多格室组合结构的桥塔或桥墩的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多格室组合结构的桥塔或桥墩，该桥塔或桥墩在其内部整体或局部区段采用多块钢板划分为若干四周封闭的钢格室，且各钢格室内填充满混凝土。本发明将较大尺寸的桥塔或桥墩断面进行多格室划分，并在格室内填充满混凝土，充分发挥了大尺寸组合结构截面的套箍效应，具有承载能力高、抗震性能好、施工效率高、综合经济性好等特点，在桥梁、建筑等领域具有广阔的应用前景。
【专利说明】多格室组合结构的桥塔或桥墩
【技术领域】
[0001] 本发明属于桥梁工程的【技术领域】，涉及一种多格室组合结构的桥塔或桥墩。
【背景技术】
[0002] 在大跨径桥梁中，斜拉桥、悬索桥等缆索承重桥梁是最为重要的结构形式。作为缆 索承重桥梁核心部件的桥塔，其性能直接关系到大桥的安全性、耐久性和经济性。
[0003] 混凝土桥塔材料成本低，结构刚度大，当采取滑模时施工速度较快，因此在国内外 得到普遍应用。但是，混凝土桥塔往往存在自重大、抗震性能低、下部结构受力要求高、配筋 构造复杂、容易开裂等缺点，因此在建造和使用中仍存在较多技术难题。
[0004] 钢管混凝土组合结构是对传统混凝土受压构件的一种改进，其由钢管和混凝土组 合而成，利用钢管对混凝土的约束效应，提高了核心混凝土的承载能力，而核心混凝土的存 在使钢管不会产生局部屈曲，充分发挥了两种材料的优点。但对于通常截面尺寸较大、并采 用空心断面的混凝土桥塔，简单地在塔柱内侧或外侧设置钢管，由于钢管壁厚相对很小，有 效影响区域有限，因此无法有效发挥钢管对混凝土的约束作用，钢管混凝土组合效果不明 显。
【发明内容】
[0005] (一）要解决的技术问题
[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的是在传统混凝土桥塔的基础上，利用钢管混凝土套 箍约束原理，提供一种结构自重小、承载能力高、抗震性能好、施工效率高的多格室组合结 构的桥塔或桥墩。
[0007] (二）技术方案
[0008] 为达到上述目的，增强桥塔或桥墩混凝土受约束程度，本发明提供了一种多格室 组合结构的桥塔或桥墩，该桥塔或桥墩在其内部整体或局部区段采用多块钢板划分为若干 四周封闭的钢格室，且各钢格室内填充满混凝土。
[0009] 上述方案中，在该桥塔或桥墩内部具有钢格室的区段，横截面轮廓为中空的圆形、 中空的多边形或中空的圆端矩形，所述中空的部分还可以进一步填充有混凝土或钢筋混凝 土；或者，在该桥塔或桥墩内部具有钢格室的区段，横截面轮廓为全部由钢格室构成的圆 形、多边形或圆端矩形。所述多边形为三边形、四边形、五边形、六边形、七边形或八边形。
[0010] 上述方案中，各钢格室采用圆形结构、扇形结构或多边形结构中任一种结构的横 截面，相邻的两个钢格室共用一个侧壁，且各钢格室之间紧密排列。所述多边形为三边形、 四边形、五边形、六边形、七边形或八边形。
[0011] 上述方案中，根据桥塔或桥墩截面的壁厚，该桥塔或桥墩在截面厚度方向选择设 置多层钢格室。
[0012] 上述方案中，该桥塔或桥墩还在钢格室内壁设置连接件。
[0013] 上述方案中，该桥塔或桥墩还在钢格室内部设置方向与钢格室内壁表面平行的钢 筋。
[0014] 上述方案中，该钢格室作为混凝土浇筑的永久模板。
[0015] (三）有益效果
[0016] 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
[0017] 1、本发明提供的多格室组合结构桥塔或桥墩，将较大尺寸的桥塔或桥墩断面进行 多格室划分，充分发挥钢结构对内部混凝土的套箍效应，提高了桥塔或桥墩的承载能力和 延性,经济性好、承载能力高、抗震性能好。
[0018] 2、本发明提供的多格室组合结构桥塔或桥墩，钢格室直接作为混凝土浇筑模板， 施工结束后不用拆除，施工速度快。同时钢格室自身具有较好的稳定性，施工中无需增加其 他支撑系统。
[0019] 3、本发明提供的多格室组合结构桥塔或桥墩，可以在相同承载力情况下，减小自 重，降低下部基础规模，节约成本，具有良好的综合经济性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明提供的多格室组合结构的桥塔或桥墩的示意图；
[0021] 图2为本发明提供的多格室组合结构的桥塔或桥墩采用矩形断面的示意图；
[0022] 图3为本发明提供的多格室组合结构的桥塔或桥墩采用圆形断面的示意图；
[0023] 图4为本发明提供的多格室组合结构的桥塔或桥墩采用圆端矩形断面的示意图；
[0024] 图5为本发明提供的壁厚较大时多格室组合结构桥塔或桥墩采用两层正方形断 面的不意图；
[0025] 图6为本发明提供的壁厚较大时多格室组合结构桥塔或桥墩采用两层扇形断面 的不意图；
[0026] 图7a和图7b为承载力计算用多格室组合结构和内外包钢板组合结构断面的示意 图。
【具体实施方式】
[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0028] 为了增强桥塔或桥墩中混凝土的受约束程度，本发明将大尺寸、大壁厚的桥塔或 桥墩截面用多块钢板划分为若干封闭格室，在格室内填充混凝土。如图1所示，图1为本发 明提供的多格室组合结构的桥塔或桥墩的示意图，该桥塔或桥墩在其内部整体或局部区段 采用多块钢板划分为若干四周封闭的钢格室，且各钢格室内填充满混凝土。
[0029] 其中，钢格室的尺寸以充分约束内部填充的混凝土并方便施工为佳，钢格室可作 为混凝土浇筑的永久模板，且采用多个钢格室的多格室钢构件具有良好的稳定性，施工中 无需另加模板。
[0030] 在该桥塔或桥墩内部具有钢格室的区段，其横截面轮廓可以为中空的圆形、中空 的多边形或中空的圆端矩形等形状，中空的部分可以填充混凝土或钢筋混凝土，也可以不 填充混凝土或钢筋混凝土；或者其横截面轮廓可以为全部由钢格室构成的圆形、多边形或 圆端矩形等形状；优选地，该多边形可以为三边形、四边形、五边形、六边形、七边形或八边 形等。
[0031] 其中，各钢格室采用圆形结构、扇形结构、多边形结构中任一种结构的横截面，相 邻的两个钢格室共用一个侧壁，且各钢格室之间紧密排列。优选地，该多边形可以为三边 形、四边形、五边形、六边形、七边形或八边形等。
[0032] 对于横截面轮廓为中空的多边形的桥塔或桥墩，该多边形一般采用矩形，如图2 和图7b所示，各钢格室一般采用矩形结构的横截面，也可以采用圆形结构、扇形结构或多 边形结构的横截面，且不限于此，相邻的两个钢格室共用一个侧壁，且各钢格室之间紧密排 列构成中空的桥塔或桥墩。
[0033] 同样，对于横截面轮廓为中空的圆形的桥塔或桥墩，各钢格室一般采用扇形结构 的横截面，如图3所示，各钢格室也可以采用圆形结构、扇形结构或多边形结构的横截面， 且不限于此，相邻的两个钢格室共用一个侧壁，且各钢格室之间紧密排列构成一环带，进而 构成中空的桥塔或桥墩。
[0034] 对于横截面轮廓为中空的圆端矩形的桥塔或桥墩，如图4所示，各钢格室一般采 用矩形结构的横截面，也可以采用圆形结构、扇形结构或多边形结构的横截面，且不限于 此，相邻的两个钢格室共用一个侧壁，且各钢格室之间紧密排列构成中空的桥塔或桥墩。
[0035] 另外，如图5和图6所示，根据桥塔或桥墩截面的壁厚，可以在截面厚度方向选择 设置多层钢格室，图5和图6是分别设置了两层矩形结构的钢格室和两层扇形结构的钢格 室，在实际应用中，不限于两层。
[0036] 进一步地，为了实现钢格室1和混凝土 2二者之间的可靠连接，本发明还在钢格室 1内壁设置连接件3,连接件3可以为焊钉连接件、开孔板连接件等的单独或混合使用，如图 2和图3所示，在实际应用中，不限于这两种连接件。
[0037] 进一步地，为了提高桥塔或桥墩的承载力和约束混凝土 2的收缩，本发明还在钢 格室1内部设置方向与钢格室内壁表面平行的钢筋4,如图2所示。
[0038] 另外，为保证混凝土 2能够有效填充钢格室1，充分发挥钢格室对混凝土的套箍 效应，本发明采用具有高流动性、低水化热和微膨胀性的高性能混凝土，以减小混凝土的收 缩，保证混凝土能够填充满钢格室，减小温度变形和湿度变形导致的混凝土体积减小。
[0039] 为了验证本发明提供的多格室组合结构的桥塔或桥墩具有优异的抗压承载力，以 下分别对钢筋混凝土结构和本发明提供的多格室组合结构这两种截面形式桥塔或桥墩的 抗压承载力进行初步计算和比较。
[0040] 选取截面尺寸为15 X 8m，壁厚I. 5m，如图7a所示，选取钢筋混凝土结构（图7a) 的配筋率为2. 75%，在保证二者用钢量相同的情况下，本发明的多格室组合结构（图7b) 的钢板厚度选择为I. 5cm，长边的格室尺寸为1. 5X1. 5m，短边的格室尺寸为1. 5X1. 5m和 2. OX 1.5m，格室的具体划分如图7b所示。对于多格室组合结构桥塔，目前尚无方法直接 借鉴，这里采用先计算各格室承载力，然后叠加的方法进行简单估算，单个格室的承载力按 《战时军港抢修早强型组合结构技术规程》（GJB4142-2000)中关于实心方钢管混凝土构件 的有关公式计算：
[0041] Nu = Ascfsc = Asc (I. 212+B I 〇+C I 〇2) ? fc
[0042] B = 0. 1381(fyk/235)+0. 7646 (I)
[0043] C = -0. 0727fck/20+0. 0216
[0044] 式中：fs。和As。分别为钢管混凝土轴心抗压强度设计值和横截面面积；I ^为构件 截面的约束效应系数，
【权利要求】
1. 一种多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，该桥塔或桥墩在其内部整体或局 部区段采用多块钢板划分为若干四周封闭的钢格室，且各钢格室内填充满混凝土。
2. 根据权利要求1所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，在该桥塔或桥 墩内部具有钢格室的区段，横截面轮廓为中空的圆形、中空的多边形或中空的圆端矩形。
3. 根据权利要求2所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，所述中空的部 分进一步填充有混凝土或钢筋混凝土。
4. 根据权利要求1所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，在该桥塔或桥 墩内部具有钢格室的区段，横截面轮廓为全部由钢格室构成的圆形、多边形或圆端矩形。
5. 根据权利要求2或4所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，所述多边形 为三边形、四边形、五边形、六边形、七边形或八边形。
6. 根据权利要求2或4所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，所述各钢格 室采用圆形结构、扇形结构、多边形结构中任一种结构的横截面，相邻的两个钢格室共用一 个侧壁，且各钢格室之间紧密排列。
7. 根据权利要求6所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，所述多边形为 三边形、四边形、五边形、六边形、七边形或八边形。
8. 根据权利要求1所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，根据桥塔或桥 墩截面的壁厚，该桥塔或桥墩在截面厚度方向选择设置多层钢格室。
9. 根据权利要求1所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，该桥塔或桥墩 还在钢格室内壁设置连接件。
10. 根据权利要求1所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，该桥塔或桥墩 还在钢格室内部设置方向与钢格室内壁表面平行的钢筋。
11. 根据权利要求1所述的多格室组合结构的桥塔或桥墩，其特征在于，该钢格室作为 混凝土烧筑的永久模板。
【文档编号】E01D19/14GK104233948SQ201410357227
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】张喜刚, 唐亮, 高原, 刘高, 黄李骥 申请人:中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司