專利名稱：后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩及其施工方法。
背景技術(shù)：
作為橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件，橋墩抗震設(shè)計始終是橋梁領(lǐng)域重要研究課題。我國目前鐵路橋梁和公路橋梁主要采用鋼筋混凝土橋墩。應(yīng)該注意到，鋼筋混凝土橋墩在具有結(jié)構(gòu)剛度大、疲勞性能好、可模性好和造價合理等性能優(yōu)點的同時，也普遍存在箍筋約束弱、延性偏低、剪切強(qiáng)度低和抗震性能差等缺點，容易因橋墩抗剪、抗壓承載力和變形能力偏低而發(fā)生剪切破壞、壓彎剪扭復(fù)合破壞和傾覆倒塌等破壞形態(tài)，在近年來國內(nèi)外多次地震中，均有鋼筋混凝土橋墩破壞嚴(yán)重并且難以修復(fù)震害現(xiàn)象發(fā)生，對地震中救災(zāi)搶險和災(zāi)后修復(fù)重 建工作造成了很大困難。因此，在努力提高和改善傳統(tǒng)鋼筋混凝土橋墩抗震性能的同時，創(chuàng)新開發(fā)高效新型的鋼-混凝土組合橋墩形式并發(fā)展組合橋墩抗震設(shè)計方法也日漸成為當(dāng)前橋梁工程界重點關(guān)注問題和研究熱點之在房屋建筑中鋼管混凝土柱和鋼管混凝土疊合柱大量研究和應(yīng)用背景下，鋼管混凝土橋墩和鋼管混凝土疊合柱式橋墩(簡稱鋼管混凝土疊合橋墩)在國內(nèi)外橋梁工程也得到了一些推廣應(yīng)用。鋼管混凝土疊合橋墩由于將鋼管內(nèi)置于鋼筋混凝土橋墩內(nèi)部，在具有鋼管混凝土橋墩中鋼管約束混凝土優(yōu)點的同時，使鋼管防腐和受壓局部屈曲問題也得到了很好解決。現(xiàn)有研究結(jié)果表明，鋼管混凝土疊合橋墩(柱)強(qiáng)度高、延性大和耗能好，具有良好抗震性能。為有效減小橋梁結(jié)構(gòu)地震后殘余變形以方便橋梁震后修復(fù)加固，國內(nèi)外學(xué)者最近提出“豎向預(yù)應(yīng)力橋墩”(或自復(fù)位功能)設(shè)計理，即通過在鋼筋混凝土橋墩內(nèi)部布置豎向預(yù)應(yīng)力筋，使橋墩由于豎向預(yù)應(yīng)力筋緊拉作用在地震后的殘余變形得到有效減小。現(xiàn)有研究結(jié)果表明，豎向預(yù)應(yīng)力不僅可以有效減小橋墩殘余變形實現(xiàn)在地震后自復(fù)位功能，而且對于提高橋墩抗側(cè)移剛度、抗沖擊、抗傾覆和抗連續(xù)倒塌能力均有良好貢獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩及其施工方法，有效改善了現(xiàn)有橋墩結(jié)構(gòu)抗震安全性和有效性，具有承載能力高、抗震性能好、施工方便和自復(fù)位的特點，為橋梁建設(shè)提供了先進(jìn)的技術(shù)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，包括鋼管2，鋼管2中布置有多根無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3，鋼管2內(nèi)壁與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3之間澆灌有管內(nèi)混凝土 1，鋼管2、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3和管內(nèi)混凝土 I形成一個芯柱5,在芯柱5外部燒筑有管外混凝土 4形成疊合橋墩。所述疊合橋墩截面為圓形或者方形。所述預(yù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3套有軟管或包裹無粘結(jié)材料。
所述芯柱5有多個，相鄰的芯柱5之間均澆注管外混凝土 4，組成多芯柱疊合橋墩。所述管內(nèi)混凝土 I為高強(qiáng)混凝土，管外混凝土 4為普通混凝土或高強(qiáng)混凝土。
本發(fā)明同時提供了該預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩的施工方法在鋼管2內(nèi)沿其長度方向布置多根無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3，然后在鋼管2內(nèi)澆灌管內(nèi)混凝土 I并密實振搗，待管內(nèi)混凝土 I達(dá)到一定強(qiáng)度后，即形成預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土的芯柱5，將芯柱5通過基礎(chǔ)預(yù)埋錨栓和芯柱柱腳底板連接，安裝固定至橋墩預(yù)定位置，進(jìn)行芯柱外鋼筋綁扎和外部混凝土澆筑施工，形成先張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，最后進(jìn)行芯柱內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉、錨固，形成后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(I)承載能力高由于疊合橋墩芯柱采用高強(qiáng)混凝土并且位于橋墩內(nèi)部，芯柱內(nèi)高強(qiáng)混凝土受到鋼管和芯柱外混凝土約束，高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度可得到提高和充分發(fā)揮，相應(yīng)地疊合橋墩截面抗剪承載能力、豎向抗壓承載能力以及壓彎剪扭復(fù)合受力承載能力均可得到顯著提高，可以有效橋墩小偏壓破壞、剪切破壞和端部壓彎剪復(fù)合破壞承載能力，在同樣設(shè)計荷載下，橋墩截面尺寸可以得到有效減小，從而能達(dá)到節(jié)省材料、增加美觀和增加橋下穿越空間等效果。(2)抗震延性好由于疊合橋墩芯柱內(nèi)高強(qiáng)混凝土受到良好約束，高強(qiáng)混凝土變形能力得到極大改善，同時由于鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱承受絕大部分軸向壓力，芯柱外部鋼筋混凝土部分承受軸向壓力較小(即外部鋼筋混凝土部分承受軸壓比值較小)，另外鋼管受到內(nèi)、外混凝土約束不易發(fā)生局部壓屈失穩(wěn)破壞，因此，疊合橋墩具有良好的延性和耗能性能。預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩的良好彈塑性變形能力、延性性能和耗能能力，可有效防止和避免橋墩在大震下發(fā)生嚴(yán)重破壞和倒塌，能切實有效提升混凝土橋墩抗震性能和抗震安全性。(3)彈性剛度大在疊合橋墩中設(shè)置預(yù)應(yīng)力芯柱可以有效增加橋墩彈性側(cè)移剛度，從而有效減小橋墩在列車、重型車輛行駛時橋梁振動和在小震下彈性變形，可以提高車輛行駛安全性和舒適性。(4)自復(fù)位性好在疊合橋墩內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力芯柱相當(dāng)于形成豎向預(yù)應(yīng)力橋墩，豎向預(yù)應(yīng)力筋能有效減小地震后橋墩的殘余變形，使疊合橋墩在地震作用后具有良好的自復(fù)位功能(self-centering)，使橋墩在中小地震作用后基本恢復(fù)到橋墩初始位置，在強(qiáng)地震下也不會因出現(xiàn)較大殘余變形而無法修復(fù)甚至倒塌。(5)魯棒性好近年來，常發(fā)生車輛、船舶撞擊橋墩導(dǎo)致橋墩發(fā)生嚴(yán)重破壞甚至倒塌現(xiàn)象(廣州九江大橋)，在疊合橋墩設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱，由于內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱和外部鋼筋混凝土雙重作用，可以有效提高橋墩魯棒性，增強(qiáng)橋墩抗震、防撞擊、抗沖擊、抗傾覆和抗連續(xù)倒塌能力，提高橋墩安全性能。(6)耐久性好相對鋼管外露的傳統(tǒng)鋼管混凝土橋墩，由于預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土橋墩中鋼管位于混凝土橋墩中心，不用考慮疊合柱中鋼管的防腐問題，橋墩耐久性能得到有效提高，更適用于環(huán)境類別較高的橋墩結(jié)構(gòu)。(7)澆筑質(zhì)量好由于預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱可以工廠預(yù)制生產(chǎn)，因此，鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱內(nèi)高強(qiáng)混凝土澆筑質(zhì)量可以得到很好保證，可避免現(xiàn)場澆筑造成芯柱內(nèi)高強(qiáng)混凝土澆筑不易密實以及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)困難等問題。
(8)經(jīng)濟(jì)性好疊合橋墩中高強(qiáng)混凝土受到鋼管和外部混凝土的良好約束，可以充分發(fā)揮超高強(qiáng)混凝土性能優(yōu)勢并大量使用超高強(qiáng)混凝土，橋墩截面尺寸和混凝土用量可大大減小，具有良好經(jīng)濟(jì)效益。已有使用經(jīng)驗表明，與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，同樣性能的普通鋼管混凝土結(jié)構(gòu)成本造價基本與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)持平。而預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩由于采用薄壁鋼管，用鋼量很小，加之可免去鋼管防腐維護(hù)費(fèi)用，與傳統(tǒng)鋼管混凝土橋墩相比，更具有明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。總體而言，預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩是一種具有良好受力性能、抗震性能和耐久性能并且施工方便、造價合理和質(zhì)量易控的新型橋墩形式，符合我國當(dāng)前土木工程結(jié)構(gòu)的“堅固、安全、耐久”發(fā)展方向，具有良好應(yīng)用推廣前景。


圖I為本發(fā)明實施例一結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的俯視圖。圖3為本發(fā)明施工工序圖。圖4為本發(fā)明實施例二結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4的俯視圖。圖6為本發(fā)明實施例三結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖6的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例一圓形截面單芯柱預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩參見圖I和圖2，一種后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，包括鋼管2，鋼管2中布置有六根預(yù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3，鋼管2內(nèi)壁與預(yù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3之間澆灌有管內(nèi)混凝土 1，鋼管2、預(yù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3和管內(nèi)混凝土 I形成一個芯柱5，在芯柱5外部澆筑有管外混凝土 4形成疊合橋墩，疊合橋墩截面為圓形。該疊合橋墩的施工步驟見圖3，如下步驟一，按照設(shè)計要求確定鋼管2的直徑和壁厚、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3的直徑、數(shù)量及布置位置以及管內(nèi)混凝土 I、管外混凝土 4的強(qiáng)度和配合比；步驟二，將鋼管2固定好，按設(shè)計要求在鋼管2內(nèi)部布置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3 ；步驟三，用泵送方法澆筑管內(nèi)混凝土 1，并對管內(nèi)混凝土 I進(jìn)行密實振搗，待管內(nèi)混凝土 I養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度后，即形成預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱5，管內(nèi)混凝土 I為高強(qiáng)混凝土 ;步驟四，將芯柱5運(yùn)至工地，通過基礎(chǔ)預(yù)埋錨栓和芯柱柱腳底板連接，安裝固定至橋墩預(yù)定位置；步驟五，進(jìn)行芯柱外鋼筋綁扎，架設(shè)鋼筋骨架6，進(jìn)行外部混凝土澆筑施工，形成，形成先張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩；步驟六，進(jìn)行芯柱內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3的張拉、錨固，形成后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩。
制備所得一種圓形截面單芯柱預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩如圖I和圖2所示，鋼管2的截面為圓形，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3的數(shù)量為六根。實施例二方形截面單芯柱預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩
參見圖4和圖5，一種后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，包括鋼管2，鋼管2中布置有六根預(yù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3，鋼管2內(nèi)壁與預(yù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3之間澆灌有管內(nèi)混凝土 1，鋼管2、預(yù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3和管內(nèi)混凝土 I形成一個芯柱5，在芯柱5外部澆筑有管外混凝土 4形成疊合橋墩，疊合橋墩截面為圓形。該疊合橋墩的施工步驟見圖3，與實施例一的方法一致。制備所得一種矩形截面單芯柱預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩如圖4和圖5所示，鋼管2的截面為矩形，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3的數(shù)量為六根。實施例三橢圓截面多芯柱預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩參見圖6和圖7，芯柱5有三個，芯柱5外以及相鄰的芯柱5之間均澆注管內(nèi)混凝土 4，組成多芯柱疊合橋墩，疊合橋墩的截面為橢圓形。施工步驟如下步驟一，按照設(shè)計要求確定鋼管2的直徑、壁厚和數(shù)量，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3的直徑、數(shù)量及布置位置以及管內(nèi)混凝土 I、管外混凝土 4的強(qiáng)度和配合比；步驟二，將鋼管2固定好，按設(shè)計要求在鋼管2內(nèi)部布置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3 ；步驟三，用泵送方法澆筑管內(nèi)混凝土 1，并對管內(nèi)混凝土 I進(jìn)行密實振搗，待管內(nèi)混凝土 I養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度后，即形成預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱5，管內(nèi)混凝土 I為高強(qiáng)混凝土 ;步驟四，將多個芯柱5運(yùn)至工地，通過基礎(chǔ)預(yù)埋錨栓和芯柱柱腳底板連接，安裝固定至橋墩預(yù)定位置；步驟五，進(jìn)行芯柱外鋼筋綁扎，架設(shè)鋼筋骨架6，鋼筋骨架6架設(shè)在排列好的多個芯柱5的外部，進(jìn)行外部混凝土澆筑施工，形成，形成先張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩；步驟六，進(jìn)行芯柱內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3的張拉、錨固，形成后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩。本發(fā)明還可以包括雙芯柱、三芯柱和四芯柱預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩等多種實施例。各個實施例中，管內(nèi)混凝土 I都為高強(qiáng)混凝土，而管外混凝土 4用普通混凝土或者高強(qiáng)混凝土均可，實施例中的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋3可選擇套接軟管的方式使之與周圍混凝土隔離。
權(quán)利要求
1.ー種后張法預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，包括鋼管(2)，其特征在于，鋼管(2)中布置有多根無粘結(jié)預(yù)應(yīng)カ筋(3)，鋼管(2)內(nèi)壁與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)カ筋(3)之間澆灌有管內(nèi)混凝土(1)，鋼管(2)、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)カ筋(3)和管內(nèi)混凝土(I)形成一個芯柱(5)，在芯柱(5)外部燒筑有管外混凝土(4)形成疊合橋墩。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后張法預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，其特征在于，所述無粘結(jié)預(yù)應(yīng)カ筋(3)套有軟管或包裹無粘結(jié)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后張法預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，其特征在于，所述疊合橋墩截面為方形、圓形或矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后張法預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，其特征在于，所述 芯柱(5)有多個,相鄰的芯柱(5)之間均澆注管外混凝土(4)，組成多芯柱疊合橋墩。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后張法預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，其特征在于，所述管內(nèi)混凝土(I)為高強(qiáng)混凝土，管外混凝土(4)為普通混凝土或高強(qiáng)混凝土。
6.權(quán)利要求I所述預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩的施工方法，其特征在于，在鋼管(2)內(nèi)沿其長度方向布置多根無粘結(jié)預(yù)應(yīng)カ筋(3)，然后在鋼管(2)內(nèi)澆灌管內(nèi)混凝土(I)并密實振搗，待管內(nèi)混凝土(I)達(dá)到一定強(qiáng)度后，即形成預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土的芯柱(5)，將芯柱(5)通過甚礎(chǔ)預(yù)埋錨栓和芯柱柱腳底板連接，安裝固定至橋墩預(yù)定位置，進(jìn)行芯柱外鋼筋綁扎和外部混凝土澆筑施工，形成先張法預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，最后進(jìn)行芯柱內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)カ筋的張拉、錨固，形成后張法預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩的施工方法，其特征在干，所述芯柱(5)有多個，相鄰的芯柱(5)之間均澆注管外混凝土，組成多芯柱疊合橋墩。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)應(yīng)カ鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩的施工方法，其特征在干，所述管內(nèi)混凝土(I)為高強(qiáng)混凝土，管外混凝土(4)為普通混凝土或高強(qiáng)混凝土。
全文摘要
一種后張法預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩及其施工方法，包括鋼管，鋼管中布置有多根無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，鋼管內(nèi)壁與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋之間澆灌有管內(nèi)混凝土，鋼管、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和管內(nèi)混凝土形成一個芯柱，在芯柱外部澆筑有管外混凝土形成疊合橋墩，在傳統(tǒng)鋼筋混凝土橋墩內(nèi)部安裝布置若干帶有豎向預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)制鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱，待內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土芯柱安裝施工完畢后，再綁扎橋墩外部鋼筋混凝土骨架并澆筑外部混凝土，即形成鋼管內(nèi)外混凝土不同期澆筑的豎向預(yù)應(yīng)力鋼管高強(qiáng)混凝土疊合橋墩，其中，內(nèi)部預(yù)應(yīng)力芯柱采用后張法制作，本發(fā)明有效改善了現(xiàn)有橋墩結(jié)構(gòu)抗震安全性和有效性，具有承載能力高、抗震性能好、施工方便和自復(fù)位的特點。
文檔編號E01D21/00GK102635063SQ20121012860
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者楊勇, 泮勇溥, 薛建陽, 黃慧萍 申請人:西安建筑科技大學(xué)