一种可修复自复位式钢管混凝土柱及其实施方法和修复方法技术

本发明专利技术属于路桥领域，涉及一种可修复自复位式钢管混凝土柱及其实施方法和修复方法。所述混凝土柱包括内钢管、外钢管和填充于所述内、外钢管之间的混凝土，所述外钢管由上部外钢管、带肋外钢管和下部外钢管从上至下依次连接而成，所述上部外钢管的下端面焊接有整体式法兰板一，所述下部外钢管的上端面焊接有整体式法兰板二，所述带肋外钢管的上端面焊接有拼接式法兰板一，所述带肋外钢管的下端面焊接有拼接式法兰板二。本发明专利技术能控制地震作用时桥柱的破坏部位，并且预选破坏部位能起到消耗地震能量的作用，保证桥柱在地震作用后能自复位，经过修复后仍能正常使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于路桥领域，涉及一种可修复自复位式钢管混凝土柱及其实施方法和修复方法。
技术介绍
中国山川众多，因此需要建设大量的桥梁跨越山谷与河流，但桥梁的建设需要较高的成本以及耗费较长的时间，一旦损坏无法通行，将影响交通运输，造成巨大的损失。同时，中国地震灾害频繁，因此，地震致桥梁损坏而无法立即修复，将造成人员、物资无法及时进入灾区，延误救灾时机，造成巨大社会损失。随着城市的快速发展，用地越来越紧张，以及环保的要求，具有较高材料强度与韧性的钢桥逐渐被广泛使用，而一般桥梁的结构形式较为简单，其结构系统弯矩重分配的能力较低，在地震影响下其塑性破坏常集中于桥柱，而桥柱的破坏常发生于底部，但此处发生损坏时常造成检测、维修及加固的困难。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可修复自复位式钢管混凝土柱及其实施和修复方法，其解决的技术问题为：地震灾害后，桥梁破坏难以检测、维修和加固。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：一种可修复自复位式钢管混凝土柱，包括内钢管、外钢管和填充于所述内、外钢管之间的混凝土，所述外钢管由上部外钢管、带肋外钢管和下部外钢管从上至下依次连接而成，所述上部外钢管的下端面焊接有整体式法兰板一，所述下部外钢管的上端面焊接有整体式法兰板二，所述带肋外钢管的上端面焊接有拼接式法兰板一，所述带肋外钢管的下端面焊接有拼接式法兰板二，所述上部外钢管和带肋外钢管通过所述整体式法兰板一和拼接式法兰板一固定连接，所述下部外钢管和带肋外钢管通过所述整体式法兰板二和拼接式法兰板二固定连接，所述下部外钢管的下端面及所述内钢管的下端面均与底板固定连接，所述底板与基础固定连接，所述带肋外钢管由若干冷弯内卷边角钢通过其内卷边拼接而成。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述内钢管为圆钢管，所述外钢管为方钢管。进一步，所述带肋外钢管为由四块冷弯内卷边角钢拼接而成的方形管，相邻所述冷弯内卷边角钢之间通过内卷边连接，所述冷弯内卷边角钢的横截面为缺一角的正方形，缺角所在的两边为内卷边。进一步，相邻所述冷弯内卷边角钢的内卷边通过焊接或螺栓固定的方式连接。进一步，所述整体式法兰板一、拼接式法兰板一、整体式法兰板二和拼接式法兰板二均为圆环形且均沿圆环周向等间隔的开设有若干与固定螺栓相匹配的螺孔。进一步，所述整体式法兰板一、拼接式法兰板一、整体式法兰板二和拼接式法兰板二上的螺孔数量至少为12个。进一步，所述拼接式法兰板一及拼接式法兰板二均由4块四分之一圆环焊接而成，每块所述四分之一圆环上至少开设有3个与固定螺栓相匹配的螺孔。进一步，所述下部外钢管的外壁上焊接有若干与所述底板固定连接的加劲肋。进一步，所述内钢管为无缝钢管或无拼接钢管，所述内钢管内可灌注混凝土。可以根据桥柱刚度的需求，控制内钢管内部是否灌注混凝土及灌注高度，充分利用材料性能，同时减轻自重，减小对基础的压力。进一步，所述上部外钢管及下部外钢管均由Q345钢材制成，构成所述带肋外钢管的所述冷弯内卷边角钢由Q235钢材制成。本专利技术还提供上述可修复自复位式钢管混凝土柱的实施方法，包括以下步骤:1)将内钢管与底板焊接，将下部外钢管与底板焊接；2)将底板通过螺栓与垫片安装到基础上，将下部外钢管与底板间焊接加劲肋；3)在已安装的下部外钢管和内钢管之间灌注混凝土，灌注的高度与已安装的下部外钢管平齐；4)在已安装的下部外钢管上端面焊接整体式法兰板二；5)冷弯内卷边角钢上端面、下端面分别与拼接式法兰板焊接，焊接后，四块套于内钢管外侧，两两焊接形成内部带肋的带肋外钢管和拼接式法兰板一和拼接式法兰板二；用螺栓将整体式法兰板一和整体式法兰板二分别与焊接后形成拼接式法兰板一和拼接式法兰板二连接；6)在上部方钢管与内部圆钢管之间灌注混凝土。本专利技术还提供上述可修复自复位式钢管混凝土柱的修复方法，包括以下步骤:1)内钢管自复位后，用千斤顶等承重装置支撑上部外钢管；2)采用焰切等手段切割冷弯内卷边角钢和拼接式法兰板一和拼接式法兰板二，去掉连接螺栓，取下冷弯内卷边角钢与拼接式法兰板一，掏出破碎混凝土；3)将四块新的冷弯内卷边角钢上端面、下端面分别焊接拼接式法兰板的一部分，焊接后，四块冷弯内卷边角钢套于内钢管外侧且两两焊接形成带肋外钢管和整个拼接式法兰板，灌注混凝土填充原破碎混凝土部分，用螺栓将原混凝土柱中整体式法兰板与焊接后形成拼接式法兰板连接，完成可修复部位的修复。通过预选塑性区的概念，期望将破坏区外移，限制塑性区位置及大小来增强抗震能力，并通过控制桥柱在地震作用时的破坏位置，方便震后桥梁的破坏检测及维修、加固。根据上述理论原理，本专利技术提供一种可修复自复位式钢管混凝土柱，所述可修复钢管混凝土柱由内、外两层钢管组成，内钢管主要承受竖向荷载，使其在地震作用时始终处于弹性状态，地震作用后能自动恢复原有形状，实现自复位，外钢管主要承受水平荷载，地震作用时，主要承受弯矩与剪力；所述混凝土填充于外钢管与内钢管之间；所述外钢管分为上部外钢管、下部外钢管以及连接两者的带肋外钢管；所述上部外钢管下端面焊接整体式法兰板一；所述下部外钢管上端面焊接整体式法兰板二；所述冷弯内卷边角钢上端、下端各自与拼接式法兰板一和拼接式法兰板二焊接，相邻冷弯内卷边角钢的内卷边部位和拼接式法兰板的拼接部位两两焊接，形成上端部与下端部焊接有法兰板的内部带肋的带肋外钢管；所述与上部外钢管焊接整体式法兰板一以及与下部外钢管焊接整体式法兰板二分别与焊接于带肋外钢管两端的拼接式法兰板通过螺栓连接。带肋外钢管所处区域为混凝土柱的可修复部位，在使用冷弯内卷边角钢的柱段因存在焊接拼接以及所用钢材强度低于其他柱段而形成薄弱区，地震作用时，破坏发生在可修复部位。本专利技术的有益效果主要有以下几点：1)本专利技术能控制桥柱在地震作用时的破坏部位。避免桥柱破坏发生在基础与桥柱交接部位，减小了地震破坏时的经济损失。2)本专利技术通过设置两层钢管，内钢管在地震作用时一直处于弹性状态，能实现震后桥柱自复位。3)本专利技术能通过冷弯内卷边角钢的塑性变形耗散地震作用时的能量，使桥柱具有较高的延性。4)本专利技术运用夹层钢管混凝土柱，可以根据桥柱刚度的需求，控制内钢管内部是否灌注混凝土及灌注高度，充分利用材料性能，同时减轻自重，减小对基础的压力。5)本专利技术预选破坏区由冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可修复自复位式钢管混凝土柱，包括内钢管(2)、外钢管和填充于所述内、外钢管之间的混凝土(3)，其特征在于，所述外钢管由上部外钢管(1)、带肋外钢管和下部外钢管(13)从上至下依次连接而成，所述上部外钢管(1)的下端面焊接有整体式法兰板一(6)，所述下部外钢管(13)的上端面焊接有整体式法兰板二(12)，所述带肋外钢管的上端面焊接有拼接式法兰板一(7)，所述带肋外钢管的下端面焊接有拼接式法兰板二(11)，所述上部外钢管(1)和带肋外钢管通过所述整体式法兰板一(6)和拼接式法兰板一(7)固定连接，所述下部外钢管(13)和带肋外钢管通过所述整体式法兰板二(12)和拼接式法兰板二(11)固定连接，所述下部外钢管(13)的下端面及所述内钢管(2)的下端面均与底板(17)固定连接，所述底板(17)与基础固定连接，所述带肋外钢管由若干冷弯内卷边角钢(8)通过其内卷边拼接而成。

【技术特征摘要】
1.一种可修复自复位式钢管混凝土柱，包括内钢管(2)、外钢管和填充
于所述内、外钢管之间的混凝土(3)，其特征在于，所述外钢管由上部外钢
管(1)、带肋外钢管和下部外钢管(13)从上至下依次连接而成，所述上部
外钢管(1)的下端面焊接有整体式法兰板一(6)，所述下部外钢管(13)
的上端面焊接有整体式法兰板二(12)，所述带肋外钢管的上端面焊接有拼
接式法兰板一(7)，所述带肋外钢管的下端面焊接有拼接式法兰板二(11)，
所述上部外钢管(1)和带肋外钢管通过所述整体式法兰板一(6)和拼接式
法兰板一(7)固定连接，所述下部外钢管(13)和带肋外钢管通过所述整
体式法兰板二(12)和拼接式法兰板二(11)固定连接，所述下部外钢管(13)
的下端面及所述内钢管(2)的下端面均与底板(17)固定连接，所述底板
(17)与基础固定连接，所述带肋外钢管由若干冷弯内卷边角钢(8)通过
其内卷边拼接而成。
2.根据权利要求1所述的一种可修复自复位式钢管混凝土柱，其特征在
于，所述内钢管(2)为圆钢管，所述外钢管为方钢管。
3.根据权利要求2所述的一种可修复自复位式钢管混凝土柱，其特征在
于，所述带肋外钢管为由四块冷弯内卷边角钢(8)拼接而成的方形管，相
邻所述冷弯内卷边角钢(8)之间通过内卷边连接，所述冷弯内卷边角钢(8)
的横截面为缺一角的正方形，缺角所在的两边为内卷边。
4.根据权利要求3所述的一种可修复自复位式钢管混凝土柱，其特征在
于，相邻所述冷弯内卷边角钢(8)的内卷边通过焊接或螺栓固定的方式连
接。
5.根据权利要求1所述的一种可修复自复位式钢管混凝土柱，其特征在
于，所述整体式法兰板一(6)、拼接式法兰板一(7)、整体式法兰板二(12)

\t和拼接式法兰板二(11)均为圆环形且均沿圆环周向等间隔的开设有若干与
固定螺栓相匹配的螺孔。
6.根据权利要求5所述的一种可修复自复位式钢管混凝土柱，其特征在
于，所述整体式法兰板一(6)、拼接式法兰板一(7)、整体式法兰板二(12)
和拼接式法兰板二(11)上的螺孔数量至少为12个，所述拼接式法兰板一
(7)及拼接式法兰板二(11)均由4块四分之...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成玉，王振，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42