專利名稱：門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)及其施工方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及土木工程的橋梁結(jié)構(gòu)，具體的說，是涉及一種天橋結(jié)構(gòu)中的鋼墩柱與混凝土承臺的節(jié)點構(gòu)造形式及其施工方法。
背景技術(shù)：
人行天橋是城市景觀的重要組成部分，在滿足人行交通功能的基礎上，逐漸向結(jié)構(gòu)輕巧、造型獨特、跨度較大、承載力高、安裝便利的綜合性要求邁進，鋼結(jié)構(gòu)已逐步取代混凝土成為人行天橋的主要材料。目前的人行天橋大多采用簡支鋼箱梁的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)城市人行天橋與人行地道設計規(guī)范(CJJ 69-95)，當簡支鋼箱梁的人行天橋主跨跨徑較大時，梁高也會隨之增大。例如當主跨跨徑為50m時，要使結(jié)構(gòu)豎向振動基頻滿足規(guī)范中大于3Hz的要求，梁高至少要達到2. 3m。而采用如此大的梁高，會帶來一系列弊端結(jié)構(gòu)厚重、景觀效果不佳；在滿足橋下4. 5米凈空的前提下，天橋需設置的臺階階數(shù)增 力口，不夠人性化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有簡支鋼箱梁天橋結(jié)構(gòu)存在的技術(shù)問題，提供一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)及其施工方法，其結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、受力合理，能夠為新型的門式剛架天橋結(jié)構(gòu)安全可靠地傳遞計算荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和變形，增加結(jié)構(gòu)的冗余自由度，保證結(jié)構(gòu)更安全，并降低結(jié)構(gòu)自振頻率，從而使門式剛架天橋結(jié)構(gòu)的梁高降低，提升景觀效果，減少工程投資。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)，包括鋼墩柱和混凝土承臺，所述鋼墩柱底部埋入所述混凝土承臺中，所述鋼墩柱底端設置有中部開孔的柱腳預埋板，所述柱腳預埋板與所述鋼墩柱之間設置有加勁肋板，所述鋼墩柱內(nèi)設置有中部開孔的上預埋板，所述上預埋板的頂面與所述混凝土承臺頂面齊平，所述鋼墩柱內(nèi)填充有柱內(nèi)混凝土，所述柱內(nèi)混凝土頂面高于所述混凝土承臺頂面，所述鋼墩柱側(cè)壁焊接有設置在所述混凝土承臺與所述柱內(nèi)混凝土中的剪力釘。所述鋼墩柱底部埋入所述混凝土承臺中的深度為所述鋼墩柱截面高度的2. O
2.5 倍。所述柱內(nèi)混凝土頂面高于所述混凝土承臺頂面的高度為所述鋼墩柱截面高度的
I.O I. 5 倍。所述柱腳預埋板外邊長大于所述鋼墩柱的橫截面外邊長的長度為所述鋼墩柱截面高度的I. O I. 5倍。所述柱內(nèi)混凝土采用微膨脹混凝土。一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)的施工方法，包括如下步驟a.預制鋼墩柱，并在鋼墩柱上完成上預埋板以及剪力釘?shù)暮附邮┕ぃ?br> b.混凝土承臺墊層施工；c.進行混凝土承臺底板鋼筋綁扎與焊接；d.在鋼墩柱底端安裝柱腳預埋板，柱腳預埋板四周焊接加勁肋板；e.澆筑柱腳預埋板以下混凝土；f.混凝土達到設計強度的80%以上時，吊裝鋼墩柱并與柱腳預埋板焊接牢固；安裝時控制鋼墩柱的定位準確及垂直度；
g.綁扎及焊接混凝土承臺鋼筋并與鋼墩柱連接，澆筑混凝土承臺；h.混凝土澆筑完畢并養(yǎng)護結(jié)束后，澆注柱內(nèi)混凝土至設計高度。本發(fā)明的有益效果是(一)本發(fā)明能夠?qū)⑿滦偷拈T式剛架天橋結(jié)構(gòu)中固結(jié)側(cè)鋼墩柱由于各種計算荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移安全可靠地傳遞給混凝土承臺，再由混凝土承臺傳遞給樁基礎，保證了整體門式剛架天橋結(jié)構(gòu)一側(cè)鋼墩柱柱底固結(jié)的計算模式與實際受力模式的一致性，從而達到了降低天橋結(jié)構(gòu)的自振頻率，降低主梁梁高的目的，最終大大的減少了上部工程量的投入，降低了工程投資。(二)本發(fā)明在鋼墩柱底部設置柱腳預埋板，確保了柱底彎矩應力有效的擴散，避免了應力集中造成混凝土承臺中的混凝土抗壓破壞，同時確保了墩柱彎矩應力更有效可靠的傳遞到混凝土承臺，再傳遞到樁基礎。(三)本發(fā)明的鋼墩柱內(nèi)填充有柱內(nèi)混凝土，既保證了混凝土在鋼墩柱內(nèi)外的連續(xù)性，又避免了鋼墩柱的屈曲破壞，具有良好的抗疲勞性能和耐久性。(四)本發(fā)明通過鋼墩柱內(nèi)外側(cè)壁焊接的剪力釘，確保了鋼墩柱所受軸力均勻有效的傳遞到混凝土承臺的混凝土中，鋼墩柱的焊接加工在工廠完成，既保證了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，同時構(gòu)造簡單，制作安裝方便。綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、傳力可靠、耐久性好、減少工程投資，可使結(jié)構(gòu)設計、施工和應用更趨合理，并在結(jié)構(gòu)全壽命周期內(nèi)具有較強的綜合經(jīng)濟指標，其成為人行天橋門式剛架結(jié)構(gòu)中重要組成構(gòu)件的前景廣闊。


圖I是本發(fā)明所提供的鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)的橫橋向剖面圖；圖2是本發(fā)明所提供的鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)的順橋向剖面圖；圖3是本發(fā)明所提供的鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)的水平剖面圖。圖中1，鋼墩柱；2，柱內(nèi)混凝土 ；3，上預埋板；4，混凝土承臺；5，構(gòu)造鋼筋；6，加勁肋板；7，柱腳預埋板；8，剪力釘。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下采用一側(cè)固結(jié)一側(cè)鉸接的整體門式剛架天橋結(jié)構(gòu)形式，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的簡支鋼箱梁天橋結(jié)構(gòu)，可以顯著提高天橋上部結(jié)構(gòu)豎向振動基頻，避免共振，大大降低梁高，提升景觀效果。一側(cè)的鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)，作為門式剛架天橋結(jié)構(gòu)中鋼墩柱結(jié)構(gòu)和混凝土承臺之間的重要連接構(gòu)件，需可靠地將上部結(jié)構(gòu)的所有內(nèi)力傳遞到承臺。如圖I至圖3所示，本實施例披露了一種門式剛架天橋結(jié)構(gòu)鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)，包括鋼墩柱I、混凝土承臺4、上預埋板3、柱腳預埋板7、加勁肋板6、剪力釘8以及柱內(nèi)混凝土 2。鋼墩柱I底部埋入混凝土承臺4中，埋入深度為鋼墩柱I截面高度的2. O 2. 5倍。在混凝土承臺4中的鋼墩柱I外圍綁扎有連接成網(wǎng)狀的構(gòu)造鋼筋5。其中，鋼墩柱I的截面高度是指鋼墩柱I截面順橋向的長度。鋼墩柱I內(nèi)灌注填充有柱內(nèi)混凝土 2，柱內(nèi)混凝土 2的材料為微膨脹C30細石混凝土，并且柱內(nèi)混凝土 2在鋼墩柱I內(nèi)延伸到一定高度，使柱內(nèi)混凝土 2的頂面高于混凝土承臺4的頂面，高出的高度為鋼墩柱I截面高度的I. O I. 5倍，以避免應力集中，達到應力擴散的目的。鋼墩柱I的底部設置有20mm厚的鋼板作為柱腳預埋板7，保證鋼墩柱I柱底鋼板 應力均勻擴散。柱腳預埋板7的外邊長大于鋼墩柱I的橫截面外邊長，其差值為鋼墩柱I截面高度的I. O I. 5倍，以保證柱腳預埋板7的壓應力小于混凝土承臺4中混凝土的抗壓設計強度。柱腳預埋板7中部開孔，開孔尺寸略小于鋼墩柱I尺寸，只要保證柱腳預埋板7和鋼墩柱I底預留足夠的焊接尺寸即可。柱腳預埋板7的開孔保證了鋼墩柱I中的柱內(nèi)混凝土 2與混凝土承臺4的連續(xù)性，同時避免應力集中，實現(xiàn)應力擴散。柱腳預埋板7與鋼墩柱I之間設置有多個加勁肋板6，用以支撐和固定鋼墩柱1，并且增強鋼墩柱I與混凝土承臺4的錨固強度。鋼墩柱I內(nèi)還設置有上預埋板3，上預埋板3的頂面與混凝土承臺4頂面齊平。上預埋板3開有兩個直徑為200mm的圓孔，以保證上預埋板3上下柱內(nèi)混凝土 2的連貫性。鋼墩柱I的側(cè)壁內(nèi)外兩面均布地焊接有多個Φ22πιπι的剪力釘8，鋼墩柱I與混凝土承臺4以及柱內(nèi)混凝土 2通過剪力釘8傳力。本實施例的門式剛架天橋結(jié)構(gòu)鋼墩柱與混凝土承臺固結(jié)構(gòu)造在施工之前，首先可以采用MIDAS CIVIL2006版軟件對門式剛架天橋結(jié)構(gòu)進行分析計算，內(nèi)容主要包括恒載、二期鋪裝、人群荷載、整體升降溫、滿人荷載、雪荷載、風荷載、地震荷載等，通過分析計算得到鋼墩柱與混凝土承臺固結(jié)構(gòu)造節(jié)點最不利荷載組合值。其中，群樁基礎對上部結(jié)構(gòu)的彈性支撐作用，可按單位力作用下位移相等的原則簡化為彈性支撐。然后根據(jù)各項最不利荷載組合值對鋼墩柱與混凝土承臺固結(jié)構(gòu)造的各個構(gòu)件進行受力分析，進而確定出保證鋼墩柱I與混凝土承臺4之間實現(xiàn)剛接的構(gòu)件尺寸及要求。本實施例中鋼墩柱I的截面高度為1200_，首先確定鋼墩柱I埋入混凝土承臺4中的深度，埋深取值為2500_ ;然后根據(jù)最不利鋼墩柱軸力，計算確定柱腳預埋板7的尺寸，其外邊長大于鋼墩柱I的橫截面外邊長650_，計算確定加勁肋板6的個數(shù)和厚度，以及加勁肋板6與鋼墩柱I和柱腳預埋板7之間的焊縫高度；然后根據(jù)最不利鋼墩柱組合彎矩，計算確定柱腳預埋板7的厚度；最后根據(jù)鋼墩柱I的最不利組合軸力，計算所需剪力釘8的個數(shù)。涉及的所有焊接構(gòu)件均在工廠加工完成，在現(xiàn)場定位后進行澆注混凝土，混凝土需保證燒注質(zhì)量。一、施工準備在工廠根據(jù)設計預制鋼墩柱I，一并在鋼墩柱I上完成上預埋板3以及剪力釘8的焊接施工。同時由測量人員根據(jù)施工圖紙放出混凝土承臺4的邊線，基坑的幾何尺寸按照混凝土承臺4尺寸外擴80cm進行施放?；铀闹荛_挖排水溝，對角設置兩口集水井，內(nèi)置抽水泵，保證地下水位不高于基坑底。在墊層施工時，在墊層混凝土中預埋10根預埋板定位鋼筋。承臺墊層澆筑完畢后，在混凝土承臺4上放出承臺中軸線，用墨線彈出承臺四邊線，及柱腳預埋板7四角邊線。二、混凝土承臺4底板鋼筋綁扎與焊接底板鋼筋使用鉛絲綁扎，綁扎點按梅花型布置。主筋焊接及短柱鋼筋遇到鋼墩柱I處截斷與鋼墩柱I焊接時，均采用雙面焊接，焊接長度嚴格按規(guī)定不小于5d把握，焊口處應敲打干凈，保證混凝土與鋼筋連接緊密。
三、柱腳預埋板7的安裝底板鋼筋綁扎與焊接完畢后，安裝柱腳預埋板7。柱腳預埋板7采用20_厚鋼板，并沿四周焊接一圈16個加勁肋板6，用以臨時支撐和固定鋼墩柱1，并且增強鋼墩柱I與混凝土承臺4的錨固強度。柱腳預埋板7底部焊接500mm長、Φ20鋼筋20根，焊縫采用雙面焊，焊縫長度為5d，焊口處應敲打干凈，保證混凝土與鋼筋連接緊密，并與承臺墊層內(nèi)預埋的定位鋼筋焊接，用以固定柱腳預埋板7?？刂浦_預埋板7的位置及四角高程差在2_以內(nèi)。四、柱腳預埋板7下混凝土的澆筑綁扎承臺鋼筋以及結(jié)構(gòu)鋼筋，澆筑柱腳預埋板7以下70cm混凝土，澆筑前應將基底濕潤后再澆筑砼。澆筑時應加強振搗，保證密實度，并且嚴禁觸碰柱腳預埋板7的支撐鋼筋。采用薄膜覆蓋等方法加強混凝土養(yǎng)護。柱腳預埋板7以下混凝土應加強振搗，防止出現(xiàn)漏空和密實度不足現(xiàn)象。五、鋼墩柱I的安裝待混凝土達到設計強度的80%以上時，吊裝鋼墩柱I并與柱腳預埋板7以及構(gòu)造鋼筋焊接牢固。安裝時采用兩臺全站儀和垂準儀控制鋼墩柱I的定位準確及垂直度。采用橫移千斤頂配合吊車進行微調(diào)，當滿足規(guī)范要求后進行焊接。焊接采用對稱滿焊，焊角尺寸滿足設計要求。六、鋼墩柱與混凝土承臺固結(jié)構(gòu)造中混凝土部分施工綁扎及焊接混凝土承臺鋼筋并與鋼墩柱I可靠的聯(lián)結(jié)。澆筑混凝土承臺4，特別注意鋼墩柱I根部及周邊的混凝土施工質(zhì)量。接茬處采用鑿毛處理及采用高標號砂漿涂刷接茬面。混凝土承臺4結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級為C30，混凝土澆筑采用泵車澆筑，用插入式振搗器進行振搗，混凝土分層澆筑、分層振搗，每層澆筑厚度不得大于500mm。振搗器間距40cm插一次棒，振搗時間20s左右，直至無氣泡為止，不得過振和漏振。振搗上一層時，振搗器應插入下面一層混凝土內(nèi)，保證上下兩層混凝土能很好的結(jié)合。鋼墩柱I周邊應加強振搗，確保其密實度?；炷翝仓戤吅螅媚灸ㄗ雍丸F抹子三次收漿抹面，保證混凝土承臺4表面平整。上用土工布覆蓋，勤灑水，同時外罩塑料薄膜保溫保濕養(yǎng)護，避免承臺表面出現(xiàn)收縮裂縫?；炷琉B(yǎng)護7天后，可拆除模板。澆注完混凝土承臺4中的混凝土 7天后，即可澆注柱內(nèi)混凝土 2，一直澆注到柱內(nèi)混凝土 2的設計高度為止，設計為柱內(nèi)混凝土 2頂面高于混凝土承臺4頂面1200_。柱內(nèi)混凝土 2采用微膨脹C30細石混凝土，澆注過程中加強振搗，確保柱內(nèi)混凝土 2的密實度。當柱內(nèi)混凝土 2達到設計強度后方可進行主梁的安裝施工。 盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)，包括鋼墩柱和混凝土承臺，其特征在于，所述鋼墩柱底部埋入所述混凝土承臺中，所述鋼墩柱底端設置有中部開孔的柱腳預埋板，所述柱腳預埋板與所述鋼墩柱之間設置有加勁肋板，所述鋼墩柱內(nèi)設置有中部開孔的上預埋板，所述上預埋板的頂面與所述混凝土承臺頂面齊平，所述鋼墩柱內(nèi)填充有柱內(nèi)混凝土，所述柱內(nèi)混凝土頂面高于所述混凝土承臺頂面，所述鋼墩柱側(cè)壁焊接有設置在所述混凝土承臺與所述柱內(nèi)混凝土中的剪力釘。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼墩柱底部埋入所述混凝土承臺中的深度為所述鋼墩柱截面高度的2. O 2. 5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柱內(nèi)混凝土頂面高于所述混凝土承臺頂面的高度為所述鋼墩柱截面高度的I. O I. 5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柱腳預埋板外邊長大于所述鋼墩柱的橫截面外邊長的長度為所述鋼墩柱截面高度的I.O I. 5 倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柱內(nèi)混凝土采用微膨脹混凝土。
6.—種如權(quán)利要求I所述門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，包括如下步驟 a.預制鋼墩柱，并在鋼墩柱上完成上預埋板以及剪力釘?shù)暮附邮┕ぃ? b.混凝土承臺邊線放樣，混凝土承臺墊層施工； c.進行混凝土承臺底板鋼筋綁扎與焊接； d.在鋼墩柱底端安裝柱腳預埋板，柱腳預埋板四周焊接加勁肋板； e.澆筑柱腳預埋板以下混凝土； f.混凝土達到設計強度的80%以上時，吊裝鋼墩柱并與柱腳預埋板焊接牢固；安裝時控制鋼墩柱的定位準確及垂直度； g.綁扎及焊接混凝土承臺鋼筋并與鋼墩柱連接，澆筑混凝土承臺； h.混凝土澆筑完畢并養(yǎng)護結(jié)束后，澆注柱內(nèi)混凝土至設計高度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種門式剛架天橋鋼墩柱與承臺固結(jié)結(jié)構(gòu)及其施工方法，鋼墩柱底部埋入混凝土承臺中，鋼墩柱底端設置有中部開孔的柱腳預埋板，柱腳預埋板與鋼墩柱之間設置有加勁肋板，鋼墩柱內(nèi)設置有中部開孔的上預埋板，上預埋板的頂面與混凝土承臺頂面齊平，鋼墩柱內(nèi)填充有柱內(nèi)混凝土，柱內(nèi)混凝土頂面高于混凝土承臺頂面，鋼墩柱側(cè)壁焊接有設置在混凝土承臺與柱內(nèi)混凝土中的剪力釘。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制作安裝方便，造價低，能夠有效可靠的傳遞內(nèi)力，具有良好的抗疲勞性能和耐久性，大大的減少了門式剛架天橋結(jié)構(gòu)上部工程量的投入，從而降低了工程投資，可使結(jié)構(gòu)設計、施工和應用更趨合理，在結(jié)構(gòu)全壽命周期內(nèi)具有較強的綜合經(jīng)濟指標。
文檔編號E01D21/00GK102839601SQ201210334518
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者周莉, 曹景, 張洪海, 劉旭鍇, 胡江, 李芝水, 田川, 劉志才, 杜鵬, 趙偉 申請人:天津市市政工程設計研究院