一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩制造技术

本实用新型专利技术公开了一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩，包括波纹复合管(1)、UHPC混凝土(2)、钢管(3)、核心混凝土(4)四个部分由外向内共同构成，波纹复合管(1)和UHPC混凝土(2)位于钢管混凝土桥墩底部的加固区(5)，波纹复合管(1)由内波纹钢管(11)、橡胶层(12)、外波纹钢管(13)三个部分构成，UHPC混凝土(2)填充并充满于波纹复合管(1)与钢管(3)之间的间隙，核心混凝土(4)填充于钢管(3)的内部。本实用新型专利技术克服了公知的钢管混凝土结构所存在的缺陷，可有效抑制底部钢管屈曲，具有承载力高，延性好，阻尼性能好，尤其在横桥向风荷载、地震荷载等作用下具有优异的抗震性能及良好的吸收振动荷载能量的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩
本技术属于土木建筑结构
，具体涉及一种钢管混凝土桥墩，尤其是一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩。
技术介绍
随着我国交通事业的发展，大量的高速铁路、公路、跨海大桥等投入建设和使用。在抗震设防高烈度区，为保证桥梁结构的安全性，桥墩作为重要的承重构件，不仅承受上部结构传来的荷载，而且通过基础将荷载及自身重量传递到地基，其结构安全性至关重要，对其抗震性能也有很高的要求。传统桥墩多采用钢筋混凝土桥墩，其承载力及延性较差，在强震作用下易发生破坏，桥墩发生破坏时修复极其困难。近年来，普通钢管混凝土桥墩由于其良好的抗震性能及便捷的施工广泛地被应用于桥梁结构中。然而，国内外大量学者研究表明，钢管混凝土桥墩在横桥向风荷载、地震荷载等作用下，桥墩底部剪力和弯矩较大，桥墩底部钢管出现局部屈曲的破坏模式，降低了钢管混凝土结构的延性，且屈曲难以修复，由于钢的弹塑性应力-应变关系，一旦钢管屈服其约束力将限于定值，对混凝土的约束效果不再增加，而且钢管的强度较低，最终由于混凝土压碎、钢管撕裂发生破坏，对于大型钢管混凝土桥墩，必须采用厚壁钢管，此时造成用钢量大，严重浪费资源。针对以往结构缺点，研究者也开发了相关技术力求提高结构的承载力储备，减轻钢管混凝土桥墩受横桥向风荷载、地震荷载等作用下的影响。如通过简单地将FRP缠绕在钢管外形成复合管混凝土桥墩，由于FRP较低的极限应变能力，在钢管屈服后不久，FRP即会发生断裂，达不到我国现行抗震规范的“多水准设防”和性能化设计的目的；又如中国专利第“201720755518.5”号，公开了一种“屈曲抑制圆端型钢管混凝土桥墩及与承台连接结构”，该专利通过在钢筋混凝土承台的中央位置处设有用于埋置屈曲抑制圆端型钢管混凝土桥墩的槽，槽的侧壁内嵌有金属波纹套筒，屈曲抑制圆端型钢管混凝土桥墩与金属波纹套筒之间填充有纤维增强水泥，然而该专利中金属波纹套筒与纤维增强水泥填充于钢筋混凝土承台中，导致金属波纹套筒与纤维增强水泥未能够充分发挥其作用。可见，设计一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足，提出一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩，克服钢筋混凝土桥墩承载力低、延性差的缺点，充分利用钢管混凝土结构抗震性能好的优势，通过在桥墩底部加固区增加波纹复合管和UHPC混凝土以抑制桥墩底部钢管的屈曲，提高钢管混凝土桥墩的延性，以期结构在地震荷载及强烈振动荷载作用下，保证结构具有足够的承载力储备、延性和良好的吸收振动荷载能量的能力，实现结构罕遇地震下的良好抗震性能。为了解决上述技术问题，本技术提出一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩，包括波纹复合管、UHPC混凝土、钢管、核心混凝土四个部分由外向内共同构成，波纹复合管和UHPC混凝土仅位于钢管混凝土桥墩的加固区，波纹复合管由内波纹钢管、橡胶层、外波纹钢管三个部分通过树脂粘结形成一个整体，波纹复合管沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，UHPC混凝土填充并充满于波纹复合管与钢管之间的间隙，核心混凝土填充于钢管的内部，钢管对核心混凝土整个截面施加约束作用，波纹复合管、UHPC混凝土两者共同对钢管混凝土桥墩底部的加固区施加局部约束增强作用。所述的波纹复合管、UHPC混凝土和钢管位于核心混凝土环向周围，内波纹钢管、UHPC混凝土、钢管是核心混凝土的第一层约束材料，外波纹钢管是核心混凝土的第二层约束材料；橡胶层位于内波纹钢管与外波纹钢管之间，利用橡胶层的低弹模、高变形、易恢复的性能，缓冲外波纹钢管的约束增强作用，橡胶层的厚度填充了内波纹钢管与外波纹钢管之间的间隙，使得内波纹钢管与外波纹钢管在对钢管混凝土桥墩约束增强时产生一个时间差；波纹复合管沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，平面外刚度大，在施工过程中，不宜发生变形，充分提升波纹复合管对钢管混凝土桥墩的约束效果，在使用过程中，更有利于减小横向膨胀变形。核心混凝土在受压时，首先，作为第一层约束材料的内波纹钢管、UHPC混凝土、钢管发挥约束作用，核心混凝土的强度与变形能力得到第一阶段增强，此时，外波纹钢管尚未发挥出对核心混凝土的约束作用，在外荷载继续增加时，核心混凝土横向膨胀，导致内波纹钢管与外波纹钢管之间的间隙逐渐被减小，外波纹钢管对核心混凝土的约束作用逐渐产生，核心混凝土的强度与变形能力得到进一步的第二阶段增强，由于橡胶层的存在，使得内波纹钢管、UHPC混凝土、钢管对核心混凝土的第一阶段增强与外波纹钢管对核心混凝土的第二阶段增强之间出现一个类似于钢筋屈服阶段的“屈服平台”；橡胶层推迟了外波纹钢管的破坏，使得结构具有更好的延性；同时，外波纹钢管对核心混凝土的第二阶段约束增强提供了结构在钢管屈服后强化的二次刚度，使得结构具有足够的承载力储备；橡胶层的高阻尼特性，为结构提供良好的吸收振动荷载能量的能力。所述的波纹复合管的波纹曲线或折线形状可为正弦波型、矩形锯齿型、梯形锯齿型、连续式-半波型、间断式-半波型、折线型中的一种。所述的橡胶层的橡胶为天然橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶中的一种。所述的波纹复合管的截面形式为圆形、椭圆形、倒圆角方形、倒圆角矩形、圆端形中的一种。所述的树脂是环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂中的一种。本技术克服了公知的普通钢管混凝土桥墩所存在的缺陷，具有承载力高，延性好，可设计的屈服平台及可设计的屈服后强化的二次刚度，承载力储备大，阻尼性能好，耐久性好，尤其在罕遇地震下具有优异的抗震性能及良好的吸收振动荷载能量的能力。具体有益效果如下：(1)承载能力高。UHPC混凝土作为波纹复合管与钢管混凝土桥墩之间的填料，减少了外包加固层的厚度，减轻了自重，UHPC混凝土超高的抗压强度和良好的韧性性能提高了钢管混凝土桥墩的承载能力和抗震性能。(2)波纹复合管为内部的UHPC混凝土、钢管混凝土提供环向约束作用，充分提升波纹复合管对钢管混凝土的约束效果，波纹复合管沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，其平面外刚度大，在施工过程中，不宜发生变形，充分提升波纹复合管对钢管混凝土桥墩的约束效果，在使用过程中，更有利于减小横向膨胀变形，有效减轻内部钢管发生局部屈曲破坏的问题。(3)造价低。现有技术为了避免钢管发生局部屈曲，通常认为地增加钢管壁厚，本专利技术中波纹复合管和UHPC混凝土仅仅位于钢管混凝土桥墩的加固区，有效地减小了钢管的厚度，减轻了结构自重，降低了工程造价。(4)由于橡胶层的存在，延缓了外波纹钢管约束作用的发挥，推迟了外波纹钢管的破坏，使得结构具有更好的延性，同时，橡胶层的高阻尼特性，可消耗结构的振动能量，减小结构的地震反应，保证结构在横桥向风荷载、地震荷载等强烈振动荷载作用下，具有良好的吸收振动能量的能力。附图说明：图1是正弦波型波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩纵断面示意图；图2是间断式-半波型波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩纵断面示意图；图3是连续式-半波型波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩，包括波纹复合管(1)、UHPC混凝土(2)、钢管(3)、核心混凝土(4)四个部分由外向内共同构成，其特征在于，波纹复合管(1)和UHPC混凝土(2)位于钢管混凝土桥墩底部的加固区(5)，波纹复合管(1)由内波纹钢管(11)、橡胶层(12)、外波纹钢管(13)三个部分通过树脂粘结形成一个整体，波纹复合管(1)沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，UHPC混凝土(2)填充并充满于波纹复合管(1)与钢管(3)之间的间隙，核心混凝土(4)填充于钢管(3)的内部，钢管(3)对核心混凝土(4)整个截面施加约束作用，波纹复合管(1)、UHPC混凝土(2)两者共同对钢管混凝土桥墩底部的加固区(5)施加局部约束增强作用。/n

【技术特征摘要】
1.一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩，包括波纹复合管(1)、UHPC混凝土(2)、钢管(3)、核心混凝土(4)四个部分由外向内共同构成，其特征在于，波纹复合管(1)和UHPC混凝土(2)位于钢管混凝土桥墩底部的加固区(5)，波纹复合管(1)由内波纹钢管(11)、橡胶层(12)、外波纹钢管(13)三个部分通过树脂粘结形成一个整体，波纹复合管(1)沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，UHPC混凝土(2)填充并充满于波纹复合管(1)与钢管(3)之间的间隙，核心混凝土(4)填充于钢管(3)的内部，钢管(3)对核心混凝土(4)整个截面施加约束作用，波纹复合管(1)、UHPC混凝土(2)两者共同对钢管混凝土桥墩底部的加固区(5)施加局部约束增强作用。


2.根据权利要求1所述的一种波纹钢管增强型钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述的波纹复合管(1)、UHPC混凝土(2)和钢管(3)位于核心混凝土(4)环向周围，内波纹钢管(11)、UHPC混凝土(2)、钢管(3)是核心混凝土(4)的第一层约束材料，外波纹钢管(13)是核心混凝土(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辉，程勋煜，黄若昀，周洁，李英涛，
申请(专利权)人：江苏高速公路工程养护技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32