一种钢箱混凝土组合墩柱及其施工方法技术

本发明专利技术涉及桥梁工程技术领域，提供了一种钢箱混凝土组合墩柱及其施工方法。其中钢箱混凝土组合墩柱包含钢箱和混凝土结构，所述钢箱还包含若干连接于其内侧壁的格栅板；所述格栅板均沿所述钢箱的高度方向通长设置；所述格栅板在所述钢箱内平行或正交布置；所述格栅板将所述钢箱内部空间分割为若干子腔室；所述钢箱内浇筑有所述混凝土结构。使用该钢箱混凝土组合墩柱，能解决现有钢箱混凝土结构在应用于大尺寸墩柱时因约束效应减弱导致承载能力下降和易失稳的问题。和易失稳的问题。和易失稳的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钢箱混凝土组合墩柱及其施工方法


[0001]本专利技术涉及桥梁工程
，特别是一种钢箱混凝土组合墩柱及其施工方法。

技术介绍

[0002]受压柱作为一种主要的承重结构，被广泛应用于桥梁工程领域，如缆索承重桥梁的桥塔、梁式桥的桥墩等场景，其对桥梁的安全、耐久和美观具有决定性影响；随着桥梁建设不断向高墩、大跨方向发展，桥梁墩柱的截面尺寸和高度也不断变大，这对桥梁墩柱的受压承载力、稳定性、耐久性和抗震性能都提出了更高的要求。
[0003]现有的钢筋混凝土墩柱自重大、配筋密集、施工模板支架消耗多、抗震性能差，且应用于大尺度场景时(如构件截面任意方向的最小尺寸大于或等于三米)在收缩徐变、恒活载和环境温度等作用下易开裂。而纯钢结构墩柱由于要解决钢壁板受压稳定问题，需设置大量加劲构造，构造复杂、用钢量大、且在运营期防腐涂装工作量大、一次性建养成本巨大。
[0004]钢箱混凝土结构是一种通过在截面为多边形的钢箱内填充混凝土形成的组合结构，综合了钢材和混凝土两种材料的受力优势，同时用钢量低于钢结构墩柱，具备承载力高、抗失稳能力强、施工便捷等特点。钢箱对内填的混凝土起到套箍约束作用，提高了混凝土的抗压强度；同时混凝土又对钢箱起到单侧支撑作用，降低了钢板的失稳风险。对于截面尺寸较小的构件而言，钢箱混凝土结构含钢率高，钢箱钢箱与混凝土之间的约束效应较强，两者受力协调，可作为整体共同参与工作。
[0005]然而，当应用于大尺度构件时，由于钢箱尺寸增大，但钢箱的壁厚出于经济性约束不能等比地增厚，导致钢箱混凝土结构的含钢率下降、宽厚比增大，进而导致钢箱混凝土约束效应减弱，钢箱与混凝土可能无法协调变形；在灌注超体量混凝土后，钢箱受到混凝土侧向挤压作用产生非均匀面外鼓曲变形，容易导致钢箱的局部失稳。严重时，若钢箱和混凝土出现较大滑移或脱空，混凝土成为钢结构的外荷载，丧失了对钢箱的支撑作用，进一步降低了钢箱混凝土结构的承载能力。
[0006]为了提高钢箱混凝土结构的约束效应，现有技术常在钢箱和混凝土的连接界面设置PBL加劲肋，一方面加强钢箱的面外刚度，降低局部失稳风险，另一方面PBL加劲肋和钢箱内的混凝土紧固连接，减小了钢箱与混凝土之间的相对滑移和脱空。但是，大尺寸钢箱混凝土墩柱的钢壁板需要布置大量纵、横向PBL加劲肋来抵抗局部屈曲，加劲肋用钢量大，焊接工作量大；且当加劲肋因用量不足、刚度不够而呈现柔性加劲肋特征时，钢箱与混凝土仍然存在较大脱空风险。因此，亟待探索一种约束效应好、承载能力高、抗失稳能力强、用钢量低的新型钢箱混凝土结构，保障桥梁受力可靠和运营安全。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于：解决现有钢箱混凝土结构在应用于大尺度的墩柱时因约束效应减弱，从而导致承载能力下降和易失稳的问题，提供了一种钢箱混凝土组合墩柱及其施工方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种钢箱混凝土组合墩柱，包含钢箱和混凝土结构，所述钢箱还包含若干连接于其内侧壁的格栅板；所述格栅板均沿所述钢箱的高度方向通长设置；所述格栅板在所述钢箱内平行或正交布置；所述格栅板将所述钢箱内部空间分割为若干子腔室；所述钢箱内浇筑有所述混凝土结构。
[0010]钢箱可以是多块板材拼接而成，也可以是单块板材弯折成型或是一体成型；钢箱的截面可以是各种多边形，如矩形、六边形和八边形。
[0011]格栅板可以是多种形状，如平板形或弯板形，只要能相互平行或正交布置并将钢箱内部空间分割为如多个子腔室且避免出现混凝土灌注死角即可，如直接设置若干相互平行的格栅板，或通过若干相互垂直的格栅板将个钢箱内部分割出若干矩形柱状的子腔室。
[0012]本方案通过在钢箱中设置与其等高的若干格栅板，并通过格栅板将钢箱内部空间分割为若干较小的子腔室；由于相邻的子腔室之间共用格栅板，在总含钢率相同的情况下，本方案相比于现有钢箱混凝土结构方案，每个子腔室的含钢率更高，可有效约束子腔室内混凝土结构的受压向外膨胀变形，使混凝土结构处于三向受压状态。
[0013]同时，将钢箱内部空间分割为若干子腔室，浇筑混凝土结构后相邻的子腔室内的混凝土结构之间相互约束，进一步增强了各子腔室内格栅板对混凝土的套箍约束作用。并且，各个格栅板受到两侧子腔室内的混凝土结构的双侧支撑，使其抗局部屈曲能力显著增强。同时，多块格栅板将钢箱的分割为若干截面边长更小几个子腔室，从而减小了每个子腔室的宽厚比，且格栅板可限制钢箱的面外变形，显著增强了钢箱的抗局部屈曲能力。
[0014]而当格栅板采用正交布置时，相交的格栅板之间的夹角为90
°
，因而不容易出现混凝土灌注死角，从而能避免浇筑不密实和脱空的现象；且当正交布置时，格栅板对混凝土的约束力有效性高，不会出现斜交布置时部分约束力转换为切向摩擦力从而导致约束效应打折，并对钢箱混凝土组合墩柱的强度造成影响的情况。
[0015]同时将钢箱内部空间分割为若干子腔室，浇筑混凝土结构后相邻的各子腔室之间相互挤压约束，使混凝土处于三向受压状态，同时每个格栅板受到其两侧子腔室内混凝土结构的双侧支撑，使其抗局部屈曲能力显著增强。
[0016]且格栅板与钢箱连接形成强劲的内部格构式加劲体系，增大了钢箱的截面抗扭刚度和轴压刚度，有效提升钢箱结构承载力并降低整体失稳风险，并限制钢箱在制造、运输、安装、浇筑混凝土和运营阶段的变形。
[0017]综上，本方案能通过提高含钢率、降低宽厚比，并利用各子腔室之间的相互约束有效增强钢箱对混凝土结构的套箍约束效应，从而提高墩柱的抗压强度并降低失稳的风险。
[0018]且本方案能以钢箱作为混凝土浇筑作业的施工模板，从而实现无支架、无模板、免振捣施工，简化了桥梁墩柱的施工安装操作，能减少施工成本和对环境的干扰；且分段式钢箱由于高度尺寸减小，更方便制造、运输和吊装。
[0019]同时钢箱结构能为内部格栅板和混凝土结构阻隔外界环境的影响，如水、气和盐腐蚀；而格栅板被混凝土结构包裹，使其进一步与外界环境阻隔，从而使本方案的防腐涂装作业量小，墩柱使用寿命长。
[0020]作为本专利技术的优选方案，当所述格栅板厚度大于八毫米，所述格栅板为平板；所述格栅板上设置有通孔；所述通孔用于连通位于所述格栅板两侧相邻的所述子腔室。
[0021]格栅板上的通孔布置应至少保证相邻的两个子腔室之间至少有一个通孔，也可以增加通孔的数量使相邻的两个子腔室之间有多个通孔；通孔截面可以是各种形状，如圆形、矩形。
[0022]当格栅板厚度大于八毫米时，使用平板即可确保格栅板具有足够的面内、面外刚度，从而保证本方案的钢箱混凝土组合墩柱的约束效应、极限承载能力和抗屈曲能力。且本方案在平板形格栅板上设置有通孔，使混凝土结构在浇筑时通过通孔在各子腔室之间自由流动，一方面增强混凝土结构的整体性，另一方面能使混凝土结构在通孔处形成抗剪梢轴，将格栅板承担的竖向剪力分担一部分给混凝土结构承担，从而保证格栅板和混凝土结构协同受力，避免钢箱和混凝土结构相对滑移或脱空，进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢箱混凝土组合墩柱，包含钢箱(1)和混凝土结构(2)，其特征在于，所述钢箱(1)还包含若干连接于其内侧壁的格栅板(11)；所述格栅板(11)均沿所述钢箱(1)的高度方向通长设置；所述格栅板(11)在所述钢箱(1)内平行或正交布置；所述格栅板(11)将所述钢箱(1)内部空间分割为若干子腔室；所述钢箱(1)内浇筑有所述混凝土结构(2)。2.根据权利要求1所述的一种钢箱混凝土组合墩柱，其特征在于，当所述格栅板(11)厚度大于八毫米，所述格栅板(11)为平板；所述格栅板(11)上设置有通孔；所述通孔用于连通位于所述格栅板(11)两侧相邻的所述子腔室。3.根据权利要求1所述的一种钢箱混凝土组合墩柱，其特征在于，当所述格栅板(11)厚度小于或等于八毫米，所述格栅板(11)为波折板；所述波折板的波面方向垂直于所述钢箱(1)的高度方向。4.根据权利要求1所述的一种钢箱混凝土组合墩柱，其特征在于，还包含若干内隔板(13)；所述内隔板(13)板面垂直于所述钢箱(1)的高度方向；各所述内隔板(13)沿所述钢箱(1)的高度方向间隔设置；所述内隔板(13)在各所述子腔室对应的位置开有通孔。5.根据权利要求4所述的一种钢箱混凝土组合墩柱，其特征在于，所述钢箱(1)沿其高度方向分割为多段；每段所述钢箱(1)两端均设置有所述内隔板(13)。6.根据权利要求4所述的一种钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欢，康玲，牟廷敏，肖军，李成君，尹强，柏颢原，狄秉臻，邹圻，胡航，万世成，
申请(专利权)人：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：