一种预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的制作方法

本发明涉及一种预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩，属于组合结构桥梁工程领域。

背景技术：

钢管混凝土柱式桥墩的现场混凝土施工一般采用现浇混凝土，湿作业量大。为保证桥墩的整体性，钢管混凝土柱式桥墩一般不采用分段制作钢管混凝土柱及现场安装的方法。

中空夹层钢管混凝土柱是在传统的钢管混凝土柱的基础上发展出来的一种新形柱形式，具有轴向承载力高、抗剪承载力高、耗能能力强、构件自重轻、施工方便等诸多优点。在已有文献中，尚未见到将中空夹层钢管混凝土格构式桥墩应用于桥梁结构中，因此，本发明结合组合结构的预制装配式技术，提出的预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩是一种新形桥墩，能有效加快施工速度，减小现场湿作业量同时具有优越的受力性能。

本发明提出的预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩中的中空夹层钢管混凝土柱和波形钢腹板均可在工厂预制，特别是桥墩中的中空夹层钢管混凝土柱的分段预制和安装解决了桥墩自重大导致的运输不便问题。由于矩形钢管面外约束弱，易出现平面外失稳，在夹层钢管之间布设圆钢管混凝土柱可有效降低中空夹层钢管混凝土丧失承载力的速度，从而提高中空夹层钢管混凝土的延性；圆钢管内灌注高强混凝土，圆钢管外的普通混凝土可约束圆钢管的变形，提高了圆钢管混凝土柱的承载能力，从而有效提高中空夹层钢管混凝土柱的轴向承载能力力，进而可减小柱截面尺寸。预应力筋可有效抑制中空夹层钢管混凝土格构式桥墩在地震作用下裂缝的产生和发展。传统的缀材如平缀板和角钢易失稳，波形钢腹板则有较高的面外刚度，稳定承载力高。采用波形钢腹板连接中空夹层钢管混凝土柱肢可有效提高中空夹层钢管混凝土格构式桥墩整体稳定性能。预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩具有良好的延性和耗能能力，施工速度快，现场湿作业少的特点

技术实现要素：

为解决桥梁结构中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的工厂化施工问题，本发明提供一种预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩，中空夹层钢管混凝土柱采用叠合柱结构形式，可以实现中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的预制装配式施工。该结构形式具有抗震承载力高，延性好，整体性好的特点，中空夹层钢管混凝土格构式桥墩中的柱肢和波形钢腹板均采用工厂加工制作，现场装配的施工方式，现场无焊接作业，模板工程和混凝土现场湿作业较少，施工便捷，有利于缩短工期。

本发明的技术方案是：

一种预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩，其特征在于：其桥墩包括中空夹层钢管混凝土柱、锚板、盖板、预应力筋、抗剪环、混凝土找平层、波形钢腹板、螺栓、连接板。采用的中空夹层钢管混凝土柱肢中内层钢管和外层钢管之间有预应力钢管高强混凝土柱，在中空夹层钢管混凝土柱的安装施工过程中，每安装一段中空夹层钢管混凝土柱之前，需用混凝土找平已安装好的中空夹层钢管混凝土柱的顶面。采用的盖板在中空夹层钢管混凝土柱肢的顶端；采用的锚板预埋在承台中；采用的预应力筋中预应力筋一端锚固在锚板上，另一端在盖板上张拉，增强中空夹层钢管混凝土柱肢的整体性；采用的连接板焊接在中空夹层钢管混凝土柱肢上；采用的波形钢腹板通过螺栓与连接板连接。

本发明具有以下有效效果：

1.解决桥梁工程中的中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的工厂化施工问题。

2.采用的中空夹层钢管混凝土柱的夹层钢管之间有圆钢管高强混凝土柱，夹层钢管间的普通混凝土约束圆钢管变形，提高了柱的承载力，柱截面尺寸可较小。矩形钢管易发生面外失稳，圆钢管高强混凝土柱的存在可有效减小柱承载力降低的速度，改善了柱的变形和延性性能。

3.在地震作用下，柱截面有出现拉应力的趋势。混凝土的抗拉强度低，容易开裂。张拉预应力筋可使柱截面产生压应力，从而可抑制中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的裂缝产生和发展。

4.采用波形钢腹板作为桥墩缀材，与普通的缀板和角钢相比，波形钢腹板面外刚度大，具有更高的稳定承载力。

5.中空夹层钢管混凝土格构式桥墩中的中空夹层钢管混凝土柱和波形钢腹板均在工厂预制，特别是柱肢采用工厂分段制作，有利于构件运输和现场安装。

附图说明

图1是本发明预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的平面图。

图2是本发明预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的半立面图和半剖面图。

图3是本发明预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的波形钢腹板端部连接示意图。

图4是本发明预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的锚板示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明进一步详细描述。

如附图所示，本发明是一种预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩，由预制中空夹层钢管混凝土柱、锚板、预应力筋、盖板、波形钢腹板、连接板、螺栓、抗剪环、混凝土找平层组成。其装配顺序如下：

工厂预制：

a.在工厂预制桥墩的各个基本部件：螺栓3、波形钢腹板4、盖板8、锚板9、中空夹层钢管混凝土柱10、连接板13。

b.将预应力筋2穿过钢管，张拉预应力筋2，在钢管内浇筑高强混凝土，养护制作成钢管高强混凝土柱1。

c.在连接板13上开螺栓孔，然后将连接板13焊接在钢管5上。

d.将钢管6放入钢管5内，将制作好的钢管高强混凝土柱1放置在内层钢管6和外层钢管5之间的夹层中，在内层钢管6、外层钢管5和钢管高强混凝土柱1之间浇筑普通混凝土，养护形成中空夹层钢管混凝土柱10。

现场装配：

e.将预应力筋7一端锚固在锚板9上，预应力筋7连同锚板9一起定位在承台上，将焊有抗剪环12的中空夹层钢管混凝土柱安装定位在承台上，浇筑承台部分的混凝土。

f.采用细石混凝土将已经安装好的中空夹层钢管混凝土柱10顶面找平，安装中空夹层钢管混凝土柱10，依照此法并根据要求安装若干中空夹层钢管混凝土柱10。

g.安装盖板8，在盖板8上张拉预应力筋7。

h.依照e～g形成四个中空夹层钢管混凝土柱，采用螺栓连接的方式将波形钢腹板4安装在中空夹层钢管混凝土柱10上。

本发明提供了一种预制装配式中空夹层钢管混凝土格构式桥墩，解决了桥梁结构中中空夹层钢管混凝土格构式桥墩的工厂化施工问题，通过工厂预制和现场安装的施工方式，节约工期，提高施工质量，具有优越的抗震性能，可用于城市高架桥、高速公路高架桥和高速铁路高架桥的钢-混凝土组合结构桥梁体系中。