[發明專利]先張法預應力鋼管高強混凝土疊合橋墩及其施工方法

無效

• 申請號: 201210128617.2
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102635064A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 楊勇;黃慧萍;薛建陽;泮勇溥
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: E01D19/02
• 分類號: E01D19/02;E01D21/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 劉國智

技術領域

本發明屬于橋梁工程技術領域，尤其涉及一種先張法預應力鋼管高強混凝土疊合橋墩及其施工方法。

背景技術

作為橋梁結構關鍵構件，橋墩抗震設計始終是橋梁領域重要研究課題。我國目前鐵路橋梁和公路橋梁主要采用鋼筋混凝土橋墩。應該注意到，鋼筋混凝土橋墩在具有結構剛度大、疲勞性能好、可模性好和造價合理等性能優點的同時，也普遍存在箍筋約束弱、延性偏低、剪切強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生剪切破壞、壓彎剪扭復合破壞和傾覆倒塌等破壞形態，在近年來國內外多次地震中，均有鋼筋混凝土橋墩破壞嚴重并且難以修復震害現象發生，對地震中救災搶險和災后修復重建工作造成了很大困難。因此，在努力提高和改善傳統鋼筋混凝土橋墩抗震性能的同時，創新開發高效新型的鋼-混凝土組合橋墩形式并發展組合橋墩抗震設計方法也日漸成為當前橋梁工程界重點關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)在國內外橋梁工程也得到了一些推廣應用。鋼管混凝土疊合橋墩由于將鋼管內置于鋼筋混凝土橋墩內部，在具有鋼管混凝土橋墩中鋼管約束混凝土優點的同時，使鋼管防腐和受壓局部屈曲問題也得到了很好解決。

現有研究結果表明，鋼管混凝土疊合橋墩(柱)強度高、延性大和耗能好，具有良好抗震性能。為有效減小橋梁結構地震后殘余變形以方便橋梁震后修復加固，國內外學者最近提出“豎向預應力橋墩”(或自復位功能)設計理，即通過在鋼筋混凝土橋墩內部布置豎向預應力筋，使橋墩由于豎向預應力筋緊拉作用在地震后的殘余變形得到有效減小。

現有研究結果表明，豎向預應力不僅可以有效減小橋墩殘余變形實現在地震后自復位功能，而且對于提高橋墩抗側移剛度、抗沖擊、抗傾覆和抗連續倒塌能力均有良好貢獻。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種先張法預應力鋼管高強混凝土疊合橋墩及其施工方法，有效改善了現有橋墩結構抗震安全性和有效性，具有承載能力高、抗震性能好、施工方便和自復位的特點，為橋梁建設提供了先進的技術。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種先張法預應力鋼管高強混凝土疊合橋墩，包括鋼管2，鋼管2中布置有多根預應力筋3，鋼管2內壁與預應力筋3之間澆灌有管內混凝土1，鋼管2、預應力筋3和管內混凝土1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。

所述預應力筋3可以為螺紋鋼筋、刻痕鋼絲或鋼絞線。

所述疊合橋墩截面為圓形、方形或者矩形等截面形狀。

所述管內混凝土1為高強混凝土，管外混凝土4為普通混凝土或高強混凝土。

本發明同時提供了該預應力鋼管高強混凝土疊合橋墩的施工方法：在鋼管2內沿其長度方向布置多根預應力筋3，然后在鋼管2內澆灌管內混凝土1并密實振搗，待管內混凝土1達到一定強度后，切斷預應力筋3進行放張，形成預應力鋼管高強混凝土的芯柱5，將芯柱5通過基礎預埋錨栓和芯柱柱腳底板連接，安裝固定至橋墩預定位置，再進行芯柱外鋼筋綁扎和外部混凝土4澆筑施工，即形成先張法預應力鋼管高強混凝土疊合橋墩。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

(1)承載能力高：由于疊合橋墩芯柱采用高強混凝土并且位于橋墩內部，芯柱內高強混凝土受到鋼管和芯柱外混凝土約束，高強混凝土強度可得到提高和充分發揮，相應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合破壞承載能力，在同樣設計荷載下，橋墩截面尺寸可以得到有效減小，從而能達到節省材料、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高強混凝土受到良好約束，高強混凝土變形能力得到極大改善，同時由于鋼管高強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、外混凝土約束不易發生局部壓屈失穩破壞，因此，疊合橋墩具有良好的延性和耗能性能。預應力鋼管高強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生嚴重破壞和倒塌，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：在疊合橋墩中設置預應力芯柱可以有效增加橋墩彈性側移剛度，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。