多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，該橋塔或橋墩在其內(nèi)部整體或局部區(qū)段采用多塊鋼板劃分為若干四周封閉的鋼格室，且各鋼格室內(nèi)填充滿混凝土。本實(shí)用新型將較大尺寸的橋塔或橋墩斷面進(jìn)行多格室劃分，并在格室內(nèi)填充滿混凝土，充分發(fā)揮了大尺寸組合結(jié)構(gòu)截面的套箍效應(yīng)，具有承載能力高、抗震性能好、施工效率高、綜合經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，在橋梁、建筑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于橋梁工程的【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 在大跨徑橋梁中，斜拉橋、懸索橋等纜索承重橋梁是最為重要的結(jié)構(gòu)形式。作為纜 索承重橋梁核心部件的橋塔，其性能直接關(guān)系到大橋的安全性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性。
[0003] 混凝土橋塔材料成本低，結(jié)構(gòu)剛度大，當(dāng)采取滑模時(shí)施工速度較快，因此在國(guó)內(nèi)外 得到普遍應(yīng)用。但是，混凝土橋塔往往存在自重大、抗震性能低、下部結(jié)構(gòu)受力要求高、配筋 構(gòu)造復(fù)雜、容易開裂等缺點(diǎn)，因此在建造和使用中仍存在較多技術(shù)難題。
[0004] 鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)是對(duì)傳統(tǒng)混凝土受壓構(gòu)件的一種改進(jìn)，其由鋼管和混凝土組 合而成，利用鋼管對(duì)混凝土的約束效應(yīng)，提高了核心混凝土的承載能力，而核心混凝土的存 在使鋼管不會(huì)產(chǎn)生局部屈曲，充分發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于通常截面尺寸較大、并采 用空心斷面的混凝土橋塔，簡(jiǎn)單地在塔柱內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置鋼管，由于鋼管壁厚相對(duì)很小，有 效影響區(qū)域有限，因此無法有效發(fā)揮鋼管對(duì)混凝土的約束作用，鋼管混凝土組合效果不明 顯。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的是在傳統(tǒng)混凝土橋塔的基礎(chǔ)上，利用鋼管混凝 土套箍約束原理，提供一種結(jié)構(gòu)自重小、承載能力高、抗震性能好、施工效率高的多格室組 合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 為達(dá)到上述目的，增強(qiáng)橋塔或橋墩混凝土受約束程度，本實(shí)用新型提供了一種多 格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，該橋塔或橋墩在其內(nèi)部整體或局部區(qū)段采用多塊鋼板劃分為 若干四周封閉的鋼格室，且各鋼格室內(nèi)填充滿混凝土。
[0009] 上述方案中，在該橋塔或橋墩內(nèi)部具有鋼格室的區(qū)段，橫截面輪廓為中空的圓形、 中空的多邊形或中空的圓端矩形，所述中空的部分還可以進(jìn)一步填充有混凝土或鋼筋混凝 土；或者，在該橋塔或橋墩內(nèi)部具有鋼格室的區(qū)段，橫截面輪廓為全部由鋼格室構(gòu)成的圓 形、多邊形或圓端矩形。所述多邊形為三邊形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形。 [0010] 上述方案中，各鋼格室采用圓形結(jié)構(gòu)、扇形結(jié)構(gòu)或多邊形結(jié)構(gòu)中任一種結(jié)構(gòu)的橫 截面，相鄰的兩個(gè)鋼格室共用一個(gè)側(cè)壁，且各鋼格室之間緊密排列。所述多邊形為三邊形、 四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形。
[0011] 上述方案中，根據(jù)橋塔或橋墩截面的壁厚，該橋塔或橋墩在截面厚度方向選擇設(shè) 置多層鋼格室。
[0012] 上述方案中，該橋塔或橋墩還在鋼格室內(nèi)壁設(shè)置連接件。
[0013] 上述方案中，該橋塔或橋墩還在鋼格室內(nèi)部設(shè)置方向與鋼格室內(nèi)壁表面平行的鋼 筋。
[0014] 上述方案中，該鋼格室作為混凝土澆筑的永久模板。
[0015] (三）有益效果
[0016] 從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
[0017] 1、本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)橋塔或橋墩，將較大尺寸的橋塔或橋墩斷面 進(jìn)行多格室劃分，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)部混凝土的套箍效應(yīng)，提高了橋塔或橋墩的承載能 力和延性,經(jīng)濟(jì)性好、承載能力高、抗震性能好。
[0018] 2、本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)橋塔或橋墩，鋼格室直接作為混凝土澆筑模 板，施工結(jié)束后不用拆除，施工速度快。同時(shí)鋼格室自身具有較好的穩(wěn)定性，施工中無需增 加其他支撐系統(tǒng)。
[0019] 3、本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)橋塔或橋墩，可以在相同承載力情況下，減 小自重，降低下部基礎(chǔ)規(guī)模，節(jié)約成本，具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩的示意圖；
[0021] 圖2為本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩采用矩形斷面的示意圖；
[0022] 圖3為本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩采用圓形斷面的示意圖；
[0023] 圖4為本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩采用圓端矩形斷面的示 意圖；
[0024] 圖5為本實(shí)用新型提供的壁厚較大時(shí)多格室組合結(jié)構(gòu)橋塔或橋墩采用兩層正方 形斷面的示意圖；
[0025] 圖6為本實(shí)用新型提供的壁厚較大時(shí)多格室組合結(jié)構(gòu)橋塔或橋墩采用兩層扇形 斷面的不意圖；
[0026] 圖7a和圖7b為承載力計(jì)算用多格室組合結(jié)構(gòu)和內(nèi)外包鋼板組合結(jié)構(gòu)斷面的示意 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并 參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028] 為了增強(qiáng)橋塔或橋墩中混凝土的受約束程度，本實(shí)用新型將大尺寸、大壁厚的橋 塔或橋墩截面用多塊鋼板劃分為若干封閉格室，在格室內(nèi)填充混凝土。如圖1所示，圖1為 本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩的示意圖，該橋塔或橋墩在其內(nèi)部整體或 局部區(qū)段采用多塊鋼板劃分為若干四周封閉的鋼格室，且各鋼格室內(nèi)填充滿混凝土。
[0029] 其中，鋼格室的尺寸以充分約束內(nèi)部填充的混凝土并方便施工為佳，鋼格室可作 為混凝土澆筑的永久模板，且采用多個(gè)鋼格室的多格室鋼構(gòu)件具有良好的穩(wěn)定性，施工中 無需另加模板。
[0030] 在該橋塔或橋墩內(nèi)部具有鋼格室的區(qū)段，其橫截面輪廓可以為中空的圓形、中空 的多邊形或中空的圓端矩形等形狀，中空的部分可以填充混凝土或鋼筋混凝土，也可以不 填充混凝土或鋼筋混凝土；或者其橫截面輪廓可以為全部由鋼格室構(gòu)成的圓形、多邊形或 圓端矩形等形狀；優(yōu)選地，該多邊形可以為三邊形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊 形等。
[0031] 其中，各鋼格室采用圓形結(jié)構(gòu)、扇形結(jié)構(gòu)、多邊形結(jié)構(gòu)中任一種結(jié)構(gòu)的橫截面，相 鄰的兩個(gè)鋼格室共用一個(gè)側(cè)壁，且各鋼格室之間緊密排列。優(yōu)選地，該多邊形可以為三邊 形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形等。
[0032] 對(duì)于橫截面輪廓為中空的多邊形的橋塔或橋墩，該多邊形一般采用矩形，如圖2 和圖7b所示，各鋼格室一般采用矩形結(jié)構(gòu)的橫截面，也可以采用圓形結(jié)構(gòu)、扇形結(jié)構(gòu)或多 邊形結(jié)構(gòu)的橫截面，且不限于此，相鄰的兩個(gè)鋼格室共用一個(gè)側(cè)壁，且各鋼格室之間緊密排 列構(gòu)成中空的橋塔或橋墩。
[0033] 同樣，對(duì)于橫截面輪廓為中空的圓形的橋塔或橋墩，各鋼格室一般采用扇形結(jié)構(gòu) 的橫截面，如圖3所示，各鋼格室也可以采用圓形結(jié)構(gòu)、扇形結(jié)構(gòu)或多邊形結(jié)構(gòu)的橫截面， 且不限于此，相鄰的兩個(gè)鋼格室共用一個(gè)側(cè)壁，且各鋼格室之間緊密排列構(gòu)成一環(huán)帶，進(jìn)而 構(gòu)成中空的橋塔或橋墩。
[0034] 對(duì)于橫截面輪廓為中空的圓端矩形的橋塔或橋墩，如圖4所示，各鋼格室一般采 用矩形結(jié)構(gòu)的橫截面，也可以采用圓形結(jié)構(gòu)、扇形結(jié)構(gòu)或多邊形結(jié)構(gòu)的橫截面，且不限于 此，相鄰的兩個(gè)鋼格室共用一個(gè)側(cè)壁，且各鋼格室之間緊密排列構(gòu)成中空的橋塔或橋墩。
[0035] 另外，如圖5和圖6所示，根據(jù)橋塔或橋墩截面的壁厚，可以在截面厚度方向選擇 設(shè)置多層鋼格室，圖5和圖6是分別設(shè)置了兩層矩形結(jié)構(gòu)的鋼格室和兩層扇形結(jié)構(gòu)的鋼格 室，在實(shí)際應(yīng)用中，不限于兩層。
[0036] 進(jìn)一步地，為了實(shí)現(xiàn)鋼格室1和混凝土 2二者之間的可靠連接，本實(shí)用新型還在鋼 格室1內(nèi)壁設(shè)置連接件3,連接件3可以為焊釘連接件、開孔板連接件等的單獨(dú)或混合使用， 如圖2和圖3所示，在實(shí)際應(yīng)用中，不限于這兩種連接件。
[0037] 進(jìn)一步地，為了提高橋塔或橋墩的承載力和約束混凝土 2的收縮，本實(shí)用新型還 在鋼格室1內(nèi)部設(shè)置方向與鋼格室內(nèi)壁表面平行的鋼筋4,如圖2所示。
[0038] 另外，為保證混凝土 2能夠有效填充鋼格室1，充分發(fā)揮鋼格室對(duì)混凝土的套箍效 應(yīng)，本實(shí)用新型采用具有高流動(dòng)性、低水化熱和微膨脹性的高性能混凝土，以減小混凝土的 收縮，保證混凝土能夠填充滿鋼格室，減小溫度變形和濕度變形導(dǎo)致的混凝土體積減小。
[0039] 為了驗(yàn)證本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩具有優(yōu)異的抗壓承載 力，以下分別對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和本實(shí)用新型提供的多格室組合結(jié)構(gòu)這兩種截面形式橋塔 或橋墩的抗壓承載力進(jìn)行初步計(jì)算和比較。
[0040] 選取截面尺寸為15X8m，壁厚I. 5m，如圖7a所示，選取鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（圖7a) 的配筋率為2. 75%，在保證二者用鋼量相同的情況下，本實(shí)用新型的多格室組合結(jié)構(gòu)（圖 7b)的鋼板厚度選擇為I. 5cm，長(zhǎng)邊的格室尺寸為I. 5XI. 5m，短邊的格室尺寸為I. 5XI. 5m 和2. 0X1. 5m，格室的具體劃分如圖7b所示。對(duì)于多格室組合結(jié)構(gòu)橋塔，目前尚無方法直 接借鑒，這里采用先計(jì)算各格室承載力，然后疊加的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單估算，單個(gè)格室的承載力 按《戰(zhàn)時(shí)軍港搶修早強(qiáng)型組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GJB4142-2000)中關(guān)于實(shí)心方鋼管混凝土構(gòu) 件的有關(guān)公式計(jì)算：
[0041] Nu =Ascfsc =Asc (I. 212+Βξ〇+Cξ〇2) ·fc
[0042] Β= 0. 1381(fyk/235)+0. 7646 (I)
[0043]C= -0. 0727fck/20+0. 0216
[0044] 式中：fs。和As。分別為鋼管混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和橫截面面積；ξ^為構(gòu)件 Afv 截面的約束效應(yīng)系數(shù)，A= f&f。和Α。分別為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值 和橫截面面積；fyk，fy和As分別為鋼材屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值和橫截面面積。
[0045] 對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件，其抗壓承載力計(jì)算采用鋼和混凝土兩種材料承載力疊加的方 法。
[0046] 采用C60混凝土、Q420鋼和HRB400鋼筋，材料性能指標(biāo)取值參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010)和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003)，計(jì)算得到鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu)和本實(shí)用新型的多格室組合結(jié)構(gòu)的抗壓承載力（見附表1)。由表可見，相比無套箍效應(yīng) 的截面，本實(shí)用新型的多格室組合結(jié)構(gòu)的抗壓承載力提高13%，本實(shí)用新型能充分有效地 發(fā)揮材料性能。
[0047]表1.兩種截面形式抗壓承載力[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，該橋塔或橋墩在其內(nèi)部整體或局 部區(qū)段采用多塊鋼板劃分為若干四周封閉的鋼格室，且各鋼格室內(nèi)填充滿混凝土。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，在該橋塔或橋 墩內(nèi)部具有鋼格室的區(qū)段，橫截面輪廓為中空的圓形、中空的多邊形或中空的圓端矩形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，所述中空的部 分進(jìn)一步填充有混凝土或鋼筋混凝土。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，在該橋塔或橋 墩內(nèi)部具有鋼格室的區(qū)段，橫截面輪廓為全部由鋼格室構(gòu)成的圓形、多邊形或圓端矩形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，所述多邊形 為三邊形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，所述各鋼格 室采用圓形結(jié)構(gòu)、扇形結(jié)構(gòu)、多邊形結(jié)構(gòu)中任一種結(jié)構(gòu)的橫截面，相鄰的兩個(gè)鋼格室共用一 個(gè)側(cè)壁，且各鋼格室之間緊密排列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，所述多邊形為 三邊形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形或八邊形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，根據(jù)橋塔或橋 墩截面的壁厚，該橋塔或橋墩在截面厚度方向選擇設(shè)置多層鋼格室。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，該橋塔或橋墩 還在鋼格室內(nèi)壁設(shè)置連接件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，該橋塔或橋墩 還在鋼格室內(nèi)部設(shè)置方向與鋼格室內(nèi)壁表面平行的鋼筋。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多格室組合結(jié)構(gòu)的橋塔或橋墩，其特征在于，該鋼格室作為 混凝土燒筑的永久模板。
【文檔編號(hào)】E01D19/14GK204080617SQ201420412116
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】張喜剛, 唐亮, 高原, 劉高, 黃李驥 申請(qǐng)人:中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司