一种双向起波中空钢管混凝土桥墩及其施工工艺

技术领域

本发明属于双钢管混凝土桥墩领域，尤其涉及一种双向起波中空钢管混凝土桥墩及其施工工艺。

背景技术

中空钢管混凝土桥墩是指内部空心的钢管混凝土桥墩，是一种结构轻型化、经济化桥墩形式，具有截面面积小、截面抵抗矩大、自重轻、结构刚度和承载力好的特点，在公路和铁路领域应用广泛，且应用于高桥墩的情况较多。与传统实体桥墩相比，空心桥墩一般可减少40％～60％的混凝土用量。

在我国山区的公路与铁路建设中，由于地形的变化较大，高桥墩占据很大比例，墩高普遍达到50m以上，有的甚至超过100m。对于此类桥墩，出于经济、美观和实用、轻巧的考虑，空心桥墩是使用最广泛的桥墩形式，其具有较好的经济性，能够以较少的材料获取较大的截面抵抗矩，截面刚度大，整体性好。

现有的双钢管混凝土桥墩，主要存在以下问题：

1)内外层钢管在轴压作用下,即存在很大的轴向应力时，由于混凝土的膨胀使得钢管存在很大的环向应力,因此内外层钢管处在双向高应力状态,容易发生轴向局部屈曲；

2)结合耐火性能考虑，钢管混凝土墩柱在火灾情况下,由于高温膨胀,导致外钢管的轴向应力急速增加,更容易导致外层钢管发生轴向局部屈曲。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种双向起波中空钢管混凝土桥墩及其施工工艺。

这种双向起波中空钢管混凝土桥墩，包括外层起波钢管、夹层混凝土和内层起波钢管，夹层混凝土设于外层起波钢管和内层起波钢管之间；外层起波钢管沿桥墩高度方向设有数道外层波纹，内层起波钢管沿桥墩高度方向设有数道内层波纹；外层波纹朝向桥墩外侧，内层波纹朝向桥墩内侧，外层波纹和内层波纹高度错开。

作为优选：外层波纹为环绕外层起波钢管的弧形凸起，内层波纹为环绕内层起波钢管的弧形凹槽。

作为优选：高度方向上外层波纹的长度L

作为优选：外层波纹和下方的内层波纹中心点的高度差为H

作为优选：H

这种双向起波中空钢管混凝土桥墩的施工工艺，包括以下步骤：

步骤一、根据桥墩高度和夹层混凝土厚度决定外层波纹和内层波纹的数量和位置；

步骤二、在钢板上压出一道或数道外层波纹，再将钢板卷成钢管，并焊接形成外层起波钢管；另取钢板，根据桥墩高度压出一道或数道内层波纹，再将钢板卷成钢管，并焊接形成内层起波钢管；

步骤三、将外层起波钢管和内层起波钢管放置并固定好后，浇筑夹层混凝土；夹层混凝土完全填充外层起波钢管和内层起波钢管之间的夹层，从而形成双向起波中空钢管混凝土桥墩。

作为优选，步骤二中：外层波纹和内层波纹在桥墩的高度方向上错开设置。

本发明的有益效果是：

1)本发明专利中的外层起波钢管和内层起波钢管能够规模化生产，制作完成后切割成规定长度，起波钢管自身平面刚度大，能抵御运输安装过程中的碰撞且几乎不变形，不易产生初始缺陷，便于运输至现场吊装就位并浇筑混凝土，有利于控制质量、生产效率高且环保。

2)本发明通过钢管约束混凝土构件，外层起波钢管和内层起波钢管能够作为模板使用，且能有效抵抗混凝土凝结过程中的膨胀，整个过程无需对支模进行拆模，减少了多个施工工序、施工简单。

3)本发明获得一种承载力高、耐久性好、施工快捷、设计方便、经济性好的双向起波中空钢管混凝土桥墩，桥墩具有较强的抗弯刚度；内外层起波钢管自身能补偿一部分纵向变形，不承受竖向荷载，只发挥环向约束作用，墩身承载能力好，混凝土强度大幅提高，即便部分位置出现缺口也不影响墩柱的承载力，便于提高空心桥墩的使用寿命。

4)将内外层钢管压出波纹，减小内外层起波钢管在轴压或偏心力作用下的轴向应力，减小甚至消除内外层起波钢管产生的轴向局部屈曲程度，从而提高中空双钢管混凝土桥墩的强度，具有较好的耐火耐高温性能。

5)对内外层波纹间的间距进行了限制，使得任意一外层波纹与内层波纹的间距大于4倍夹层混凝土厚度，避免桥墩局部形成短柱，致使该部分刚度偏大，发生剪切破坏。

附图说明

图1为本发明双向起波中空钢管混凝土桥墩的整体构造图；

图2为本发明双向起波中空钢管混凝土桥墩的俯视图；

图3为本发明双向起波中空钢管混凝土桥墩应用于桥梁工程中的整体构造示意图。

附图标记说明：外层起波钢管1、外层波纹2、夹层混凝土3、内层起波钢管4、内层波纹5。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

作为一种实施例，如图1至图3所示，一种双向起波中空钢管混凝土桥墩，包括外层起波钢管1、夹层混凝土3和内层起波钢管4，夹层混凝土3设于外层起波钢管1和内层起波钢管4之间；外层起波钢管1沿桥墩高度方向设有数道外层波纹2，内层起波钢管4沿桥墩高度方向设有数道内层波纹5，外层波纹2为环绕外层起波钢管1的弧形凸起，内层波纹5为环绕内层起波钢管4的弧形凹槽。高度方向上外层波纹2的长度L

外层起波钢管1和内层起波钢管4自身能补偿一部分纵向变形，不承受竖向荷载，只发挥约束的作用，因此即便部分位置出现缺口也不影响墩柱的承载力，便于提高空心桥墩的使用寿命，且具有较好的耐火性能。外层起波钢管1和内层起波钢管4自身平面刚度大，即使壁厚很薄也能抵御运输安装过程中的碰撞且几乎不变形，不易产生初始缺陷；

外层波纹2朝向桥墩外侧，内层波纹5朝向桥墩内侧，外层波纹2和内层波纹5高度错开。外层波纹2和下方的内层波纹5中心点的高度差为H

这种双向起波中空钢管混凝土桥墩的施工工艺，包括以下步骤：

步骤一、根据桥墩高度和夹层混凝土3厚度决定外层波纹2和内层波纹5的数量和位置；

步骤二、在钢板上压出一道或数道外层波纹2，再将钢板卷成钢管，并焊接形成外层起波钢管1；另取钢板，根据桥墩高度压出一道或数道内层波纹5，内层波纹5在桥墩的高度方向上的位置和外层波纹2错开，再将钢板卷成钢管，并焊接形成内层起波钢管4；

步骤三、将外层起波钢管1和内层起波钢管4放置并固定在桥墩承台上后，浇筑夹层混凝土3；夹层混凝土3完全填充外层起波钢管1和内层起波钢管4之间的夹层，从而形成双向起波中空钢管混凝土桥墩。