[发明专利]一种预制拼装高架桥钢立柱的锚固结构

说明书

技术领域

本发明涉及高架桥钢立柱与混凝土承台锚固的技术领域，具体的说是一种预制拼装高架桥钢立柱的锚固结构，能更有效地把高架桥钢立柱锚固在混凝土承台上，并且实现预制装配的功能。

背景技术

以往的高架桥立柱基本都是混凝土的，随着经济水平及技术水平的提高，加上国家大力提倡装配式建筑，钢立柱的使用情况也越来越多，钢立柱的锚固结构也就越来越受到重视，现有的锚固结构一般有以下两种形式：（1）直接插入式，（2）预埋钢筋或预应力索锚固。

这两种锚固结构形式，在钢立柱受力不太大的情况下能勉强使用，当一些重要的结构比如高架桥梁立柱，柱基部受力大而复杂，这两种锚固结构形式就不能很好地适应了，例如直接插入式在柱基部受到大的弯矩时一侧与混凝土结合部容易开裂，预埋钢筋或预应力索锚固式在柱基部受到大的轴力同时受到大的弯矩时承台混凝土接触面受力面积小，容易导致承台混凝土屈服。

因此需要有一种更加高效的锚固结构来适应钢立柱的应用发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预制拼装高架桥钢立柱的锚固结构，能更高效地把高架桥钢立柱锚固在混凝土承台上、同时实现能够预制装配的功能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种预制拼装高架桥钢立柱的锚固结构，其特征在于在钢立柱底部焊接设置柱基部法兰，在混凝土承台中预埋设置上下排列的至少两层法兰，所述至少两层法兰之间通过锚杆螺栓连接，且所述锚杆螺栓上端延伸至混凝土承台上方，穿入柱基部法兰的螺栓孔后，通过螺母固定。

优选地，所述柱基部法兰由上下两层钢板和中间的加劲结合立柱钢板组成，极大增强了法兰的刚度，避免因单层钢板平面内刚度不足产生法兰局部失稳的情况。

由于混凝土的强度只有钢的几分之一，在相同受力条件下，必须增大混凝土的受力面积才能避免混凝土先行屈服的情况，优选地，所述预埋在承台混凝土中的设置至少两层法兰，上法兰和下法兰，每层法兰由上下两层钢板和中间的腹板及加劲组成，既增加了法兰与承台混凝土的接触面积，增强了钢和混凝土的结合力，使得内力在钢和混凝土之间传达更顺畅，也大大增加了法兰自生的刚度，避免因单层钢板平面内刚度不足产生法兰局部失稳的情况。

进一步地，为了防止法兰局部失稳的现象，初步设定上法兰、下法兰、锚杆螺栓和柱基部法兰尺寸后，对所述锚固结构根据以下步骤进行应力验算，以确定最终尺寸，其中钢立柱四边分别设置若干根锚杆螺栓：

A、锚杆螺栓应力验算，计算一根锚杆螺栓所受最大轴力P = (Nx / n) + (My / Wy1)，Nx为柱顶受压力，n为锚杆螺栓数量，My为柱底受弯矩，Wy1为断面系数，计算锚杆螺栓应力δs= P/ΣAs，ΣAs为全部锚杆螺栓有效面积，并判断锚杆螺栓应力是否小于应力阈值；

B、柱基部法兰应力验算，

B1、按照对应压应力验算法兰加劲厚度

计算tr1.req = P / (2 * be * δba) ，并判断是否小于设计法兰加劲厚度；

B2、法兰加劲压应力计算

计算δb = P / (2 * be * tr)，并判断是否小于压缩容许应力；

B3、按照对应剪应力，验算法兰加劲厚度

计算tr2.req = P / { 2 (Hb - 2 * Rs) * δa} ，并判断是否小于设计法兰加劲厚度；

B4、法兰加劲剪应力计算

计算τb = P / { 2 (Hb - 2 * Rs) * tr}，并判断是否小于允许剪应力；

B5、法兰钢板的应力验算

计算上钢板的应力δu = M * yu / I，并判断是否小于压缩容许应力；

计算下钢板的应力δL = M * yL / I，并判断是否小于压缩容许应力；

其中，be为加劲受压的有效长，δba为压缩容许应力，tr为法兰加劲厚度，Hb为加劲高度，Rs为过焊孔高度，yu为上钢板到中立轴的距离，yL为下钢板到中立轴的距离，I为断面刚度；

C、上法兰应力验算

C1、对应混凝土的容许压应力，验算上法兰钢板宽度

计算bf.req = P/(δca*L)，并判断是否小于设计宽度；

C2、验算实际混凝土应力，

计算δb = P/(bf*L) ，并判断是否小于混凝土的容许压应力；

C3、按照对应剪应力，验腹板厚度算

计算tw.req = P/(4*τa *Hw)，判断是否小于设计厚度；

C4、上法兰钢板厚度验算