[发明专利]先张法预应力钢管高强混凝土叠合桥墩及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种先张法预应力钢管高强混凝土叠合桥墩及其施工方法。

背景技术

作为桥梁结构关键构件，桥墩抗震设计始终是桥梁领域重要研究课题。我国目前铁路桥梁和公路桥梁主要采用钢筋混凝土桥墩。应该注意到，钢筋混凝土桥墩在具有结构刚度大、疲劳性能好、可模性好和造价合理等性能优点的同时，也普遍存在箍筋约束弱、延性偏低、剪切强度低和抗震性能差等缺点，容易因桥墩抗剪、抗压承载力和变形能力偏低而发生剪切破坏、压弯剪扭复合破坏和倾覆倒塌等破坏形态，在近年来国内外多次地震中，均有钢筋混凝土桥墩破坏严重并且难以修复震害现象发生，对地震中救灾抢险和灾后修复重建工作造成了很大困难。因此，在努力提高和改善传统钢筋混凝土桥墩抗震性能的同时，创新开发高效新型的钢-混凝土组合桥墩形式并发展组合桥墩抗震设计方法也日渐成为当前桥梁工程界重点关注问题和研究热点之。

在房屋建筑中钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱大量研究和应用背景下，钢管混凝土桥墩和钢管混凝土叠合柱式桥墩(简称钢管混凝土叠合桥墩)在国内外桥梁工程也得到了一些推广应用。钢管混凝土叠合桥墩由于将钢管内置于钢筋混凝土桥墩内部，在具有钢管混凝土桥墩中钢管约束混凝土优点的同时，使钢管防腐和受压局部屈曲问题也得到了很好解决。

现有研究结果表明，钢管混凝土叠合桥墩(柱)强度高、延性大和耗能好，具有良好抗震性能。为有效减小桥梁结构地震后残余变形以方便桥梁震后修复加固，国内外学者最近提出“竖向预应力桥墩”(或自复位功能)设计理，即通过在钢筋混凝土桥墩内部布置竖向预应力筋，使桥墩由于竖向预应力筋紧拉作用在地震后的残余变形得到有效减小。

现有研究结果表明，竖向预应力不仅可以有效减小桥墩残余变形实现在地震后自复位功能，而且对于提高桥墩抗侧移刚度、抗冲击、抗倾覆和抗连续倒塌能力均有良好贡献。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种先张法预应力钢管高强混凝土叠合桥墩及其施工方法，有效改善了现有桥墩结构抗震安全性和有效性，具有承载能力高、抗震性能好、施工方便和自复位的特点，为桥梁建设提供了先进的技术。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种先张法预应力钢管高强混凝土叠合桥墩，包括钢管2，钢管2中布置有多根预应力筋3，钢管2内壁与预应力筋3之间浇灌有管内混凝土1，钢管2、预应力筋3和管内混凝土1形成一个芯柱5，在芯柱5外部浇筑有管外混凝土4形成叠合桥墩。

所述预应力筋3可以为螺纹钢筋、刻痕钢丝或钢绞线。

所述叠合桥墩截面为圆形、方形或者矩形等截面形状。

所述管内混凝土1为高强混凝土，管外混凝土4为普通混凝土或高强混凝土。

本发明同时提供了该预应力钢管高强混凝土叠合桥墩的施工方法：在钢管2内沿其长度方向布置多根预应力筋3，然后在钢管2内浇灌管内混凝土1并密实振捣，待管内混凝土1达到一定强度后，切断预应力筋3进行放张，形成预应力钢管高强混凝土的芯柱5，将芯柱5通过基础预埋锚栓和芯柱柱脚底板连接，安装固定至桥墩预定位置，再进行芯柱外钢筋绑扎和外部混凝土4浇筑施工，即形成先张法预应力钢管高强混凝土叠合桥墩。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)承载能力高：由于叠合桥墩芯柱采用高强混凝土并且位于桥墩内部，芯柱内高强混凝土受到钢管和芯柱外混凝土约束，高强混凝土强度可得到提高和充分发挥，相应地叠合桥墩截面抗剪承载能力、竖向抗压承载能力以及压弯剪扭复合受力承载能力均可得到显著提高，可以有效桥墩小偏压破坏、剪切破坏和端部压弯剪复合破坏承载能力，在同样设计荷载下，桥墩截面尺寸可以得到有效减小，从而能达到节省材料、增加美观和增加桥下穿越空间等效果。

(2)抗震延性好：由于叠合桥墩芯柱内高强混凝土受到良好约束，高强混凝土变形能力得到极大改善，同时由于钢管高强混凝土芯柱承受绝大部分轴向压力，芯柱外部钢筋混凝土部分承受轴向压力较小(即外部钢筋混凝土部分承受轴压比值较小)，另外钢管受到内、外混凝土约束不易发生局部压屈失稳破坏，因此，叠合桥墩具有良好的延性和耗能性能。预应力钢管高强混凝土叠合桥墩的良好弹塑性变形能力、延性性能和耗能能力，可有效防止和避免桥墩在大震下发生严重破坏和倒塌，能切实有效提升混凝土桥墩抗震性能和抗震安全性。

(3)弹性刚度大：在叠合桥墩中设置预应力芯柱可以有效增加桥墩弹性侧移刚度，从而有效减小桥墩在列车、重型车辆行驶时桥梁振动和在小震下弹性变形，可以提高车辆行驶安全性和舒适性。