土预制节段包括设有若干个有梯形槽口的外钢管1、高强度无收缩混凝土2、和内钢管3，所述外钢管1的四侧外壁在处于轴向的两端分别设有若干个梯形槽口，所述高强度无收缩混凝土2在处于轴向的两端与外钢管1对应的位置分别设有梯形凹槽4，梯形凹槽4深度约为内、外钢管之间混凝土层厚度的3/4。附图中，所述的钢管外壁在四周每一面的上下两端布置的梯形槽口的数量均为2个。外钢管1和内钢管3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5从内钢管中心穿过所需连接的双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5的预应力对所需连接的双层钢管混凝土预制节段施加轴向压力，使各双层钢管混凝土预制节段之间紧密贴合，形成相邻节段之间带漏斗形槽口的节段预制拼装双层钢管混凝土墩柱。
所述外侧耗能连接部件包括耗能软钢阻尼器6、盖板7和ECC填充材料8，所述耗能软钢阻尼器6插入相邻节段之间的漏斗形槽口，所述盖板7覆盖于漏斗形槽口并在周边做好密封，使墩柱相邻节段之间形成连续表面，所述盖板7通过注浆口9注入ECC填充材料8，形成双层钢管混凝土预制节段接缝之间的有效连接。
上述耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱的施工方法，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、耗能软钢阻尼器、沙漏形钢盖板和高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)；
所述的待装配墩柱节段为双层钢管混凝土预制节段；
步骤二、现场装配，带有梯形连接槽口；
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双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插入耗能软钢阻尼器；
步骤2.6、在阻尼器外侧安装沙漏形钢盖板，并注入高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)，即可形成耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱整体。
步骤一中，双层钢管混凝土组合预制节段包括外钢管、内钢管及高强度无收缩混凝土，其中：外钢管的四侧外壁在处于轴向的两端分别设有若干个梯形槽口；内钢管置于外钢管内并与外钢管同轴设置；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，填充的高强度无收缩混凝土在与外钢管对应的梯形槽口位置设有梯形凹槽，凹槽深度约为内、外钢管之间混凝土层厚度的3/4；在进行步骤2.2的施工时，需要将相邻两节双层钢管混凝土预制节段的梯形连接凹槽对齐，以使得处于上方的双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双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沙漏形敞口槽；在进行步骤2.5的施工时，将所述的耗能软钢阻尼器嵌入沙漏形敞口槽，且该耗能软钢阻尼器的上连接板能够与处于上方的双层钢管混凝土预制节段下端的梯形凹槽贴合，而下连接板则能够与处于下方的双层钢管混凝土预制节段上端的梯形凹槽贴合；在进行步骤2.6的施工时，将所述的沙漏形钢盖板覆盖于沙漏形敞口槽，并在周边做好密封，将所述ECC材料通过盖板的注浆口注满槽内空间，形成双层钢管混凝土预制节段接缝之间的有效连接；
步骤一中，在预制双层钢管混凝土预制节段时，预设梯形连接凹槽；另外，所述的耗能软钢阻尼器包括上下连接板与中部软钢阻尼器，其形状应能够包含于与上、下节段拼接后形成的沙漏形敞口槽的正投影形状，以使得在进行步骤2.5的施工时，耗能软钢阻尼器的上、下连接板能够与沙漏形敞口槽的上、下面贴合，并使得在进行步骤2.6的施工时，相邻双层钢管混凝土预制节段、以及外侧覆盖的沙漏形钢盖板在沙漏形敞口槽所在的位置处能够形成连续表面；
所述的敞口槽为梯形槽，相邻双层钢管混凝土预制节段拼接后形成沙漏形槽口；所述外侧覆盖的钢盖板为沙漏形且与所拼接槽口吻合，并在下部设有灌浆孔，用于注入ECC材料，使内部耗能软钢阻尼器与上、下双层钢管混凝土节段形成整体。
当然，本实用新型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实用新型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)
1.一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，其特征在于：包括双层钢管混凝土预制节段、内部预应力筋和外侧耗能连接部件；
所述双层钢管混凝土预制节段包括设有若干个有梯形槽口的外钢管、高强度无收缩混凝土和内钢管；所述内钢管置于外钢管内并与外钢管同轴设置，所述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；所述外钢管的四侧外壁在处于轴向的两端分别设有若干个梯形槽口，所述高强度无收缩混凝土与外钢管对应的梯形槽口位置设有梯形凹槽；
相邻两节双层钢管混凝土预制节段的梯形凹槽对齐，以使得处于上方的双层钢管混凝土预制节段下端的梯形凹槽能够与处于下方的双层钢管混凝土预制节段上端的梯形凹槽拼接形成一个完整的沙漏形敞口槽；
所述内部预应力筋从内钢管中心穿过所需连接的双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，各双层钢管混凝土预制节段之间紧密贴合，形成相邻节段之间带沙漏形槽口的节段预制拼装双层钢管混凝土墩柱；
所述外侧耗能连接部件包括耗能软钢阻尼器、盖板和ECC填充材料，所述耗能软钢阻尼器插入相邻节段之间的沙漏形槽口，所述盖板覆盖于沙漏形槽口，所述盖板通过注浆口注入ECC填充材料，形成双层钢管混凝土预制节段接缝之间的有效连接。
2.根据权利要求1所述的一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，其特征在于：所述梯形凹槽深度为内钢管、外钢管之间混凝土层厚度的3/4。
3.根据权利要求1所述的一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，其特征在于：所述外钢管外壁在四周每一面的上下两端布置的梯形槽口的数量均为2个。
4.根据权利要求1所述的一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，其特征在于：所述盖板为沙漏形且形状与所拼接槽口吻合。
5.根据权利要求1所述的一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，其特征在于：所述的耗能软钢阻尼器包括上、下连接板，耗能软钢阻尼器形状能够包含于与上、下节段拼接后形成的沙漏形敞口槽的正投影形状，以使得耗能软钢阻尼器的上、下连接板能够与沙漏形敞口槽的上、下面贴合。
6.根据权利要求1所述的一种耗能型节段预制拼装双层钢管混凝土组合墩柱，其特征在于：所述双层钢管混凝土预制节段的截面呈矩形或圆形设置。
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