CN105386405A - 基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩 - Google Patents

基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩，属于桥梁工程领域。其包括节点预埋钢连接件、预制钢管混凝土节段、节段间连接钢管及高强螺栓；钢管混凝土节段由钢管混凝土、内加劲肋、预留螺栓孔和预置螺帽组成；节点预埋钢连接件由预埋钢管及其端部焊接钢板和内外加劲肋、预留螺栓孔组成；节段间连接钢管两端设置预留螺栓孔；预制钢管混凝土节段依靠节段间连接钢管通过预留螺栓孔采用高强螺栓连接；预制钢管混凝土节段和上部盖梁及下部承台通过节点预埋钢连接件采用高强螺栓连接。本发明具有抗压和抗剪承载能力强、易于工厂化制作、施工便捷、节能环保等特点，能显著缩短桥墩建造工期，为强震区桥梁快速建造提供快捷有效的解决方案。

Description

基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，具体涉及预制节段拼装钢管混凝土桥墩。
背景技术
当前城市桥梁工程建设正面临的主要挑战之一就是业主和居民除了要求桥梁结构安全和耐久以外，还希望桥梁结构建造过程中尽量减少对周围交通的干扰、缩短由于桥梁建设造成的交通阻塞时间、降低工程运输车辆和施工中产生的各种噪声等。这些要求促进了桥梁工程工业化技术的发展，其中预制拼装技术正是在这种背景下所产生的，节段拼装技术为建设快速、高效、安全、耐久的城市桥梁工程提供了有利的解决方案。此外，在跨海峡长大桥梁工程中，有限的海上施工平台空间、复杂的海洋气候条件、严格的环境保护条件等因素的制约，也促进了节段拼装施工技术在跨海长大桥梁工程中的应用。
预制节段拼装技术有关研究和应用在我国相对较少，既有工程中的预制节段拼装技术主要应用于桥梁上部结构，将主梁分成若干节段预制或整孔预制，通过吊装机械整孔架设或悬臂节段拼装。桥梁下部结构的预制节段拼装技术还正处于初步研究阶段，只有部分跨海工程采用了整墩预制现浇湿接头连接的预制拼装技术，城市桥梁下部结构还基本未采用预制节段拼装技术。目前，国内外已提出的节段拼装技术主要针对普通混凝土桥墩，将桥墩预制成多个钢筋混凝土节段，通过预应力将预制节段混凝土桥墩连接，但是预制节段拼装钢筋混凝土桥墩在强震作用下塑性铰区及其与基础连接接缝处会出现较大损伤和较大的残余位移；
我国正处于大规模交通基础设施建设时期，在城市桥梁、跨海桥梁的建造过程中，桥梁快速建造技术以其构件加工质量高、建造效率高、环境友好等优势越来越受到建设业主和重视。桥梁结构预制装配技术将是未来桥梁工程建设的一个重要发展方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩，满足桥梁工业化建造技术中桥梁关键构件的节段预制拼装构造，实现预制装配桥墩的机械化施工，减少现场焊接和预应力张拉工作量。
本发明的技术方案如下：
本发明涉及一种预制节段拼装钢管混凝土桥墩，属于桥梁工程领域。其主要包括节点预埋钢连接件(2)、预制钢管混凝土节段(3)、节段间连接钢管(4)及高强螺栓(6)；
所述的预制钢管混凝土节段(3)由节段钢管(11)、混凝土(12)、内加劲肋(7)、预留螺栓孔(14)和预置螺帽(13)组成；预制钢管混凝土节段(3)中的节段钢管(11)的两端内壁均匀对称布置多个内加劲肋(7)，增大预制钢管混凝土节段上下两端局部刚度。同时节段钢管(11)的两端均匀对称布置多个预留螺栓孔(14)，内加劲肋(7)和预留螺栓孔(14)相互交替；并在每个预留螺栓孔(14)对应的钢管内壁点焊固定住预置螺帽(13)，使预置螺帽(13)与预留螺栓孔(14)轴心对齐，保证安装时能够旋紧螺栓。节段钢管(11)内部有混凝土(12)使得节段钢管(11)、混凝土(12)、内加劲肋(7)、预置螺帽(13)组成一整体；
所述的节所述的点预埋钢连接件(2)由预埋钢管(9)、端部焊接钢板(8)、内加劲肋(7)和外加劲肋(10)焊接而成，其中预埋钢管(9)的一端由端部焊接钢板(8)固定封住，端部焊接钢板(8)与预埋钢管(9)轴心线垂直，预埋钢管(9)与端部焊接钢板(8)边缘最小距离应大于5倍端部焊接钢板(8)厚度；预埋钢管(9)的另一端内壁均匀对称布置多个内加劲肋(7)，内加劲肋(7)平行预埋钢管(9)轴向，预埋钢管(9)的此端均匀对称布置多个预留螺栓孔(14)，内加劲肋(7)和预留螺栓孔(14)相互交替；外加劲肋(10)将预埋钢管(9)、端部焊接钢板(8)固定焊接在一起；外加劲肋(10)平行预埋钢管(9)轴向。内加劲肋(7)不超过基础(5)顶部或盖梁(1)底部；内加劲肋(7)和外加劲肋(10)的厚度均不超过节段钢管(11)、预埋钢管(9)的任一厚度，内加劲肋(7)和外加劲肋(10)形状为直角三角形或直角梯形。内加劲肋(7)其长底边与节段钢管(11)或预埋钢管(9)内侧垂直焊接。
所述的节段间连接钢管(4)的两端分别均匀对称设置多个预留螺栓孔(14)。节段间连接钢管(4)和预埋钢管(9)的内直径应大于预制钢管混凝土节段(3)的外直径2-5mm，节段间连接钢管(4)长度不超过预埋钢管(9)长度的0.5倍。
桥墩基础承台(5)上设置节点预埋钢连接件(2)，节点预埋钢连接件(2)的端部焊接钢板(8)端预埋至桥墩基础承台(5)内，设有预留螺栓孔(14)的节点预埋钢连接件(2)端向上高出桥墩基础承台(5)；预制钢管混凝土节段(3)的一端置于高出桥墩基础承台(5)的节点预埋钢连接件(2)中，使得节点预埋钢连接件(2)的预留螺栓孔(14)和预制钢管混凝土节段(3)的预留螺栓孔对其并用高清螺栓(6)固定连接；
同理盖梁(1)上设置节点预埋钢连接件(2)，节点预埋钢连接件(2)的端部焊接钢板(8)端预埋至盖梁(1)内，设有预留螺栓孔(14)的节点预埋钢连接件(2)端向下高出盖梁(1)；预制钢管混凝土节段(3)的一端置于盖梁(1)的节点预埋钢连接件(2)中，使得节点预埋钢连接件(2)的预留螺栓孔(14)和预制钢管混凝土节段(3)的预留螺栓孔对其并用高清螺栓(6)固定连接；
预制钢管混凝土节段(3)的连接：相邻两个预制钢管混凝土节段(3)的端面对期连接，节段间连接钢管(4)套在两个相对期连接的预制钢管混凝土节段(3)的端，使得节段间连接钢管(4)的预留螺栓孔(14)分别与对应相邻两个预制钢管混凝土节段(3)端的预留螺栓孔(14)对齐，并用高清螺栓(6)固定连接。
预留螺栓孔(14)与钢管边缘的最小距离应大于3倍预留螺栓孔(14)孔径。
在盖梁(1)和桥墩基础承台(5)之间设有多个预制钢管混凝土节段(3)连接。
钢管混凝土节段之间依靠节段间连接钢管采用高强螺栓和预置螺帽连接；本发明构造简洁，性能可靠，便捷可行，经济实用，为节段预制拼装桥墩的推广和应用奠定技术基础。
所述的钢管混凝土节段上下两端均匀对称布置内加劲肋，内加劲肋厚度不超过钢管节段的厚度，其形状为直角三角形或直角梯形，其长底边与钢管节段内侧垂直焊接。内加劲肋增大钢管混凝土节段上下两端局部刚度，防止节段间产生塑性变形。钢管混凝土节段上下两端均匀对称布置预留螺栓孔，并在钢管内壁点焊固定预置螺帽使之与预留螺栓孔轴心对齐，保证安装时旋紧螺栓。
所述的节点预埋钢连接件由预埋钢管及其端部焊接钢板、内外加劲肋焊接而成，其中端部焊接钢板与预埋钢管轴心线垂直，钢管与端部焊接钢板边缘最小距离应大于5倍端部焊接钢板板厚，保证节点预埋钢连接件在桥墩受力过程中不被拔出；内加劲肋尺寸和水平分布与钢管混凝土节段中内加劲肋相同，内加劲肋沿预埋钢管轴向位置应保证内加劲肋不超过基础顶部或盖梁底部，增大基础与钢管混凝土节段接触面部位的强度，避免接触受力过程中局部受力过大导致基础局部破坏；外加劲肋与预埋钢管和端部焊接钢板焊接，增大局部刚度。
所述的节段间连接钢管和预埋钢管的内径应大于钢管混凝土节段的外径2-5mm，以保证桥墩拼装完成且联结高强螺栓不发生弯曲破坏。节段间连接钢管和预埋钢管的预留螺栓孔与预埋钢管端部距离应大于3倍预留螺栓孔孔径。钢管混凝土节段的预留螺栓孔与端部距离应大于2.5倍预留螺栓孔孔径，以保证节段间连接钢管上的螺栓有足够的抗冲剪破坏能力。节段间连接钢管长度不超过预埋钢管长度的0.5倍，防止地震过程中节段连接钢管两端受剪破坏。
本发明与现有现浇桥墩相比，具有以下优点：节段预制拼装钢管混凝土桥墩将钢管混凝土抗压和抗剪承载能力强、施工便捷、充分发挥高强材料特性的优点和节段预制拼装桥墩快速建造、节能环保的优势结合，利用钢管混凝土的高性能提高节段拼装桥墩的竖向承载能力和水平抗侧能力，初始刚度明显加强，进而避免节段拼装桥墩塑性铰区发生破坏等缺点，同时在节段预制过程中也减少预制模具，缩短桥墩建造工期，提高生产效率。为强震区桥梁快速建造，降低由于桥梁建造引起的交通延误、环境污染等不利社会、经济影响提供快捷有效解决方案，同时也为后期桥梁震后受损修复提供了可行方案。在中高地震烈度区，节段预制拼装钢管混凝土桥墩具有重要的推广价值。
附图说明
图1预制节段钢管混凝土拼装桥墩构造图。
图2钢管混凝土节段构造图及其水平剖面图。
图3预埋钢连接件构造图及其水平剖面图。
图4节段间连接钢管及其水平剖面图。
图5内外加劲肋焊接位置及内外加劲肋构造图。
图6预制节段钢管混凝土拼装桥墩拼装流程图。
图中：1—盖梁；2—预埋钢连接件；3—钢管混凝土节段；4—节段间连接钢管；5—桥墩基础承台；6—高强螺栓；7—内加劲肋；8—端部焊接钢板；9—预埋钢管；10—外加劲肋；11—节段钢管；12—混凝土；13—预置螺帽；14—预留螺栓孔；15—加劲肋焊接构造。
具体实施方式
以下结合附图2-附图5，对本发明的具体实施方式作进一步描述。但并不限于以下实施例。
实施例1
步骤1：加工节点预埋钢连接件2、钢管混凝土节段3、节段间连接钢管4，具体包括如下步骤：
1)制作钢管混凝土节段3，在工厂制作钢管混凝土节段3，将内加劲肋7焊接在钢管节段11两端，在两端加工出预留螺栓孔，将预置螺帽与预留螺栓孔轴心对齐后点焊固定，浇筑混凝土养护；
2)制作节点预埋钢连接件2，在工厂制作好节点预埋钢连接件，焊接好内加劲肋7和端部焊接钢板8及外加劲肋10，加工出预留螺栓孔13；
3)制作节段间连接钢管4，在工厂制作好节段间连接钢管，加工出预留螺栓孔13；
步骤2：节段桥墩拼装，如图6所示，具体包括如下步骤：
1)混凝土承台和盖梁施工，在现场浇筑混凝土承台和盖梁，并将节点预埋钢连接件2预埋入基础承台进行安装；
2)安装钢管混凝土节段3，将钢管混凝土节段3***节点预埋钢连接件2中，并将钢管混凝土节段3下端预留螺栓孔13与节点预埋钢连接件2的预留螺栓孔13对齐，利用高强螺栓6连接节点预埋钢连接件2和钢管混凝土节段3；
3)安装节段间连接钢管4，将节段间连接钢管4套在钢管混凝土节段3顶端，并将节段间连接钢管4下端预留螺栓孔13与已安装好钢管混凝土节段3上端预留螺栓孔13对齐，利用高强螺栓6连接钢管混凝土节段3和节点间连接钢管4；
4安装钢管混凝土节段3，将钢管混凝土节段3***已安装好的节点间连接钢管4中，并将钢管混凝土节段3下端预留螺栓孔13与节点间连接钢管4的预留螺栓孔13对齐，利用高强螺栓6连接节点间连接钢管4和钢管混凝土节段3；
5重复3至4直到最顶端钢管混凝土节段3安装完成；
6将浇筑好的盖梁利用预埋的节点预埋钢连接件2套在最顶端钢管混凝土节段上端，并将钢管混凝土节段3上端预留螺栓孔13与节点预埋钢连接件2的预留螺栓孔13对齐，利用高强螺栓6连接节点预埋钢连接件2和钢管混凝土节段3；
所述具体实施方法，其特征在于：步骤1所述的加工钢管混凝土节段3不需要采用其他磨具，只用固定钢管节段11一端，直接在其内部浇筑混凝土；
所述具体实施方法，其特征在于：步骤1所述的加工预留螺栓孔13，应将对应的节点预埋钢连接件2、钢管节段11、节段间连接钢管4按照安装成型后的位置固定后，统一打孔，保证内外预留螺栓孔13完全对齐，并且打孔之后均需要打磨预留螺栓孔10内外两侧毛刺，避免安装工程中出现因毛刺导致的卡壳现象；
所述具体实施方法，其特征在于：步骤2所述的安装过程中，高强螺栓6的安装应遵循对称安装原则。

Claims (5)

1.基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩，其特征在于，其主要包括节点预埋钢连接件(2)、预制钢管混凝土节段(3)、节段间连接钢管(4)及高强螺栓(6)；
所述的预制钢管混凝土节段(3)由节段钢管(11)、混凝土(12)、内加劲肋(7)、预留螺栓孔(14)和预置螺帽(13)组成；预制钢管混凝土节段(3)中的节段钢管(11)的两端内壁均匀对称布置多个内加劲肋(7)，增大预制钢管混凝土节段上下两端局部刚度。同时节段钢管(11)的两端均匀对称布置多个预留螺栓孔(14)，内加劲肋(7)和预留螺栓孔(14)相互交替；并在每个预留螺栓孔(14)对应的钢管内壁点焊固定住预置螺帽(13)，使预置螺帽(13)与预留螺栓孔(14)轴心对齐，节段钢管(11)内部有混凝土(12)使得节段钢管(11)、混凝土(12)、内加劲肋(7)、预置螺帽(13)组成一整体；
所述的节点预埋钢连接件(2)由预埋钢管(9)、端部焊接钢板(8)、内加劲肋(7)和外加劲肋(10)焊接而成，其中预埋钢管(9)的一端由端部焊接钢板(8)固定封住，端部焊接钢板(8)与预埋钢管(9)轴心线垂直，；预埋钢管(9)的另一端内壁均匀对称布置多个内加劲肋(7)，内加劲肋(7)平行预埋钢管(9)轴向，预埋钢管(9)的此端均匀对称布置多个预留螺栓孔(14)，内加劲肋(7)和预留螺栓孔(14)相互交替；外加劲肋(10)将预埋钢管(9)、端部焊接钢板(8)固定焊接在一起；外加劲肋(10)平行预埋钢管(9)轴向；内加劲肋(7)和外加劲肋(10)的厚度均不超过节段钢管(11)、预埋钢管(9)的任一厚度，内加劲肋(7)和外加劲肋(10)形状为直角三角形或直角梯形。内加劲肋(7)其长底边与节段钢管(11)或预埋钢管(9)内侧垂直焊接。
所述的节段间连接钢管(4)的两端分别均匀对称设置多个预留螺栓孔(14)。节段间连接钢管(4)和预埋钢管(9)的内直径应大于预制钢管混凝土节段(3)的外直径2-5mm，节段间连接钢管(4)长度不超过预埋钢管(9)长度的0.5倍。
桥墩基础承台(5)上设置节点预埋钢连接件(2)，节点预埋钢连接件(2)的端部焊接钢板(8)端预埋至桥墩基础承台(5)内，设有预留螺栓孔(14)的节点预埋钢连接件(2)端向上高出桥墩基础承台(5)；预制钢管混凝土节段(3)的一端置于高出桥墩基础承台(5)的节点预埋钢连接件(2)中，使得节点预埋钢连接件(2)的预留螺栓孔(14)和预制钢管混凝土节段(3)的预留螺栓孔对其并用高清螺栓(6)固定连接；
同理盖梁(1)上设置节点预埋钢连接件(2)，节点预埋钢连接件(2)的端部焊接钢板(8)端预埋至盖梁(1)内，设有预留螺栓孔(14)的节点预埋钢连接件(2)端向下高出盖梁(1)；预制钢管混凝土节段(3)的一端置于盖梁(1)的节点预埋钢连接件(2)中，使得节点预埋钢连接件(2)的预留螺栓孔(14)和预制钢管混凝土节段(3)的预留螺栓孔对其并用高清螺栓(6)固定连接；
预制钢管混凝土节段(3)的连接：相邻两个预制钢管混凝土节段(3)的端面对期连接，节段间连接钢管(4)套在两个相对期连接的预制钢管混凝土节段(3)的端，使得节段间连接钢管(4)的预留螺栓孔(14)分别与对应相邻两个预制钢管混凝土节段(3)端的预留螺栓孔(14)对齐，并用高清螺栓(6)固定连接。
2.按照权利要求1的基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩，其特征在于，预留螺栓孔(14)与钢管边缘的最小距离应大于3倍预留螺栓孔(14)孔径。
3.按照权利要求1的基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩，其特征在于，在盖梁(1)和桥墩基础承台(5)之间设有多个预制钢管混凝土节段(3)连接。
4.按照权利要求1的基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩，其特征在于，预埋钢管(9)与端部焊接钢板(8)边缘最小距离应大于5倍端部焊接钢板(8)厚度。
5.按照权利要求1的基于螺栓连接的预制节段拼装钢管混凝土桥墩，其特征在于，内加劲肋(7)不超过基础(5)顶部或盖梁(1)底部。
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