[發明專利]一種仿生橋墩及其建造方法

有效

• 申請號: 201610635851.2
• 申請日: 2016-08-05
• 公開（公告）號: CN106087714B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 李杰;陳淮;陳代海;梁巖;馮冠杰;牛歡;師海坤
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: E01D19/02
• 分類號: E01D19/02;E01D21/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 時立新,張麗

技術領域

本發明屬于橋墩建造技術領域，具體涉及一種仿生橋墩及其建造方法。

背景技術

普通的橋梁結構依靠橋墩支承并傳遞上部荷載，隨著交通量的增加，出現了許多跨度大且寬幅的橋梁，由于車輛的偏載以及超限等危險運營方式造成上部主梁結構橫向傾覆的事故時有發生，傾覆對橋梁結構和交通運營造成很大危害，此外橋梁結構的受力大小與跨徑密切相關，那么橋墩的合理布設就成為確保橋梁結構跨越和運營安全的重要設計內容。通常情況下，沿橋梁縱向的橋墩結構按照上部結構的受力、通航以及排洪的要求設置，沿橋梁橫向可設為獨柱、多柱墩或者花瓶等橫截面變寬的墩，這些橋墩結構的共同特點是將墩柱僅作為上部結構的支承，主要承受壓力，即使承受偏心彎矩也是小偏心構件。橋梁設計按照墩中線或者橋墩上支座中線間的間距作為計算跨徑進行結構分析；荷載橫橋向的偏載問題對窄橋不突出，但一些城市高架橋、立交橋橫向非常寬，極端情況下的橫橋向偏載對橋梁結構的安全運營形成了巨大威脅，從一些橫向傾覆的橋梁事故中可以清晰地看出上部主梁結構即使傾斜落梁，但整體結構未損壞，事故的發生除了超載、偏載等荷載因素外，橋墩橫向支承不足是導致事故的重要原因，此外大跨寬幅橋梁的大噸位支座還會增加橋梁建設和管養成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種仿生橋墩及其建造方法。

基于上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種仿生橋墩，包括設于橋墩基礎上的橋墩本體，橋墩本體由自下而上依次連接的實體墩底段、空心墩身段和樹枝形墩頂段組成，樹枝形墩頂段由若干對稱或非對稱設于空心墩身段上端面并斜向上伸展的墩枝構成，所述空心墩身段由預應力鋼束和若干空心墩身塊組成，相鄰空心墩身塊榫卯定位連接，預應力鋼束設于空心墩身塊側壁內并貫穿空心墩身段，預應力鋼束的下端錨固在實體墩底段上，每個墩枝由若干組拼構件和若干預應力筋組成，組拼構件之間榫卯定位連接，墩枝的橫截面為實心或空心截面，相鄰兩個組拼構件通過設于組拼構件內部的預應力筋錨固，最下端的組拼構件通過設于組拼構件內的預應力筋錨固于空心墩身段的上端面上。

進一步地，每個空心墩身塊側壁的下端面上設有第一卯，空心墩身塊側壁的上端面上和實體墩底段的頂部均設有與第一卯相適配的第一榫，組拼構件的下端面上設有第二卯，組拼構件的上端面上或空心墩身段的上端面上均設有與第二卯相適配的第二榫，每個空心墩身塊的側壁內或組拼構件內均預留有預應力孔道，預應力孔道內設有預應力鋼束或預應力筋，組拼構件預應力孔道內的上部、空心墩身段的上端面上和實體墩底段的內部均設有用以錨固預應力筋或預應力鋼束的錨固齒塊。

所述實體墩底段的高度為3~4m，空心墩身段每個空心墩身塊的高度為1m，墩枝每個組拼構件的長度為2~3m。

一種仿生橋墩的建造方法，包括如下步驟：

1）依據仿生學原理，按受力要求設計樹枝形橋墩，并進行節段劃分：其中實體墩底段的高度為3~4m，空心墩身段塊高度為1m，組拼構件長度為2~3m，預留預應力孔道、榫和卯，組拼構件預應力孔道內的上部、空心墩身段的上端面上及實體墩底段的內部設置用于錨固預應力筋或預應力鋼束的錨固齒塊；

2）依據上部結構所傳遞的彎壓荷載，對樹枝形墩頂段和空心墩身段進行詳細設計，配置預應力筋和預應力鋼束，預應力筋和預應力鋼束采用橋梁結構常用的Ф15.24鋼絞線，錨下時的預應力為預應力筋或預應力鋼束的極限抗拉強度的0.7~0.75倍；設計組拼構件、空心墩身塊及錨固齒塊的構造圖；

3）按照設計圖紙進行空心墩身塊和組拼構件進行工廠預制；

4）施工時按照先組拼實體墩底段、空心墩身段，再依次組拼樹枝形墩頂段的順序完成橋墩安裝，組拼時，空心墩身塊和組拼構件端面涂抹環氧樹脂膠，榫卯對齊臨時固定，空心墩身塊全部組裝好后，空心墩身塊的預留孔道穿預應力鋼束并張拉錨固，墩枝組拼時每個組拼構件通過預應力筋逐一錨固，48小時內預應力孔道內壓漿封錨，最終完成橋墩組拼；

5）按設計圖紙要求在樹枝形墩頂段的頂部設置支座墊石、安放支座，進行梁體的建造安裝，最后可根據需要對樹枝形橋墩表面進行涂裝美化。

步驟1）中所述的橋墩橫截面為圓形、圓臺形、矩形等，空心墩身段可為單箱室或者多箱室的板件預制組拼，樹枝形墩頂段可為變高度的實心或空心截面。

步驟3）中所述的墩身節段預制方法可采用傳統工廠預制的各類建造方法，也可采用最新的3D打印技術。

本發明中，仿生橋墩的外形尺寸按照橋墩受力要求進行設計，并根據通航排洪和預應力筋布置局部優化。