基于螺栓连接的快速拼装预制矩形钢管混凝土桥墩的制作方法与工艺

本发明属于桥梁工程领域，具体涉及预制节段拼装钢管混凝土桥墩。

背景技术：
当前城市桥梁工程建设正面临的主要挑战之一就是业主和居民除了要求桥梁结构安全和耐久以外，还希望桥梁结构建造过程中尽量减少对周围交通的干扰、缩短由于桥梁建设造成的交通阻塞时间、降低工程运输车辆和施工中产生的各种噪声等。这些要求促进了桥梁工程工业化技术的发展，其中预制装配技术正是在这种背景下所产生的，节段预制拼装技术为建设快速、高效、安全、耐久的城市桥梁工程提供了有利的解决方案。此外，在跨海峡长大桥梁工程中，有限的海上施工平台空间、复杂的海洋气候条件、严格的环境保护条件等因素的制约，也促进了节段拼装施工技术在跨海长大桥梁工程中的应用。预制节段拼装技术有关研究和应用在我国相对较少，既有工程中的预制节段拼装技术主要应用于桥梁上部结构，将主梁分成若干节段预制或整孔预制，通过吊装机械整孔架设或悬臂节段拼装。桥梁下部结构的预制节段拼装技术还正处于初步研究阶段，只有部分跨海工程采用了整墩预制现浇湿接头连接的预制拼装技术，城市桥梁下部结构还基本未采用预制节段拼装技术。我国正处于大规模交通基础设施建设时期，在城市桥梁、跨海桥梁的建造过程中，桥梁快速建造技术以其构件加工质量高、建造效率高、环境友好等优势越来越受到建设业主和重视。桥梁结构预制装配技术将是未来桥梁工程建设的一个重要发展方向。近年来，钢管混凝土柱在建筑结构中得到了较多应用，特别是对于承载需求较大的高层及超高层建筑结构，钢管混凝土的应用更加广泛。钢管混凝土构件充分利用钢材抗拉和混凝土抗压的优点，不仅具有良好的承压能力，在水平往复作用下具有非常好的抗震性能，因此受到工程设计和建设者的青睐。但目前大部分应用的钢管混凝土构件也都是基于现场浇筑钢管混凝土构件。国内外学者对钢管混凝土柱与梁连接节点构构造提出了多种连接形式。但目前钢管混凝土在桥墩中的研发和应用还非常少。

技术实现要素：
本发明充分利用钢管混凝土良好的竖向承载能力和抗震性能，将其与预制拼装技术相结合，同时避免或延缓钢管混凝土端部钢板的面外屈曲，提供一种基于螺栓连接的快速拼装预制矩形钢管混凝土桥墩，满足桥梁工业化建造技术中桥梁关键构件的节段预制拼装构造，易于开展预制装配桥墩的机械化施工，减少现场焊接和预应力张拉工作量。本发明的技术方案如下：本发明涉及一种基于螺栓连接的快速拼装预制矩形钢管混凝土桥墩，属于桥梁工程领域。其包括预制矩形钢管混凝土节段(3)、预埋节点(6)、承台(5)。预埋节点(6)设在承台(5)和预制矩形钢管混凝土节段(3)之间。相邻的预制矩形钢管混凝土节段(3)之间以及预制矩形钢管混凝土节段(3)和预埋节点(6)之间，用连接板(4)设置在相邻的钢管节段(11)的衔接处，通过高强螺栓(7)和穿芯螺栓将连接板(4)、钢管节段(11)进行连接固定；预制矩形钢管混凝土节段(3)由钢管节段(11)、混凝土(12)、预制螺帽(13)、密封材料(14)和PVC管(15)组成，在钢管节段(11)预留穿芯螺栓孔处安放PVC管(15)，预留螺栓孔处点焊预制螺帽(13)，预制螺帽(13)未焊接的一端用密封材料(14)进行密封，混凝土(12)浇筑在钢管节段(11)内；预埋节点(6)由钢管节段(11)、混凝土(12)、预制螺帽(13)、密封材料(14)和PVC管(15)、脚板(10)、外加劲肋(9)和锚栓(2)组成，脚板(10)、外加劲肋(9)和预制螺帽(13)与钢管节段(11)进行焊接，锚栓(2)固定在脚板(10)上，在钢管节段(11)预留穿芯螺栓孔道处安放PVC管，混凝土(12)浇筑在钢管节段(11)内；连接板(4)按设计螺栓位置布置高强螺栓孔和穿芯螺栓孔。所述预埋节点(6)处，在其外露端预留螺栓孔和穿芯孔道；埋入端焊接脚板(10)和外加劲肋(9)，脚板(10)连接锚栓(2)。预埋段埋入承台(5)的深度不小于矩形钢管混凝土短边长度的1.5倍，外露端长度为连接板(4)长度的1/2。预埋节点(6)主要用于预制拼装墩柱与承台(5)连接，锚栓(2)用来提高预埋节点(6)的抗拔和抗剪能力。所述高强螺栓(7)和穿芯螺栓(8)的设计数目由桥墩设计侧向承载力和单个螺栓容许抗滑承载力的比值决定。穿芯螺栓(8)与高强螺栓(7)采用隔行错开布置原则，相邻两面的穿芯螺栓(8)不在同一水平位置，防止穿芯螺栓(8)在预制矩形钢管混凝土节段(3)内相交。连接板(4)上的螺栓孔和穿芯螺栓孔与预制矩形钢管混凝土节段(3)上的预留螺栓孔和穿芯螺栓孔位置相对应。所述的预制螺帽(13)与预制矩形钢管混凝土节段(3)预留螺栓孔处钢管内壁点焊固定，未焊接的一端用密封材料(14)进行密封防止浇筑混凝土(12)时浆水溢出和墩柱外部水汽进入预制矩形钢管混凝土节段(3)内部。所述的连接板(4)与钢管节段(11)紧密贴实以保证在侧向力作用下高强螺栓(7)和穿芯螺栓(8)处于承压状态而受拉，避免处于受剪状态。所述PVC管(15)的内径应比穿芯螺栓(8)直径大1-2mm，方便穿芯螺栓的安装也为混凝土浇筑时PVC管(15)的变形留有一定的空间。本发明具有以下优点：相对于现浇墩柱，节段预制拼装钢管混凝土墩柱具有良好的抗压、抗剪承载能力以及抗震性能，能充分发挥钢材抗拉和混凝土抗压的材料性能。预制节段墩柱在预制过程中直接采用钢管作为混凝土浇筑模板，节省预制造价，提高生产效率。预制节段拼装墩柱安装施工便捷，不需要现场张拉预应力、焊接或灌浆，减少现场安装工程量。为强震区桥梁快速建造，降低由于桥梁建造引起的交通延误、环境污染等不利社会、经济影响提供快捷有效解决方案，同时为后期桥梁震后受损修复提供了可行方案。附图说明图1预制拼装矩形钢管混凝土桥墩构造图。图2.1预制矩形钢管混凝土节段构造图及其水平剖面图。图2.2为预制矩形钢管混凝土节段A-A剖面图。图3.1为预埋节点构造图。图3.2预埋节点B-B剖面图。图4连接板相邻两面构造图。图5预制拼装矩形钢管混凝土桥墩拼装流程图。图中：1—盖梁；2—锚栓；3—预制矩形钢管混凝土节段；4—连接板；5—承台；6—预埋节点；7—高强螺栓；8—穿芯螺栓；9—外加劲肋；10—脚板；11—钢管节段；12—混凝土；13—预制螺帽；14—密封材料；15—PVC管。具体实施方式以下结合附图2.1-附图4，对本发明的具体实施方式作进一步描述。步骤1：加工预制矩形钢管混凝土节段(3)、连接板(4)、预埋节点(6)，具体包括如下步骤：1)预制矩形钢管混凝土节段(3)，在工厂制作预制矩形钢管混凝土节段(3)，板材焊接成矩形钢管，其焊缝宜采用坡口熔透焊缝。钢管上加工出预留螺栓孔、穿芯螺栓孔，将预制螺帽(14)与预留螺栓孔轴心对齐后点焊固定，螺帽不与钢管内壁点焊的一端采用密封材料(14)进行密封，预留穿芯螺栓孔位置设置PVC管(15)，将穿芯螺栓(8)穿过PVC管(15)并拧紧临时固定，浇筑混凝土(12)振捣养护，穿芯螺栓(8)可防止混凝土浇筑和养护过程中PVC管(15)的移动以及钢管节段(11)的变形。2)制作连接板(4)，在工厂制作连接板(4)，按厚度尺寸来选择和切割板材，在板材相应位置加工预留高强螺栓孔和穿芯螺栓孔。3)制作预埋节点(6)，在工厂制作预埋节点(6)，在预制好的钢管混凝土节段不含螺栓孔的一端焊接脚板(10)和外加劲肋(9)，脚板(10)加工螺栓孔连接锚栓(2)。4)基础承台(5)和盖梁(1)施工，在现场浇筑基础承台(5)和盖梁(1)，并将两个预埋节点(6)分别埋入基础承台(5)和盖梁(1)进行浇筑。步骤2：预制节段桥墩建设场地拼装，如图5所示，具体包括如下步骤：1)安装预埋节点(6)的基础承台(5)到设计位置并固定。拆掉工厂预制时在预埋节点(6)和预制矩形钢管混凝土节段(3)上临时固定的穿芯螺栓(8)。2)将连接板(4)下端预留螺栓孔与预埋节点(6)顶端的预留螺栓孔对其，安装用于固定连接连接板(4)与预埋节点(6)的高强螺栓(7)和穿芯螺栓(8)，固定相邻两个连接板(4)对安装预埋节点(6)之上相邻的预制矩形钢管混凝土节段(3)起到定位和限位的作用。3)用起吊机将预制矩形钢管混凝土节段(3)起吊至对应设计位置，安装剩余另外两块连接板(4)，在对应预留螺孔位置拧紧高强螺栓(7)和穿芯螺栓(8)。4)重复步骤2)和步骤3)进行下一个节点的连接板(4)安装和预制矩形钢管混凝土节段(3)的安装，直到所有预制矩形钢管混凝土节段(3)完成安装。5)最后重复步骤2)，安装预制盖梁(1)与其相邻的预制矩形钢管混凝土节段(3)的节点连接板(4)，拧紧预留螺栓孔对应的高强螺栓(7)和穿芯螺栓(8)。步骤1中步骤1)所述的加工预留螺栓孔，应将对应的钢管节段(11)、连接板(4)按照安装成型后的位置固定后，统一打孔，保证内外预留螺栓孔完全对齐，并且打孔之后均需要打磨预留螺栓孔内外两侧毛刺，避免安装工程中出现因毛刺导致卡壳现象。