一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩制造技术

本发明专利技术提供一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩：包括高强混凝土柱芯、钢管及外部ECC浇筑层，所述高强混凝土柱芯填充于钢管内，外部ECC浇筑层与钢管外壁相粘结。本发明专利技术通过设置以耗能为主体的具有应变硬化、细密多裂缝开裂机制的ECC，可以有效的提高防撞结构在承受事故车辆撞击时的耗能能力，内部设置钢管混凝土可很大程度提高防撞结构的抗冲击能力及延性，使之不会轻易在车辆撞击下发生断裂。另外，本发明专利技术结构简单、设计施工方便、造价低廉，更换方便，能够做到安全与经济并存。

【技术实现步骤摘要】
一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩
本专利技术属于土木工程设计
，涉及一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩。
技术介绍
随着城市建设高速的发展，各种高速公路、城市交通道路、绕城高速及乡镇公路等交通网线四通八达，再加之经济迅猛发展，汽车总量大幅度飙升，道路交通安全问题备受国家及广大民众关注。由于受到地形、自然灾害等多种综合原因的限制，造成有些道路的某些路段线型较差、视野不开阔等客观事实，导致了这些路段车祸频频发生，对广大民众的生命及财产安全造成了极大威胁。如何最大程度的保护车祸发生时当事人的生命安全及降低车祸造成的经济损失，这是位土木工程领域应该考虑和亟待解决的问题。普通混凝土防撞护栏作为一种刚性护栏，其具有拦截效果好，撞击损坏小等优点。但车辆在发生撞击意外时，混凝土护栏要依靠碰撞吸收能量，对车内人员安全考虑较少，如果车辆碰撞护栏后停下，巨大的减速度容易造成车内人员颈椎等内伤；如果车辆碰撞护栏后不能停下，则容易造成车辆改变方向冲到对面车道上或者直接翻越护栏冲出路面，造成人车的二次伤害。而且由于施工方法所限，混凝土护栏不易于替换，只能通过定期维修和整体更换来保证道路安全，目前只是较多应用于绝对严禁车辆驶出的相关路段，例如高架桥等。半刚性防撞护栏主要以波形梁钢护栏为主要形式，其利用土基、立柱和波形梁的变形来吸收能量，迫使车辆缓慢减速，能够在发生意外时更好的保护车内人员的安全，目前被广泛应用于高速公路中。但波形梁钢护栏使用的钢梁、钢筋等材质在户外易受到环境的腐蚀，使用寿命不高，需要每隔3年左右涂刷防锈漆，维护成本巨大。并且，波形梁钢护栏一旦因发生碰撞而导致断裂，其锐利和高刚度的断面极易插入车体，容易对车内人员造成严重的人身伤害，这类事故每年都会发生，频率较高。高延性水泥基复合材料(ECC)是指基于断裂力学、微观物理力学和统计学优化设计，使用短纤维增强，且纤维掺量不超过复合材料总体积的2％，硬化后的复合材料应具有显著的应变硬化特征，在拉伸荷载作用下可产生多条细密裂缝，极限拉应变可稳定地达到3％以上的新型工程用水泥基复合材料。其组成材料包括纤维、水泥、砂、水、矿物掺合料和增稠剂，通常情况下水灰比小于0.5，试验研究已经证实它的应变能力一般为3％～6％，最高可达8％，耗能能力是常规纤维混凝土的3倍。因此它在提高结构的延性、耗能能力、抗侵蚀性、抗冲击性和耐磨性方面具有显著的优势，在抗冲击结构中有着广阔的应用前景。目前尚未见到采用钢管混凝土外包一层ECC的组合防撞桩的结构设计报道。仅见到中国专利“钢-FRP复合管混凝土防撞墩(公开号：CN205742748U，公开日：2016年11月30日)”报道了一种组合防撞结构，但是其内外结构在撞击下易分离，FRP在撞击作用下发生脆性破坏，同时其在耐久性、自修复、耐损伤以及防撞效果上有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：该组合防撞桩包括高强混凝土柱芯、钢管及外部ECC浇筑层，所述高强混凝土柱芯填充于钢管内，外部ECC浇筑层与钢管外壁相粘结(即钢管外壁上设置有ECC层)。优选的，所述组合防撞桩还包括柔性连接件，柔性连接件包括由抗拔钢板以及与抗拔钢板和钢管外壁分别相连的低屈服点钢板构成的T字型结构，柔性连接件包埋于外部ECC浇筑层内。优选的，所述组合防撞桩还包括法兰盘、螺栓及预埋件，法兰盘与钢管一端露出外部ECC浇筑层的部分(即钢管的这一部分外壁上未覆盖ECC层)相连，预埋件与法兰盘通过螺栓相连。优选的，所述外部ECC浇筑层底部与法兰盘顶部的距离为15cm～25cm。优选的，所述组合防撞桩还包括与法兰盘及钢管相连的加劲肋。优选的，所述预埋件固定于路面稳定层结构上，预埋件、钢管、加劲肋、螺栓及法兰盘暴露于外部环境的部分采用防腐层覆盖。优选的，所述钢管和/或外部ECC浇筑层的截面外形为圆形。优选的，所述ECC浇筑层的抗折强度不低于10MPa，极限延伸率不低于3％，且弯曲形变过程中平均裂缝宽度不超过0.1mm。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术通过设置以耗能为主体的具有应变硬化、细密多裂缝开裂机制的ECC，可以有效的提高防撞结构在承受事故车辆撞击时的耗能能力。内部设置钢管混凝土可很大程度提高防撞结构的抗冲击能力及延性，使之不会轻易在车辆撞击下发生断裂。另外，本专利技术结构简单、设计施工方便、造价低廉，更换方便，能够做到安全与经济并存。进一步的，外部ECC与内部钢管混凝土通过柔性连接件连接，既可以保证外部ECC与内部钢管混凝土紧密结合且受力时结合面不发生撕裂，柔性连接件与ECC浇筑层协调变形，同时剪切方向上又具有一定范围内的变形能力和耗能能力，使得防撞结构在承受事故车辆撞击时，可以通过外部ECC与内部钢管混凝土之间的变形消耗一部分能量。进一步的，考虑到车辆撞击方向的不确定性，防撞桩的截面采用圆形，可以更好的实现防撞效果，减少车辆损伤。进一步的，法兰盘与预埋件通过螺栓连接，便于防撞桩更换。附图说明图1为可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩的整体构造图；图2为可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩的纵向剖面图；图3为可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩的柔性连接件、法兰盘和钢管连接构造图；图4为可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩的柔性连接件构造图；图5为可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩的横向剖面图；图6为可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩与路面之间连接构造纵剖面图；图中：1.高强混凝土芯柱，2.钢管，3.ECC浇筑层，4.法兰盘，5.柔性连接件，6.螺栓孔，7.螺栓，8.翼缘钢板，9.低屈服点钢腹板，10.加劲肋，11.预埋件，12.路面稳定层结构，13.栓钉，14.高强防水混凝土。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明，所述是对本专利技术的解释，而非限定。参见图1～图5，本专利技术提供了一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩，每根防撞桩自核心区向外包括高强混凝土柱芯1、钢管2及外部ECC浇筑层3，其中，高强混凝土柱芯1是以钢管2内壁为模板，并通过浇筑高强混凝土(一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土)而形成的，从而使得高强混凝土柱芯1与钢管2形成了一种具有更高强度的混凝土桩结构(称之为钢管混凝土桩)。钢管2底部插入法兰盘4中，钢管2与法兰盘4通过焊接连接，为提高钢管混凝土桩与法兰盘4的连接强度，在钢管2和法兰盘4连接部位加加劲肋10。外部ECC浇筑层3是通过浇筑于钢管2外壁上的ECC形成的，因此外部ECC浇筑层3与钢管2之间存在粘结结合。在此基础上，外部ECC浇筑层3和钢管2之间可增设柔性连接件5进行连接，柔性连接件5构造的主体为一T型钢结构，具体由翼缘钢板8和一块较薄的LY100低屈服点钢腹板9焊接而成(图4)，柔性连接件5数量及布置应根据具体工程需要进行计算后确定，具体需要考虑低屈服点钢腹板9作为柔性连接件主体的作用，以及翼缘钢板8作为抗拔钢板的作用(抵抗ECC因撞击整体纵向变形以及局部横向变形导致的竖向分离和掀起，增强ECC与钢管的粘结作用)。柔性连接件不抗剪，但可减少由于撞击而造成ECC开裂，减少后期的修复费用。在本实施例中，柔性连接件5沿钢管2轴向分多层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩，其特征在于：该组合防撞桩包括高强混凝土柱芯(1)、钢管(2)及外部ECC浇筑层(3)，所述高强混凝土柱芯(1)设置于钢管(2)内，外部ECC浇筑层(3)与钢管(2)外壁相连。

【技术特征摘要】
1.一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩，其特征在于：该组合防撞桩包括高强混凝土柱芯(1)、钢管(2)及外部ECC浇筑层(3)，所述高强混凝土柱芯(1)设置于钢管(2)内，外部ECC浇筑层(3)与钢管(2)外壁相连。2.根据权利要求1所述一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩，其特征在于：所述组合防撞桩还包括柔性连接件(5)，柔性连接件(5)包括由抗拔钢板以及与抗拔钢板和钢管(2)外壁分别相连的低屈服点钢板构成的T字型结构，柔性连接件(5)设置于外部ECC浇筑层(3)内。3.根据权利要求1所述一种可更换钢管混凝土外包ECC组合防撞桩，其特征在于：所述组合防撞桩还包括法兰盘(4)、螺栓(7)及预埋件(11)，法兰盘(4)与钢管(2)一端露出外部ECC浇筑层(3)的部分相连，预埋件(11)与法兰盘(4)通过螺栓(7)相连。4.根据权利要求3所述一种可更换钢管混凝土外包EC...

【专利技术属性】
技术研发人员：余吉鹏，白亮，冯林杰，周天华，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61