CN104294754B - T型截面钢管再生混凝土墩身 - Google Patents

T型截面钢管再生混凝土墩身 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种T型截面钢管再生混凝土墩身，主钢管位于T型墩身的拐角处，每个副钢管均采用双钢板与主钢管焊接作为T型墩身的三肢，副钢管位于各肢的端部；钢管内部及其与钢板围成的格室内焊接有抗剪栓钉并浇筑钢纤维微膨胀再生混凝土，改善了T型墩身的受力性能，提高了其抗扭转能力，并提高了受钢管约束的再生混凝土的承载力和抗震性，减少了人们对再生混凝土性能差的怀疑，有利于再生混凝土在桥梁工程中的推广应用和建筑垃圾资源化，实现变废为宝。本发明可应用在桥梁工程中，尤其是匝道桥梁，以及地震烈度较大的区域及旧桥拆除重建或改建，扩大了再生混凝土的应用范围。

Description

T型截面钢管再生混凝土墩身
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种T型截面钢管再生混凝土墩身。
背景技术
再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料(主要是粗集料)，再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。再生混凝土按集料的组合形式可以有以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。然而，由于再生骨料中附着老砂浆的影响，与普通混凝土相比，再生混凝土在单轴压力作用下更加容易出现微裂纹，进而导致再生混凝土的单轴抗压强度普遍小于普通混凝土，影响了其推广应用。
随着我国城镇化进程的发展，建筑垃圾排放量逐年增长，可再生组分比例也不断提高。然而，大部分建筑垃圾未经任何处理，被运往郊外或城市周边进行简单填埋或露天堆存，这不仅浪费了土地和资源，还污染了环境；另一方面，随着人口日益增长，建筑业对砂石骨料的需求量不断增加。长期以来，由于砂石骨料来源广泛易得，价格低廉，被认为是取之不尽、用之不竭的原材料而被随意开采，从而导致资源枯竭、山体滑坡、河床改道，严重破坏了自然环境。生产和利用建筑垃圾再生骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义。
再生混凝土的推广应用有利于建筑垃圾资源化，符合环保和可持续发展要求。可持续发展的重要特征是环境保护和对自然资源的保护。充分利用再生混凝土，不但能有效降低建筑垃圾的数量，减少建筑垃圾对自然环境的污染，起到保护环境的作用；而且利用再生骨料配置而成的再生骨料混凝土还能减少建筑工程中对天然骨料的开采，达到节约天然沙石资源的目的。再生混凝土技术实现了对废混凝土的回收利用，形成新的建材产品，具有显著的经济、社会和环境效益。因此，从环境保护与资源有效利用的角度来讲，再生混凝土被认为是生态绿色混凝土，大力开展其技术研究和应用研究是有益而且必要的，符合建筑行业的循环经济模式和国家提倡的低碳经济政策要求，也是人类可持续发展伟大战略的重要措施之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种承载力较高、抗震性能良好的T型截面钢管再生混凝土墩身，适用于弯坡、匝道对桥墩纵横及抗扭刚度要求较高的桥梁中以及抗震、城市景观等有特殊要求的桥梁。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：T型截面钢管再生混凝土墩身，包括T型墩身，T型墩身由四个圆形钢管与六块矩形钢板(缀板)焊接组成，圆形钢管分为主钢管和副钢管，主钢管位于T型墩身的拐角处，每个副钢管均采用双钢板与主钢管焊接作为T型墩身的三肢，副钢管位于各肢的端部；钢管内部及其与钢板围成的格室内焊接有抗剪栓钉并浇筑钢纤维微膨胀再生混凝土。
双钢板与副钢管相切焊接。
抗剪栓钉呈梅花状布置，抗剪栓钉布置数量每平米20～40个，抗剪栓钉长度80～20mm，抗剪栓钉直径为8～16mm，抗剪栓钉布置数与抗剪栓钉的直径成反比关系，抗剪栓钉的直径与长度成正比关系。
主钢管直径D与副钢管直径d或dd满足关系式0.33D<d<0.67D及arcsin(d/D)+arcsin(dd/D)<85°。
主钢管直径D与T型墩身横向两副钢管圆心间距L满足关系式L<2.8D，且主钢管圆心平分L。
主钢管圆心和T型墩身纵向副钢管圆心间距K与主钢管直径D满足关系式K<2.5D。
钢纤维微膨胀再生混凝土强度等级为C30～C40，钢纤维长度为40～50mm、长径比为60～90，钢纤维参量体积率为0.9％～1.6％。
钢纤维微膨胀再生混凝土中，膨胀剂的掺量以使混凝土产生0.2～0.4MPa预压力为宜。
T型墩身的含钢率为7％～12％，圆形钢管的壁厚不宜小于5mm，钢板的厚度不宜小于3mm。
针对再生骨料混凝土应用存在的问题，发明人设计了一种T型截面钢管再生混凝土墩身，主钢管位于T型墩身的拐角处，每个副钢管均采用双钢板与主钢管焊接作为T型墩身的三肢，副钢管位于各肢的端部；钢管内部及其与钢板围成的格室内焊接有抗剪栓钉并浇筑钢纤维微膨胀再生混凝土，改善了T型墩身的受力性能，提高了其抗扭转能力，并提高了受钢管约束的再生混凝土的承载力和抗震性，减少了人们对再生混凝土性能差的怀疑，有利于再生混凝土在桥梁工程中的推广应用和建筑垃圾资源化，实现变废为宝。本发明的T型截面钢管再生混凝土墩身可应用在桥梁工程中，尤其是匝道桥梁，以及地震烈度较大的区域及旧桥拆除重建或改建，扩大了再生混凝土的应用范围。在混凝土用量相等的情况下，本发明的T型截面钢管再生混凝土墩身比圆形普通钢筋混凝土桥的横桥向抗弯刚度大1.8倍以上，纵桥向抗弯刚度大1.5以上。其中，横桥向的抗弯刚度可通过调整副钢管直径或主钢管和T型墩身纵向副钢管圆心间距K来实现，还可根据需要选择墩身的摆放方式来满足刚度的要求。此外，由于外包钢板和钢管可以作为模板使用，因此节省了模板，加快了施工速度，缩短了施工周期，桥墩外形美观的同时提高了经济效益。
附图说明
图1是本发明T型截面钢管再生混凝土墩身的结构示意图。
图2是本发明T型截面钢管再生混凝土墩身的尺寸参数示意图。
图中：1主钢管，2/3副钢管，4钢板，5抗剪栓钉，6钢纤维微膨胀再生混凝土。
具体实施方式
如图1所示，本发明的T型截面钢管再生混凝土墩身，包括T型墩身，T型墩身由四个圆形钢管与六块矩形钢板(缀板)焊接组成，圆形钢管分为主钢管1和副钢管2/3，主钢管1位于T型墩身的拐角处，每个副钢管均采用双钢板4与主钢管1焊接作为T型墩身的三肢且双钢板4与副钢管相切焊接，副钢管位于各肢的端部；钢管内部及其与钢板围成的格室内焊接有抗剪栓钉5并浇筑钢纤维微膨胀再生混凝土6。
制作过程
选择圆形钢管的壁厚不宜小于5mm，钢板的厚度不宜小于3mm。首先切割、制作加工钢板及主副钢管，将若干抗剪栓钉(抗剪栓钉布置数量每平米20～40个，抗剪栓钉长度80～20mm，抗剪栓钉直径为8～16mm)连接件按照梅花状焊接在钢板及主副钢管内壁上，焊接钢板及主副钢管。吊装安装T型截面钢管墩身至承台上、调整使其垂直，并临时固定，在钢管内部及其与钢板围成的格室内浇筑钢纤维微膨胀再生混凝土。钢纤维微膨胀再生混凝土强度等级为C30～C40，T型截面钢管再生混凝土墩身，其含钢率应在7％～12％。
设计原理
本发明的T型截面钢管再生混凝土墩身既可以满足承载力要求，又可以提高被约束再生混凝土的强度和抗震性。通过在T型墩身设置主副钢管及灌注微膨胀钢纤维再生混凝土，提高了T型截面墩身的抗扭承载力；由于钢管内部浇筑再生骨料混凝土，在受压状态下，通过钢管的约束提高了再生混凝土的强度，进而提高再生混凝土的承载力，具体是：当轴向力增加时候，由于混凝土有一定的泊松比，会发生横向变形，当横向变形受到约束情况下，混凝土微裂缝的发展会受到制约，变形性能也会增强，从而提高了承载力；由于核心混凝土受到约束，在地震作用时候混凝土内部的微裂纹也不容易扩展，从而提高了抗震能力。外包钢板与天然骨料混凝土通过抗剪栓钉紧密连接，有利于混凝土和钢板协同工作。
如图2所示，在混凝土及钢材用量一定的情况下，可以通过有优化主钢管直径D、副钢管直径d、主钢管直径D与T型墩身横向两副钢管圆心间距L、主钢管圆心和T型墩身纵向副钢管圆心间距K等参数，把T型截面钢管再生混凝土墩身两个方向的抗弯刚度及抗扭刚度发挥到最优。结合桥梁工程中对桥墩两个方向的刚度及抗扭刚度的常规要求，采用力学基本知识，进行截面特性计算，得出：当主钢管直径D与副钢管直径d或dd满足关系式0.33D<d<0.67D及arcsin(d/D)+arcsin(dd/D)<85°；主钢管1直径D与T型墩身横向两副钢管2圆心间距L满足关系式L<2.8D，且主钢管圆心平分L；主钢管1圆心和T型墩身纵向副钢管3圆心间距K与主钢管直径D满足关系式K<2.5D时，系最经济、受力最优的方案。
为使再生混凝土凝固后有一定的初始压应力，充分发挥钢管的套箍效应，提高再生混凝土承载能力；另一方面，再生混凝土在硬化过程中会收缩，导致再生混凝土与钢管或钢板脱黏，而且在长期营运的过程中再生混凝土也会徐变致使再生混凝土与钢管或钢板脱黏，为使再生混凝土有一定的压应力及防止脱黏出现，根据计算分析及实测，在再生混凝土中，膨胀剂的掺量以使混凝土产生0.2～0.4MPa预压力为宜。钢管及钢板内部再生混凝土在硬化过程中消化水分，且无法洒水养护，局部会出现收缩裂缝，为增加再生混凝土的整体性，防止裂缝出现，经统计计算可在再生混凝土中加入长度为40～50mm、长径比为60～90的钢纤维，再参量体积率为0.9％～1.6％。

Claims (2)

1.一种T型截面钢管再生混凝土墩身，包括T型墩身，其特征在于：所述T型墩身由四个圆形钢管与六块矩形钢板焊接组成，圆形钢管分为主钢管和副钢管，主钢管位于T型墩身的拐角处，每个副钢管均采用双钢板与主钢管焊接作为T型墩身的三肢，副钢管位于各肢的端部；所述钢管内部及其与钢板围成的格室内焊接有抗剪栓钉并浇筑钢纤维微膨胀再生混凝土；所述主钢管直径D与副钢管直径d或dd满足关系式0.33D<d<0.67D及arcsin(d/D)+arcsin(dd/D)<85°；所述主钢管直径D与T型墩身横向两副钢管圆心间距L满足关系式L<2.8D，且主钢管圆心平分L；所述主钢管圆心和T型墩身纵向副钢管圆心间距K与主钢管直径D满足关系式K<2.5D；所述钢纤维微膨胀再生混凝土强度等级为C30～C40，钢纤维长度为40～50mm、长径比为60～90，钢纤维参量体积率为0.9％～1.6％；所述钢纤维微膨胀再生混凝土中，膨胀剂的掺量使混凝土产生0.2～0.4MPa预压力；所述双钢板与副钢管相切焊接；所述抗剪栓钉呈梅花状布置，抗剪栓钉布置数量每平米20～40个，抗剪栓钉长度80～20mm，抗剪栓钉直径为8～16mm。
2.根据权利要求1所述的T型截面钢管再生混凝土墩身，其特征在于：所述T型墩身的含钢率为7％～12％，圆形钢管的壁厚不小于5mm，钢板的厚度不小于3mm。
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